Средства защиты окружающей среды (экобиозащитная техника) от вредных факторов
В процессе производства на работающих и на окружающую среду неблагоприятно воздействуют вредные факторы технических систем и технологических процессов. Активной формой защиты окружающей среды населенных мест от вредного воздействия промышленных предприятий является переход к малоотходным и безотходным технологиям, а в условиях сельскохозяйственного производства — к биологическим методам борьбы с сорняками и вредителями.
Вместе с тем в качестве дополнительных и достаточно эф- фективных средств защиты в настоящее время широко применяется как различное очистное оборудование (аппараты и системы очистки пылевых и газовых выбросов, сточных вод и др.), так и специальные технологические устройства по уменьшению интенсивности различных энергетических воздействий техногенного происхождения.
Средства защиты атмосферы
Окружающий человека атмосферный воздух непрерывно подвергается загрязнению. Воздух производственных помеще- ,1 ний загрязняется выбросами технологического оборудования | или при проведении технологических процессов без локализации отходящих веществ. Удаляемый из помещения вентиляционный воздух может стать причиной загрязнения атмосфер- | ного воздуха промышленных площадок и населенных мест.
Воздух жилых помещений загрязняется продуктами сгорания природного газа и другого топлива, испарениями растворителей, моющих средств, древесностружечных конструкций и т.п., а также токсичными веществами, поступающими в жилые помещения с приточным вентиляционным воздухом. В лет-
8.1. Средства защиты окружающей среды (экобиозащитная техника)... 151
ний период года при средней наружной температуре 20° С в жилые помещения проникает около 90% примесей наружного воздуха, а в переходный период при температуре 2,5° С — 40%. Масса выброса в атмосферу /-го загрязняющего вещества определяется по формуле:
m i=m уд iПК(1-η) (1.1)
где: m уд i — удельное выделение i — загрязняющего вещества на единицу продукции; П — расчетная производительность технологического процесса (агрегата и т.п.); К — поправочный коэффициент для особенностей технологического процесса; η— эффективность средства очистки выбросов в долях единицы; при отсутствии средств очистки η = 0 [25].
Средства защиты атмосферы должны ограничивать наличие вредных веществ в воздухе среды обитания человека на уровне не выше ПДК.
Во всех случаях должно соблюдаться условие:
(1.2) |
С+ сф<ПДК
по каждому вредному веществу (сф — фоновая концентрация), а при Наличии нескольких вредных веществ однонаправленного действия — условие (1.1). Соблюдение этих требований достигается локализацией вредных веществ в месте их образования, отводом из помещения или от оборудования и рассеиванием в атмосфере. Если при этом концентрация вредных веществ в атмосфере превышает ПДК, то применяют очистку выбросов от вредных веществ в аппаратах очистки, установленных в выпускной системе. Наиболее распространены вентиляционные, технологические и транспортные выпускные системы [3].
На практике реализуются следующие варианты защиты атмосферного воздуха:
— вывод токсичных веществ из помещений общеобменной
вентиляцией;
— локализация токсичных веществ в зоне их образования
местной вентиляцией;
— очистка технологических газовых выбросов в специальных
аппаратах, выброс и рассеивание в атмосфере;
— очистка отработавших газов энергоустановок, например дви
гателей внутреннего сгорания в специальных агрегатах, и
выброс их в атмосферу.
152 Гл. 8. Экобиазащитная техника и средства индивидуальной защиты
Для соблюдения ПДК вредных веществ в атмосферном воздухе населенных мест устанавливают предельно допустимый выброс (ПДВ) вредных веществ из систем вытяжной вентиляции, различных технологических и энергетических установок.
В соответствии с требованиями ГОСТа 17.2.3.02-78 для каждого проектируемого и действующего промышленного предприятия устанавливается ВДВ вредных веществ в атмосферу при условии, что выброс вредных веществ от данного источника в совокупности с другими источниками (с учетом перспективы их развития) не создадут приземной концентрации, превышающей ПДК.
В тех случаях, когда реальные выбросы превышают ПДВ, в системе выброса необходимо использовать аппараты для очистки газов от примесей.
Аппараты очистки вентиляционных и технологических выбросов в атмосферу делятся на:
— пылеуловители (сухие, электрические, фильтры, мокрые);
— туманоуловители (низкоскоростные и высокоскоростные);
— аппараты для улавливания паров и газов(абсорбционные,
хемосорбционные, адсорбционные и нейтрализаторы);
— аппараты многоступенчатой очистки (уловители пыли и
газов, уловители туманов и твердых примесей, многосту
пенчатые пылеуловители).
Простыми и широко распространенными являются аппараты сухой очистки воздуха и газов от крупной неслипающеися пыли. К их числу относятся разнообразные по конструкции циклоны, принцип действия которых основан на использовании центробежной силы, воздействующей на частицы пыли во вращающемся потоке воздуха. Их рекомендуется устанавливать перед фильтрами или электрофильтрами. Для очистки газа от пыли используются цилиндрические и конические циклоны.
Для очистки больших масс газов применяют батарейные циклоны, состоящие из большого числа параллельно установленных циклонных элементов. Конструктивно они объединяются в один корпус и имеют общий подвод и отвод газов [2].
Электрическая очистка — один из наиболее совершенных видов очистки газов от взвешенных в них частиц пыли и тумана. Для нее используются электрофильтры Принцип действия этих агрегатов основан на осаждении частиц пыли в электрическом поле.
8.1. Средства защиты окружающей среды (экобиазащитная техника)... 153
В электрофильтрах очищаемые газы проходят через систему коронирующих и осадительных электродов. К коронирующим электродам подведен ток высокого напряжения до 60 000 В. Благодаря коронному разряду происходит ионизация частиц пыли, которые приобретают электрический заряд. Заряженные частицы двигаются в электрическом поле в сторону осадительных электродов и оседают на них. Осевшая пыль удаляется из электрофильтров встряхиванием электродов в сухих электрофильтрах или промывкой в мокрых [3].
Для тонкой очистки газов от частиц и капельной жидкости применяют различные фильтры. Процесс фильтрования состоит в задержании частиц примесей на пористых перегородках при движении через них дисперсных сред. В зависимости от типа фильтровой перегородки, конструкции фильтра и его назначения, тонкости очистки основана и классификация фильтров.
По типу перегородки фильтры бывают: с зернистыми слоями (неподвижные свободно насыпанные зернистые материалы, псевдоожиженные слои); с гибкими пористыми перегородками (ткани, войлоки, волокнистые маты, губчатая резина, пенополиуретан и др.); с полужесткими пористыми перегородками (вязаные и тканые сетки, прессованные спирали и стружка); с жесткими пористыми перегородками (пористая керамика, пористые металлы и др.).
В промышленности для сухой очистки газовых выбросов наибольшее распространение получили рукавные фильтры. Они состоят из одной или нескольких секций, в каждой из которых может быть от 4—6 до нескольких сотен рукавов.
Большинство промышленных фильтрующих установок работают в двух режимах — фильтрации и регенерации, т.е. очистки от уловленной пыли. Регенерация повышает степень использования фильтрационных материалов и удешевляет процесс очистки. Она производится встряхиванием установки, периодической продувкой или промывкой. В результате пары материалов освобождаются от уловленной пыли и материал можно использовать повторно.
Широкое распространение получили аппараты мокрой очистки газов — мокрые пылеуловители — имеющие высокую эффективность очистки от мелкодисперсных пылей с d > 0,3 мкм, а также возможность очистки от пыли нагретых и взрывоопасных газов. Принцип действия основан на осаждении частиц
154 Гл. 8. Экобиозащитная техника и средства индивидуальной защиты
пыли на поверхности капель или пленки жидкости, в качестве которой используется либо вода (при очистке от пыли), либо химический раствор (при улавливании одновременно с пылью вредных газообразных компонентов). Комплексная очистка газов — это достоинство аппаратов мокрой очистки — полых форсуночных скрубберов. Вместе с тем мокрые пылеуловители обладают рядом недостатков, ограничивающих область их применения. К таким недостаткам относятся: образование в процессе очистки шлама, что требует специальных систем для его переработки; вынос влаги в атмосферу и образование отложений в отводящих газоходах при охлаждении газов до температуры точки росы; отсутствие оборотных систем подачи воды
в пылеуловитель.
Для очистки воздуха от туманов, кислот, щелочей, масел и других жидкостей используют волокнистые фильтры — ту-маноуловители. Принцип их действия основан на осаждении капель на поверхности пор с последующим стеканием жидкости по волокнам в нижнюю часть туманоуловителя. Осаждение капель жидкости происходит под действием броуновской диффузии, или инерционного механизма отделения частиц загрязнителя от газовой фазы на фильтроэлементах в зависимости от скорости фильтрации W^. Туманоуловители делят на низкоскоростные (W^ < О,15 м/с), в которых преобладает механизм диффузионного осаждения капель, и высокоскоростные (Wq= 2,0—2,5 м/с), где осаждение происходит главным образом под воздействием инерционных сил.
Очистку газовых выбросов от газа и парообразных загрязнителей производят в специальных установках. В настоящее время существует два типа газо- и пароулавлирающих установок. Первый тип установок обеспечивает санитарную очистку выбросов без последующей утилизации уловленных примесей, количество которых невелико, но которые даже в малых концентрациях опасны для здоровья человека; второй — предназначен для промышленной очистки выбросов от больших количеств вредных примесей с последующей их концентрацией и дальнейшим использованием в качестве исходного сырья в различных технологических процессах. Установки второго типа являются составляющими элементами разрабатываемых перспективных малоотходных и безотходных технологий.
Методы очистки промышленных выбросов от газообразных и парообразных загрязнителей по характеру протекания
8.1. Средства защиты окружающей среды (экобиозащитная техника)... 155
физико-химических процессов подразделяются на пять основных групп: I — промывка выбросов жидким поглотителем (абсорбция); II — промывка выбросов растворами реагентов, связывающими примеси химически (хемосорбция); III — поглощение газообразных примесей твердыми активными вещества-: ми (адсорбция); IV — термическая нейтрализация отходящих газов и, наконец, У — поглощение примесей с помощью.каталитического превращения.
I. Метод абсорбцииобеспечивает очистку газовых выбросов путем разделения газовоздушной смеси на составные части за счет поглощения одной или нескольких вредных примесей (абсорбатов), содержащихся в этой смеси, жидким поглотителем (абсорбентом) с образованием раствора.
Для удаления из технологических выбросов таких газов, как аммиак, хлористый или фтористый водород, в качестве жидкого поглотителя применяется вода. В качестве абсорбентов используются и другие жидкости, например раствор сернистой кислоты для улавливания водяных паров или вязкие масла для улавливания ароматических углеводородов из коксо-вого газа.
II. Метод хемосорбциизаключается в поглощении вредных газовых и паровых примесей, содержащихся в газовых выбросах, твердыми или жидкими поглотителями с образованием малолетучих или малорастворимых химических соединений. Этот метод применяют при небольших концентрациях вредных примесей в отходящих газах. Он используется для очистки газовоздушной смеси от сероводорода с применением мышьяково-щелочного, этанол-аминового и других растворов. Сероводород при этом связывается с соответствующей хемосорбенту солью, находящейся в водном растворе. Регенерация раствора осуществляется кислородом, содержащимся в очищенном воздухе, с образованием серы, которая может быть использована как сырье.
III. Адсорбционный методочистки газов основан на поглощении содержащихся в них вредных примесей поверхностью твердых пористых тел с ультрамикроскопической структурой, называемых адсорбентами. Эффективность процесса адсорбции зависит от пористости адсорбента, скорости и температуры очищаемых газов. Чем больше пористость адсорбента и выше концентрация примеси, тем интенсивней протекает процесс адсорбции. В качестве адсорбентов для очистки газов от орга-
156 Гл. 8. Экобиозащитная техника и средства индивидуальной защиты
нических паров, поглощения неприятных запахов и газообразных примесей, содержащихся в небольших количествах промышленных выбросов, широко применяют активированный уголь, удельная поверхность которого составляет 102— 103 м2/г. Кроме активированного угля используются активированный глинозем, селикагель, активированный оксид алюминия, синтетические цеолиты, или молекулярные сита, которые наряду с активированным углем обладают высокой адсорбционной способностью и избирательностью поглощения определенньгх газов, механической прочностью и способностью к регенерации.
IV. Термическая нейтрализация обеспечивает окисление токсичных примесей в газовых выбросах до менее токсичных при наличии свободного кислорода и высокой температуры газов. Этот метод применяется при больших объемах газовых выбросов и концентрациях загрязняющих примесей, превышающих 300 частей на миллион.
Существует три схемы термической нейтрализации газовых выбросов: прямое сжигание в пламени; термическое окисление при температуре 600—800° С; каталитическое сжигание при 250—450° С. Прямое сжигание используют в тех случаях, когда отходящие газы содержат достаточно тепла, необходимого для осуществления процесса и составляющего более 50% общей теплоты сгорания. Примером такого процесса является факельное сжигание горючих отходов. Так нейтрализуют циано-водород в вертикально направленных факелах на нефтехимических заводах. Разработаны схемы камерного сжигания отходов. Термическое окисление применяется, когда отходящие газы имеют высокую температуру, но в них нет достаточного количества кислорода либо когда концентрация горючих примесей настолько низка, что не обеспечивает подвода теплоты, необходимой для поддержания пламени.
V. Каталитический метод предназначен для превращения вредных примесей, содержащихся в отходящих газах промышленных выбросов, в вещества безвредные или менее вредные для окружающей среды с использованием специальных веществ — катализаторов. Катализаторы изменяют скорость и направление химической реакции. В качестве катализаторов используют платину, палладий и другие благородные металлы или их соединения (окиси меди, марганца). Каталитические методы широко используют для очистки от вредных примесей,
8.1. Средства защиты окружающей среды (экобиозащитная техника)... 157
содержащихся в газовоздушных выбросах цехов окраски, а также для нейтрализации выхлопных газов автомобилей.
Для высокоэффективной очистки выбросов применяются аппараты многоступенчатой очистки, в которых используются одновременно 2—3 из вышеперечисленных методов и в.которых очищаемые газы последовательно проходят несколько автономных аппаратов очистки, или один агрегат, включающий несколько ступеней очистки. Многоступенчатую очистку широко применяют в системах очистки воздуха с его последующим возвратом в помещение.