Электронная онлайн библиотека

 
 Экология и охрана окружающей природной среды

3.7.3. Очистки выбросов в атмосферу


Одной из особенностей атмосферы является ее способность к самоочищению. Самоочищение атмосферного воздуха происходит вследствие сухого и мокрого выпадение примесей, абсорбции их земной поверхностью, поглощение растениями, переработки бактериями, микроорганизмами и другими путями. Посадка деревьев и кустарников способствует очистке воздуха от пыли, оксидов углерода, диоксидов серы и других веществ. Лучшие поглощающие свойства в отношении диоксида серы имеет тополь, липа, ясень. Одно взрослое дерево липы может аккумулировать в течение суток десятки килограммов диоксида серы, превращая его в безобидное вещество. Большая роль в очистке атмосферного воздуха принадлежит почвенным бактериям и микроорганизмам. При температуре 15-35 С микроорганизмы перерабатывают на 1 м2 до 81 т в сутки оксидов и диоксидов углерода. Однако возможности природы относительно самоочищения имеют ограничения, которые следует учитывать при разработке нормативов ПДВ.

Степень очистки должен определяться по каждой загрязняющим веществом. Степень очистки делится на проектный и фактический, а по уровню - на максимальный и эксплуатационный.

За неблагоприятных метеорологических условий, когда выбросы с загрязнениями могут быть вредными для здоровья населения, предприятия должны снизить выбросы вредных веществ за счет технических средств или полной (частичной) остановки источников загрязнения.

Современные требования к качеству и степени очистки выбросов достаточно высокие. Для их соблюдения необходимо использовать технологические процессы и оборудование, которые снижают или полностью исключают выброс вредных веществ в атмосферу, а также обеспечивают нейтрализацию образованных вредных веществ; эксплуатировать производственное и энергетическое оборудование, которое выделяет минимальное количество вредных веществ; закрыть небольшие котельные и подключить потребителей к ТЭЦ; применять антитоксические присадки, перевести теплоэнергетические установки с твердого топлива на газ.

Способы очистки выбросов в атмосферу от вредных веществ можно объединить в следующие группы:

- очистка выбросов от пыли и аэрозолей вредных веществ;

- очистка выбросов от газообразных вредных веществ;

- снижение загрязнения атмосферы выхлопными газами от двигателей внутреннего сгорания транспортных средств и стационарных установок;

- снижение загрязнения атмосферы при транспортировке, погрузке и разгрузке сыпучих грузов.

Для очистки выбросов от вредных веществ используются механические, физические, химические, физико-химические и комбинированные методы.

Механические методы базируются на использовании сил веса (гравитации), сил инерции, центробежных сил, принципов сепарации, диффузии, захватывание и т.д.

Физические методы базируются на использовании электрических и электростатических полей, охлаждения, конденсации и кристаллизации, поглощения.

в химических методах используются реакции окисления, нейтрализации, восстановление, катализация, термоокисление.

Физико-химические методы базируются на принципах сорбции (абсорбции, адсорбции, хемосорбции), коагуляции и флотации.

Гравитационные пылеочистные камеры работают по принципу снижения скорости движения газов до уровня, когда пыль и частицы жидкости оседают под действием сил тяжести.

Гравитационные пилоосаджувальні камеры - это полостная или с полками коробка из листовой стали с бункером для сбора пыли.

При снижении высоты камеры процесс очистки улучшается, поэтому полость камеры разделяют полками, которые проектируются под углом или с возможностью регулировки. Гравитационные пилоосаджувальні камеры пригодны для осаждения частиц пыли диаметром более 50 мкм. Гидравлическое сопротивление гравитационных камер лежит в пределах 50-150 Па. Скорость газа - 0,2-1,5 м/с. Камеры обеспечивают степень очистки не более 50%, поэтому их используют как предыдущий степень пылеулавливания.

