6.2. СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ АТМОСФЕРЫ

Средства защиты атмосферы

6.2. СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ АТМОСФЕРЫ

Загрязнители воздуха могут находиться в разном агрегатном состоянии – это может быть состояние пыли, тумана, газопарообразных примесей. Их можно разделить на первичные – эти загрязнители непосредственно поступают в атмосферу и вторичные, являющиеся результатом их превращений.

Замечание 1

Например, сернистый газ, поступающий в атмосферу, окисляется до серного ангидрида. Взаимодействуя с водяным паром серный ангидрид, образует капли серной кислоты, образуя кислотные дожди.

В выбросах промышленных предприятий содержатся твердые взвешенные или жидкие частицы. Они представляют собой двухфазные системы. Газы в этой системе являются сплошной фазой, а твердые или жидкие частицы относятся к дисперсной фазе. Исходя из этого, системы очистки воздуха должны быть разные.

Очистка от пыли состоит из 4-х основных групп:

  1. Сухие пылеуловителя;
  2. Мокрые пылеуловители;
  3. Электрофильтры;
  4. Фильтры.

Пылеуловители и электрофильтры используются тогда, когда содержание пыли в воздухе повышенно. Тонкая очистка воздуха при концентрации примесей меньше $100$ мг/куб. м осуществляется с помощью фильтров.

Присутствующие в воздухе примеси в виде жидкостей – кислот, щелочей, масел, создающих туман, убирают с помощью туманоуловителей и используют для этого волокнистые фильтры.

От выбранного метода очистки воздуха зависят средства защиты от газообразных примесей.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

В связи с этим выделяют:

  1. Метод промывки вредных веществ их растворителями или метод абсорбции;
  2. Метод адсорбции. Газообразные примеси поглощаются за счет катализаторов;
  3. Метод хемосорбции, с помощью которого происходит промывка выбросов растворами реагентов. Реагенты связывают примеси химически;
  4. Сжигание или метод термической нейтрализации;
  5. Каталитический метод.

Весь процесс по очистке воздуха можно охарактеризовать основными параметрами:

Насколько эффективна общая очистка воздуха, показывающая степень снижения вредных веществ в применяемом средстве. Эффективность характеризуется коэффициентом $h= \frac{C_{вх} – C_{вых}}{C_{вх}}.$ Cвх и Cвых, представляют концентрацию вредных веществ до и после очистки воздуха.

Оказываемое гидравлическое сопротивление. Это разность давления на входе и выходе из системы очистки $DP=\frac{xrV2}{2}$, $X$ – гидравлическое сопротивление, $r$– плотность воздуха (кг/ куб. м), $V$ – скорость воздуха (м/с). Производительность процесса показывает, какой объем воздуха проходит через систему за единицу времени (куб.м/час).

Механические системы очистки воздуха

Чтобы промышленные выбросы очистить от твердых и жидких вредных примесей используют улавливающие аппараты различных конструкций.

Принцип их работы:

Инертное осаждение. Суть его заключается в том, что направление вектора скорости движения выброса резко изменяется. Под действием инерционных сил твердые частицы будут двигаться в прежнем направлении, и попадать в приёмный бункер.

Осаждение гравитационными силами. Осаждение под их действием происходит из-за различной кривизны траектории движения газов и частиц. Вектор скорости его движения направлен горизонтально.

Осаждения центробежными силами. Суть его в том, что вредным выбросам придается вращательное движение внутри циклона и твердые частицы в результате этого центробежной силой отбрасываются к сетке. Поскольку центробежное ускорение больше ускорения силы тяжести в $1000$ раз, то удалить можно даже мелкие частицы.

Циклоны, как правило, используются для сухой очистки воздуха. Частицы пыли осаждаются на стенках корпуса, а затем попадают в бункер. Через специальную выходную трубу выходит чистый воздух. Важным в этом процессе является герметичность бункера, чтобы осаждаемые частицы пыли не попали в выходную трубу.

Концентрация и размер частиц пыли влияют на эффективность циклонов. Улавливающая способность циклонов в общей степени составляет $95$ %. Небольшие размеры, отсутствие движущихся деталей, простота конструкции являются основными преимуществами циклонов.

К недостаткам относятся затраты энергии на вращение и значительный абразивный износ его частей.

Механическая фильтрация выброса через пористую перегородку. В процессе такой фильтрации задерживаются аэрозольные частицы, и полностью проходит газовая составляющая.

К механической системе очистки воздуха относятся мокрые пылеуловители. Это скрубберы, особенностью которых является эффективность очистки от мелкодисперсной пыли. Данные системы очищают от пыли горячие и взрывоопасные газы.

Принцип их работы заключается в осаждении частиц пыли под действием сил инерции на поверхность жидких капель. В качестве такого химического орошающего агента может быть известковое молоко, которое подаётся в скруббер. В этом случае будет происходить химическая очистка газов.

Сухие пылеуловители очистку от пыли движущегося воздуха производят механически под действием сил гравитации и инерции и называются инерционными.

Если направление движения воздуха будет резко изменено, то частицы пыли по инерции сохранят направление своего движения, ударятся о поверхность, потеряют свою энергию и, под действием сил гравитации, осядут в специальном бункере.

Один из эффективных способов очистки газов от пыли является электрический способ, который осуществляется с помощью электрофильтров. В неоднородном электрическом поле, создаваемом между коронирующим и осадительным электродами, действует ударная ионизация газа.

Попавшие между электродами загрязненные газы, вследствие частичной ионизации, проводят электрический ток. Частицы с отрицательным зарядом направляются к осадительному электроду, с положительным зарядом оседают на коронируюшем электроде.

Если учесть, что частицы пыли получают в основном отрицательный заряд, то её основная масса будет находиться на положительном осадительном электроде. Удалить её с этого электрода не является большой сложностью. С помощью электрофильтров очистка газов доходит до $97$ %.

В этом процессе тоже есть свои преимущества – удаляются мелкие частицы от $0,2$ мкм и свои недостатки – большой расход энергии, необходимость следить за чистотой электродов, высокие требования к технике безопасности.

Тонкую очистку выбросов производят с помощью фильтров, которые имеют пористую перегородку. В процессе фильтрования воздуха перегородка задерживает твердые частицы.

Чаще всего промышленность использует тканевые рукавные фильтры, в корпусе которых устанавливается нужное число рукавов. Загрязненный воздух подается на рукава, а очищенный воздух выходит через патрубок.

Поскольку рукава содержат загрязненные частицы и насыщены ими, то их обычно продувают и встряхивают для удаления осажденной пыли.

Физико-химические методы очистки загрязненного воздуха

Среди физико-химических методов очистки воздуха надо назвать метод абсорбции. Суть его заключается в разделении на составные части газовоздушной смеси.

Происходит это разделение при поглощении газовых компонентов абсорбентом, который и является поглотителем.

Абсорбент имеет определенный состав и выбирается исходя из того, как в нем растворяется поглощаемый газ.

Замечание 2

Например, чтобы удалить из выбросов аммиак, хлористый водород, в качестве поглотительной жидкости применяют воду. Серная кислота используется для улавливания водяного пара, а вязкими маслами удаляют ароматические углеводороды.

Чаще всего в абсорберы подается жидкий реагент вместо воды. От скрубберов абсорберы отличаются тем, что имеют насадку, которая увеличивает площадь поверхности контакта газа и жидкости.

Происходит механическая и, в основном, химическая очистка газов от целого ряда вредных выбросов, среди которых оксиды азота, сера, уголь, сероуглерод, меркаптан.

Высокая скорость абсорбции достигается при высоком давлении и низкой температуре.

Метод адсорбции, среди всех методов защиты воздушного бассейна он относится к одному из самых распространенных. В основе метода лежат физические свойства ряда пористых материалов, способных извлекать отдельные компоненты из газовоздушной смеси.

Основным адсорбентом в промышленности является активированный уголь. С помощью адсорбции проводится очистка вредных выбросов при высоких температурах. Используют активированный уголь для очистки газов от рекуперации растворителей, дурно пахнущих веществ и др.

С точки зрения конструкции адсорберы представляют собой заполненные адсорбентом вертикальные или горизонтальные ёмкости и через них проходит поток очищаемых газов.

Хемосорбция как метод очистки основана на поглощении паров и газов. Поглощение осуществляется жидкими или твердыми поглотителями с образованием химических соединений. Применяемые для этого метода установки напоминают абсорберы.

Каталитический метод использует специальное вещество – катализатор, при взаимодействии с которым токсичные компоненты газовоздушной смеси становятся безвредными веществами.

Катализаторами могут быть металлы и их соединения, например, платина, оксиды меди, марганца. Катализаторы ускоряют химический процесс и могут быть в виде шаров, колец, спиральной проволоки.

Чтобы очистить газ от вредных веществ используют термический метод, который требует поддержания высоких температур и наличия кислорода. С помощью термических катализаторов сжигаются углеводороды, оксид углерода, выбросы, сделанные с лакокрасочного производства.

Классическим примером очистки газов этим способом являются факелы на нефтеперерабатывающих заводах.

Отработавшие газы предприятия, имеющие разное содержание горючих веществ, собирают в одну магистраль и на высоте около $100$ м сжигаются. Сжигание этих газов обязательно, потому что они ядовиты и взрывоопасны.

В результате сжигания вредных примесей происходит полная очистка газов с выделением оксида углерода и пара, но при этом расходуется много топлива.

Источник: https://spravochnick.ru/bezopasnost_zhiznedeyatelnosti/obespechenie_chistoty_okruzhayuschey_sredy_i_prirodnyh_resursov/sredstva_zaschity_atmosfery/

Защита атмосферы

6.2. СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ АТМОСФЕРЫ

Беру кисть, пытаясь запечатлеть на бумаге свои чувства, но способности мои так ничтожны! Хочу отыскать слова, но сердце моё сжимается и, опершись на подлокотник, я только смотрю и смотрю на ночное небо.
(Мацуо Басё, “Оплакивая Мацукура Ранрана”)

Атмосфера — газовая оболочка небесного тела, удерживаемая около него гравитацией.

Поскольку не существует резкой границы между атмосферой и межпланетным пространством, то обычно атмосферой принято считать область вокруг небесного тела, в которой газовая среда вращается вместе с ним как единое целое. Глубина атмосферы некоторых планет, состоящих в основном из газов (газовые планеты), может быть очень большой.

Атмосфера Земли содержит кислород, используемый большинством живых организмов для дыхания, и диоксид углерода потребляемый растениями, водорослями и цианобактериями в процессе фотосинтеза. Атмосфера также является защитным слоем планеты, защищая её обитателей от солнечного ультрафиолетового излучения.

Основные загрязнители атмосферного воздуха

Основными загрязнителями атмосферного воздуха, образующимися как в процессе хозяйственной деятельности человека, так и в результате природных процессов, являются диоксид серы SO2, диоксид углерода CO2, оксиды азота NOx, твердые частицы – аэрозоли.

Их доля составляет 98% в общем объеме выбросов вредных веществ.

Помимо этих основных загрязнителей, в атмосфере наблюдается еще более 70 наименований вредных веществ: формальдегид, фенол, бензол, соединения свинца и других тяжелых металлов, аммиак, сероуглерод и др.

Экологические последствия загрязнения атмосферы

К важнейшим экологическим последствиям глобального загрязнения атмосферы относятся:

  • возможное потепление климата (парниковый эффект);
  • нарушение озонового слоя;
  • выпадение кислотных дождей;
  • ухудшение здоровья.

Парниковый эффект

Парниковый эффект – это повышение температуры нижних слоев атмосферы Земли по сравнению с эффективной температурой, т.е. температурой теплового излучения планеты, наблюдаемого из космоса.

В декабре 1997 г. на встрече в Киото (Япония), посвященной глобальному изменению климата, делегатами из более чем 160 стран была принята конвенция, обязывающая развитые страны сократить выбросы СО2.

Киотский протокол обязывает 38 индустриально развитых стран сократить к 2008–2012 г.г. выбросы СО2 на 5 % от уровня 1990 г.

:

  • Европейский союз должен сократить выбросы СО2 и других тепличных газов на 8 %,
  • США – на 7%,
  • Япония – на 6 %.

Протокол предусматривает систему квот на выбросы тепличных газов. Суть его заключается в том, что каждая из стран (пока это относится только к тридцати восьми странам, которые взяли на себя обязательства сократить выбросы), получает разрешение на выброс определенного количества тепличных газов.

При этом предполагается, что какие-то страны или компании превысят квоту выбросов. В таких случаях эти страны или компании смогут купить право на дополнительные выбросы у тех стран или компаний, выбросы которых меньше выделенной квоты.

Таким образом, предполагается, что главная цель – сокращение выбросов тепличных газов в следующие 15 лет на 5 % будет выполнена.

В качестве других причин, вызывающих потепление климата, ученые называют непостоянство солнечной активности, изменение магнитного поля Земли и атмосферного электрического поля.

Средства защиты

Для защиты атмосферы от негативного антропогенного воздействия используются следующие основные меры.

  • 1. Экологизация технологических процессов:
    • 1.1. создание замкнутых технологических циклов, малоотходных технологий, исключающих попадание в атмосферу вредных веществ;
    • 1.2. уменьшение загрязнения от тепловых установок: централизованное теплоснабжение, предварительная очистка топлива от соединений серы, использование альтернативных источников энергии, переход на топливо повышенного качества (с угля на природный газ);
    • 1.3. уменьшение загрязнения от автотранспорта: использование электротранспорта, очистка выхлопных газов, использование каталитических нейтрализаторов для дожигания топлива, разработка водородного транспорта, перевод транспортных потоков за город.
  • 2. Очистка технологических газовых выбросов от вредных примесей.
  • 3. Рассеивание газовых выбросов в атмосфере. Рассеивание осуществляется с помощью высоких дымовых труб (высотой более 300 м). Это временное, вынужденное мероприятие, которое осуществляется вследствие того, что существующие очистные сооружения не обеспечивают полной очистки выбросов от вредных веществ.
  • 4.

    Устройство санитарно-защитных зон, архитектурно-планировочные решения.

Санитарно-защитная зона (СЗЗ) – это полоса, отделяющая источники промышленного загрязнения от жилых или общественных зданий для защиты населения от влияния вредных факторов производства. Ширина СЗЗ устанавливается в зависимости от класса производства, степени вредности и количества выделенных в атмосферу веществ (50–1000 м).

Архитектурно-планировочные решения – правильное взаимное размещение источников выбросов и населенных мест с учетом направления ветров, сооружение автомобильных дорог в обход населенных пунктов и др.

Оборудование для очистки выбросов:

  • устройства для очистки газовых выбросов от аэрозолей (пыли, золы, сажи);
  • устройства для очистки выбросов от газо- и парообразных примесей (NO, NO2, SO2, SO3 и др.)

Устройства для очистки технологических выбросов в атмосферу от аэрозолей.Сухие пылеуловители (циклоны)

Сухие пылеуловители предназначены для грубой механической очистки от крупной и тяжелой пыли. Принцип работы – оседание частиц под действием центробежной силы и силы тяжести. Широкое распространение получили циклоны различных видов: одиночные, групповые, батарейные.

На схеме (рис. 16) изображена упрощенная конструкция одиночного циклона. Пылегазовый поток вводится в циклон через входной патрубок 2, закручивается и совершает вращательно-поступательное движение вдоль корпуса 1.

Частицы пыли отбрасываются под действием центробежных сил к стенке корпуса, а затем под действие силы тяжести собираются в пылевой бункер 4, откуда периодически удаляются.

Газ, освободившись от пыли, разворачивается на 180º и выходит из циклона через трубу 3.

Мокрые пылеуловители (скрубберы)

Мокрые пылеуловители характеризуются высокой эффективностью очистки от мелкодисперсной пыли размером до 2 мкм. Работают по принципу осаждения частиц пыли на поверхность капель под действием сил инерции или броуновского движения.

Запыленный газовый поток по патрубку 1 направляется на зеркало жидкости 2, на котором осаждаются наиболее крупные частицы пыли. Затем газ поднимается навстречу потоку капель жидкости, подаваемой через форсунки, где происходит очистка от мелких частиц пыли.

Фильтры

Предназначены для тонкой очистки газов за счет осаждения частиц пыли (до 0,05 мкм) на поверхности пористых фильтрующих перегородок (рис. 18).

По типу фильтрующей загрузки различают тканевые фильтры (ткань, войлок, губчатая резина) и зернистые.

Выбор фильтрующего материала определяется требованиями к очистке и условиями работы: степень очистки, температура, агрессивность газов, влажность, количество и размер пыли и т.д.

Электрофильтры

Электрофильтры – эффективный способ очистки от взвешенных частиц пыли (0,01 мкм), от масляного тумана. Принцип действия основан на ионизации и осаждении частиц в электрическом поле.

У поверхности коронирующего электрода происходит ионизация пылегазового потока. Приобретая отрицательный заряд, частицы пыли движутся к осадительному электроду, имеющему знак, противоположный заряду коронирующего электрода.

По мере накопления на электродах частицы пыли падают под действием силы тяжести в сборник пыли или удаляются встряхиванием.

Способы очистки от газо- и парообразных примесей

  1. Очистка от примесей путем каталитического превращения. С помощью этого метода превращают токсичные компоненты промышленных выбросов в безвредные или менее вредные вещества путем введения в систему катализаторов (Pt, Pd, Vd):
    • каталитическое дожигание СО до СО2;
    • восстановление NОx до N2.
  2. Абсорбционный метод основан на поглощении вредных газообразных примесей жидким поглотителем (абсорбентом). В качестве абсорбента, например, используют воду для улавливания таких газов как NH3, HF, HCl.
  3. Адсорбционный метод позволяет извлекать вредные компоненты из промышленных выбросов с помощью адсорбентов – твердых тел с ультрамикроскопической структурой (активированный уголь, цеолиты, Al2O3.

Источник: https://www.edu.severodvinsk.ru/after_school/obl_www/2013/work/pestov/atmosphere_protection.html

Защита атмосферы от загрязнений: семестровая по экологии

6.2. СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ АТМОСФЕРЫ

  1. Атмосфера
  2. Основные загрязнители атмосферного воздуха
  3. Основные загрязнители атмосферы
  4. Загрязнение атмосферы и контроль ее качества
  5. Контроль газовых смесей
  6. Экологические последствия загрязнения атмосферы
  7. Парниковый эффект
  8. Киотский протокол
  9. Средства защиты
  10. Защита атмосферы
  11. Средства защиты
  12. Оборудование для очистки выбросов
  13. Сухие пылеуловители
  14. Мокрые пылеуловители
  15. Фильтры
  16. Электрофильтры
  17. Способы очистки от газо- и парообразных примесей

Атмосфера — газовая оболочка небесного тела, удерживаемая около него гравитацией.

Обычно атмосферой принято считать область вокруг небесного тела, в которой газовая среда вращается вместе с ним как единое целое.

Глубина атмосферы некоторых планет, состоящих в основном из газов (газовые планеты), может быть очень большой.

Атмосфера Земли содержит кислород, используемый большинством живых организмов для дыхания, и диоксид углерода потребляемый растениями, водорослями и цианобактериями в процессе фотосинтеза.

Атмосфера также является защитным слоем планеты, защищая её обитателей от солнечного ультрафиолетового излучения.

Основные загрязнители атмосферы

Источники загрязнения атмосферы проявляются практически во всех видах хозяйственной деятельности человека. Их можно разделить на группы стационарных и подвижных объектов.

К первым относятся промышленные, сельскохозяйственные и другие предприятия, ко вторым – средства наземного, водного и воздушного транспорта.

