Способы очистки атмосферного воздуха

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 2. Материалы и методы исследований.

 

2.1 Промышленная и санитарная очистка.

Способы борьбы с загрязнением атмосферы основаны на применении конкретных приемов:

- совершенствования технологических  процессов (работа по замкнутому  циклу, безотходные технологии);

-снижения до минимума  количества отходов комплексным  использованием сырья (на нефтехимических  и металлургических предприятиях  сооружают сернокислотные цеха, используя выбрасываемый сернистый  ангидрид);

-внедрения прогрессивных  методов горения (бездымное тушение  кокса);

-использования для газообразных  выбросов высоких дымовых труб, чтобы снизить концентрацию вредных  веществ у поверхности земли.  Но использование высоких труб  приводит к загрязнению удаленных  районов. Коренное решение этого  вопроса заключается в эффективной  очистке от вредных газов и  пыли до их выброса в атмосферу.  В зависимости от дисперсного  состава пыли, влажности и других  факторов применяют соответствующий  тип пылеуловителя. При этом  основным критерием является  степень очистки и экономические  затраты (стоимость оборудования, монтажа, потребной электроэнергии, эксплуатационных и амортизационных  расходов).

Промышленная  очистка - это очистка газов с целью последующей утилизации или возврата в производство отделенного газа или превращенного в безвредное состояние продукта (ГОСТ 17.2.1.04 - 77). Этот вид очистки является необходимой стадией технологического процесса при этом технологическое оборудование связано друг с другом материальными потоками в соответствии с обвязкой аппаратов. При организации любого производства, и в особенности мало- и безотходного промышленная и санитарная очистка газовоздушных выбросов - необходимая стадия технологической схемы.

Санитарная очистка - это очистка газа от остаточного содержания в газе загрязняющих веществ, при котором обеспечивается соблюдение установленных для последнего ПДК в воздухе населенных мест или производственных помещений. Эта очистка осуществляется перед поступлением отходящих газов в атмосферный воздух и именно на этой стадии необходимо предусматривать возможность отбора проб газов с целью контроля их на содержание вредных примесей и оценки эффективности работы очистных сооружений. Выбор способа очистки отходящих газов зависит от конкретных условий производства и определяется рядом основных факторов: объемом и температурой отходящих газов, агрегатным состоянием и физико-химическими свойствами примесей, концентрацией и составом примесей, необходимостью рекуперации или возвращения их в технологический процесс; капитальными и эксплуатационными затратами, экологической обстановкой в регионе. Прежде чем выбрать оборудование для очистки промвыбросов необходимо провести комплекс организационно-технических мероприятий для снижения валовых выбросов вредных веществ в атмосферу[1].

 

2.2 Биологический способ очистки атмосферного воздуха

В природных условиях аэрозоли микроэлементов могут удаляться  с поверхности листьев дождем, ветром или вместе со слоем кутикулярного  воска. Кроме того, удаление происходит за счет абсорбции микроэлементов листьями с последующей транслокацией. Удаление аэрозолей с листьев дождем зависит  от характера поверхности листа  и характеристик микроэлементов.

Все растения обнаруживают способность избирательно извлекать  химические элементы. В условиях окружающей среды сложного геохимического состава  растения выработали механизмы активного  поглощения элементов, участвующих  в жизненных процессах, и удаления токсичных избытков других элементов.

У растений в ходе эволюции и в течение жизни вырабатываются механизмы, приводящие к адаптации  и нечувствительности к изменению  химического баланса в окружающей среде. Поэтому реакции растений на микроэлементы в почве и  окружающем воздухе должны всегда рассматриваться  для конкретной системы почва - растение.

Надземные части растений - это коллекторы всех атмосферных  загрязнителей. Химический состав городских  растений может служить индикатором  для выделения загрязненных областей.

Очистные сооружения промышленных предприятий пока не позволяют полностью  освобождать отходы производства от вредных примесей. Поэтому дополнительным способом доочистки воздуха является биологический. Роль биологического фильтра  играет растительность, в первую очередь, древесная. Безудержная эксплуатация и сведение лесов, расширение сельскохозяйственных посевов сокращают продуктивность работы зеленого фильтра, как по площади, так и по времени. Известно, что  агроценозы, даже самые высокоурожайные, уступают естественным лесным фитоценозам  по суммарной за год биологической  продуктивности в сходных экологических  условиях. Следовательно, так же уменьшается  фотосинтетическая деятельность, обеспечивающая необходимый баланс СО2 и О2 в атмосфере и связывание атмосферных загрязнителей. Проблема сохранения "зеленых легких" планеты и их биосферной функции стоит достаточно остро.