Инерционные сепараторы работают на принципе резкого изменения направления потока газов. В местах изменения направления происходит оседание твердых частиц загрязняющих веществ. Сепараторы позволяют осаждать частицы диаметром 25 - 30 мкм. Инерционные газоочисники имеют производительность от 45 до 582 м3/час. К этому типу можно отнести и жалюзийные пылеуловители, которые имеют гидравлическое сопротивление 100-400 Па, допускают температуру газа, что очищается, до 450 С, скорость на подходе к решетке - 15-25 м/с.

Практически используются такие типы циклонных сепараторов:

- горизонтальные пылеуловители, которые работают по принципу предоставления газам вихороподібного кругового движения за помощью вертушки с системой невідхилюваних лопастей;

- вертикальные сепараторы, работающих по принципу подачи газа сверху через горизонтально установленную кольцевую крыльчатку, которая предоставляет газовые вращательного движения; твердые частицы оседают на дне, а очищенный газ отводится через центральную трубу;

- вертикальные сепараторы с тангенциально расположенной входной частью. В этом сепараторе задержан газ поступает сбоку или снизу и приобретает тангенциального движения, который выносит твердые частицы к стенкам, а затем в пылесборники;

- ротационные струйные пылеуловители является разновидностью центробежного циклонного сепаратора, в котором вихоро-сходство движения газа усиленная тангенциальным воздушным потоком. У них пыль накапливается в середине воздушной среды и под действием гравитационных сил падает на дно пыле-сборщика.

Аппараты мокрой очистки газов от пыли работают по принципу промывки газов. Эти виды очистных устройств применяются на участках окраски изделий, нанесение полимерных покрытий, в замкнутых системах повітрокори-пользования. Такие устройства позволяют очищать газы от мелких механических загрязнений. Существует большое количество аппаратов мокрой очистки газов. Применяются и простые водяные завесы, через которые пропускаются загрязненные потоки воздуха.

По принципу работы аппараты мокрой очистки газов делятся на полостные и насадкові; барботажні и пенные; ударно-инерционные; центробежные; динамические и турбулентные о-мивачі.

Полостные и насадкові аппараты-скрубберы работают по принципу пропускания газов через поток распыленной розбризканої или стекающей по насадках воды. Скорость потока газов не превышает 1-1, 2 м/с, гидравлическое сопротивление аппаратов не превышает 250 Па. Расход воды составляет до 10 м3 на 1 м аппарата. Наиболее полно скрубберы удаляют частицы размером более 10 мкм. Недостатком скрубберов является частое забивания отверстий распылителей.

При работе клокотать и пенных аппаратов загрязненные газы проходят через слой жидкости или пены. Аппараты имеют большой гидравлическое сопротивление (до 2000 Па). Они позволяют улавливать частицы размером до 2 мкм. Производительность аппаратов конструкции ЛТІ - от 2 до 45 тыс. м3/ч, скорость прохождения газов - до 2 м/с, степень очистки - до 99%.

Аппараты ударно-инерционного типа работают по принципу инерционного осаждения механических загрязнений во время смены направления газового потока над поверхностью жидкости. Наибольшее применение получили статические пылеуловители типа ТСМ, ротоклони и скрубберы ударного действия. Производительность ударно-инерционных аппаратов - 2500-90 000 м3/час. Скорость потока газа - до 56 м/с, степень очистки - до 98%. Расход воды - 0,8-4 м3/ч на 1000 м3газу.

Центробежные аппараты мокрой очистки газов работают по принципу завихрения газов специальными лопатками или за счет тангентального подведение газа с одновременным орошением с форсунок. их используют для очистки дымовых газов с большим содержанием сернистых газов, обеспечивая степень очистки до 90%. Используются также динамические и турбулентные промыватели.

При работе электростатических установок очищувані газы пропускают через электростатическое поле высокого напряжения (до 50 кВ), создаваемое специальными электродами. При прохождении через электрическое поле частицы приобретают отрицательный заряд и привлекаются к электродам, которые соединены с землей, поэтому имеют положительный заряд в отношении частиц. Для очистки электродов предусмотрена специальная механическая система. Электростатический метод очистки газов позволяет улавливать частицы размером до 0,1 мкм. Начальные расходы на создание электростатических фильтров выше, чем для аппаратов других типов, однако эксплуатационные расходы ниже. Потребление энергии этими устройствами составляет 0,8-0,6 кВт на 10 000 м3 газа.

В пористых фильтрах загрязненные газы пропускают через ткань, сукно, войлок, синтетические материалы (нитрон, лавсан, хлорин), металлические сетки, гравий и т.д. Эти фильтры обеспечивают высокое качество очистки. Основной их недостаток - снижение давления газа после фильтрации, высокая стоимость эксплуатации, частая замена фильтрующих элементов.

Наиболее распространенными аппаратами для очистки газов от механических частиц е рукавные фильтры, основным элементом которых является рукавоподібний мешок, натягнений на трубчатую раму. При прохождении газов через мешок пылевые частицы остаются на ткани. Удаление пыли из мешков осуществляется механическим вытряхиванием, продувкой его в обратном направлении, очисткой струями воздуха, использованием низкочастотных акустических генераторов для отделения твердых частиц от мешка.

Используются также зернистые фильтры, в том числе из металлокерамики, а также тканевые вертикальные фильтры, которые обеспечивают высокое качество очистки. Однако их недостатком является невысокая пылеемкость и быстрое засорение.

В технологических вентиляционных и энергетических выбросах на предприятиях наиболее часто встречаются диоксид серы, оксиды азота, оксиды и диоксиды углерода, минеральные вещества от производства строительных материалов, соединения металлов, фенолы, синтетические материалы, лакокрасочные материалы и т.д.

Методы очистки выбросов от газообразных веществ по характеру физико-химических процессов с очищуваними средами делятся таким образом:

- промывание выбросов растворителями, что не сочетаются с загрязнителями (метод абсорбции);

- промывание выбросов растворами, которые вступают в химическое соединение с загрязнителями (метод хемосорбции);

- поглощения газообразных загрязнителей твердыми активными веществами (метод адсорбции);

- поглощения и использования катализаторов;

- термическая обработка выбросов;

- осаждения в электрических и магнитных полях;

- вымораживание.

Метод абсорбции базируется на разделении газовоздушной смеси на составные части путем поглощения вредных компонентов абсорбентом. В качестве абсорбентов выбирают жидкости, способные поглощать вредные примеси. Для удаления из выбросов аммиака, хлористого и фтористого водорода используется вода. Один килограмм воды способен растворить сотни граммов хлористого водорода и аммиака. Сернистые газы в воде растворяются плохо, поэтому расход воды в этом случае очень велика. Для удаления из выбросов ароматических углеводородов, водяного пара и других веществ применяется серная кислота. Для осуществления процесса очистки газовых выбросов методом абсорбции применяются пленочные, форсункові, трубчатые аппараты - абсорберы.

 

Метод хемосорбции базируется на поглощении газов и пара жидкими и твердыми поглотителями с образованием химических соединений. Этот метод используется при очистке выбросов через вентиляции гальванических участков. При этом растворителем для очистки выбросов от хлористого водорода 3%- й раствор едкого натра. Этот метод используется также для очистки выбросов от оксидов азота.

Метод адсорбции основан на селективном изъятии из газовых смесей вредных примесей с помощью твердых адсорбентов. Наиболее широко как адсорбент применяется активированный уголь, ионообменные смолы и др.

Геометрические параметры адсорбента выбираются и рассчитываются по номограммам или за аналитическими зависимостями.

В качестве катализаторов используют платину, металлы платинового ряда, окиси меди, двуокись марганца, пятиокись ванадия и др.

Каталитический метод используется для очистки выбросов от окиси углерода за счет его окисления до двуокиси углерода.

Термический метод базируется на допалюванні и термической нейтрализации вредных веществ в выбросах.

Этот метод используется тогда, когда вредные примеси в выбросах подвергаются сожжению. Термический метод эффективен в случае очистки выбросов от лакокрасочных и пропиточных участков. Системы термического и огневого обезвреживания обеспечивают эффективность очистки до 99%.

В целом последовательность выбора типа очистных устройств и фильтров такая:

- выявление характеристик выбросов (температура, влажность, вид и концентрация примесей, токсичность, дисперсность и т.п.);

- определение типа очистного устройства или фильтра за расходом газа, необходимой степенью очистки, возможностями производства и другими факторами;

- нахождения рабочей скорости газов;

- технико-экономический анализ возможных вариантов очистки;

- расчет параметров очистного устройства;

- проектирование и выбор очистного устройства или фильтра. При выборе средств очистки выбросов в атмосферу следует руководствоваться следующими рекомендациями:

сухие механические способы и устройства не эффективны при удалении мелкодисперсного и липкой пыли;

- мокрые методы не эффективны при очистке выбросов, в которых содержатся вещества, что плохо слипаются и образуют грудки;

- електроосаджувачі не эффективны в случае удаления загрязнений с малым удельным сопротивлением и которые плохо заряжаются электричеством;

- рукавные фильтры не эффективны для очистки выбросов с липкими и увлажненными загрязнениями;

- мокрые скрубберы нельзя применять для работы вне помещений в зимних условиях.

В выбросах двигателей внутреннего сгорания (ДВС) содержится более 100 вредных соединений, которые условно можно разделить на шесть групп:

- диоксид углерода, водяной пар, водород, кислород;

- оксид углерода;

- окиси азота;

- углеводороды;

- альдегиды;

- сажа.

При использовании в ДВС етилованих бензинов с выхлопными газами в атмосферу выбрасываются соединения свинца.

При сгорании 1 тонны бензина в атмосферу выбрасывается, кг: оксидов углерода - 39,5; углеводородов - 34; оксидов азота - 20; диоксид серы в - 1,55; альдегидов - 0,93. При сгорании 1 тонны дизельного топлива в атмосферу выбрасывается, кг: оксида углерода - 21; углеводородов - 20, окислов азота - 34; альдегидов - 6,8; сажи - 2.

Массовый состав выбросов в значительной мере зависит от режимов эксплуатации и исправности систем ДВС и своевременности проведения регулировок.

На увеличение расхода топлива и вредных веществ в выхлопных газах карбюраторных двигателей наиболее существенно влияют изношенность жиклеров карбюратора, нарушения регуляции системы холостого хода и регулирования уровня топлива в карбюраторе, износ деталей ускорительного насоса, повышение гидравлического сопротивления воздухоочистителя, неправильная установка зажигания, неправильная величина зазора в контактах прерывателя и их загрязнения, нагар на свечах зажигания, пониженная температура охлаждающей жидкости, износ деталей кривошипно-шутунного механизма, нарушение регулирования между клапанами и штовханами и т.д.

Упомянутые неисправности увеличивают расход топлива на 10%, а количество вредных веществ в выбросах - на 15-50%.

В дизельных ДВС на увеличение расхода топлива и состава выхлопных газов влияют следующие неисправности: уменьшение давления впрыска, покрытия иглы форсунки смолистыми отложениями, закоксовывания сопел распылителей, изношенность плунжерных пар топливного насоса, засорение повітроочищувача, изменение угла впрыска, снижение температуры охлаждающей жидкости, износ деталей топливного насоса, газораспределения и шатунно-кривошипного механизма.

В зависимости от вида неисправности расход топлива в дизельных двигателях может увеличиваться до 20%, а количество выбросов вредных веществ - на 20-100%.

Снижение выбросов вредных веществ ДВС можно достичь применением таких методов: жидкостной и пламенной нейтрализации; эжекционного дожигания; использованием катализаторов; подачей воздуха в выпускной коллектор; применением антидимових фильтров и т.д.

Снижение содержания вредных веществ в выбросах ДВС можно обеспечить за счет применения присадок к топливу - метанола, водорода, сжиженного газа и эмульсий.



Назад