Способы и оборудование защиты атмосферы, гидросферы и литосферы

Содержание Введение . 2 Строение атмосферы, гидросферы и литосферы . 3 Средства защиты атмосферы . 6Средства защиты гидросферы 17 Средства защиты литосферы . 27 Заключение 31Список литературы . 32 Введение Загрязнение окружающей среды - это нежелательное изменение ее свойств, которое приводит или может привести к вредному воздействию на человека или природные комплексы. Наиболее известный вид загрязнения - химическое поступление в окружающую среду вредных веществ и соединений , но не меньшую потенциальную угрозу несут и такие виды загрязнений, как радиоактивное, тепловое неконтролируемый выброс тепла в окружающую среду может привести к глобальным изменениям климата природы , шумовое.

В основном загрязнение окружающей среды связано с хозяйственной деятельностью человека антропогенное загрязнение окружающей среды, однако возможно загрязнение в результате природных явлений, например извержений вулканов, землетрясений, падения метеоритов и др. Загрязнению подвергаются все оболочки Земли. Литосфера а также почвенный покров загрязняется в результате поступления в нее соединений тяжелых металлов, удобрений, ядохимикатов.

Только мусора из больших городов ежегодно вывозится до 12 млрд т. Горные разработки приводят к уничтожению естественного почвенного покрова на огромных площадях. Гидросфера загрязняется стоками промышленных предприятий особенно химических и металлургических, стоками с полей и животноводческих комплексов, бытовыми стоками городов.

Особенно опасно нефтяное загрязнение - в воды Мирового океана ежегодно попадает до 15 млн т нефти и нефтепродуктов. Атмосфера загрязняется главным образом в результате ежегодного сжигания огромного количества минерального топлива, выбросов металлургической и химической промышленности. Главные загрязняющие вещества - углекислый газ, окислы серы, азота, радиоактивные соединения. В результате растущего загрязнения окружающей среды возникает много экологических проблем, как на локальном и региональном уровнях в крупных промышленных районах и городских агломерациях, так и на глобальном глобальное потепление климата, уменьшение озонового слоя атмосферы, истощение запасов природных ресурсов. Основными путями решения экологических проблем могут быть не только строительство разнообразных очистных сооружений и устройств, но и внедрение новых малоотходных технологий, перепрофилирование производств, перенос их на новое место с целью снижения концентрации давления на природу.

Строение атмосферы, гидросферы и литосферы.

Атмосфера - газообразная оболочка Земли. К ней относятся атмосфеный воздух газы, растворенные в поверхностных и подземных водах газовая составляющая почв, а также газы, выделяющиеся из горного массива, которые прямо или косвенно влияют на жизнедеятельность живых организмов. Атмосфера распространяется над Землей до 2 000 км это от радиуса Земли. Функции атмосферы 1 Регулирование климата Земли. 2 Поглощение солнечной радиации. 3 Пропускает тепловое излучение Солнца. 4 Сохраняет тепло. 5 Является средой распространения звука. 6 Источник кислородного дыхания. 7 Формирование влагооборота, связанного с образованием облаков и выпадением осадков. 8 Формирующий фактор литосферы выветривание. Атмосфера делится на 1 Тропосфера - граница до 10 - 12 км. 2 Стратосфера - граница до 55 км от тропосферы. 3 Мезосфера - граница до 85 - 90 км от стратосферы. 4 Термосфера - граница до 150 км от мезосферы. 5 Экзосфера - граница до 800 - 2 000 км от термосферы.

Состав атмосферы.

В настоящее время состав атмосферы находится в состоянии динамического равновесия, что достигается деятельностью живых организмов. На высоте 100 - 120 км чаще всего встречаются азот и кислород на высоте 400 км находится кислород в атомарном состоянии с одним свободным электроном на высоте 600 - 1600 км чаще всего встречают гелий выше преобладает водород. В нижних слоях атмосферы до 25 км встречаются CO2, углеводороды CxHy, диоксид серы SO2, оксиды азота NxOy и др. Одной из характеристик атмосферы является влажность.

Влажность атмосферного воздуха определяется его насыщенностью водяными парами. Наиболее богаты влагой нижние слои атмосферы 1,5 - 2,0 км, где концентрируется примерно 50 влаги.

Количество водяного пара в воздухе зависит от его температуры чем выше температура, тем больше влаги содержит воздух. Однако при любой конкретной температуре воздуха существует определенный предел его насыщения парами воды, который является максимальным. Обычно насыщение воздуха парами воды не достигает максимума, и разность между максимальным и текущим насыщением носит название дефицита влажности, или недостатка насыщения.

Дефицит влажности - важнейший экологический параметр, поскольку он характеризует сразу две величины температуру и влажность. Чем выше дефицит влажности, тем суше и теплее, и наоборот. Известно, что повышение дефицита влажности в определенные отрезки вегетационного периода способствует интенсивному плодоношению растений, а у насекомых приводит к усиленному размножению вплоть до так называемых демографических вспышек. На анализе динамики дефицита влажности основаны многие способы прогнозирования различных явлений среди живых организмов.

Температура на поверхности земного шара определяется температурным режимом атмосферы и тесно связана с солнечным излучением. Известно, что количество тепла, падающего на горизонтальную по верхность, прямо пропорционально синусу угла стояния Солнца над горизонтом, поэтому наблюдаются суточные и сезонные колебания температуры. Чем выше широта местности, тем больше угол наклона солнечных лучей и тем холоднее климат. Одним из инструментов атмосферы, влияющих на экологию Земли является ветер.

Причина возникновения ветра - неодинаковый нагрев земной поверхности, связанный с перепадами давления. Ветровой поток направлен в сторону меньшего давления, т.е. туда, где воздух более прогрет. Сила вращения Земли воздействует на циркуляцию воздушных масс. В приземном слое воздуха их движение оказывает влияние на все метеорологические элементы климата режим температуры, влажности, испарения с поверхности Земли и транспирацию растений. Ветер - важнейший фактор переноса и распределения примесей в атмосферном воздухе.

Наблюдаются длительные периоды циклы преобладающей атмосферной циркуляции продолжительностью в несколько десятков лет. Эти циклы меридианальной, широтной циркуляции периодически сменяются с востока на запад, с севера на юг, а также в противоположных направлениях. С типами атмосферной циркуляции иногда связывают периоды одновременной активности многих видов животных, например, периоды вспышек массового размножения насекомых.

Скорость и направление движения воздушных масс могут изменяться в зависимости от рельефа, времени суток и других факторов. Вертикальное движение масс воздуха - сложный природный процесс, который может характеризоваться температурной стратификацией - изменением температуры воздуха с высотой. Давление атмосферы. Нормальным считается давление 1кПа, соответствующее 750,1 мм рт.ст. В пределах земного шара существуют постоянно области низкого и высокого давления, причем в одних и тех же точках наблюдаются сезонные и суточные колебания давления.

Различают также морской и континентальный типы динамики давления. Периодически возникающие области пониженного давления, характеризующиеся мощными потоками воздуха, стремящегося по спирали к перемещающемуся в пространстве центру, носят название циклонов. Циклоны отличаются неустойчивой погодой и большим количеством осадков. Литосфера - это твердая внешняя оболочка Земли, земная кора. Мощность Земной коры под океаном - 5 - 20 км под континентом - 70 км. В литосфере выделяют массив горных пород, земную поверхность и почвы.

Почва - это рыхлый поверхностный горизонт суши, способный производить урожай растений. Важнейшее свойство почвы - ее плодородие, которое определяется физическими и химическими свойствами почвы. Почва - трехфазная среда, включающая твердые, жидкие и газообразные компоненты. Она представляет собой продукт физического, химического и биологического преобразования горных пород, т.е. формируется в результате сложного взаимодействия климата, растений, животных и микроорганизмов.

Сама почва постоянно развивается и изменяется, вследствие чего существует большое разнообразие ее типов. В результате перемещения или превращения вещества почва расчленяется на отдельные слои, или горизонты, сочетание которых представляет профиль почвы. Во всех типах почв самый верхний горизонт имеет более или менее темный цвет, зависящий от количества органического вещества. Этот горизонт называется гумусовым или перегнойно-аккумулятивным.

Он может иметь зернистую, комковатую или слоистую структуру. Избыток или недостаток гумуса определяет плодородие почвы, т.к. в нем осуществляются сложные обменные процессы, в результате которых образуются элементы питания растений. Выше гумусового горизонта иногда располагается подстилка или дерн, состоящий из разлагающихся растительных остатков и способствующий накоплению влаги и питательных веществ в почве, а также влияющий на тепловой и воздушный режимы почвы.

Под гумусовым горизонтом обычно залегает малоплодородный подзолистый горизонт вымывания в черноземных и темных почвах этот горизонт отсутствует. Еще глубже расположен иллювиальный горизонт горизонт вмывания, в него вмываются и в нем накапливаются минеральные и органические вещества из вышележащих горизонтов. Еще ниже залегает материнская горная подстилающая порода, на которой формируется почва. Все горизонты представляют собой смесь органических и минеральных элементов. Свыше 50 минерального состава почвы приходится на кремнезем Si02 , около 1 - 25 - на глинозем Al2O3 , 1 - 10 - на оксиды железа Fe2O3 , 0,1 - 5 - на оксиды магния, калия, фосфора, кальция Mg0, К2О, P205, Са0 . Органические вещества, поступающие в почву с растительным опадом, включают углеводы лигнин, целлюлоза, гемицеллюлоза, белковые вещества, жиры, а также конечные продукты обмена у растений - воск, смолы, дубильные вещества.

Органические остатки в почве разрушаются минерализуются с образованием более простых вода, диоксид углерода, аммиак и др. веществ или превращаются в более сложные соединения - перегной, или гумус.

Одна из наиболее важных характеристик почвы - ее механический состав, т.е. содержание частиц разной величины. Установлены четыре градации механического состава песок, супесь, суглинок и глина. От механического состава почвы зависят ее водопроницаемость, способность удерживать влагу, проникновение в нее корней растений и др. Кроме того, каждая почва характеризуется плотностью, тепловыми и водными свойствами.

Большое значение для почвы имеет аэрация, т.е. ее насыщенность воздухом и способность к такому насыщению. Химические свойства почвы зависят от содержания минеральных веществ, которые находятся в ней в виде растворенных ионов. Некоторые ионы являются для растений токсичными, другие - жизненно необходимыми. Концентрация ионов водорода рН в среднем близка к нейтральному значению. Флора таких почв особенно богата видами. В известковых рН 8 и засоленных почвах рН 4 развивается только специфическая растительность.

Обитающее в почве множество видов растительных и животных организмов активно влияет на ее физико-химические характеристики. Гидросфера - это водная оболочка Земли. К ней относят поверхностные и подземные воды, прямо или косвенно обеспечивающие жизнедеятельность живых организмов, а также вода, выпадающая в виде осадков. Вода занимает преобладающую часть биосферы. Из 510 млн. км2 общей площади земной поверхности на Мировой океан приходится 361 млн. км2 71 . Океан - главный приемник и аккумулятор солнечной энергии, поскольку вода обладает высокой теплопроводностью.

Основными физическими свойствами водной среды являются ее плотность в 800 раз выше плотности воздуха и вязкость выше воздушной в 55 раз. Кроме того, вода характеризуется подвижностью в пространстве, что способствует поддержанию относительной гомогенности физических и химических характеристик. Водные объекты характеризуются температурной стратификацией, т.е. изменением температуры воды по глубине.

Температурный режим имеет существенные суточные, сезонные, годовые колебания, но в целом динамика колебаний температуры воды меньше, чем воздуха. Световой режим воды под поверхностью определяется ее прозрачностью мутностью. От этих свойств зависит фотосинтез бактерий, фитопланктона, высших растений, а следовательно, и накопление органического вещества, которое возможно лишь в пределах эвфотической зоны, т.е. в том слое, где процессы синтеза преобладают над процессами дыхания.

Мутность и прозрачность зависят от содержания в воде взвешенных веществ органического и минерального происхождения. Из наиболее значимых для живых организмов абиотических факторов в водных объектах следует отметить соленость воды - содержание в ней растворенных карбонатов, сульфатов, хлоридов. В пресных водах их мало, причем преобладают карбонаты до 80 . В океанической воде преобладают хлориды и отчасти сульфаты. В морской воде растворены практически все элементы периодической системы, включая металлы.

Другая характеристика химических свойств воды связана с присутствием в ней растворенного кислорода и диоксида углерода. Особенно важен кислород, идущий на дыхание водных организмов. Жизнедеятельность и распространение организмов в воде зависят от концентрации ионов водорода рН . Все обитатели воды - гидробионты приспособились к определенному уровню рН одни предпочитают кислую, другие - щелочную, третьи - нейтральную среду.

Изменение этих характеристик, прежде всего в результате промышленного воздействия, ведет к гибели гидробионтов или к замещению одних видов другими. Средства защиты атмосферыТребования к выбросам в атмосферу. Средства защиты атмосферы должны ограничивать наличие вредных веществ в воздухе среды обитания человека на уровне не выше ПДК. Во всех случаях должно соблюдаться условие C Cф ? ПДК по каждому вредному веществу Сф -фоновая концентрация. Соблюдение этих требований достигается локализацией вредных веществ в месте их образования, отводом из помещения или от оборудования и рассеиванием в атмосфере. Если при этом концентрации вредных веществ в атмосфере превышают ПДК, то применяют очистку выбросов от вредных веществ в аппаратах очистки, установленных в выпускной системе.

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 загрязненного воздуха в специальных аппаратах и его возврат в производственное или бытовое помещение, если воздух после очистки в аппарате соответствует нормативным требованиям к приточному воздуху рис. 1 а - локализация токсичных веществ в зоне их образования местной вентиляцией, очистка загрязненного воздуха в специальных аппаратах, выброс и рассеивание в атмосфере рис. 1 б - очистка технологических газовых выбросов в специальных аппаратах, выброс и рассеивание в атмосфере в ряде случаев перед выбросом отходящие газы разбавляют атмосферным воздухом рис. 2в - очистка отработавших газов энергоустановок, например двигателей внутреннего сгорания в специальных агрегатах, и выброс в атмосферу или производственную зону рудники, карьеры, складские помещения и т. п. рис. 3 г. 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 ГОСТ 17.2.3.02-78 для каждого проектируемого и действующего промышленного предприятия устанавливается ПДВ вредных веществ в атмосферу при условии, что выбросы вредных веществ от данного источника в совокупности с другими источниками с учетом перспективы их развития не создадут приземную концентрацию, превышающую ПДК. Рис. 6.3 Схемы использования средств защиты атмосферы 1-источник токсичных веществ 2-устройство для локализации токсичных веществ местный отсос 3-аппарат очистки 4-устройство для забора воздуха из атмосферы 5-труба для рассеивания выбросов 6 устройство воздуходувка для подачи воздуха на разбавление выбросов Рассеивание выбросов в атмосфере.

Технологические газы и вентиляционный воздух после выхода из труб или вентиляционных устройств, подчиняется законам турбулентной диффузии.

На рис. 2 показано распределение концентрации вредных веществ в атмосфере под факелом организованного высокого источника выброса.

По мере удаления от трубы в направлении распространения промышленных выбросов можно условно выделить три зоны загрязнения атмосферы переброса факела выбросов Б, характеризующаяся относительно невысоким содержанием вредных веществ в приземном слое атмосферы задымления В с максимальным содержанием вредных веществ и постепенного снижения уровня загрязнения Г. Зона задымления наиболее опасна для населения и должна быть исключена из селитебной застройки.

Размеры этой зоны в зависимости от метеорологических условий находятся в пределах 10 49 высот трубы. Максимальная концентрация примесей в приземной зоне прямо пропорциональна производительности источника и обратно пропорциональна квадрату его высоты над землей.

Подъем горячих струй Рис. 2. Распределение концентрации вредных веществ в атмосфере у земной поверхности от организованного высокого источника выбросов А-зона неорганизованного загрязнения Б-зона переброса факела В-зона задымления Г- зона постепенного снижения уровня загрязнения почти полностью обусловлен подъемной силой газов, имеющих более высокую температуру, чем окружающий воздух.

Повышение температуры и момента количества движения выбрасываемых газов приводит к увеличению подъемной силы и снижению их приземной концентрации. Распространение газообразных примесей и пылевых частиц диаметром менее 10 мкм, имеющих незначительную скорость осаждения, подчиняется общим закономерностям. Для более крупных частиц эта закономерность нарушается, так как скорость их осаждения под действием силы тяжести возрастает.

Поскольку при очистке от пыли крупные частицы улавливаются, как правило, легче, чем мелкие, в выбросах остаются очень мелкие частицы их рассеивание в атмосфере рассчитывают так же, как и газовые выбросы. В зависимости от расположения и организации выбросов источники загрязнения воздушного пространства подразделяют на затененные и незатененные, линейные и точечные. Точечные источники используют тогда, когда удаляемые загрязнения сосредоточены в одном месте. К ним относят выбросные трубы, шахты, крышные вентиляторы и другие источники.

Выделяющиеся из них вредные вещества при рассеивании не накладываются одно на другое на расстоянии двух высот здания с заветренной стороны. Линейные источники имеют значительную протяженность в направлении, перпендикулярном к ветру. Это аэрационные фонари, открытые окна, близко расположенные вытяжные шахты и крышные вентиляторы. Незатененные, или высокие источники свободно расположены в недеформированном потоке ветра.

К ним относят высокие трубы, а также точечные источники, удаляющие загрязнения на высоту, превышающую 2,5 Нзд. Затененные, или низкие источники расположены в зоне подпора или аэродинамической тени, образующейся на здании или за ним в результате обдувания его ветром на высоте h?2,5Нзд. Основньм документом, регламентирующим расчет рассеивания и определения приземных концентраций выбросов промышленных предприятий, является Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий.

ОНД-86 . Эта методика позволяет решать задачи по определению ПДВ при рассеивании через одиночную незатененную трубу, при выбросе через низкую затененную трубу и при выбросе через фонарь из условия обеспечения ПДК в приземном слое воздуха. При определении ПДВ примеси от расчетного источника необходимо учитывать ее концентрацию Сф в атмосфере, обусловленную выбросами от других источников. Для случая рассеивания нагретых выбросов через одиночную незатененную трубу где Н- высота трубы Q - объем расходуемой газовоздушной смеси, выбрасываемой через трубу ДТ-разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси и температурой окружающего атмосферного воздуха, равной средней температуре самого жаркого месяца в 13 ч А -коэффициент, зависящий от температурного градиента атмосферы и определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания вредностей kF-коэффициент, учитывающий скорость оседания взвешенных частиц выброса в атмосфере т и п - безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья трубы.

Оборудование для очистки выбросов.

В тех случаях, когда реальные выбросы превышают ПДВ, необходимо в системе выброса 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, многоступенчатые пылеуловители. Их работа характеризуется рядом параметров.

Основными из них являются эффективность очистки, гидравлическое сопротивление и потребляемая мощность. Эффективность очистки где Свх и Свых-массовые концентрации примесей в газе до и после аппарата.

В ряде случаев для пылей используется понятие фракционной эффективности очистки ?i Cвxi-Свыхi Cвхi где Свх и Сдых -массовые концентрации -и фракции пыли до и после пылеуловителя. Для оценки эффективности процесса очистки также используют коэффициент проскока веществ К через аппарат очистки Как следует из формул 6.4 и 6.5 , коэффициент проскока и эффективность очистки связаны соотношением К 1 Гидравлическое сопротивление аппаратов очистки Др определяют как разность давлений газового потока на входе аппарата Рвх и выходе Рвых из него. Значение Др находят экспериментально или рассчитывают по формуле Др Рвх-Рвых жрw2 2 6.6 где w -коэффициент гидравлического сопротивления аппарата р и W-плотность и скорость газа в расчетном сечении аппарата. Если в процессе очистки гидравлическое сопротивление аппарата изменяется обычно увеличивается, то необходимо регламентировать его начальное ДPнач и конечное значение ДPкон- При достижении ДP Pкон процесс очистки нужно прекратить и провести регенерацию очистку аппарата.

Последнее обстоятельство имеет принципиальное значение для фильтров.

Для фильтров ДРкон 2 5 ДРнач Мощность N побудителя движения газов определяется гидравлическим сопротивлением и объемным расходом Q очищаемого газа N kДpQ змзв где k-коэффициент запаса мощности, обычно k 1,1 1,15 зм- КПД передачи мощности от электродвигателя к вентилятору обычно зм 0,92 0,95 зп. -КПД вентилятора обычно зв 0.65 0.8. Широкое применение для очистки газов от частиц получили сухие пылеуловители - циклоны рис. 3 различных типов.

Газовый поток вводится в циклон через патрубок 2 по касательной к внутренней поверхности корпуса 1 и совершает вращательно-поступательное движение вдоль корпуса к бункеру 4. Под действием центробежной силы частицы пыли образуют на стенке циклона пылевой слой, который вместе с частью газа попадает в бункер. Отделение частиц пыли от газа, попавшего в бункер, происходит при повороте газового потока в бункере на 180 . Освободившись от пыли, газовый поток образует вихрь и выходит из бункера, давая начало вихрю газа, покидающему циклон через выходную трубу 5. Для нормальной работы циклона необходима герметичность бункера. Если бункер негерметичен, то из-за подсоса наружного воздуха происходит вынос пыли с потоком через выходную трубу.

Многие задачи по очистке газов от пыли с успехом решаются цилиндрическими ЦН-11, ЦН-15, ЦН-24, ЦП-2 и коническими СК-ЦН-34, СК-ЦН-34М и СДК-ЦН-33 циклонами НИИОГАЗа. Цилиндрические циклоны НИИОГАЗа предназначены для улавливания сухой пыли аспирационных систем Их рекомендуется использовать для предварительной очистки газов и устанавливать перед фильтрами или электрофильтрами.

Рис. 3Схема циклона Конические циклоны НИИОГАЗа серии СК, предназначенные для очистки газа от сажи, обладают повышенной эффективностью по сравнению с циклонами типа ЦН, что достигается за счет большего гидравлического сопротивления циклонов серии СК. 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 газа. Опыт эксплуатации батарейных циклонов показал, что эффективность очистки у таких циклонов несколько ниже эффективности отдельных элементов из-за перетока газов между циклонными элементами. Методика расчета циклонов приведена в работе 6.11 . Электрическая очистка электрофильтры -один из наиболее совершенных видов очистки газов от взвешенных в них частиц пыли и тумана.

Этот процесс основан на ударной ионизации газа в зоне коронирующего разряда, передаче заряда ионов частицам примесей и осаждении последних на осадительных и коронирующих электродах. Для этого применяют электрофильтры. Аэрозольные частицы, поступающие в зону между коронирующим 1 и осадительным 2 электродами рис. 4 , адсорбируют на своей поверхности ионы, приобретая электрический заряд, и получают тем самым ускорение, направленное в сторону электрода с зарядом противоположного знака. Процесс зарядки частиц зависит от подвижности ионов, траектории движения и времени пребывания частиц в зоне коронирующего заряда.

Учитывая, что в воздухе и дымовых газах подвижность отрицательных ионов выше, чем положительных, электрофильтры обычно делают с короной отрицательной полярности. Время зарядки аэрозольных частиц невелико и измеряется долями секунды. Движение заряженных частиц к осадительному электроду происходит под действием аэродинамических сил и силы взаимодействия электрического поля и заряда частицы.

Большое значение для процесса осаждения пыли на электродах имеет электрическое сопротивление слоев пыли. По величине электрического сопротивления различают Рис. 4 Схема электрофильтра 1 пыли с малым удельным электрическим сопротивлением 104 Ом?см, которые при соприкосновении с электродом мгновенно теряют свой заряд и приобретают заряд, соответствующий знаку электрода, после чего между электродом и частицей возникает сила отталкивания, стремящаяся вернуть частицу в газовый поток противодействует этой силе только сила адгезии, если она оказывается недостаточной, то резко снижается эффективность процесса очистки 2 пыли с удельным электрическим сопротивлением от 104 до 1010 Ом-см они хорошо осаждаются на электродах и легко удаляются с них при встряхивании 3 пыли с удельным электрическим сопротивлением более 1010 Ом-см они труднее всего улавливаются в электрофильтрах, так как на электродах частицы разряжаются медленно, что в значительной степени препятствует осаждению новых частиц.

В реальных условиях снижение удельного электрического сопротивления пыли можно осуществить увлажнением запыленного газа. Определение эффективности очистки запыленного газа в электрофильтрах обычно проводят по формуле Дейча з 1-е-WэFуд, 6.7 где Wэ скорость движения частицы в электрическом поле, м с Fyд -удельная поверхность осадительных электродов, равная отношению поверхности осадительных элементов к расходу очищаемых газов, м2?с м3. Из формулы 6.7 следует, что эффективность очистки газов зависит от показателя степени WэFyд. WэFуд з 3,0 0,95 3,7 0,975 3,9 0,98 4,6 0,99 Конструкцию электрофильтров определяют состав и свойства очищаемых газов, концентрация и свойства взвешенных частиц, параметры газового потока, требуемая эффективность очистки и т. д. В промышленности используют несколько типовых конструкций сухих и мокрых электрофильтров 6.11 , применяемых для очистки технологических выбросов рис. 5 . Эксплуатационные характеристики электрофильтров весьма чувствительны к изменению равномерности поля скоростей на входе в фильтр.

Для получения высокой эффективности очистки необходимо обеспечить равномерный подвод газа к электрофильтру путем правильной организации подводящего газового тракта и применения распределительных решеток во входной части электрофильтра.

Рис. 5 Электрофильтр типа С для улавливания смол 7-распределительные решетки 2-осадительные и коронирующие электроды 3- корпус 4 - смолоулавливающий зонт Рис. 6.7. Схема фильтра 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. Принципиальная схема процесса фильтрования в пористой перегородке показана на рис. 6.7. Фильтр представляет собой корпус 1, разделенный пористой перегородкой фильтроэлементом 2 на две полости.

В фильтр поступают загрязненные газы, которые очищаются при прохождении фильтроэлемента.

Частицы примесей оседают на входной части пористой перегородки и задерживаются в порах, образуя на поверхности перегородки слой 3. Для вновь поступающих частиц этот слой становится частью фильтровой перегородки, что увеличивает эффективность очистки фильтра и перепад давления на фильтроэлементе. Осаждение частиц на поверхности пор фильтроэлемента происходит в результате совокупного действия эффекта касания, а также диффузионного, инерционного и гравитационного.

Классификация фильтров основана на типе фильтровой перегородки, конструкции фильтра и его назначении, тонкости очистки и др. По типу перегородки фильтры бывают с зернистыми слоями неподвижные, свободно насыпанные зернистые материалы, псевдо-ожиженные слои с гибкими пористыми перегородками ткани, вой локи, волокнистые маты, губчатая резина, пенополиуретан и др. с полужесткими пористыми перегородками вязаные и тканые сетки, прессованные спирали и стружка и др. с жесткими пористыми перегородками пористая керамика, пористые металлы и др. Наибольшее распространение в промышленности для сухой очистки газовых выбросов получили рукавные фильтры рис. 65 . Аппараты мокрой очистки газов -мокрые пылеуловители - имеют широкое распространение, так как характеризуются высокой эффективностью очистки от мелкодисперсных пылей с du?0,3 мкм, а также возможностью очистки от пыли нагретых и взрывоопасных газов. Однако мокрые пылеуловители обладают рядом недостатков, ограничивающих область их применения 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 необходимость создания оборотных систем подачи воды в пылеуловитель.

Аппараты мокрой очистки работают по принципу осаждения частиц пыли на поверхность либо капель, либо пленки жидкости.

Осаждение частиц пыли на жидкость происходит под действием сил инерции и броуновского движения.

Среди аппаратов мокрой очистки с осаждением частиц пыли на поверхность капель на практике более применимы скрубберы Вентури рис. 6.9 . Основная часть скруббера -сопло Вентури 2. В его конфузорную часть подводится запыленный поток газа и через центробежные форсунки 1 жидкость на орошение. В конфузорной части сопла происходит разгон газа от входной .скорости Wф 15 20 м с до скорости в узком сечении сопла 30 200 м с и более. Процесс осаждения пыли на капли жидкости обусловлен массой жидкости, развитой поверхностью капель и высокой относительной скоростью частиц жидкости и пыли в конфузорной части сопла.

Эффективность очистки в значительной степени зависит от равномерности распределения жидкости по сечению конфузорной части сопла. В диффузорной части сопла поток тормозится до скорости 15 20 м с и подается в каплеуловитель 3. Каплеуловитель обычно выполняют в виде прямоточного циклона. Скрубберы Вентури обеспечивают высокую эффективность очистки аэрозолей при начальной концентрации примесей до 100 г м3. Если удельный расход воды на орошение составляет 0,1 6,0 л м3, то эффективность очистки равна d4,мкм з 1 0,70 0,90 5 0,90 0,98 10 0,94 0,99 Скрубберы Вентури широко используют в системах очистки газов от туманов. Эффективность очистки воздуха от тумана со средним размером частиц более 0,3 мкм достигает 0,999, что вполне сравнимо с высокоэффективными фильтрами.

К мокрым пылеуловителям относят барботажно-пенные пылеуловители с провальной рис. 6.а и переливной решетками рис. 6, б. В таких аппаратах газ на очистку поступает под решетку 3, проходит через отверстия в решетке и, барботируя через слой жидкости и пены 2, очищается от пыли путем осаждения частиц на внутренней поверхности газовых пузырей.

Режим работы аппаратов зависит от скорости подачи воздуха под решетку. При скорости до 1 м с наблюдается барботажный режим работы аппарата. Дальнейший рост скорости газа в корпусе 1 аппарата до 2 2,5 м с сопровождается возникновением пенного слоя над жидкостью, что приводит к повышению эффективности очистки газа и брызгоуноса из аппарата.

Современные барботажно-пенные аппараты обеспечивают эффективность очистки газа от мелкодисперсной пыли 0,95 0,96 при удельных расходах воды 0,4 0,5 л м. Практика эксплуатации этих аппаратов показывает, что они весьма чувствительны к неравномерности подачи газа под провальные решетки. Неравномерная подача газа приводит к местному сдуву пленки жидкости с решетки.

