Физическая модель процесса снижения загрязнения воздушной среды

Развитие теоретических основ процесса снижения загрязнения воздушной среды долгое время базировалось на:

• дифференцированном решении внутренней и внешней задач снижения загрязнения воздушной среды;

• описании процессов взаимодействия частиц дисперсной фазы в конкретных конструкциях аппаратов (вытяжных зонтах, бортовых отсосах, циклонах, скрубберах, пылеосадительных камерах, матерчатых фильтрах, электрофильтрах и т.п.).

В последнее время проводятся исследования снижения загрязнения воздушной среды как единого поэтапного процесса на основе принципиально новых подходов к созданию общей теории снижения загрязнения.

В рамках таких исследований предложено научное направление по прогнозу и расчету эффективности процессов и технических средств снижения загрязнения воздушной среды.

В основе этого направления находится вероятностно-статистический подход к описанию процессов движения частиц дисперсной фазы с учетом режимных и конструктивных параметров инженерных систем, свойств потока загрязняющих веществ, более общих граничных условий и стохастических явлений.

В результате проведенных исследований построены математические модели процессов образования, выделения, распространения и удаления аэрозоля. Основными недостатками в этих исследованиях являются:

• во-первых, недостаточно упорядоченная классификационная схема процессов зарождения и разрушения аэрозоля;

• во-вторых, ограниченное лишь параметрами свойств рассмотрение физики процессов взаимодействия частиц между собой и с внешними воздействиями.

Примером другого направления исследований является разработка физико-химического подхода к решению задач снижения загрязнения. В результате проведенных в этом направлении исследований разработана методология описания процесса, включающая методы расчета его эффективности. Однако в этих исследованиях недостаточно раскрыта взаимосвязь параметров аэрозоля с параметрами окружающей среды, и не в полной мере учтены граничные условия, относящихся к этой взаимосвязи.

В отличие от вероятностно-статистического подхода в физико-химическом кроме параметров свойств учтены также энергетические параметры аэрозоля. Однако эти параметры раскрыты лишь относительно внутренней энергетики процесса.

На основе выделенных направлений в настоящее время предложен принципиально новый подход к исследованию процесса, базирующийся на:

• упорядочении понятий и классификационной схемы процесса;

• рассмотрении аэрозоля как дисперсной системы;

• рассмотрении устойчивости как результирующей характеристики состояния дисперсных систем;

• дифференциации дисперсных систем в процессах образования, выделения, распространения и разрушения аэрозоля.

1. Физическая сущность процесса снижения загрязнения воздушной среды

В области снижения загрязнения воздушной среды накоплен обширный теоретический и практический материал.

Анализ современного состояния вопросов снижения загрязнения воздушной среды в промышленности позволяет заключить, что:

• по мере развития технологических комплексов в промышленности борьба с загрязняющими веществами становится все более актуальной;

• снижение концентрации загрязняющих веществ в воздушной среде может быть достигнуто реализацией двух основных циклов:

1. Снижением загрязнения исходного сырья (технологического оборудования), включающим разработку нового производственного оборудования, совершенствование существующего и организацию технологических процессов, исключающих образование и выделение 3В.

2. Снижением загрязнения воздуха, включающий реализацию в действующем или проектируемом технологическом процессе дополнительных инженерно-технических систем (мероприятий), локализующих процесс распространения и обеспечивающих разрушение аэрозоля.

Хотя очевидно, что первый цикл процесса является более рациональным и экономичным, современный уровень развития науки и техники во многих случаях еще не позволяет предложить конкретные решения.

Поэтому для поддержания параметров воздушной среды на уровне нормативных требований в настоящее время широко используют второй цикл процесса снижения загрязнения.

Физическая модель процесса загрязнения положена в основу физической модели процесса снижения загрязнения воздушной среды, сущность которой заключается в совокупности последовательно и целенаправленно реализуемых процессов на каждой стадии загрязнения (рис. 1.1).

Математически физическая модель снижения загрязнения воздушной среды с учетом возможности реализации соответствующих зависимых последовательных событий может быть выражена следующей формулой:

,(1.1)

характеризующей вероятность процесса снижения загрязнения атмосферы (Р_сз) как совокупность вероятностей протекания физических процессов снижения загрязнения исходного сырья (технологического оборудования) (Р_ос), включающего связывание (Р_св) и задержание аэрозоля (Р_зд), а также снижения загрязнения воздуха (Р_ов), включающего улавливание (Р_пгу), очистку (Р_пго) и рассеивание (Р_пгр).

В процесс снижения загрязнения воздушной среды на той или иной его стадии включаются те или иные объекты. При этом наблюдается определенное соответствие отдельных этапов процесса снижения загрязнения этапам процесса загрязнения атмосферы:

• процесс связывания организуют на стадии образования ЗВ;

• процесс задержания аэрозоля – на стадии его выделения;

• процессы улавливания, очистки и рассеивания – на стадии распространения аэрозоля.

Рассмотрим подробнее выделенные циклы процесса.

При этом процесс снижения загрязнения, включающий два основных цикла, рассматривается как комплекс последовательного направленного воздействия "дополнительными" дисперсными системами на "исходные" и "промежуточные" системы. Главной целью каждого этапа процесса снижения загрязнения является уменьшение концентрации дисперсной фазы в "исходных", "промежуточных" и "остаточной-3" дисперсных системах.