Загрязнение воздуха и методы очистки

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 5Следующая ⇒

Под загрязнением атмосферного воздуха следует понимать любое изменение его состава и свойств, которое оказывает негативное воздействие на здоровье человека и животных, состояние растений и экосистем.

Загрязнение атмосферы может быть естественным (природным) и антропогенным).

Естественное загрязнение воздуха вызвано природными процессами. К ним относятся вулканическая деятельность, выветривание горных пород, ветровая эрозия, массовое цветение растений, дым от лесных пожаров и др.

Антропогенное загрязнение связано с выбросом различных загрязняющих веществ в процессе деятельности человека. По своим масштабам оно значительно превосходит природное загрязнение атмосферного воздуха.

По агрегатному состоянию выбросы вредных веществ в атмосферу классифицируются на:

1) газообразные (лиоксид серы, оксид азота, оксид углерода, углеводороды и др.);

2) жидкие кислоты, щелочи, растворы солей и др.;

3) твердые (канцерогенные вещества, свинец и его соединения, органическая и неорганическая пыль, сажа, смолистые вещества и прочие).

Главные загрязнители (поллютанты) атмосферного воздуха, образующиеся в процессе производственной и иной деятельности человека – диоксид серы (SO₂), оксид азота (NO_х), оксид углерода (СО) и твердые частицы. На их долю приходится около 98% в общем объеме выбросов вредных веществ. Помимо главных загрязнителей, в атмосфере городов и поселков наблюдается еще более70 наименований вредных веществ, среди которых – формальдегид, фтористый водород, соединения свинца, аммиак, фенол, бензол, сероуглерод и др. Однако именно концентрации главных загрязнителей (диоксид серы и др.) наиболее часто превышают допустимые уровни во многих городах России.

Суммарный мировой выброс в атмосферу четырех главных загрязнителей (поллютантов) атмосферы составил в 1990 г. – 401 млн. т, а в России в 1991 г. – 26, 2 млн.т. Кроме указанных главных загрязнителей в атмосферу попадает много других очень опасных токсических веществ: свинец, ртуть, кадмий и другие тяжелые металлы (источники выброса: автомобили, плавильные заводы и др); углеводороды (С _хН _х), среди них наиболее опасен бенз(а)пирен, обладающий канцерогенным действием (выхлопные газы, топка котлов и др.), альдегиды, и в первую очередь формальдегид, сероводород, токсичные летучие растворители (бензины, спирты, эфиры) и др.

Наиболее опасное загрязнение атмосферы – радиоактивное. В настоящее время оно обусловлено в основном глобально распределенными долгоживущими радиоактивными изотопами – продуктами испытания ядерного оружия, проводившихся в атмосфере и под землей. Приземный слой атмосферы загрязняют также выбросы в атмосферу радиоактивных веществ с действующих АЭС в процессе их нормальной эксплуатации и другие источники.

Защита атмосферы.

1. Пылеуловитель (сухой).

Нужно, чтобы бункер герметичный, иначе пыль выдувается. Эффективность 80-95%, частиц размером d_ч > 10 мкм. А также циклоны, пылеосадительные камеры.

Схема работы циклона:

корпус
патрубок
труба
бункер

Сухие пылеуловители (циклоны, пылеосадительные камеры) предназначены для грубой механической очистки выбросов от крупной и тяжелой пыли. Принцип работы – оседание частиц под действием центробежных сил и сил тяжести. Пылегазовый поток вводится в циклон через патрубок, далее он совершает вращательно-поступательное движение вдоль корпуса; частицы пыли отбрасываются к стенкам циклона и затем падают вниз в сборник пыли (бункер), откуда периодически удаляются. Для повышения эффективности работы применяют групповые (батарейные) циклоны.

Скруббер Вентури.

η = 99% d > 2 мкм.

Работает по принципу осаждения частиц пыли на поверхность капель под действием сил инерции и броуновского движения. Незаменим при очистке от пыли взрывоопасных и горючих газов.

Рис. Скруббер Вентури

1. Орошающая форсунка

2. Труба Вентури

3. Каплеуловитель

Фильтры.

Фильтроэлемент может быть зернистым слоем (неподвижный), с гибкими перегородками (ткани, войлок, губчатая резина, пенополиуритан), с полужесткими перегородками (вязаные сетки, стружка), с жесткими перегородками (пористая керамика, пористые металлы). Руковичные фильтры очищают воздух от пыли размером d_ч > 10 мкм, степень очистки 97-99%. d _до < 0, 05 мкм.

Схема фильтра

1. корпус

2. фильтроэлемент

3. слой частиц примесей

4. Мокрые пылеуловители (барботажно-пенные).

Высокая эффективность очистки частиц d_ч≥ 0, 3 мкм. Газ движется через решетку, проходит слой воды и пены – они чувствительны к неравномерности подачи газа, решетка склонна к засорению. Эффективность очистки 0, 95-0, 96%, а также скубберы, турбулентные, газопромыватели.

Рис. Барботажно-пенный пылеуловитель

1. Корпус

2. Слой пены

3. Переливная решетка

Туманоуловители.

Осаждение капель на поверхности пор с последующим стеканием жидкости по волокнам в нижнюю часть туманоуловителя. Эффективность очистки 0, 999 частиц 3 мкм.

Рис. Схема фильтрующего элемента низкоскоростного туманоуловителя

1. Корпус

2. Крепежный фланец

3. Цилиндры из сетки

4. Волокнистый фильтроэлемент

5. Нижний фланец

6. Трубка гидрозатвора

7. Стакан

Метод абсорбации.

Очистка газов от газов и паров основан на поглощении последних жидкостью. Решающим условием для применения метода – растворимость паров и газов в абсорбенте (жидкости). Так для удаления аммиака, хлора и фтороводорода применяют воду, используют щелочи, воду, аммиак, железный купорос. h = 85%.

Хемосорберы – поглощают газы и пары жидкими и твердыми поглотителями с образованием малорастворимых или малолетучих соединений. Очистка эффективна от оксида азота и паров кислот. Эффективность от оксида азота от0, 17-0, 86, от кислот – 0, 95.

Метод адсорбации.

Адсорбенты – поглотители, твердые тела, поглощающие компоненты из газовой смеси. Активированный уголь, активированный глинозем, активированный оксид алюминия, синтетические цеолиты. Эффективен против растворителей (паров), ацетона, углеводлородов. Применяется в респираторах и противогазах. (97-99%).

Термическая нейтрализация.

Сгорание газов с образованием менее токсичных веществ. Для этого используют нейтрализаторы: прямое сжигание, термическое окисление, каталитическое дожигание. Окисление или сжигание доходит до двуокиси углерода и воды (при температуре окисления 950-1300 °С, каталитическое сжигание 250-450 °С). Эффективность 99, 9%.

Рис. Схема установки для термического окисления

2. Входной патрубок

3. Теплообменник

4. Горелка

5. Камера

6. Выходной патрубок

Электрофильтры.

Наиболее совершенный способ очистки газов от взвешенных частиц пыли размером до 0, 01 мкм (d < 0, 01), η = 99-99, 5%. Принцип действия: ионизация пыле-газового потока у поверхности коронирующих электродов. Приобрела отрицательный заряд, пылинки движутся к осадительному электроду, имеющим положительный заряд. При встряхивании электродов осажденные частички пыли под действием силы тяжести падают вниз в сборник пыли. Электроды требуют большого расхода электроэнергии – это их основной недостаток.

Один из самых совершенных методов очистки от частиц пыли и тумана. Он основан на ударной ионизации газа, передача заряда ионов частицам примесей и осаждение последних на электродах.

Эффективность очистки колеблется от 0, 95 до 0, 99. Зависит от Wэ – скорости движения частиц в электрическом поле и F уд – удельная поверхность осадительных электродов.

Лучшая очистка - комбинированные методы. Например, очистка газов в циклонах – струбберы Вентури – электрофильтры.