Результаты исследований свидетельствуют о важной роли древесных  растений в процессах выведения  газообразных примесей из атмосферного воздуха. При этом многие считают, что  основной способ снижения уровня загрязнения  воздуха - технологический (фильтры, уловители), а биологический способ можно  рассматривать только как дополнительный, вспомогательный.

Наземные органы растений активно реагируют на повышение  концентрации химических элементов  в почве, накапливая их выше уровня, необходимого для обеспечения нормального  роста и развития растений. Растения могут усваивать, и вовлекать в метаболизм двуокись серы, окислы азота, аммиак, подобно ассимиляции листьями углекислого газа. В условиях повышенного содержания в атмосфере этих газов в тканях происходит значительное увеличение содержания азота и серы.

Поглотительная способность  насаждений зависит от состава пород, полноты, класса бонитета, возраста, ассимиляционной  поверхности крон деревьев, длительности вегетации. Наибольшей поглотительной способностью обладают древесные растения. За ними, по мере снижения поглотительной способности, идут местные сорные травы, цветочные растения и газонные травы. В фитоценозах газы поглощают  не только растительность, но и почва, вода, подстилка, поверхность стволов  и ветвей деревьев и другие элементы. Изучалось влияние выхлопных  газов автотранспорта на видовой  и количественный состав лесного  напочвенного покрова. В результате чего было установлено, что на всех пробных площадях наибольшее распространение  в лесном напочвенном покрове  получила будра плющевидная.

Роль отдельных компонентов  экосистемы в поглощении поллютантов  можно определить только экспериментально. В природных условиях распределение  поллютанта в экосистеме зависит  от характера загрязнения воздуха  и процессов транслокации ингредиента  в экосистеме, как под влиянием биологических процессов, так и  экологических условий[13].

На поглощение поллютанта растениями и отдельными элементами экосистем влияют экологические  факторы. В оптимальных для фитоценоза условиях (повышенная освещенность и  влажность воздуха, температура +25...30°С) лучше выражено и поглощение вредных  газов растениями. В неблагоприятных  для фитоценоза условиях снижается  поглощение газов растительностью  и усиливается роль почвы.

Лесные зеленые насаждения можно рассматривать как промышленный фитофильтр, призванный обезвредить  атмосферные загрязнители. Критерием  эффективности его работы должна быть способность снижать уровень загрязнения воздуха до предельно допустимых концентраций[4].

 

2.3  Системы очистки воздуха от пыли.

Хотя имеет место многообразие конструкций пылеуловителей, все  они основаны на принципах осаждения  взвешенной фазы. Пылегазовые смеси  представляют собой аэродисперсную систему, в которой дисперсная фаза (пылинки) распределены в дисперсионной  среде (газе). Движущими силами процесса осаждения пыли являются: сила тяжести  частиц и сила диффузии частиц вследствие броуновского движения. Гравитационным полем (силой тяжести) осаждаются только относительно крупные частицы пыли. Поэтому пылеуловители базируются на использовании силового поля, которое  необходимо создать искусственно (силы инерции при изменении направления  и скорости пылегазового потока; электрического притяжения заряженных частиц к осадительному  электроду; процесс коагуляции -- образование  элемента из нескольких частиц; фильтрование газа через пористые перегородки). Чтобы  не допустить обратного процесса, мешающего пылеулавливанию (возвращение  осевших частиц обратно в поток  газа), принимаются специальные меры: смачивание осадительной поверхности, снижение скорости потока, повышение  его влажности.

При повышенном содержании пыли в воздухе используют пылеуловители  и электрофильтры. Фильтры применяют  для тонкой очистки воздуха с  концентрацией примесей менее 100 мг/м³[5, 20].

 

2.4 Системы очистки воздуха от туманов.

Для очистки воздуха от туманов (например, кислот, щелочей, масел  и др. жидкостей) используют системы  фильтров, называемых туманоуловителями.

Средства защиты воздуха  от газопарообразных примесей зависят  от выбранного метода очистки. По характеру  протекания физико-химических процессов выделяют метод абсорбции (промывка выбросов растворителями примеси), хемосорбции (промывка выбросов растворами реагентов, связывающих примеси химически), адсорбции (поглощение газообразных примесей за счет катализаторов) и термической нейтрализации.

