65. Санитарно-технические мероприятия по охране атмосферного воздуха от загрязнения.

Технологические и технические мероприятия

Технологические и технические мероприятия осуществляются в ис­точнике загрязнения атмосферного воздуха. К ним относятся замена источников энергии менее вредными, сырья — менее токсичными, пред­варительная обработка топлива или сырья с целью снижения вреднос­ти выброса, совершенствование технологического процесса с целью снижения объема выброса или его вредности (использование мокрых технологических процессов взамен сухих). Большое значение имеет также герметизация технологического оборудования, аппаратуры, меж­цехового транспорта, рекуперация (возвращение в технологический процесс) летучих веществ.

Санитарно-технические мероприятия

Их целью является извлечение или нейтрализация компонентов выбросов, находящихся в газообразной, жидкой или твердой форме, от организованных стационарных источников. Уловленные компоненты в дальнейшем могут быть возвращены в это же производство, использо­ваны в качестве сырья или добавок (утилизированы; от лат. utilis — по­лезный) на других предприятиях или захоронены на полигонах твер­дых промышленных отходов (ТПО), в золоотвалах.

Требования к очистке выбросов от пыли и газа предъявляются с уче­том большого многообразия компонентов выбросов в атмосферу, их ка­чественных особенностей. Методы очистки выбросов могут быть разде­лены на две группы.

Физические методы, используемые для извлечения твердых и жид­ких примесей — пыли, дыма, капелек тумана или брызг. Это так называ­емое пылеулавливание. Сюда относятся механические и электростати­ческие методы очистки.

Физико-химические методы очистки для извлечения и утилизации тех или иных примесей из отходящих газов — газоочистка.

Пылеулавливание

Пыль (аэрозоль) в промышленности образуется во многих техноло­гических процессах при механическом измельчении твердых тел, горе­нии топлива, конденсации паров металлов или их оксидов, химическом взаимодействии двух или нескольких газов.

Борьба с пылью возможна путем как предупреждения образова­ния ее в процессе производства, так и очистки выбросов в специаль­ных аппаратах. Все пылеулавливающие аппараты подразделяются на 4 группы.

• Сухие, или механические, пылеуловители, в которых частицы пы­ли отделяются от газа с помощью механической силы. Сюда относятся пылеосадительные камеры, жалюзийные пылеуловители, циклоны, ба­тарейные циклоны и др. Они применяются в качестве первой ступени очистки газов перед более эффективными пыле- и золоуловителями.

• В мокрых пылеуловителях частицы пыли отделяются от газа с по­мощью промывки той или иной жидкостью, преимущественно водой. Среди аппаратов мокрого пылеулавливания следует назвать скрубберы, барботажные и пенные уловители, мокрые пылеуловители ударно- инерционного действия.

Фильтры, которые задерживают пыль при пропускании через тот или иной фильтрующий материал. Фильтры делятся на тканевые, во­локнистые и зернистые. Принцип действия электрофильтров отличается от такового опи­санных выше аппаратов. В них задержка пыли происходит под действи­ем электростатических сил. Особенно эффективны электрофильтры при улавливании мелкодисперсной пыли.

Очень часто только один из указанных способов не позволяет до­биться достаточно полной очистки газов от пыли. Поэтому приходится прибегать к комбинации очистных сооружений, например, может быть использована система, состоящая из циклона и электрофильтра, из скруббера и пенного промывателя и др.

Сооружения для сухой инерционной очистки выбросов от пыли. В гравитационных пылеотделителях, так называемых пылеосадочных камерах или инерционных пылеотделителях, отделение пыле­вых частиц происходит вследствие осаждения под действием силы тя­жести. Благодаря переходу газовой струи из трубы или канала в боль­шую по сечению камеру скорость воздушного потока, содержащего пы­левые частицы, резко снижается и частицы выпадают, увлекаемые си­лой тяжести. Как правило, эти сооружения используются для очистки воздуха от сравнительно крупных (диаметр 40-100 мкм) пылевых час­тиц. Эффективность их работы зависит от размера пылевых частиц, ско­рости движения воздуха в камере. Максимальная скорость воздушного потока, содержащего пылевые частицы, в камере не должна превышать 3 м/с. При большей скорости воздуха возможен унос пылевых частиц. Пылеосадочные камеры могут работать при повышенной температуре выброса. В основном их применение оправдано в качестве первой ступе­ни очистки газа перед подачей в более эффективные пылеуловители.

Наиболее распространенный тип инерционных пылеуловителей — циклоны(КПД-50%). Для придания пылевым частицам большей силы инерции ис­пользуется непрерывно действующая центробежная сила. Пылеулови­тели этого типа представляют собой сооружения цилиндрической или конической формы, в которые очищаемая пылегазовая смесь подается по касательной к поверхности корпуса сооружения (рис. 2). Благода­ря быстрому вихревому движению газового потока пылевые частицы с силой отбрасываются к стенкам циклона и под действием силы тяжес­ти скатываются вниз, в конусовидную часть циклона (пылесборник). При периодическом автоматическом открывании заслонки пылесборника пыль проваливается в бункер.

Эффективность работы циклонов зависит от многих факторов. Боль­шое значение имеют время нахождения пылевых частиц в вихревом по­токе, число витков газового потока, дисперсность пылевых частиц. В эф­фективности задержки твердых частиц важную роль играет диаметр цик­лона. Установлено, что чем он меньше, тем эффективнее очистка от пы­левых частиц. Поэтому вместо циклонов с диаметром в несколько метров стали строить аппараты, диаметр которых исчисляется сантиметрами.

Поскольку при этом пропускная способность понижается, для очистки больших количеств выбросов устанавливают батарею таких устройств малого диаметра. Эти сооружения получили название бата­рейных циклонов, или мультициклонов(КПД - 75-80%). Каждый единичный циклон в мультициклоне имеет собственный вход газа, но пылесборник у них об­щий.

Сооружения для мокрого пылеулавливания. Устройства для мок­рого пылеулавливания используются для улавливания пылевых частиц размером от 1 до 100 мкм. Их применяют для предварительной очистки выбросов перед электрофильтрами, рукавными фильтрами. В качестве орошающей жидкости в аппаратах мокрого пылеулавливания исполь­зуют, как правило, воду.

По способу действия аппараты для мокрой очистки газов делятся на следующие группы: 1) полые газопромыватели (промывные камеры и башни, полые скрубберы); 2) насадочные газопромыватели (насадочный скруббер); 3) барботажные и ценные аппараты; 4) мокрые аппара­ты ударно-инерционного типа (ротоклон и др.); 5) мокрые аппараты центробежного действия (циклон с водяной пленкой, скруббер ВТИ, мокрые прутковые уловители ВТИ); 6) динамические газопромыватели (механические скрубберы, дезинтеграторы); 7) скоростные газопромы­ватели (скрубберы Вентури).

Распространенными сооружениями для мокрого пылеулавливания являются скрубберы(КПД- 90%), обеспечивающие высокую степень очистки возду­ха от частиц пыли. В некоторых типах скрубберов для улавли­вания частиц пыли используется только распыление воды (полый скруббер). В других типах скрубберов могут быть встроенные насадки с пористым материалом (насадочные скрубберы). В них воздух очищает­ся от пыли за счет как действия распыленной воды, так и улавливания ее смоченной поверхностью насадки. В барботажных и пенных аппара­тах очищаемые газы проходят через слой жидкости в виде пузырьков. Эти сооружения эффективны для улавливания пылевых частиц разме­ром более 5 мкм. Однако вследствие невысокой производительности барботажные пылеуловители сейчас применяются мало.

В пенных аппаратах за счет определенной скорости подачи очищае­мого газа в зону контакта с жидкостью происходит переход жидкости в состояние турбулизированной пены. Линейная скорость газов, равная 1 м/с, обеспечивает устойчивый пенный режим.

Фильтрующие сооружения для пылеулавливания. Для очистки га­за путем фильтрации существуют тканевые(КПД - 99%), волокнистые фильтры и фильтры с зернистой загрузкой.

Пылеочистка в постоянном электрическом поле, электрофильтры. Очистка воздуха на электрофильтре(КПД - 99,9%) осуществляется за счет электростатических сил. Для этого воздух пропускают между двумя электродами с направленным в одну сторону полем высокого напряже­ния. Частицы пыли задерживаются у противоположно заряженного так называемого осадительного электрода. С него пылевые частицы удаля­ются механическим путем в бункер. Различают трубчатые и пластинча­тые электрофильтры. В первых осадительные электроды имеют вид трубок, внутри них подвешиваются коронирующие электроды. Плас­тинчатые электрофильтры состоят из параллельно размещенных плас­тин осадительных электродов, а между ними располагаются корониру­ющие электроды. Осадительные электроды электрофильтров заземля­ются. Электрофильтры с успехом применяются для обеспыливания выб­росов и аспирационного воздуха агломерационных установок в метал­лургии, для очистки доменного газа, выбросов из вращающихся печей цементных заводов, в производстве серной кислоты.

Электрофильтры относятся к наиболее эффективным средствам очистки воздуха от пыли. Достоинством их является способность очи­щать воздух, содержащий частицы с самым малым диаметром — собственно пыль, дымы и туманы.

Химические методы газоочистки

(обезвреживания газовых выбросов)

Для очистки промышленных выбросов в атмосферу от газовых ком­понентов используются абсорбция жидкостью, адсорбция твердым ве­ществом, каталитическое превращение вредных газообразных компо­нентов выброса в безвредные соединения.

Абсорбционный метод. Суть его состоит в переводе молекул вред­ных примесей из газовой среды выброса в жидкую фазу абсорбента. Чаще всего в качестве абсорбента применяются вода или водные раст­воры оснований и кислот, в некоторых случаях предпочтение отдается маслам или другим жидкостям. Абсорбенты могут просто растворять газы, не вступая с ними во взаимодействие (физические абсорбенты). Другие абсорбенты могут вступать в реакции с очищаемым газом, об­разуя при этом другие соединения, например раствор едкого натра, этаноламин и др. (химические абсорбенты). Химическая абсорбция при­меняется для очистки газов от сероводорода, диоксида углерода, диок­сида серы и др. При этом абсорбентами являются водные растворы сла­бых оснований. Часть абсорбентов после использования может быть регенерирована и возвращена в технологический процесс. Выпадаю­щие в процессе регенерации соли (шлам) утилизируются, а при невоз­можности утилизации направляются на захоронение в шламоотвалы или на полигоны ТПО.

Наиболее простым аппаратом абсорбционной очистки является про­мывная башня. Она представляет собой полое цилиндрическое соору­жение с различными насадками внутри, которые обеспечивают боль­шую поверхность контакта газа с абсорбентом. Газ поступает снизу навстречу жидкости через насадки, проходит через жидкость и подни­мается к следующей тарелке с колпачками. Используются также мок­рые центробежные скрубберы. Вода в них распыляется вверху башни и подается противотоком очищаемому газу.

Одной из широко применяющихся разновидностей химической аб­сорбции, сопровождающейся необратимой реакцией, является процесс поглощения кислых газов растворами сильных оснований.

Адсорбционный метод основан на способности некоторых материа­лов поглощать из газов примеси. Он находит применение прежде всего там, где в ходе производственного процесса теряются ценные продукты, в частности растворители. Чаще всего в качестве адсорбента применяют активированный уголь, силикагель и другие материалы.

Процесс очистки состоит их 3 этапов: контакта газа с твердым адсор­бентом, десорбции, т.е. отделения уловленных газообразных примесей паров растворителей), и рекуперации растворителей после регенера­ции. Десорбция производится с помощью пара. После этого уголь вновь пригоден к использованию в качестве адсорбента. Эффективность ад­сорбционных методов может достигать 98%.

Следует заметить, что абсорбционные и адсорбционные методы очистки газов имеют ряд недостатков. В частности, при низких конце­нтрациях удаляемых примесей, например диоксида серы, галоидов, се­роводорода, серной кислоты эти методы малоэффективны и неэконо­мичны. В этих случаях предпринимаются попытки использовать для поглощения и очистки газов ионообменные смолы.

Поглощение газов ионообменными смолами представляет собой процесс молекулярной сорбции. Ионитами могут быть кислоты, основа­ния, комплексообразователи, окислители. Применяются и полимеры с неионогенными функциональными группами.

Каталитические методы. В некоторых производствах, когда в выб­росах имеются многокомпонентные смеси загрязняющих веществ, хи­мические, сорбционные и конденсационные методы очистки отходя­щих газов не дают нужного эффекта. Эффективными в этих случаях могут оказаться методы очистки воздуха от органических примесей ка­талитическим окислением (дожиганием). Большое значение имеют подбор соответствующего катализатора и режим его работы.

Отходящие газы в ловушке освобождаются от несгораемых компонен­тов и конденсата. Затем они нагреваются в теплообменнике за счет тепла очищенного газа и в подогревателе до температуры начала реакции. В кон­тактном аппарате газы окисляются на том или ином катализаторе до диок­сида углерода и воды. Очищенные газы выбрасываются в атмосферу.

При достаточных концентрациях горючих веществ в выбросе сгора­ние осуществляется самопроизвольно после инициированного первич­ного воспламенения. При малых концентрациях сжигание осуществля­ют с помощью различных катализаторов.

Для обеспечения окисления оксида углерода и углеводородов в отра­ботавших газах ДВС автомобилей до конечных продуктов сгорания при­меняются пламенные нейтрализаторы. Для дожигания углеводородов и оксида углерода, разложения оксидов азота внедряются каталитические нейтрализаторы. Каталитические нейтрализаторы делятся на окисли­тельные, восстановительные и трехкомпонентные. Из них более распро­странены окислительные, используемые и на дизельных, и на бензино­вых двигателях. Они обеспечивают окисление оксида углерода, углеводо­родов и альдегидов. Восстановительные нейтрализаторы используются меньше, в основном для восстановления оксида азота. Трехкомпонентные нейтрализаторы предназначены для очистки отработавших газов от оксида углерода, углеводородов, оксидов азота. Каталитические нейтра­лизаторы достаточно эффективны, однако стоимость их очень велика.