Способы очистки промышленных выбросов

КурсоваяПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Способы очистки промышленных выбросов (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Учреждение образования

«МОЗЫРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. И.П. ШАМЯКИНА»

БИОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ КАФЕДРА ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ И ОХРАНЫ ПРИРОДЫ

Способы очистки промышленных выбросов

Курсовая работа

Специальность 1−02 04 04−03 Биология. Охрана природы.

Исполнитель:

студентка 1 группы, 6 курса, зоКуцева А. А.

Научный руководитель: Грицанок М. Ф.

ассистент МОЗЫРЬ 2011

Реферат

Курсовая работа: 35 страниц, 1 таблица, 5 рисунков, 14 источников.

Ключевые слова: загрязнение атмосферы, промышленные выбросы, промышленная и санитарная очистка, газоочистное и пылеулавливающее оборудование.

Цель работы состоит в том, чтобы детально рассмотреть все виды и источники загрязнения атмосферного воздуха, узнать о методах и способах его очистки.

Методы исследований: сбор и обработка литературных данных, разработка и проведение урока-семинара.

Полученные результаты: В данной курсовой работе рассмотрено загрязнение атмосферного воздуха, его виды, причины и источники. Детально рассмотрены методы и способы очистки воздуха от вредных примесей, в том числе промышленная и санитарная очистка. Приведена классификация систем очистки воздуха.

Введение

Глава 1. Обзор литературы

1.1 Борьба с загрязнением атмосферы. Способы очистки промышленных выбросов

1.1.1 Промышленная и санитарная очистка

1.1.2 Биологический способ очистки атмосферного воздуха

1.1.3 Классификация газоочистного и пылеулавливающего оборудования Глава 2. Материалы и методы исследований

2.1 Классификация систем очистки воздуха и их параметры

2.1.1 Системы очистки воздуха от пыли

2.1.2 Системы очистки воздуха от туманов

2.1.3 Системы очистки воздуха от газопарообразных примесей

2.1.4 Метод абсорбции и адсорбции Глава 3. Результаты исследований и их анализ Заключение Библиографический список

Стремительный рост численности человечества и его научно-технической вооруженности в корне изменили ситуацию на Земле. Если в недавнем прошлом вся человеческая деятельность проявлялась отрицательно лишь на ограниченных, хоть и многочисленных территориях, а сила воздействия была несравненно меньше мощного круговорота веществ в природе, то теперь масштабы естественных и антропогенных процессов стали сопоставимыми, а соотношение между ними продолжает изменяться с ускорением в сторону возрастания мощности антропогенного влияния на биосферу.

Опасность непредсказуемых изменений в стабильном состоянии биосферы, к которому исторически приспособлены природные сообщества и виды, включая самого человека, столь велика при сохранении привычных способов хозяйствования, что перед нынешними поколениями людей, населяющими Землю, возникла задача экстренного усовершенствования всех сторон своей жизни в соответствии с необходимостью сохранения сложившегося круговорота веществ и энергии в биосфере. Кроме того, повсеместное загрязнение окружающей нас среды разнообразными веществами, подчас совершенно чуждыми для нормального существования организма людей, представляет серьезную опасность для нашего здоровья и благополучия будущих поколений.

Задачи:

? Сформировать знания о способах очистки производственных выбросов;

? Показать их эффективность в разнообразных условиях;

? Продолжить выработку ответственного и бережного отношения к природе.

Глава 1. Обзор литературы

1.1 Борьба с загрязнением атмосферы. Способы очистки промышленных выбросов

1.1.1 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 малои 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.

1.1.2 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.

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.

1.1.3 Классификация газоочистного и пылеулавливающего оборудования

Установки очистки газа по ГОСТ 17.2. 1.04 — 77 — это комплекс сооружений, оборудования и аппаратуры, предназначенный для отделения от поступающих из промышленного источника газа или превращение в безвредное состояние веществ загрязняющих атмосферу. В зависимости от агрегатного состояния улавливаемого или обезвреживаемого вещества установки подразделяются на газоочистные и пылеулавливающие.

Аппарат очистки газа — элемент установки, в котором непосредственно осуществляет избирательный процесс улавливания или обезвреживания веществ, загрязняющих атмосферу. В зависимости от метода очистки газоочистные аппараты подразделяют на 7 групп:

1 группа (С) — сухие механические пылеуловители (гравитационные, сухие инерционные и ротационные);

2 группа (М) — мокрые пылеуловители (инерционные, конденсационные), скрубберы (механические, ударно-инерционные, полые, насадочные, центробежные), скрубберы Вентури;

3 группа (Ф) — промышленные фильтры (рукавные, волокнистые, карманные, зернистые), с регенерацией (импульсной обратной промывкой ультразвуком), с механическим и вибровстряхиванием;

4 группа (Э) — электрические пылеуловители (сухие и мокрые электрофильтры);

5 группа (Х) — аппараты сорбционные (химической) очистки газа от газообразных примесей (адсорберы, абсорберы);

6 группа (Т) — аппараты термической и термокаталитической очистки газов от газообразных примесей (печи сжигания, каталитические реакторы);

7 группа (Д) — аппараты других методов очистки.

Работа газоочистных установок в промышленных условиях характеризуются степенью очистки, которая определяется по одному из следующих соотношений: з = М₂ / М₁ = (М₁ — М₃) / М₁ = М₂ / (М₂ + М₃) = (С_вх Q₁ — С_вых Q₂) / С_вх Q₁, где М₁, М₂, М₃ — масса примесей, содержащихся в газе до поступления в аппарат; уловленных в аппарате и содержащихся в очищенном потоке, соответственно, кг; С_вх, С_вых — средние концентрации примесей в отходящих газах до и после очистки, соответственно, г/м³; Q₁_, Q₂ — объемные расходы отходящих газов до и после очистки, приведенные к нормальным условиям. Иногда эффективность работы газоочистного оборудования вычисляют по упрощенной формуле з = 1 — (С_вых/ С_вх), но только в случае одинаковых газовых потоков до и после очистки. Кроме того, газоочистное оборудование характеризуется величиной аэродинамического сопротивления, технологическими условиями очистки (температура). Влажность газового потока, дисперсность и плотность пыли. Способность ее к коагуляции и гидратации, заряд частиц пыли, физико-химические свойства примесей, пожарои взрывоопасность. Объемный расход очищаемого газа, металои энергоемкостью, расходом орошающей жидкости, себестоимостью очистки 100 м³ газа. Основные требования к эксплуатации газоочистного оборудования состоят в следующем:

— надежная и бесперебойная работа на проектных показателях;

— все установки очистки газа должны быть зарегистрированы в органах Минприроды РБ, иметь паспорт, журнал учета работы и неисправностей;

— установки должны подвергаться проверке на эффективность периодически (не реже одного раза в год) с оформлением соответствующего акта.

Установки, предназначенные для очистки выбросов с токсичными примесями, проверяют на эффективность не реже 2-х раз в год. При переходе установки на новый режим работы (постоянный), при работе на измененном режиме более 3-х месяцев, после капремонта или реконструкции установки, после строительства.

Кроме того, газоочистное оборудование характеризуется величиной аэродинамического сопротивления, технологическими условиями очистки (температура, влажность газового потока, дисперсность и плотность пыли, способность ее к коагуляции и гидратации, заряд. частиц пыли, физико-химические свойства примесей, пожарои взрывоопасность, объемный расход очищаемого газа и т. д.), металлеи энергоемкостью, расходом орошающей жидкости, себестоимостью очистки 100 м³ газа и др.

В соответствии с ГОСТ 12.2.043−80 пылеулавливающее оборудование в зависимости от способа отделения пыли от газовоздушного потока делится на сухое, когда частицы пыли осаждаются на сухую поверхность, и мокрое, когда отделение частиц пыли производится с использованием жидкостей.

Пылеулавливающее оборудование по принципу действия подразделяется на группы, а по конструктивным особенностям на виды, которые представлены в таблице 1.

Таблица1?Классификация пылеулавливающего оборудования


Группа оборудования	Вид оборудования
	Сухой способ	Мокрый способ
Гравитационное	Полое
	Полочное	;
Инерционное	Камерное	Циклонное
	Жалюзийное	Ротационное
	Циклонное	Скрубберное
	Ротационное	Ударное
Фильтрационное	Тканевое	Сетчатое
	Волокнистое	Пенное
	Зернистое
	Сетчатое
	Губчатое
Электрическое	Однозонное	Однозонное
	Двухзонное	Двухзонное

Методы и средства защиты атмосферы.

Основные методы защиты атмосферы от химических примесей

Все известные методы и средства защиты атмосферы от химических примесей можно объединить в три группы. В первую группу входят мероприятия, направленные на снижение мощности выбросов, т. е. уменьшение количества выбрасываемого вещества в единицу времени. Во вторую группу входят мероприятия, направленные на защиту атмосферы путем обработки и нейтрализации вредных выбросов специальными системами очистки. В третью группу входят мероприятия по нормированию выбросов как на отдельных предприятиях и устройствах, так и в регионе в целом.

Для снижения мощности выбросов химических примесей в атмосферу наиболее широко используют:

— замену менее экологичных видов топлива более экологичными;

— сжигание топлива по специальной технологии;

— создание замкнутых производственных циклов.

В первом случае применяют топливо с более низким баллом загрязнения атмосферы. При сжигании различных топлив такие показатели, как зольность, количество диоксида серы и оксидов азота в выбросах, могут сильно различаться между собой, поэтому введен суммарный показатель загрязнения атмосферы в баллах, который отражает степень вредного воздействия на человека. Так, для сланцев он равен 3,16, подмосковного угля — 2,02, экибастузского угля — 1,85, березовского угля — 0,50, природного газа — 0,04.

Сжигание топлива по особой технологии осуществляется либо в кипящем (псевдоожиженном) слое, либо с предварительной их газификацией.

Для уменьшения мощности выброса серы твердое, порошкообразное или жидкое топливо сжигают в кипящем слое, который формируется из твердых частиц золы, песка или других веществ: инертных или реакционно-способных. Твердые частицы вдуваются в проходящие газы, где они завихряются, интенсивно перемешиваются и образуют принудительно равновесный поток, который в целом обладает свойствами жидкости.

Предварительной газификации подвергаются уголь и нефтяные топлива, однако на практике чаще всего применяют газификацию угля. Поскольку в энергетических установках получаемый и отходящий газы могут быть эффективно очищены, то концентрации диоксида серы и твердых частиц в их выбросах будут минимальными.

Одним из перспективных способов защиты атмосферы от химических примесей является внедрение замкнутых производственных процессов, которые сводят к минимуму выбрасываемые в атмосферу отходы, вторично используя их и потребляя, т. е. превращая их в новые продукты.

Глава 2. Материалы и методы исследований

2.1 Классификация систем очистки воздуха и их параметры

По агрегатному состоянию загрязнители воздуха подразделяются на пыли, туманы и газопарообразные примеси. Промышленные выбросы, содержащие взвешенные твердые или жидкие частицы, представляют собой двухфазные системы. Сплошной фазой в системе являются газы, а дисперсной — твердые частицы или капельки жидкости.

Системы очистки воздуха от пыли делятся на четыре основные группы: сухие и мокрые пылеуловители, а также электрофильтры и фильтры.

Рисунок 1 — Системы и методы очистки вредных выбросов

2.1.1 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.

2.1.2 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.

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.

2.1.3 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.

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) (рисунок 2).Газовый поток, попадая во внутренний корпус циклона 1 через патрубок 2, совершает вращательно-поступательное движение вдоль корпуса по направлении к бункеру 4. Под действием сил инерции частицы пыли осаждаются на стенках корпуса, а затем попадают в бункер. Очищенный газовый поток выходит из бункера через патрубок 3. Особенностью таких систем очистки является обязательная герметичность бункера, в противном случае из-за подсоса воздуха осаждаемые частицы пыли падают в выходную трубу.

Рисунок 2 — Циклон На практике используют разные системы подачи и удаления воздуха и пылеосаждения. В зависимости от конструктивного исполнения различают циклоны:

— осевые, в корпусе которых входящие и выходящие потоки газа движутся вдоль его оси, при этом они могут двигаться в одном направлении (прямоточные) или в противоположных (противоточные);

— с тангенциальным входом, при этом входящий газ движется по касательной к окружности поперечного сечения корпуса аппарата и перпендикулярно к оси корпуса;

— с винтовым входом, при этом движение входящего потока газа приобретает винтовой характер с помощью тангенциального входного патрубка и верхней крышки с винтовой поверхностью;

— со спиральным входом, когда соединение выпускного патрубка с корпусом аппарата выполнено спиральным.

В общем случае частицы пыли выделяются в циклоне под действием центробежной силы в процессе вращения газового потока в корпусе аппарата. В промышленности используют циклоны, рассчитанные на скорость газового потока от 5 до 20 м/с. Эффективность их зависит от концентрации пыли и размеров ее частиц и резко снижается при уменьшении этих показателей. Средняя эффективность обеспыливания газов в циклонах составляет 0,98 при размере частиц пыли 30−40 мкм, 0,8 — при 10 мкм, 0,6 — при 4−5 мкм. Производительность циклонов лежит в диапазоне от нескольких сот до десятков тысяч кубических метров в час. Преимущество циклонов — простота конструкции, небольшие размеры, отсутствие движущихся частей; недостатки — затраты энергии на вращение и большой абразивный износ частей аппарата пылью.

Кроме циклонов, применяются и другие типы сухих пылеуловителей, например ротационные, вихревые, радиальные. При общих принципах действия они различаются системами пылеулавливания и способами подачи воздуха. К наиболее эффективным следует отнести ротационный пылеуловитель. Основной частью здесь является вентиляционное колесо 1, при работе которого частицы пыли под действием центробежных сил отбрасываются к стенке кожуха 2 и, оседая на стенках, попадают в пылеприемник 3, а чистый воздух выходит через патрубок 4. Благодаря активному действию такие системы имеют эффективность 0,95…0,97.

Мокрые пылеуловители. Особенностью этих систем очистки является высокая эффективность очистки от мелкодисперсной пыли (менее 1,0 мкм). Эти системы обеспечивают возможность очистки от пыли горячих и взрывоопасных газов. Эти системы работают по принципу осаждения частиц пыли на поверхность капель (или пленки) жидкости под действием сил инерции и броуновского движения. Конструктивно мокрые пылеуловители разделяют на форсуночные скрубберы и скрубберы Вентури, а также аппараты ударно-инерционного и барботажного и других типов (рисунок 3).

Рисунок 3 — Классификация мокрых пылеуловителей Наибольшее практическое применение находят скрубберы Вентури, (аппарат для промывки жидкостью газов в целях извлечения из них отдельных компонентов) которые работают следующим образом. Через патрубок 4 газ подается в устройство 2, которое называется соплом Вентури. Сопло Вентури имеет конфузор (сужение), в который через форсунки 1 подается вода на орошение. В этой части сопла скорость газа увеличивается, достигая максимума в самом узком сечении (с 10…20 до 100…150 м/с).

Увеличение скорости способствует осаждению частиц пыли на каплях воды. В диффузорной части сопла Вентури скорость потока мокрых газов уменьшается до 10…20 м/с. Этот поток подается в корпус 3, где под действием сил гравитации происходит осаждение загрязненных пылью капель. В верхнюю часть корпуса выходит очищенный газ, а в нижнюю попадает шлам. Эффективность скрубберов Вентури 0,97…0,98. Расход воды составляет 0,4…0,6 л/м³.

Полый скруббер представляет собой колонну круглого сечения. В нее подается жидкость через систему форсунок, число которых может достигать 14…16 по сечению колонны. В насадочном скруббере используется система поперечного орошения с наклонно установленной насадкой. Эффективность таких систем достигает 0,9.

Среди систем мокрой пылеочистки высокая эффективность отмечена в скрубберах ударно-инерционного действия.

В этих аппаратах контакт газов с жидкостью осуществляется при ударе газового потока о поверхность жидкости с последующим пропусканием газожидкостной взвеси через отверстия различной конфигурации или непосредственным отводом газожидкостной взвеси в сепаратор жидкой фазы. Один из вариантов такого скруббера состоит из цилиндрического кожуха, сливного конического бункера, корпуса и выхлопной трубы для вывода очищенного воздуха (газа).

Запыленный воздух поступает через воздуховод в вертикальный стояк. Перед поворотом на 180° воздух ударяется о поверхность воды, вследствие чего сепарируются крупные частицы пыли. Далее воздух проходит через решетку с отверстиями. На нее же через трубу подается вода, излишки которой сливаются через трубу и частично через отверстия решетки. Между решеткой и уровнем образуется водяная пена, которая затем распространяется в объеме, заполненном короткими фарфоровыми цилиндрами. Мелкие частицы пыли последовательно улавливаются в пене, а затем в объеме.

Электрофильтры. Их работа основана на одном из наиболее эффективных видов очистки газов от пыли — электрическом. Следует отметить, что электрофильтры также используются и для очистки тумана. Основной принцип работы — ударная ионизация газа в неоднородном электрическом поле, которое создается в зазоре между коронирующим 1 и осадительным 2 электродами (рисунок 4).

Рисунок 4 — Схема расположения электродов в электрофильтре Напряжение к электродам подается от выпрямителя 4. Силовые линии 3 направлены от осадительного электрода к коронирующему.

Загрязненные газы, попав между электродами, способны проводить электрический ток вследствие имеющейся частичной ионизации. При увеличении напряжения электрического тока число ионов растет, пока не наступит предельное насыщение, и все ионы не окажутся вовлеченными в движение от одного электрода к другому. Отрицательно заряженные частицы движутся к осадительному электроду, а положительно заряженные оседают на коронирующем электроде. Так как большинство частиц пыли получают отрицательный заряд, основная масса пыли осаждается на положительном осадительном электроде, с которого пыль легко удаляется.

Эффективность очистки газов электрофильтрами достигает 0,9−0,99, производительность их составляет до 1 млн. м³/ч.

Фильтры. Широко используются для тонкой очистки промышленных выбросов. Работа их основана на фильтровании воздуха через пористую перегородку, в процессе которой твердые частицы примесей задерживаются на ней. В общем случае в корпусе 1 фильтра расположена воздухопроницаемая перегородка 2, на которой осаждаются улавливаемые частицы 3 (рисунок 5).

Рисунок 5 — Схема процесса фильтрации В фильтрах применяются перегородки различных типов:

1) в виде зернистых слоев, например гравия (неподвижные свободно насыпанные материалы);

2) гибкие пористые (ткани, войлоки, губчатая резина, пенополиуретан);

3) полужесткие пористые (вязаные сетки, прессованные спирали и стружка);

4) жесткие пористые (пористая керамика, пористые металлы).

Фильтры 1-го типа (из гравия) используются для очистки от пылей механического происхождения (дробилок, грохота, мельниц); они дешевы, просты в эксплуатации, эффективность 0,99.

Фильтры 2-го типа широко используются для тонкой очистки газов от примесей; их основные недостатки — малая термостойкость, низкая прочность.

Фильтры 3-го типа, изготавливаемые из различных сталей, меди, бронзы, никеля и других металлов, могут работать в широком диапазоне частот до 1000 К, в агрессивных средах.

Фильтры 4-го типа, изготавливаемые из пористой керамики и пористых металлов, обладают высокой прочностью, коррозионной стойкостью, жаростойкостью; они технологичны, находят широкое применение для очистки горючих газов и жидкостей, выбросов дыма, туманов, кислот, масел.

В промышленности наиболее употребительны тканевые рукавные фильтры. В корпусе фильтра устанавливается необходимое число рукавов, на которые подается загрязненный воздух, при этом очищенный воздух выходит через патрубок. Частицы загрязнений оседают на фильтре. Насыщенные загрязненными частицами рукава продувают и встряхивают для удаления осажденных частиц пыли. Эффективность таких фильтров достигает 0,99 для частиц размером более 0,5 мкм.

Туманоуловители. Для очистки воздуха от туманов, кислот, щелочей, масел и других жидкостей используются волокнистые фильтры, принцип действия которых основан на осаждении капель на поверхности пор с последующим их стеканием под действием гравитационных сил. В пространстве между двумя цилиндрами, изготовленными из сеток, размещается волокнистый фильтрующий материал. Жидкость, оседающая на фильтрующем материале, стекает через гидрозатвор в приемное устройство. Крепление к корпусу туманоуловителя осуществляется фланцами.

В качестве материала фильтрующего элемента используется войлок, лавсан, полипропилен и другие материалы толщиной 5…15 см. Эффективность туманоуловителей для размеров частиц менее 3 мкм может достигать 0,99.

Для улавливания кислотных туманов применяются также сухие электрофильтры.

В настоящее время в целом по промышленности улавливается около 90% пыли, образующейся на различных стадиях производства, и только 10% различных аэрозолей выбрасывается в атмосферный воздух. Такого нельзя сказать о газои парообразных примесях вредных веществ, содержащихся в газовоздушных выбросах промышленного производства. Несмотря на то, что эти примеси представляют собой большую опасность для окружающей среды, их улавливается или обезвреживается только около 10%, а более 90% вредных газов и паров поступает в воздушный бассейн.

2.1.4 Метод абсорбции и адсорбции.

Абсорбция — это процесс поглощения газов или паров из газовых или паровых смесей жидкими поглотителями — абсорбентами. Различают физическую и химическую абсорбцию. При физической абсорбции молекулы поглощаемого вещества (абсорбтива) не вступают с молекулами абсорбента в химическую реакцию. При этом над раствором существует определенное равновесное давление компонента. Процесс абсорбции проходит до тех пор, пока парциальное давление целевого компонента в газовой фазе выше равновесного давления над раствором.

При химической абсорбции молекулы абсорбтива вступают в химическое взаимодействие с активными компонентами абсорбента, образуя новое химическое соединение. При этом равновесное давление компонента над раствором ничтожно мало по сравнению с физической абсорбцией и возможно полное его извлечение из газовой среды.

Процесс абсорбции является избирательным и обратимым. Избирательность — это поглощение конкретного целевого компонента (абсорбтива) из смеси при помощи абсорбента определенного типа. Процесс является обратимым, так как поглощенное вещество может быть снова извлечено из абсорбента (десорбция), а абсорбтив снова может быть использован в процессе.

Метод абсорбции заключается в разделении газовоздушной смеси на составные части путем поглощения одного или нескольких газовых компонентов поглотителем (абсорбентом) с образованием раствора. Состав абсорбента выбирается из условия растворения в ней поглощаемого газа. Например, для удаления из технологических выбросов таких газов, как аммиак, хлористый водород и др., целесообразно применять в качестве поглотительной жидкости воду. Для улавливания водяных паров используют серную кислоту, а ароматических углеводородов (из коксового газа) — вязкие масла.

Установки, реализующие метод абсорбции, называются абсорберами. В абсорберах жидкость дробится на мелкие капли для обеспечения более высокого контакта с газовой средой. В орошаемом скруббер-абсорбере насадка размещается в плоскости вертикальной колонны. В качестве насадки используют кольца с перфорированными стенками, изготавливаемыми из металла, керамики, пластмассы и других материалов с максимальной коррозионной устойчивостью. Орошение колонн абсорбентом осуществляется из разбрызгивателей. Загрязненный газ поступает снизу и направляется вверх, подвергаясь непрерывной очистке.

Скорость абсорбции зависит главным образом от температуры и давления: чем выше давление и ниже температура, тем выше скорость абсорбции. Все аппараты жидкостной абсорбции делятся на три типа: колонные, тарельчатые и насадочные абсорберы.

Метод хемосорбции основан на поглощении газов и паров твердыми или жидкими поглотителями с образованием химических соединений. Реакции хемосорбции экзотермические. В качестве примера хемосорбции рассмотрим очистку газовой смеси от сероводорода мышьякощелочным методом.

При мышьякощелочном методе извлекаемый водород связывается оксисульфомышьяковой солью, находящейся в водном растворе.

Установки для хемосорбции внешне напоминают используемые при методе абсорбции. Оба эти метода называются мокрыми и в зависимости от очищаемого компонента и применяемого растворителя или поглотителя их эффективность может достигать 0,75…0,92. Основной недостаток мокрых методов в том, что при их реализации понижается температура газов, что уменьшает их эффективность.

Метод адсорбции основан на физических свойствах некоторых пористых материалов селективно извлекать из газовоздушной смеси отдельные ее компоненты. Широко известный пример адсорбента с ультрамикроскопической структурой — активированный уголь. Метод адсорбции позволяет проводить очистку вредных выбросов при повышенных температурах.

Конструктивно адсорберы выполняются в виде вертикальных или горизонтальных емкостей, заполненных адсорбентом, через который проходит поток очищаемых газов.

При каталитическом методе токсичные компоненты газовоздушной смеси, взаимодействуя со специальным веществом — катализатором, превращаются в безвредные вещества. В качестве катализаторов используются металлы или их соединения (платина, оксиды меди и марганца и пр.). Катализатор, выполняемый в виде шаров, колец или спиральной проволоки, играет роль ускорителя химического процесса.

Добавка благородных металлов в виде пленки на поверхности катализатора составляет сотые доли процента к его массе.

Термический метод или высокотемпературное дожигание, который иногда называют термической нейтрализацией, требует поддержания высоких температур очищаемого газа и наличия достаточного количества кислорода. В термических катализаторах сжигаются такие газы, как, например, углеводороды, оксид углерода, выбросы лакокрасочного производства. Эффективность этих систем очистки достигает 0,9…0,99, температура в зоне горения — 500…750°С.

Серьезной проблемой современности являются значительные выбросы сернистого ангидрида и окислов азота, которые разносятся на огромные расстояния и выпадают в виде «кислотных дождей», заражая водоемы, зеленые насаждения, грунтовые воды. Выбросы этих вредных веществ наблюдаются в металлургии, при производстве серной кислоты и минеральных удобрений.

Наиболее перспективным направлением развития сернокислотного производства считают получение кислоты по схеме ДКДА (двойное контактирование — двойная абсорбция). Общая степень контактирования в процессе достигает 99,8%, дополнительной очистки газа от сернистого ангидрида не требуется, выбросы S0₂ в атмосферу в два-три раза ниже, чем при одностадийном контактировании; повышается коэффициент использования сырья.

Глава 3. Результаты исследований и их анализ

На практике реализуются следующие варианты защиты атмосферного воздуха:

— вывод токсичных веществ из помещений общеобменной вентиляцией;

— локализация токсичных веществ в зоне их образования местной вентиляцией, очистка загрязненного воздуха в специальных аппаратах и его возврат в производственное или бытовое помещение, если воздух после очистки в аппарате соответствует нормативным требованиям к приточному воздуху;

— локализация токсичных веществ в зоне их образования местной вентиляцией, очистка загрязненного воздуха в специальных аппаратах, выброс и рассеивание в атмосфере;

— очистка технологических газовых выбросов в специальных аппаратах, выброс и рассеивание в атмосфере; в ряде случаев перед выбросом отходящие газы разбавляют атмосферным воздухом;

— очистка отработавших газов энергоустановок, например, двигателей внутреннего сгорания в специальных агрегатах, и выброс в атмосферу или производственную зону (рудники, карьеры, складские помещения и т. п.)

Для соблюдения ПДК вредных веществ в атмосферном воздухе населенных мест устанавливают предельно допустимый выброс (ПДВ) вредных веществ из систем вытяжной вентиляции, различных технологических и энергетических установок.

Аппараты очистки вентиляционных и технологических выбросов в атмосферу делятся на: пылеуловители (сухие, электрические, фильтры, мокрые); туманоуловители (низкоскоростные и высокоскоростные); аппараты для улавливания паров и газов (абсорбционные, хемосорбционные, адсорбционные и нейтрализаторы); аппараты многоступенчатой очистки (уловители пыли и газов, уловители туманов и твердых примесей, многоступенчатые пылеуловители). Их работа характеризуется рядом параметров. Основными из них являются активность очистки, гидравлическое сопротивление и потребляемая мощность.

Широкое применение для очистки газов от частиц получили сухие пылеуловители — циклоны различных типов.

Электрическая очистка (электрофильтры) — один из наиболее совершенных видов очистки газов от взвешенных в них частиц пыли и тумана. Этот процесс основан на ударной ионизации газа в зоне коронирующего разряда, передаче заряда ионов частицам примесей и осаждении последних на осадительных и коронирующих электродах. Для этого применяют электрофильтры.

Для высокоэффективной очистки выбросов необходимо применять аппараты многоступенчатой очистки. В этом случае очищаемые газы последовательно проходят несколько автономных аппаратов очистки или один агрегат, включающий несколько ступеней очистки.

Такие решения находят применение при высокоэффективной очистке газов от твердых примесей; при одновременной очистке от твердых и газообразных примесей; при очистке от твердых примесей и капельной жидкости и т. п. Многоступенчатую очистку широко применяют в системах очистки воздуха с его последующим возвратом в помещение.

Абсорбционный способ очистки газов, осуществляемый в установках-абсорберах, наиболее прост и дает высокую степень очистки, однако требует громоздкого оборудования и очистки поглощающей жидкости. Основан на химических реакциях между газом, например, сернистым ангидридом, и поглощающей суспензией (щелочной раствор: известняк, аммиак, известь). При этом способе на поверхность твердого пористого тела (адсорбента) осаждаются газообразные вредные примеси. Последние могут быть извлечены с помощью десорбции при нагревании водяным паром.

Способ окисления горючих углеродистых вредных веществ в воздухе заключается в сжигании в пламени и образовании СО2 и воды, способ термического окисления — в подогреве и подаче в огневую горелку.

Каталитическое окисление с использованием твердых катализаторов заключается в том, что сернистый ангидрид проходит через катализатор в виде марганцевых составов или серной кислоты.

Для очистки газов методом катализа с использованием реакций восстановления и разложения применяют восстановители (водород, аммиак, углеводороды, монооксид углерода). Нейтрализация оксидов азота NOx достигается применением метана с последующим использованием оксида алюминия для нейтрализации на втором этапе образующегося монооксида углерода.

Перспективен сорбционно-каталитический способ очистки особо токсичных веществ при температурах ниже температуры катализа.

Адсорбционно-окислительный способ также представляется перспективным. Он заключается в физической адсорбции малых количеств вредных компонентов с последующим выдуванием адсорбированного вещества специальным потоком газа в реактор термокаталитического или термического дожигания.

В крупных городах для снижения вредного влияния загрязнения воздуха на человека применяют специальные градостроительные мероприятия: зональную застройку жилых массивов, когда близко к дороге располагают низкие здания, затем — высокие и под их защитой — детские и лечебные учреждения; транспортные развязки без пересечений, озеленение.

Для повышения эффективности санитарно-защитных зон на их территории высаживают древесно-кустарниковую и травянистую растительность, снижающую концентрацию промышленной пыли и газов. В санитарно-защитных зонах предприятий, интенсивно загрязняющих атмосферный воздух вредными для растительности газами, следует выращивать наиболее газоустойчивые деревья, кустарники и травы с учетом степени агрессивности и концентрации промышленных выбросов. Особо вредны для растительности выбросы предприятий химической промышленности (сернистый и серный ангидрид, сероводород, серная, азотная, фтористая и бромистая кислоты, хлор, фтор, аммиак и др.), черной и цветной металлургии, угольной и теплоэнергетической промышленности.

Заключение

Очистка атмосферных выбросов от загрязняющих веществ имеет огромное экологическое значение. Антропогенные процессы загрязнения воздушного бассейна в большинстве случаев поддаются управлению.

Для полноценной очистки газовых выбросов целесообразны комбинированные методы, в которых применяется оптимальное для каждого конкретного случая сочетание грубой, средней и тонкой очистки газов и паров. На первых стадиях, когда содержание токсичной примеси велико, более подходят абсорбционные методы, а для доочистки — адсорбционные или каталитические. Наиболее надежным и самым экономичным способом охраны биосферы от вредных газовых выбросов является переход к безотходному производству, или к безотходным технологиям. Термин «безотходная технология» впервые предложен академиком Н. Н. Семеновым. Под ним подразумевается создание оптимальных технологических систем с замкнутыми материальными и энергетическими потоками. Такое производство не должно иметь сточных вод, вредных выбросов в атмосферу и твердых отходов и не должно потреблять воду из природных водоемов. Конечно же, понятие «безотходное производство» имеет несколько условный характер; это идеальная модель производства, так как в реальных условиях нельзя полностью ликвидировать отходы и избавиться от влияния производства на окружающую среду. Точнее следует называть такие системы малоотходными, дающими минимальные выбросы, при которых ущерб природным экосистемам будет минимален. В настоящее время определилось несколько основных направлений охраны биосферы, которые в конечном счете ведут к созданию безотходных технологий: разработка и внедрение принципиально новых технологических процессов и систем, работающих по замкнутому циклу, позволяющих исключить образование основного количества отходов; создание бессточных технологических систем и водооборотных циклов на базе наиболее эффективных методов очистки сточных вод; переработка отходов производства и потребления в качестве вторичного сырья; создание территориально-промышленных комплексов с замкнутой структурой материальных потоков сырья и отходов внутри комплекса. Разработка и внедрение принципиально новых технологических процессов и систем, работающих по замкнутому циклу, позволяющих исключить образование основного количества отходов, является основным направлением технического прогресса. Т.о. в ходе работы были сформированы знания о способах очистки производственных выбросов, показана их эффективность.

Библиографический список

загрязнение атмосферный воздух адсорбция циклон

1. Белов, С. В. Безопасность жизнедеятельности/С.В. Белов.- М.: Издательский центр «Высшая школа», 1999 г. с 29 — 38

2. Бринчук, М. М. Правовая охрана окружающей среды от загрязнения токсичными веществами/М.М. Бринчук.- М. 1990 г. с 100 — 108

3. Гурова, Т. Ф. Основы экологии и рационального природопользования / Т. Ф. Гурова, Л. В. Назаренко. — М.: Издательство Оникс, 2005. с 18 — 23

4. Данилов-Данильян, В. И. Экология, охрана природы и экологическая безопасность/ В.И. Данилов-Данильян.- М.: МНЭПУ, 1997 г. с 20 — 22

5. Данилов-Данильян, В. И. Экологические проблемы: что происходит, кто виноват и что делать?/В.И. Данилов-Данильян.- М.: МНЭПУ, 1997 г. с 113 — 117

6. Донская, С. А. Основы экологии и экономика природопользования/С.А. Донская, Н. П. Донской. — Мн.: Технопринт, 2000 г. с 71 — 77

7. Реймерс, Н. Ф. Природопользование/Н.Ф. Реймес. — М.: Издательский центр «Мысль», 1990 г. с 54 — 62

Показать весь текст

Заполнить форму текущей работой