Способы очистки атмосферного воздуха

                       

 

Содержание.

Введение…………………………………………………………………...……….3

Глава 1. Классификация систем очистки …………………………….……….5

     1.1 Классификация систем очистки воздуха и их параметры………………..5

     1.2 Классификация газоочистного и пылеулавливающего оборудования….5

Глава 2. Материалы  и методы очистки………………………..…………......11

     2.1 Промышленная и санитарная очистка……………………………………11

     2.2 Биологический способ очистки атмосферного воздуха………………...12

     2.3 Системы очистки воздуха от пыли……………………………………….15

     2.4 Системы очистки воздуха от туманов……………………………………15

     2.5 Системы очистки воздуха от газопарообразных примесей……………..17

     2.6 Метод абсорбции и адсорбции……………………………………………23

Глава 3. Результаты исследований и их анализ…………………………..…27

Заключение………………………………………………………………...31

Список использованных источников и литературы……………..…..33

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

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.

Цель :  Рассмотреть методы очистки атмосферного воздуха.

Задачи:

1. Классифицировать систему очистки атмосферного воздуха.

2.  Рассмотреть способы  очистки.

3. Показать эффективность очистки  в разнообразных условиях.

Актуальность данной темы состоит в следующем: атмосферный  воздух – это жизненно важный компонент  окружающей среды. Опасные загрязняющие вещества, попадая в атмосферный  воздух, переносятся на большие расстояния. Осаждаясь, они попадают в почву, воду, тем самым загрязняя их.

Это оказывает большое  неблагоприятное воздействие на растительный мир и животный мир. Немалый вред загрязнения приносят здоровью человека.

Человечеству угрожает смертельная  опасность. И опасность эта кроется  в катастрофически быстром изменении  климата, загрязнение воздуха, вод  и почвы, появление новых болезней, вымирание сотен тысяч видов  животных и растений – первые угрозы надвигающейся угрозы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава1. Борьба с загрязнением атмосферы. Способы очистки промышленных выбросов.

 

1.1 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[2].

 

1.2 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; Q_1, 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, пожаро- и взрывоопасность. Объемный расход очищаемого газа, метало- и 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, пожаро- и взрывоопасность, объемный расход очищаемого газа и  т. д.), металле- и 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[3].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 2. Материалы и методы исследований.

 

2.1 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 мало- и 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].

 

2.2 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[13].

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[4].

 

2.3  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[5, 20].

 

2.4 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[6].

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.

 

2.5 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[7].

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

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