Инженерная защита окружающей среды л-14

мероприятия, позволяющие снижать степень распространения сбрасываемых загрязняющих веществ и других вредных воздействий:

• строительство высоких и сверхвысоких труб для выбросов загрязняющих веществ в атмосферу, выпусков сточных вод различных конструкций для оптимизации условий их разбавления и др.;

• нейтрализация выбросов, их захоронение и консервация;

• доочистка используемых ресурсов перед поступлением потребителю (установка кондиционеров и воздуховодов для очистки воздуха в помещениях, метро, очистка водопроводной воды и др.);

• устройство санитарных охранных зон вокруг промышленных предприятий и на водных объектах, озеленение городов и поселков;

• оптимальное расположение промышленных предприятий и автотранспортных магистралей (с учетом гидрометеорологических факторов) для минимизации их отрицательных воздействий;

• рациональная планировка городской застройки с учетом розы ветров, шумовых нагрузок и др.

Очистка газовых выбросов в атмосферу

1. Для очистки газовых выбросов от пыли используют:

• фильтры или осаждение в гравитационном, центробежном, электрическом или акустическом полях.

2. Для удаления других веществ – методы:

• абсорбции,

• хемосорбции,

• реагентные.

Очистка газовых выбросов от пыли осуществляется в циклонах и с помощью фильтров.

Циклоны – это аппараты, в которые газовый поток вводится через входной патрубок внутрь корпуса и совершает там вращательно- поступательное движение к бункеру.

Под действием центробежной силы на стенке образуется пылевой слой. Отделение пыли происходит за счет поворота потока на 180⁰.

Очищенный газовый поток выбрасывается из циклона через выходную трубу в атмосферу (рис.1).

Выходная труба

Выходной патрубок

Корпус

Бункер

Рис. 1. Цилиндрический циклон

Скорость осаждения зависит от скорости вращения газа, диаметра частиц и диаметра циклона. Диаметр циклона определяется допустимой запыленностью газов.

Диаметр циклона, мм	800	600	500	400	300	200	100
Допустимая концентрация частиц, кг/м3	2,5	2,0	1,5	1,2	1,0	0,8	0,6

Для фильтрования газов от пыли используют различные фильтры: тканевые, с набивкой или с насыпным фильтрующим слоем, электрофильтры.

Тканевые фильтры составляют основную группу.

Электрофильтры – наиболее совершенные аппараты для очистки газов от частиц пыли и тумана.

Процесс очистки основан на ударной ионизации газа в зоне разряда. Загрязненные газы, поступающие в электрофильтр, частично ионизированы за счет внешних воздействий. При достаточно большом напряжении, подаваемом на электроды, в электрическом поле движение ионов и электронов настолько ускоряется, что, сталкиваясь с молекулами газа, они ионизируют их, расщепляя на положительные ионы и электроны. Образовавшийся поток ионов ускоряется электрическим полем, и реакция повторяется. Наступает лавино-образный процесс - ударная ионизация.

Электрофильтры обычно делают с отрицательными электродами, при этом положительно заряженные частицы под действием электростатических, аэродинамических сил и силы тяжести осаждаются. Периодическая очистка фильтра достигается встряхиванием электродов.

В промышленности используют несколько типов конструкций сухих и мокрых электрофильтров.

В зависимости от формы электродов различают электрофильтры (рис.2): трубчатые и пластинчатые.

Встряхивающий механизм

Выходной

патрубок Входной патрубок

Бункер

Электроды

Рис. 2. Пластинчатый электрофильтр

Очистка выбросов от газообразных вредных примесей осуществляется с использованием:

1. абсорбции (лат. – всасывание, растворение) – растворения выбросов в жидких растворителях;

2. хемосорбции – химического связывания примесей растворами реагентов;

3. адсорбции (лат. – поглощение) – поглощения примесей твердыми активными веществами;

4. каталитических методов – химических превращений в присутствии катализаторов.

Абсорбция проводится в термических или вакуумных десорберах. Узлы абсорбции и десорбции могут быть разных конструкций (рис.3).

Очищенный Выделенный газ

газ на утилизацию

Исходный газ

Отработанный

абсорбент

Абсорбент

Рис.3. Схема абсорбции и десорбции.

Абсорбция зависит от растворимости в поглощающей жидкости удаляемого газа, температуры и его парциального давления.

Например, для удаления из тех нологических выбросов аммиака ( NH₃ ), хлорводорода ( HCl ) или фторводорода ( HF ) целесообразно в качестве абсорбента применять воду, т.к. растворимость этих газов в воде велика – сотые доли грамма на 1 кг воды.

Для улавливания водяных паров можно применять раствор серной кислоты, а для улавливания ароматических углеводородов – вязкие масла.

Регенерация растворителя, т.е. десорбция из него газов, проводится путем повышения температуры или понижения давления.

Хемосорбция основана на поглощении газов реагентами с образованием малолетучих или малорастворимых соединений.

Примером может служить очистка газо-воздушной смеси от сероводорода с применением мышьяково-щелочного реагента:

H₂S + Na₄As₂S₅O₂ = Na₄As₂S₆O + H₂O

Регенерация раствора производится окислением его кислородом, содержащимся в очищенном воздухе:

2 Na₄ As₂ S₆ O + O₂ = 2 Na₄ As₂ S₅O₂ + 2S

В этом случае побочным продуктом является сера. Могут применяться и другие реагенты и иониты. Иониты – это твердые вещества, способные обмениваться ионами с фильтруемыми через них жидкими или газообразными смесями. Это или природные материалы (глины), или синтетические полимеры (смолы).

Например, при фильтровании газовой смеси, содержащей аммиак ( NH₃ ), через влажный ионит катионного типа (катионит) происходит присоединение аммиака к катиониту:

R-H + NH₃ → R-NH₄

Подобные реакции происходят и при удалении диоксида серы из газовой смеси с помощью ионитов анионного типа (анионитов):

R-CO₃ + SO₂ → R-SO₃ + CO₂

Регенерация ионитов осуществляется промывкой их водой, слабыми растворами кислот (для катионов), щелочей или содой ( Na₂CO₃ ) (для анионитов).

Последние два метода называют мокрыми. Основной их недостаток – резкое понижение температуры газов, что приводит к снижению эффективности их рассеивания в атмосфере.

Адсорбция – процесс избирательного поглощения компонентов газовой смеси твердыми веществами.

При физической адсорбции молекулы адсорбента не вступают в химическое взаимодействие с молекулами газовой смеси. Требования к абсорбентам: большая адсорбционная способность, селективность (отбор), химическая инертность, механическая прочность, способность к регенерации, низкая стоимость. Наиболее распространенные адсорбенты – активированные угли, силикагели, алюмосиликаты.

С увеличением температуры адсорбционная способность снижается. На этом свойстве основан процесс регенерации, которую осуществляют либо нагревом насыщенного адсорбента до температуры выше рабочей, либо продувкой его горячим паром или воздухом.

Каталитические методы очистки газов основаны на использовании катализаторов, ускоряющих химические реакции. Каталитические методы применяются для нейтрализации выхлопных газов автомобилей, т.е. превращения токсичных оксидов азота NO и углерода CO в нетоксичные вещества: газообразный азот N₂ и диоксид углерода CO₂.