WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 11 | 12 || 14 | 15 |   ...   | 23 |

Или люди сделают так, что в воздухе станет меньше дыма, или дым сделает так, что на Земле станет меньше людей».

Луис Батан, американский метеоролог 4. ОХРАНА БИОСФЕРЫ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЙ 4.1 Общие положения Чистый воздух, чистая вода, цветущая природа – основа здоровой жизнедеятельности большинства живых организмов.

Человек, лишенный воздуха, погибает через 3–10 минут. Многие заболевания живых организмов обусловлены загрязнением воздуха и воды пылью, вредными веществами, болезнетворными организмами.

Лучший способ охраны биосферы от загрязнений – исключение видов деятельности человека, технологических процессов, сопровождающихся ее загрязнением. Создание малоотходных и безотходных производств – главное направление в природоохранной деятельности человека. Однако полностью исключить антропогенное загрязнение элементов биосферы нельзя, так как без многих загрязняющих процессов невозможно жизнеобеспечение человека.

Например, люди и животные, которых они выращивают, должны дышать, освобождать свой организм от продуктов жизнедеятельности, которые не улучшают атмосферу и гидросферу. Человек не может не выплавлять железо, не сжигать топливо для обеспечения тепла, при производстве электроэнергии, при передвижении в автомобилях, поездах, самолетах, кораблях и многое, многое другое.

Поэтому другим основным направлением в природоохранной деятельности человека является очистка воздуха, воды, почвы от загрязнений до санитарных норм.

Технологические мероприятия, направленные на предотвращение антропогенного загрязнения биосферы отходами и вредными веществами, обычно связаны с физико-химическими и химическими процессами. Поэтому эти мероприятия по охране биосферы мы, как химики, рассмотрим более детально.

4.2. Очистка воздуха от загрязнений 4.2.1. Общие сведения Источники загрязнения атмосферы. Как отмечалось в п.

2.2, в развитых странах основное загрязнение атмосферы, помимо природного, создают тепловые электростанции, металлургические заводы и автотранспорт. Промышленные загрязнения преимущественно связаны с переработкой или сжиганием каменного и бурого угля, а также нефтяных продуктов. Главным загрязнителем городской атмосферы является автотранспорт.

Виды загрязнителей атмосферы. Они указаны в п. 2.2. Согласно ГОСТ 17.2.1.01-76 – это газообразные выбросы в атмосферу (SО2, СО, NOx, углеводороды), жидкие аэрозоли (кислоты, щелочи, растворы солей, жидкие металлы, органические соединения), твердые аэрозоли (канцерогены, свинец и его соединения, пыль, сажа и др.), радиоактивные нуклиды.

Нормирование загрязнений атмосферы. Для оценки степени загрязнения воздушной среды используются следующие виды предельно допустимых концентраций (см. п. 3.4): ПДКРЗ рабочей зоны, среднесуточная ПДКСС, максимально разовая ПДКМР.

В таблице 4.1 приведены нормируемые значения максимальной разовой ПДКМР и среднесуточной ПДКСС основных видов атмосферных загрязнений. Всего их нормируется около 2000.

Таблица 4.ПДК основных видов атмосферных загрязнений (СН 245-71) ПДКМР, ПДКСС, ПДКМР, ПДКСС, Вещество Вещество мг/м3 мг/м3 мг/м3 мг/мАммиак 0,2 0,2 Свинец – 0,Оксид углерода 3 1 Фенол 0,01 0,Диоксид серы 0,5 0,05 Формальдегид 0,035 0,Диоксид азота 0,085 0,04 Триоксид фосфора 0,15 0,Сероводород 0,008 – Хлор Cl2 0,01 0,Серная кислота 0,3 0,1 Сажа (копоть) 0,15 0,Ртуть (металл) – 0,0003 Пыль нетоксичная 0,5 0,Предельно допустимые выбросы. Для каждого проектируемого и действующего предприятия в соответствии с ГОСТ 17.2.3.02-78 устанавливается предельно допустимый выброс (ПДВ) вредных веществ в атмосферу с учетом того, что этот выброс вместе с другими местными источниками загрязнений не создадут приземную концентрацию примеси См, превышающую ПДК.

Расчет ПДВ горячей смеси (T >> 0) из труб для максимальной приземной концентрации См проводится по формулам:

См = ПДКСС – Сф = ПДВ AFmnr / Н2(V1 T)1/ 3, (4.1а) ПДВ = (ПДКСС – Сф) Н 2 (V1 T)1/3 /AFmnr, (4.1б) а для холодного выброса (T 0) – по формулам:

См = ПДКСС – Сф = ПДВ AFn /Н 4/32Dwo, (4.2а) ПДВ = (ПДКСС – Сф) Н4/32Dwo/AFnr. (4.2б) Здесь Сф – фоновая концентрация примеси, мг/м3; ПДКСС – среднесуточная ПДК; ПДВ – предельно допустимая масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени; A – климатический коэффициент, зависящий от температурной структуры слоев атмосферы и их перемещения, для Сибири он равен 200; F, m, n и r – коэффициенты, которые учитывают скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе (F), условия выхода горячей газовоздушной смеси из устья источника (m, n) и рельеф местности (r); Н – высота источника выброса (трубы) над уровнем земли, м; T – разность между температурами выбрасываемой газовоздушной смеси и наружного воздуха, оС; V1 – объем выбрасываемой газовоздушной смеси, м3/с, V1 = 0,25D2wo; D – диаметр устья трубы, м; wo – средняя скорость выхода газовой смеси из трубы, м/с.

Для газов и практически не осаждающихся аэрозолей безразмерный коэффициент A равен 1, для аэрозолей при коэффициенте очистки не менее 90% – 2, при очистке 75–90% – 2,5 и при очистке менее 75% – 3. Для равнинного ландшафта коэффициент r = 1. Во многих случаях коэффициент n также равен 1.

Коэффициент m определяется по формуле:

m = 1 / (0,67 + 0,1f 1/2 + 0,34f 1/3) при f < 100, (4.3а) m = 1,47 / f 1/3 при f 100, (4.3б) где вспомогательный коэффициент f рассчитывается как:

f = 1000Dwo2 /Н2T. (4.4) Предельно допустимая масса сжигаемого топлива (ПДТ) при выбросе продуктов сгорания в воздух рассчитывается по формуле:



ПДТ = 3,6Н 2 [(ПДКСС – Сф) /МтAFmnr]3/2 Vr T, (4.5) где Мт – масса вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу при сжигании топлива, г/кг; Vr – объем газов, выделяющихся при сжигании топлива, м3/кг. Остальные обозначения приведены выше.

Эффективность очистки воздуха от загрязнений оценивают коэффициентом очистки, который часто выражают в процентах:

= (Свх – Свых) /Свх = 1 – k, (4.6) где Свх и Свых – массовые концентрации примесей на входе и выходе аппарата-очистителя; k – коэффициент проскока частиц через аппарат очистки.

4.2.2. Очистка выбросов от пыли и аэрозолей В процессах пылеулавливания существенное значение имеют размеры частиц пыли, их плотность, заряд, удельное сопротивление, адгезионные свойства, смачиваемость и т. п.

По размеру твердых частиц выделяют следующие виды пыли:

1 – более 10 мкм, 2 – 0,25–10 мкм, 3 – 0,01–0,25 мкм, 4 – менее 0,01 мкм. Эффективность пылеулавливания мелких частиц меньше – 50–80%, крупных больше – 90–99,9%.

Пылеуловители. Их два типа: сухие и мокрые. Сухим путем пыль улавливают пылеосадительные камеры, циклоны, вихревые циклоны, электрофильтры и др. Для очистки от пыли мокрым способом применяют пенные аппараты, скрубберы Вентури и др.

Сухие пылеуловители. Пылеосадительные камеры. Это наиболее простейшие аппараты, использующие для осаждения пыли поле гравитации, а при установке перегородок – инерционное поле. Эффективность улавливания пыли размером более 25 мкм – 50–80%. Для очистки горячих дымовых газов от пыли с размером о более 20 мкм при температуре 450–600 С используются жалюзные пылеотделители. В них отделение пыли от основного потока газа происходит за счет инерционных сил, возникающих при рез ком повороте очищаемого газового потока, когда он проходит через жалюзи решетки. Эффективность очистки достигает 80%.

На рисунках 4.1 и 4.2 показана схема циклона (греч. kyklon – вращающийся) и скруббера (англ. scrub – cкрести) Вентури соответственно для сухого и мокрого способов пылеулавливания.

Выход Вход Выход га за га за га за 2 2 Газ 4 Вода Выход пыли Выход шлама Рис. 4.1. Циклон для сухой Рис. 4.2. Скруббер Вентури очистки воздуха от пыли: для мокрой очистки газа от пыли:

1 – патрубок для ввода газа; 1 – сопло Вентури; 2 – форсунки 2 – корпус; 3 – выходная труба; для ввода жидкости;

4 – бункер 3 – каплеуловитель Циклоны. Это основной вид аппаратов для улавливания пыли, которые для ее осаждения используют центробежное поле. В циклон газовый поток вводится через патрубок 1 по касательной к внутренней поверхности корпуса циклона 2 (рис. 4.1). Поток совершает вращательно-поступательное движение вдоль корпуса к бункеру 4. Частицы пыли под действием центробежной силы образуют на стенке циклона пылевой слой, который осыпается и попадает в бункер. Газовый поток, освободившись от пыли, образует вихрь и через трубу 3 покидает циклон. Бункер при его накоплении периодически разгружается от пыли.

Производительность циклона Q (0,5–50 тыс. м3/ч) определяется диаметром его цилиндрической части D: Q = (1/4)D2w, где w – скорость движения газа в циклоне, w 4 м/с. От размера этого диаметра зависят остальные габариты циклона: высота (2–2,3)D, высота конуса (1,7–2)D, общая высота (4,2–4,6)D. Диаметр D выбирают в пределах от 20 до 300 см.

Избыточное давление газов, поступающих в циклон, не должно превышать 2500 Па, температура – не выше 400 оС. Допустимая входная концентрация слабо слипающейся пыли – около 1000 г/м3, среднеслипающейся – до 250 г/м3. Эффективность очистки газов от пыли более 5 мкм в цилиндрических циклонах 80–90%.

Обычно их используют для предварительной очистки газов перед электрофильтрами и фильтрами. При очистке больших объемов газов применяют батареи, состоящие из необходимого числа параллельно установленных циклонов.

Ротационные пылеуловители Это аппараты центробежного действия типа вентиляторов особой конструкции. Их используют для очистки газов от пыли с размером частиц более 5 мкм. Они обладают большой компактностью. Более перспективной модификацией являются противопроточные ротационные пылеотделители.

Их размеры в 3–4 раза меньше, чем у циклонов, а энергозатраты меньше на 20–40%. Однако сложность конструкции и процесса эксплуатации затрудняет их широкое распространение.

Вихревые пылеуловители. Это тоже аппараты центробежного действия, которые в качестве завихрителя газовых потоков используют наклонные сопла или лопатки. Они способны очищать большие объемы газов от тонких фракций пыли, меньше 3–5 мкм.

Эффективность очистки достигает 99%. Она мало зависит от содержания пыли в пределах до 300 г/м3.

Электрофильтры. Они представляют собой устройства с набором трубчатых осадительных, положительно заряженных электродов (анодов), внутри которых по их осевому центру расположены тонкие стержни (струны) коронирующих, отрицательно заряженных электродов (катодов). Между этими электродами, представляющими цилиндрический электрический конденсатор, источником постоянного тока создается электрическое поле высокой напряженности, до 50–300 кВ/м. В этом сильном электрическом поле при столкновении заряженных частиц с молекулами происходит ударная ионизация газа. Однако до пробоя газа напряженность поля не повышают, т.е. создают условия для коронного разряда в газе.

Аэрозольные частицы, поступающие в зону между катодом и ано дом, адсорбируют образующие ионы, приобретают электрический заряд и движутся к электроду с противоположным зарядом. Так как площадь стержня (катода) значительно меньше площади трубки, плотность тока у катода будет значительно больше, чем у анода.





Коронный разряд преимущественно локализуется у катода. Это приводит к значительно большему разряду катионов и образованию отрицательно заряженных аэрозольных частиц. Поэтому примеси в основном движутся к аноду и осаждаются на нем. Отсюда понятны названия: коронирующий и осадительный электроды.

При пропускании газа и примесей через электрофильтр скорость их потока обычно задают в пределах от 0,5 до 2 м/с. Скорость движения заряженных частиц к электродам зависит от их размера, заряда и напряженности электрического поля. При напряженности поля 150 кВ/м она составляет от 0,01 до 0,1 м/с для частиц с диаметром соответственно от 1 до 30 мкм. На электродах хорошо осаждаются и затем легко удаляются встряхиванием пыли с удельным сопротивлением от 104 до 1010 Омсм. При меньших его значениях частицы пыли легко разряжаются на электроде, перезаряжаются и возвращаются обратно в газовый поток. Пыли с удельным сопротивлением более 1010 Омсм медленно разряжаются на электродах, препятствуют осаждению новых частиц и улавливаются труднее всего. В этом случае используют увлажнение газа.

Электрофильтры используются для тонкой очистки газов от пыли и тумана. Сухие электрофильтры имеют производительность от 30 до 1000 м3/ч. Они способны очищать газы с эффективностью до 99,9% при содержании пыли до 60 г/м3 и температуре газа до 250 оС.

Фильтры. Их конструкции различны. Однако у всех фильтров основным элементом является пористая перегородка – фильтроэлемент. По виду материала перегородки различают: зернистые, гибкие, полужесткие, жесткие фильтры.

Зернистые фильтры из гравия, кокса, песка используют для очистки газов от крупных фракций пыли, создаваемых дробилками, грохотами, мельницами и др. Эффективность очистки – до 99,9%.

Гибкие пористые фильтроэлементы – это ткани, войлоки, губчатая резина, пенополиуретан. Ткани и войлоки чаще всего изготавливают из синтетических волокон, стеклянных нитей, получая такие ткани, как нитрон, лавсан, хлорин, стеклоткань. Их широко используют для тонкой очистки газов с исходным содержанием пыли 20–50 г/м3. Эффективность очистки – 97–99%.

Жесткие фильтроэлементы изготавливают из пористой керамики и пористых металлов. Они незаменимы при очистке от примесей горячих и, агрессивных газов.

Полужесткие фильтры типа вязаных металлических сеток, прессованных спиралей и стружек из нержавеющей стали, латуни, никеля применяют для очистки горячих газов с температурой до 500 оС от пыли с размером частиц более 15 мкм и начальной концентрацией до 50 г/м3.

Процесс фильтрования заключается в осаждении дисперсных частиц на поверхности пор фильтроэлемента. Осаждение происходит в результате эффекта касания, диффузионного, инерционного, гравитационного процесса, кулоновского взаимодействия заряженных частиц. Последнее характерно для нашедших в настоящее время широкое применение фильтров Петрянова из перхлорвиниловых волокон (ФПП). Такие ультратонкие волокна несут на своей поверхности заряды, что позволяет в начальной стадии фильтрования достигать очень высокой эффективности очистки газов от аэрозолей, до 99,99% при скорости фильтрации 0,01 м/с и диаметре частиц 0,34 мкм. Эти фильтры используют для очистки воздуха от радиоактивных аэрозолей. После нейтрализации заряда эффективность очистки снижается до 90%.

Если размер частиц больше размера пор, то наблюдается ситовой эффект с образованием слоя осадка. Этот эффект, а также постепенное закупоривание пор оседающими частицами увеличивают сопротивление фильтроэлемента и эффективность очистки, но снижает ее производительность. Поэтому фильтроэлементы периодически регенерируют.

Конструкции фильтров: рукавные, рулонные, рамочные.

Рукавные фильтры наиболее широко применяются для сухой очистки газовых выбросов. В цилиндрическом корпусе с конусным дном рукава из ткани или войлока крепятся к отверстиям нижней перегородки и к заглушкам верхней перегородки. Запыленный газ, подаваемый снизу через отверстия нижней перегородки, поступает в рукава, фильтруется и через межрукавное пространство и отверстия верхней перегородки выводится из аппарата. Регенерацию фильтра производят после его отключения от системы очистки путем встряхивания рукавов специальным устройством (пыль соби рается в конусном дне) и обратной продувкой их сжатым газом.

Допустимая концентрация пыли на входе в рукавный фильтр г/м3, наибольшая температура газов – 130 оС для рукавов из лавсана о и 230 С – для стеклоткани, производительность – до 50 м3/ч, эффективность очистки – около 98%.

Мокрые пылеуловители. Аппараты мокрой очистки газов характеризуются высокой эффективностью тонкой очистки мелких пылей (0,3-1 мкм), а также возможностью очистки от пыли горячих и взрывоопасных газов. Они работают, используя осаждение частиц пыли на поверхности капель или пленки жидкости. При этом действуют силы инерции, броуновского движения, диффузии, происходит взаимодействие заряженных частиц, конденсация, испарение и т.п. Важным фактором является смачиваемость частиц жидкостью.

По конструкции мокрые пылеуловители разделяют на скрубберы Вентури, форсуночные и центробежные скрубберы, на аппараты ударно-инерционные, барботажно-пенные и др.

Скруббер Вентури (рис. 4.2). Основная часть этого скруббера – сопло Вентури 1, в сужающуюся часть которого вводится запыленный газ, а через центробежные форсунки 2 распыляется вода.

Pages:     | 1 |   ...   | 11 | 12 || 14 | 15 |   ...   | 23 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.