На предприятиях повсеместно используют различные методы очистки отходящих газов от аэрозолей (пыли, золы, сажи) и токсичных газо- и парообразных примесей (NO, NO₂, SO₂, SO₃ и др.), однако, сточки зрения будущего, аппараты пылегазоочистки по вышеуказанным причинам не имеют перспектив.

Для очистки выбросов от аэрозолей в настоящее время применяют различные типы устройств в зависимости от степени запыленности воздуха, размеров твердых частиц и требуемого уровня очистки.

Загрязнение гидросферы.

Установлено, 400 видов веществ могут вызвать загрязнение вод. Различают химические, биологические и физические загрязнители (Бертокс, 1980)

Химические загрязнители – нефть, СПАВ, пестициды, тяжелые металлы, диоксины.

Биологические – вирусы, микробы.

Физические – радиоактивные вещества, тепло.

химические	биологические	физические
Кислоты Щелочи Соли Нефть, нефтепродукты Пестициды Диоксин Тяжелые металлы Фенолы Аммонийный и нитридный азот СПАВ	Вирусы Бактерии Болезнетворные организмы Водоросли Лигнины Дрожжевые и плесневые грибы	Радиоактивные элементы Взвешенные вещества Тепло Шлам Песок Ил Глина

К основным источникам загрязнений относят:

1. сброс в водоемы неочищенных сточных вод;

2. смыв ядохимикатов ливневыми осадками;

3. газодымовые выбросы;

4. утечки нефти и нефтепродуктов.

Нефтяная, НПЗ - сбрасывают нефтепродукты, СПАВ, фенолы, аммонийные соли, сульфиды.

ЦБК, лесная промышленность – сульфаты, лигнины, азот, органические вещества.

Машиностроение, металлургия – тяжелые металлы, фториды, аммонийный азот, фенолы, смолы, цианиды.

Легкая, текстильная, пищевая промышленности – СПАВ, органические красители, нефтепродукты.

Экологическими последствиями загрязнения пресноводных экосистем приводят к эвтрофикации водоемов. «Цветение» воды – размножение сине-зеленых водорослей, утрата генофонда, ухудшение саморегуляции. Загрязнение водоемов – это снижение биосферных функций и экологического значения в результате поступления в них вредных веществ.

Защита гидросферы.

1. Механическая очистка – процеживание, отстаивание, фильтрирование (до 90%) – песок, глина, окалина. Применяются решетки, песколовки, песчаные фильтры, отстойники, жироуловители. Вещества, плавающие на поверхности сточных вод (нефть, смолы, масла, жиры, полимеры и др.), задерживают нефте- маслоловушками и другого вида уловителями либо выжигают.

Отстойники могут быть горизонтальными, радиальными, комбинированными.

Гидроциклон (комбинированный).

Рис. Схема комбинированного гидроциклона

1. Входной трубопровод

2. Камера для очищенной сточной воды

3. Приемная камера

4. Трубопровод с регулируемым проходным сечением

5. Трубопровод отвода маслопродуктов

6. Трубопровод отвода воды для дальнейшей очистки

7. Шламосборник

Сточная вода с маслопродуктами движется вверх. Плотность примесей менее и они концентрируются в ядре закрученного потока и поступают в камеру (3), через трубопровод (5) маслопродукты выводятся из гидроциклона. Сточная вода очищенная от твердых частиц и масла, скапливается в камере (2) откуда через трубопровод (6) выводится для дальнейшей очистки. Воздух из ядра закрученного потока уходит в трубу (4).

Применяют от мелкодисперсных твердых примесей – зернистые фильтры, сепараторы. Эффективность очистки 0, 97-0, 99 (пенополиуритан).

Зернистый фильтр.

Сточная вода по трубе (4) поступает в корпус (1) через фильтров слой (3) из мраморной крошки. Очищенная сточная вода выводится из фильтра через трубу (8). Твердые частицы в фильтрованном материале. Перепад давления в фильтре увеличивается и достижение предельного значения перекрывается входной трубопровод (4). По трубе (9) подается статистический воздух. Он вытесняет из фильтрованного слоя воду и частицы в желоб (6) и выводятся через трубу (7). Лучше если фильтр – пенополиуритан. η = 97-99%.

Рис. Схема зернистого фильтра

1. Корпус фильтра

2. Пористая перегородка 3. Фильтровальная загрузка

3. Входной трубопровод сточной воды

4. Пористая перегородка 6. Желоб

5. Трубопровод вывода твердых частиц

6. Трубопровод отвода очищенной воды

7. Трубопровод подачи сжатого воздуха.

Сепараторный фильтр

Рис. Схема фильтра-сепаратора

1. Корпус

2. Ротор с фильтровальной загрузкой

3. Карманы для отвода маслопродуктов

4. Нижняя и верхняя опорные решетки

5. Трубопровод подачи сточной воды

6. Приемный кольцевой карман для вывода очищенной воды

7. Электродвигатель

Сточную воду в трубе (5) подают на опорную решетку (4). Вода проходит через фильтров загрузку в роторе (2), верхнюю решетку (4) и очищенная от примесей вода переливается в приемный кольцевой карман (6) и выводится из корпуса (1). η = 92-90%

t _фильтр -16-24 ч.

При включении электродвигателя (7) вращается ротор (2) с фильтр. загрузкой. В результате частицы пенополиуритана под действием центробежной силы отбрасываются к внутренним стенкам ротора, выжимая из него маслопродукты, которые поступают в карманы (3) и идут на регенерацию.

Физико-химические методы.

Коагуляция – введение коагулянтов (солей аммония, Fе, меди, шлама) для образования хлопьевидных осадков.

Флотация – для вымывания маслопродуктов при обволакивания их пузырьками газа, подаваемого в сточную воду. Слипание частиц масла и пузырьков флотация: папорная, пневматическая, пенная, химическая, вибрационная, биологическая, электрофлотация. В качестве подаваемого газа используют водород, коагулянт. Слипание частиц и пузырьков газа.

Экстракция – перераспределение примесей в стоке в смеси взаимонерастворимых жидкостей (сточной воды и экстрагента). Для очистки от фенола, экстрагентом используют бензол и бутилацетат.

Нейтрализация – для выделения из стоков кислот, щелочей, солей металлов. Это объединение ионов водорода и гидроксильной группы в малекулы воды. В результате сточная вода имеет значение рН – 6, 7 (нейтральная среда). Нейтрализаторы щелочи: едким натром, едким кали, известью, доломитом. Мрамором, мелом, содой, магнезитом. Для щелочей: соль, азот.

Сорбция – очистка от растворимых примесей (зола, торор, опилки, шлаки, глина, активированный уголь).

Ионообменная очистка – с помощью смол (гранулы 0, 2-2 мм) иониты делают из нерастворимых в воде веществ и на их поверхности помещают катионы и анионы. Они реагируют с ионами того же знака. Катионы Н⁺, Nа⁺, анионы ОН^-

Гиперфильтрация – обработка осмос, через мембраны. Мало энергии.

Биологическая очистка.

Очистка на полях орошения, биологических прудах, полях фильтрации. И в искусственных методах (аэротенки, биофильтры). После осветления сточных вод образуется осадок, который сбрасывают в железобетонных резервуарах (метатенках), а затем удаляют на иловые площадки для подсушивания и потом используют как удобрение. Сейчас в осадке обнаруживают тяжелые металлы, поэтому нельзя на поля.

Осветлена часть сточных вод очищается в аэротенках – закрытых, там вода обогащается кислородом и смешивается с активным илом (плесень, дрожжи, водные грибы, коловратки) (углеродоокисляющие бактерии, углеродоокисляющие нитгатые бактерии, бактерии – нитрификаторы). Кислород 5 мг/м². БПК. После вторичного отстаивания сточные воды дезинфицируют (хлор_ против бактерий и вирусов.

Схема биологической очистки воды.

⇐ Предыдущая 1 2 345 Следующая ⇒