Среди предприятий наибольший вклад в загрязнение атмосферы вносят:

  • теплоэнергетические объекты (тепловые электрические станции, отопительные и производственные котельные агрегаты);
  • металлургические, химические и нефтехимические заводы.

Загрязнение атмосферы и контроль ее качества

Контроль атмосферного воздуха осуществляется с целью установления соответствия его состава и содержания компонентов требованиям охраны окружающей среды и здоровья человека.

Контролю подлежат все источники образования загрязнений, поступающих в атмосферу, их рабочие зоны, а также зоны влияния этих источников на окружающую среду (воздух населенных пунктов, мест отдыха и др.)

Комплексный контроль качества включает следующие измерения:

  • химический состав атмосферного воздуха по ряду наиболее важных и значимых компонентов;
  • химический состав атмосферных осадков и снежного покрова
  • химический состав пылевых загрязнений;
  • химический состав жидкофазных загрязнений;
  • содержание в приземном слое атмосферы отдельных компонентов газовых, жидкофазных и твердофазных загрязнений (в том числе токсических, биологических и радиоактивных);
  • радиационный фон;
  • температура, давление, влажность атмосферного воздуха;
  • направление и скорость ветра в приземном слое и на уровне флюгера.

Данные этих измерений позволяют не только оперативно оценивать состояние атмосферы, но и прогнозировать неблагоприятные метеорологические условия.

Контроль газовых смесей

Контроль состава газовых смесей и содержания в них примесей основан на сочетании качественного и количественного анализа. При качественном анализе выявляют присутствие в атмосфере специфических особо опасных примесей без определения их содержания.

Применяют органолептический, индикаторный методы и метод тест-проб. Органолептическое определение основано на способности человека узнавать запах специфического вещества (хлор, аммиак, сера и др.), изменение окраски воздуха, чувствовать раздражающее действие примесей.

Киотский протокол

В декабре 1997 г. на встрече в Киото (Япония), посвященной глобальному изменению климата, делегатами из более чем 160 стран была принята конвенция, обязывающая развитые страны сократить выбросы СО2. Киотский протокол обязывает 38 индустриально развитых стран сократить к 2008–2012 г.г. выбросы СО2 на 5 % от уровня 1990 г.:

  • Европейский союз должен сократить выбросы СО2 и других тепличных газов на 8 %,
  • США – на 7%,
  • Япония – на 6 %.

Защита атмосферы

Один из способов предохранения атмосферы от загрязнения – переход на новые экологически безопасные источники энергии. Например, строительство электростанций, использующих энергию приливов и отливов, тепло недр, применение гелиоустановок и ветряных двигателей для получения электроэнергии.

В 1980-е годы перспективным источником энергии считались атомные электростанции (АЭС). После чернобыльской катастрофы число сторонников широкого использования атомной энергии уменьшилось.

Эта авария показала, что атомные электростанции требуют повышенного внимания к системам их безопасности. Альтернативным источником энергии академик А. Л.

Яншин, например, считает газ, которого в России в перспективе можно добывать около 300 трлн кубометров.

Оборудование для очистки выбросов

  • устройства для очистки газовых выбросов от аэрозолей (пыли, золы, сажи);
  • устройства для очистки выбросов от газо- и парообразных примесей (NO, NO2, SO2, SO3 и др.)

Сухие пылеуловители

Сухие пылеуловители предназначены для грубой механической очистки от крупной и тяжелой пыли. Принцип работы – оседание частиц под действием центробежной силы и силы тяжести. Широкое распространение получили циклоны различных видов: одиночные, групповые, батарейные.

Мокрые пылеуловители

Мокрые пылеуловители характеризуются высокой эффективностью очистки от мелкодисперсной пыли размером до 2 мкм. Работают по принципу осаждения частиц пыли на поверхность капель под действием сил инерции или броуновского движения.

Запыленный газовый поток по патрубку 1 направляется на зеркало жидкости 2, на котором осаждаются наиболее крупные частицы пыли. Затем газ поднимается навстречу потоку капель жидкости, подаваемой через форсунки, где происходит очистка от мелких частиц пыли.

Book for ucheba
Добавить комментарий