Все процессы извлечения из воздуха взвешенных частиц включают, как правило, две операции: осаждение  частиц пыли или капель жидкости на сухих или смоченных поверхностях и удаление осадка с поверхностей осаждения. Основной операцией является осаждение, по ней собственно и классифицируются все пылеуловители. Однако вторая операция, несмотря на кажущуюся простоту связана  с преодолением ряда технических  трудностей, часто оказывающих решающее влияние на эффективность очистки  или применимость того или иного  метода. Хотя имеет место многообразие конструкций пылеуловителей, все  они основаны на принципах осаждения  взвешенной фазы. Пылегазовые смеси  представляют собой аэродисперсную систему, в которой дисперсная фаза (пылинки) распределены в дисперсионной  среде (газе). Движущими силами процесса осаждения пыли являются: сила тяжести  частиц и сила диффузии частиц вследствие броуновского движения. Гравитационным полем (силой тяжести) осаждаются только относительно крупные частицы пыли. Поэтому пылеуловители базируются на использовании силового поля, которое  необходимо создать искусственно (силы инерции при изменении направления  и скорости пылегазового потока; электрического притяжения заряженных частиц к осадительному  электроду; процесс коагуляции - образование элемента из нескольких частиц; фильтрование газа через пористые перегородки). Чтобы не допустить обратного процесса, мешающего пылеулавливанию (возвращение осевших частиц обратно в поток газа), принимаются специальные меры: смачивание осадительной поверхности, снижение скорости потока, повышение его влажности[6].

Выбор того или иного пылеулавливающего  устройства, которое представляет систему  элементов, включающую пылеуловитель, разгрузочный агрегат, регулирующее оборудование и вентилятор, предопределяется дисперсным составом улавливаемой частицы промышленной пыли. Поскольку частицы имеют разнообразную форму (шарики, палочки, пластинки, игла, волокна и т.д.), то для них понятие размера условно. В общем случае принято характеризовать размер частицы величиной, определяющей скорость ее осаждения, - седиментационным диаметром. Под ним подразумевают диаметр шара, скорость осаждения и плотность которого равны скорости осаждения и плотности частиц.

 

2.5 Системы очистки воздуха от газопарообразных примесей.

Для очистки выбросов от жидких и твердых примесей применяют  различные конструкции улавливающих аппаратов, работающих по принципу:

- инерционного осаждения  путем резкого изменения направления  вектора скорости движения выброса,  при этом твердые частицы под  действием инерционных сил будут  стремиться двигаться в прежнем  направлении и попадать в приемный  бункер;

- осаждения под действием  гравитационных сил из-за различной  кривизны траекторий движения  составляющих выброса (газов и  частиц), вектор скорости, движения  которого направлен горизонтально;

- осаждения под действием  центробежных сил путем придания  выбросу вращательного движения  внутри циклона, при этом твердые  частицы отбрасываются центробежной  силой к сетке, так как центробежное  ускорение в циклоне до тысячи  раз больше ускорения силы  тяжести, это позволяет удалить  из выброса даже весьма мелкие  частицы;

- механической фильтрации - фильтрации выброса через пористую  перегородку (с волокнистым, гранулированным  или пористым фильтрующим материалом), в процессе которой аэрозольные  частицы задерживаются, а газовая  составляющая полностью проходит  через нее[7].

Системы и аппараты пылеулавливания.

Сухие пылеуловители. К сухим пылеуловителям относятся такие, в которых очистка движущегося воздуха от пыли происходит механически под действием сил гравитации и инерции. Эти системы называются инерционными, так как в них при резком изменении направления движения газового потока частицы пыли, по инерции сохраняя направление своего движения, ударяются о поверхность, теряют свою энергию и под действием сил гравитации осаждаются в специальном бункере.

Для сухой очистки газов  наиболее употребительны центробежные обеспыливающие системы (циклоны). Газовый поток, попадая во внутренний корпус циклона  через патрубок, совершает вращательно-поступательное движение вдоль корпуса по направлении к бункеру. Под действием сил инерции частицы пыли осаждаются на стенках корпуса, а затем попадают в бункер. Очищенный газовый поток выходит из бункера через патрубок. Особенностью таких систем очистки является обязательная герметичность бункера, в противном случае из-за подсоса воздуха осаждаемые частицы пыли падают в выходную трубу.

На практике используют разные системы подачи и удаления воздуха  и пылеосаждения. В зависимости  от конструктивного исполнения различают  циклоны: