III. Защита атмосферного воздуха от загрязнений

Защита воздушного бассейна является одной из наиболее актуальных проблем защиты окружающей среды. Охрана атмосферы от загрязнений промышленными и транспортными выбросами является важнейшей социальной задачей, входящей в комплекс задач глобальной проблемы охраны природы и улучшения использования природных ресурсов. Загрязнение воздуха вредными веществами наносит значительный материальный ущерб народному хозяйству и приводит к увеличению заболеваемости населения.

Проблемы защиты атмосферы составляют широкую область на стыке наук. Она включает в себя как общие задачи химической технологии, энергетики, физики и машиностроения, так и вопросы, решением которых занимаются врачи, гигиенисты и др.

Наиболее эффективным методом защиты атмосферы от загрязнения вредными веществами является разработка новых малоотходных ресурсо- и энергосберегающих технологических процессов с замкнутыми производственными циклами. Однако, эти вопросы требуют больших финансовых затрат и разработки новых современных технологий и материалов. Поэтому, не откладывая решение данных вопросов на будущее, на современном этапе для большинства промышленных и транспортных предприятий очистка выбрасываемого в атмосферу воздуха остаётся основным мероприятием по защите воздушного бассейна от загрязнения.

Из общей массы загрязняющих атмосферу веществ,

поступающих от антропогенных источников, около 90% составляют различного рода газообразные, а 10% - твёрдые и жидкие вещества.

Находящиеся в воздухе взвешенные вещества называются аэрозолями, которые принято делить на три класса: пыли, дымы и туманы.

Пыли – полидисперсные системы твёрдых взвешенных частиц размером от 5 до 100 мкм.

Дымы – аэрозоли с размерами частиц от 0,1 до 5 мкм.

Туманы – жидкие аэрозоли, состоящие из капелек жидкости. В них могут содержаться растворенные вещества или твёрдые частицы. Они образуются в результате конденсации пара или распылении жидкостей. Размер частиц в первом случае близок к дымам, а во втором – к пыли.

Особое место занимают сажа и зола, образующиеся в процессе сгорания топлива.

Сажа – токсичный высокодисперсный порошок, на 95% состоящий из частиц углерода.

Зола – несгоревший остаток топлива, состоящий из минеральных примесей.

В технике пылеулавливания и очистки газов дисперсный состав пыли имеет решающее значение, так как в зависимости от этого выбирается соответствующее пылеулавливающее оборудование.

К наиболее характерным газообразным загрязнениям атмосферного воздуха можно отнести:

- соединения тяжёлых металлов (свинца, ртути, кадмия и др.),

Естественно в воздухе могут находиться и другие вредные газообразные вещества, обусловленные наличием поблизости того или иного производства. Выбросы в атмосферу подразделяются на:

Согласно 1-й классификации, парогазовые выбросы – смесь газов, не несущих в себе твёрдых или жидких частиц. Аэрозольные выбросы – смесь газов, несущих в себе твёрдые или жидкие частицы.

В зависимости от вредности газовых составляющих и содержащихся в них аэрозольных частиц необходимо проводить очистку или одной компоненты смеси, или же смесь в целом. В последнем случае требуется либо комбинированная очистка в одном аппарате, либо комбинация последовательного расположения аппаратов.

Технологические выбросы образуются в результате технологических процессов и представляют собой выбросы при продувке, выбросы от предохранительных клапанов, из труб котельных, транспортных средств и др. Как правило, они характеризуются высокой концентрацией загрязняющих веществ. Вентиляционные выбросы характеризуются большими объёмами газовоздушной

смеси, но невысокими концентрациями загрязняющих веществ. В то же время за счёт больших объёмов газовоздушной смеси валовые выбросы с ними загрязняющих веществ могут быть значительными.

К организованным выбросам относятся выбросы, удаляемые трубами или газоходами, что позволяет использовать достаточно легко газо- и пылеулавливающие установки. К неорганизованным можно отнести выбросы от разгерметизированного оборудования, выбросы от необорудованных мест загрузки или выгрузки материалов, от транспортных систем и др.

Нагретые или холодные выбросы различаются по перепаду температур между газом и окружающей средой. При разности температур до 30°С выбросы можно считать холодными.

Работа любого устройства, удаляющего взвешенные частицы, основана на использовании одного или нескольких механизмов осаждения. К основным из них, имеющим наибольшее применение, относятся: гравитационное осаждение, осаждение под действием центробежных сил, инерционное осаждение, зацепление (эффект касания), диффузионное осаждение, электроосаждение. К современным методам можно отнести термофорез и воздействие электромагнитного поля. Влияние того или иного механизма на осаждение частиц определяется целым рядом факторов, и в первую очередь их размером.

Гравитационное осаждение происходит в результате вертикального оседания частиц под действием силы тяжести. При падении частица пыли испытывает сопротивление среды, поэтому скорость падения или

осаждения определяется условием равенства сил тяжести и гидравлического сопротивления. Поэтому частицы меньшего диаметра будут иметь меньшую скорость осаждения и для очистки воздуха от таких частиц потребуется большее время нахождения запылённого потока в пылеосадочной камере.

Центробежное осаждение пыли отмечается при криволинейном движении запылённого потока, когда под действием развиваемых центробежных сил частицы пыли отбрасываются на поверхность осаждения. В аппаратах, основанных на использовании центробежных сил, могут применяться два принципиальных конструктивных решения. В одном случае пылегазовый поток вращается в неподвижном корпусе аппарата цилиндрической или конической формы. А во втором случае пылегазовый поток движется во вращающемся роторе. Первое решение осуществляется в циклонах, а второе – в ротационных пылеуловителях.

Инерционное осаждение происходит в том случае, когда масса частицы пыли не может следовать вместе с газом по линии тока, огибающей плотное по сравнению с воздухом вещество, по инерции при повороте потока продолжает прямолинейное движение. При этом частица пыли сталкивается с препятствием и оседает на нём. Инерционное осаждение частиц пыли эффективно для частиц размером более 1 мкм.

Диффузионное осаждение будет наблюдаться в том случае, когда частицы, а это в основном небольшого размера, подвержены воздействию броуновского движения

молекул. В результате этого они имеют повышенную

вероятность контакта с обтекаемым телом. Эффективность диффузионного осаждения обратно пропорциональна размерам частиц и скорости газового потока.

Осаждение частиц пыли под действием электрического тока заключается в зарядке частиц с последующим их отделением от воздушной среды под действием электрического поля. Электрозарядка частиц пыли может быть осуществлена при генерации аэрозоля, за счёт диффузии свободных токов и при коротком разряде. В последнем случае частицы пыли заряжаются одним знаком, что позволяет повысить эффективность их последующего удаления из воздушного потока.

Термофорез представляет собой отталкивание частиц нагретым телом, вызванное перемещением воздушной среды в результате возникновения свободной конвекции. При термофорезе концентрация частиц в областях с повышенной и пониженной температурой становится различной, что и приводит к термодиффузии частиц в сторону пониженных температур. На практике это можно наблюдать в виде осаждения пыли на наружных стенках против приборов центрального отопления.

Осаждение взвешенных частиц при контакте газового потока с жидкостью может осуществляться на каплях, пузырьках и на поверхности жидкости.

Улавливание взвешенных частиц каплями основано на кинематической коагуляции, возникающей в результате разности скоростей частиц и капель.

- когда аэрозоль движется с малой скоростью, а капли жидкости падают под действием силы тяжести;

- когда аэрозоль и капли движутся в одном или противоположном направлениях с различными скоростями.

При движении пузырьков загрязнённого воздуха через слой жидкости (барботаж) внутри пузырьков возникает пульсация газов. Взвешенные частицы при этом прилипают к поверхности воды, окружающей пузырёк газа.

При осаждении твёрдых частиц на поверхности жидкости, в случае когда газовый поток движется вдоль жидкой поверхности, частицы осаждаются в воде в объёме тонкой плёнки, т.е. происходит поверхностное загрязнение воды.

Фильтрация газа через пористые материалы заключается в прохождении аэрозоля через фильтровальные перегородки, которые допускают прохождение воздуха, но задерживают аэрозольные частицы. Процесс фильтрации в наиболее распространённых фильтрах можно условно принять как процесс обтекания цилиндра, расположенного поперёк потока. Частицы пыли задерживаются на поверхности волокон силами молекулярного взаимодействия. Фильтрация запылённого потока через пористый материал значительно сложнее, так как включает в себя не только процесс прилипания к материалу в результате обтекания, но и за счёт столкновения с волокном или нитями. Необходимо учитывать, что на пути движения запылённого потока расположено обычно несколько рядов

волокон, что повышает эффективность очистки.

При извлечении газообразных примесей используются методы абсорбции, адсорбции, катализа и термического окисления.

Абсорбционная очистка основана на способности жидкостей растворять газы или химически взаимодействовать с ними. При абсорбции происходит переход вещества из газовой фазы в жидкую. Вещество, в котором происходит растворение абсорбируемых газовых компонентов, называется абсорбентом. Остальная часть газового потока, которая не абсорбируется в жидкости, обычно называется инертным газом. При физической абсорбции происходит физическое растворение абсорбируемого компонента в растворителе (абсорбенте). При этом не происходят химические реакции. Этот процесс происходит в том случае, когда парциальное давление абсорбируемого компонента в газе больше равновесного парциального давления над поверхностью раствора.

При химической абсорбции (хемосорбции) абсорбируемый компонент вступает в химическую реакцию с поглотителем (жидкостью), образуя новые химические соединения в жидкой фазе. Хемосорбционные процессы обеспечивают более полное извлечение компонентов из газовых смесей. Количество газов, которое можно растворить в жидкости, зависит от свойств газа и жидкости, температуры и парциального давления газа над жидкостью.

Под процессом абсорбции понимается поглощение газового компонента твёрдым веществом. Явление адсорбции обусловлено наличием сил притяжения между молекулами адсорбента (твёрдого вещества) и

поглощаемым газом на границе раздела соприкасающихся фаз. Процесс перехода молекул из газа на поверхностный слой адсорбента происходит в том случае, если силы притяжения адсорбента превосходят силы притяжения со стороны газа-носителя. Молекулы адсорбированного вещества, переходя на поверхность адсорбента, уменьшают его энергию, в результате чего происходит выделение теплоты.

При физической адсорбции молекулы газа не вступают с молекулами адсорбента в химическое взаимодействие. С повышением температуры количество физически адсорбированного вещества уменьшается, а увеличение давления приводит в возрастанию величины адсорбции. Преимуществом физической адсорбции является лёгкая обратимость процесса.

В основе химической адсорбции лежит химическое взаимодействие между адсорбентом и адсорбируемым веществом. Действующие при этом силы значительно больше, чем при физической адсорбции, и при этом выделяется больше теплоты. Молекулы газа, вступив в химическое взаимодействие с молекулами адсорбента, прочно удерживаются на поверхности и в порах адсорбента. Характерно то, что при низких температурах скорость химической адсорбции мала, но она возрастает с повышением температуры.

Каталитическая очистка газов служит для превращения примесей в безвредные соединения. Процесс протекает на поверхности твёрдых тел – катализаторов. Подбор катализаторов в основном решается эмпирическим путём.

На процесс катализа большое влияние оказывает температура. При относительно низких температурах, когда скорость реакции мала по сравнению со скоростью диффузии газов и процесс очистки сравнительно медленный. С повышением температуры скорость химической реакции возрастает, увеличивая при этом и скорость диффузии газов. Однако, скорость диффузии увеличивается медленнее и может наступить момент, когда процесс очистки газа будет определяться только скоростью подвода реагирующих веществ, а использование для этого, как на первоначальной стадии процесса, внутренней поверхности катализатора близким к нулю. В этом случае катализ переходит в область внешней диффузии. При этом мелкие поры катализатора уже не играют никакой роли, но возрастает роль внешней поверхности.

Важнейшей характеристикой катализаторов является температура «зажигания» - та минимальная температура, при которой катализатор начинает проявлять свои свойства.

Термическим окислением компонентов выбросов называется окисление при температурах до 1000°С. Оно применяется как в отношении газов, так и горючих компонентов дисперсной фазы аэрозолей. Этот способ находит применение для извлечения из газовых потоков смол, масел, летучих растворителей и других компонент. Решающее значение в организации процесса имеет подготовка газов к реакции, т.е. нагрев смеси до необходимой температуры и обеспечение смешения горючих газов с окислителем.

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: