Защита атмосферы.
Атмосфера (от. др.-греч.— пар и — шар) — газовая оболочка, окружающая планету Земля. Толщина атмосферы — примерно 2000 — 3000 км от поверхности Земли. Суммарная масса воздуха — (5,1—5,3)×1018 кг. Атмосферные слои: Тропосфера, Стратосфера, Мезосфера, Термосфера, Экзосфера (сфера рассеяния).
Загрязняющие вещества: сернистый ангидрит, окись азота, углеводороды, твердые частицы (пыль, зола, сажа) Специфические выбросы: хлор, молекулярный сероводород, аммиак, фтористые соединения, тяжелые металлы.
Токсические действия основных загрязняющих веществ.
Угарный газ СО: бесцветный газ не раздражает слизистой оболочки глаз и дыхательные пути. При вдыхании взаимодействует с гемоглобином крови, в следствии чего гемоглобин не способен держать кислород, поэтому угарный газ в высоких концентрациях вызывает удушение. Источники поступления: двигатели внутреннего сгорания, металлургические предприятия, котельные.
Сернистый ангидрид: бесцветный газ с резким неприятным запахом, раздражает слизистые оболочки глаз и дыхательных путей. Образуется при сжигании газа и при переработке руд. Существует в атмосфере примерно 4 суток. Источники поступления: ТЭЦ, городские катальные, металлургические предприятия.
Окислы азота: образуется при сжигании топлива. Окись азота NO способствует разрушению азотного слоя атмосферы: NO+O3 = NO2+O2 двуокись азота при контакте с влагой образует азотную кислоту, кислотные осадки 2NO2+H2O-HNO3(азотная кислота)+HNO2. Источники поступления: двигатели внутреннего сгорания, ТЭЦ, котельные, металлургические предприятия.
Углеводороды: вызывают головную боль. Возникают при сжигании топлива. Источники: нефтегазовые и нефтехимические предприятия. Твердые частицы (пыль зала сажа) оказывают механическое воздействие, способные абсорбировать токсичные продукты сгорания.
Источники загрязнения атмосферы подразделяются на стационарные и не стационарные. Стационарные: промышленные предприятия. Загрязнители промышленности:
1) Металлургическая промышленность. 27% от стационарных источников.
2) Энергетическая промышленность 21% выбросов от стационарных источников
3) Нефтегазовые 12%
4) Нефтехимическая 8%
Нестационарные источники – это транспорт, сжигание топлива населением и прочее. Ежегодно в атмосферу Р.Ф от нестационарных источников поступает более 30 млн. тонн загрязняющих веществ.
Состав автомобильных выбросов: 70% CO (угарный газ), 6% (окислы азота) а также сажа. В Москве выбросы автотранспорта примерно 1 млн. тонн в год, что составляет 90% антропогенных выбросов.
Классификация выбросов в атмосферу по ГОСТу:
По агрегатному состоянию.
По химическому составу
По размерам частиц
От 1кг/ч до 10 кг/ч, от 10 кг/ч до 100 кг/ч
По температуре 6 нагретые, холодные
По высоте источника менее 20 метров, от 20-40 метров – промежуточное, высшее свыше 40 метров.
По организации отвода и контроля. Это организованные через трубы, вентиляции, шахты, фонари. И неорганизационные в результате аварий, разгерметизаций.
По происхождению. Первичные т.е. поступающие непосредственно от тех или иных источников. Или вторичные являющиеся продуктом образования первичных выбрасов.
Технологические.
Методы очистки выбросов в атмосферу.
Очистка выбросов от пыли. Используют сухие и мокрые методы.
I. Сухие методы. Циклоны пылеуловители.
Схема цилиндрического пылеуловителя. Загрязненный воздух передается через входной патрубок (1) в направлении по касательной к стенке (2). Далее он совершает вращательно-поступательные движение вдоль корпуса; частицы пыли отбрасываются к стенкам циклона и затем падают вниз в пыле сборник (3), откуда периодически удаляются. Поток воздуха разворачивается на 180 градусов и выходит в выхлопную трубу (4) Используются «циклоны» для предварительной чистки от крупной пыли.
/СХЕМА/
Электрофильтры. Принцип работы основан на основе ионизации пылегазового потока у поверхности координирующих электродов. Приобретая отрицательный заряд, пылинки движутся к осадительному электроду, имеющему знак, обратный заряду координирующего электрода. При встряхивании электродов осажденные частички пыли под действием силы тяжести падают вниз в сборник пыли.
Сухие фильтры – представляют собой герметичную камеру с перегородкой из фильтрующего материала.
Разновидности сухих фильтров:
1) зернистые фильтры (галька, керамзит шлак) Используют для предварительной очистки сильнозагрязненного воздуха.
2) фильтры с гибкими пористыми перегородками (хлопчатобумажные, лавсановые, нейлоновые ткани) Используют для тонкой очистки воздуха.
3) фильтры с полужесткими пористыми перегородками (металлические сетки) Используют при повышенных температурах.
II. Мокрые фильтры. Основаны на связи пыли с жидкостью (турбулентные аппараты, скрубберы)
Схема скруббера Вентури. Внутри корбуса скруббера имеется расширяющаяся к низу труба – Вентури. Загрязненный воздух и вода подаются в самую узкую часть трубы. Связывание пыли осуществляется за счет сил инерции и броуновского движения. Высокая степень очистки (95,99%).
Очистка воздуха от токсичных газов и паров.
1) Сорбционные методы. Сорбция – процесс поглощения одного вещества (сорбита) другим веществом (сорбентом). Сорбция обратимый процесс при определенных условиях, если осуществляется десорбция – удаление поглощенного вещества из сорбента. Процесс сорбции сопровождается химической реакцией и является не обратимым, называется хемосорбцией.
АБсорбция – процесс поглощения вредных газообразных примесей жидким поглотителем (абсорбентом: вода, растворы щелочей/соды/аммиака) Осуществляется абсорбционных колоннах различных конструкций, а также скрубберах.
Схема абсорбционной колонны, насадочной конструкции. Внутри колонны имеются секции заполненные элементами насадок керамическими или стеклянными кольцами и т.д. Высокая эффективность очистки обеспечивается расширением абсорбирующей жидкости по элементам насадки и увеличением поверхности контакта между жидкостью связывающее загрязняющее вещество с воздухом. Для увеличения степени поглощения газов, в абсорбирующую жидкость добавляют реагенты, вступающие с поглощенным газом в химическую реакцию. Так осуществляется процесс хемосорбции, являющийся необратимым.
SO2+NaOH → Na2SO3+H2O сульфид натрия
2NH3+H2SO4 → (NH4)2SO4 карбонат натрия
/СХЕМА/
АДсорбция – процесс поглощения жидкости или газа ТВЕРДЫМ адсорбентом, осуществляемый на границе раздела фаз. Адсорбенты – активированный уголь, окись алюминия и др. Адсорбцию осуществляют в адсорбтных колоннах различных конструкций – периодическим или непрерывным методом. Адсорбцию используют для очистки воздуха от паров органических растворителей токсичных и радиоактивных газов – это рекуперационный (??) метод, позволяющий выделить загрязняющее вещество с поверхности адсорбента и повторно его использовать.
Рассмотрим стадии адсорбции на примере рекуперации толуола:
1) Адсорбция – поглощение толуола активированным углем до насыщения адсорбента
2)Десорбция – удаление толуола из адсорбента путем обработки адсорбента перегретым водяным паром.
3)Сушка адсорбента.
4)Охлаждение адсорбента.
Метод–дожигание (термический метод). Используется для очистки воздуха от угарного газа и паров органических растворителей. Осуществляется открытым способом (в факелах сгорания) или закрытым (в камерах сгорания) В факелах сгорания при t=1100-1300◦С имеет существенный недостаток – образование вторичных загрязнений (окислов азота) В камерах сгорания дожигание осуществляется при t=1100◦С без катализаторов или при t=300-600◦С с катализатором.