Кроме того, решетки аппаратов склонны к засорению. Рис. 6. Схема барботажно-пенного пылеуловителя с провальной а и переливной б решетками Рис. 7. Схема фильтрующего элемента низкоскоростного туманоуловителя Для очистки воздуха от туманов кислот, щелочей, масел и других жидкостей используют волокнистые фильтры-туманоуловители. Принцип их действия основан на осаждении капель на поверхности пор с последующим отеканием 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 Wф. Туманоуловители делят на низкоскоростные Wф?0,15м с, в которых преобладает механизм диффузного осаждения капель, и высокоскоростные Wф 2 2,5 м с, где осаждение происходит главным образом под воздействием инерционных сил. Фильтрующий элемент низкоскоростного туманоуловителя показан на рис 6.11. В пространство между двумя цилиндрами 3, изготовленными из сеток помещают волокнистый фильтроэлемент 4, который крепится с помощью фланца 2 к корпусу туманоуловителя 1. Жидкость осевшая на фильтроэлементе стекает на нижний фланец 5 и через трубку гидрозатвора 6 и стакан 7 сливается из фильтра.

Волокнистые низкоскоростные туманоуловители обеспечивают высокую эффективность очистки газа до 0,999 от частиц размером менее 3 мкм и полностью улавливают частицы большего размера.

Волокнистые слои Рис 8 Схема высокоскоростного туманоуловителя формируются из стекловолокна диаметром 7 40 мкм. Толщина слоя составляет 5 15 см, гидравлическое сопротивление сухих фильтроэлементов -200 1000 Па. Высокоскоростные туманоуловители имеют меньшие размеры и обеспечивают эффективность очистки, равную 0,9 0,98 при Др 1500 2000 Па, от тумана с частицами менее 3 мкм. В качестве фильтрующей набивки в таких туманоуловителях используют войлоки из полипропиленовых волокон, которые успешно работают в среде разбавленных и концентрированных кислот и щелочей. В тех случаях, когда диаметры капель тумана составляют 0,6 0,7 мкм и менее, для достижения приемлемой эффективности очистки приходится увеличивать скорость фильтрации до 4,5 5 м с, что приводит к заметному брызгоуносу с выходной стороны фильтроэлемента брыз-гоунос обычно возникает при скоростях 1,7 2,5 м с. Значительно уменьшить брызгоунос можно применением брызгоуловителей в конструкции туманоуловителя.

Для улавливания жидких частиц размером более 5 мкм применяют брызгоуловители из пакетов сеток, где захват частиц жидкости происходит за счет эффектов касания и инерционных сил. Скорость фильтрации в брызгоуловителях не должна превышать 6 м с. На рис. 8 показана схема высокоскоростного волокнистого туманоуловителя с цилиндрическим фильтрующим элементом 3, который представляет собой перфорированный барабан с глухой крышкой.

В барабане установлен грубоволокнистый войлок 2 толщиной 3 5 мм. Вокруг барабана по его внешней стороне расположен брызгоуловитель, 1 представляющий собой набор перфорированных плоских и гофрированных слоев винипластовых лент. Брызгоуловитель и фильтроэлемент нижней частью установлены в слой жидкости.

Для очистки аспирационного воздуха ванн хромирования, содержащего туман и брызги хромовой и серной кислот, применяют волокнистые фильтры типа ФВГ-Т. В корпусе размещена кассета с фильтрующим материалом- иглопробивным войлоком, состоящим из волокон диаметром 70 мкм, толщиной слоя 4. .5 мм. Метод абсорбции -очистка газовых выбросов от газов и паров - основан на поглощении последних жидкостью.

Для этого используют абсорберы.

Решающим условием для применения метода абсорбции является растворимость паров или газов в абсорбенте. Так, для удаления из технологических выбросов аммиака, хлоро- или фтороводорода целесообразно применять в качестве абсорбента воду. Для высокоэффективного протекания процесса абсорбции необходимы специальные конструктивные решения. Они реализуются в виде насадочных башен рис. 6.13 , форсуночных барботажно-пенных и других скрубберов.

Описание процесса очистки и расчет аппаратов приведены в работе 6.11 . Р и с . 9. Схема насадочной башни 1 - насадка 2 - разбрызгиватель Работа хемосорберов основана на поглощении газов и паров жидкими или твердыми поглотителями с образованием малорастворимых или малолетучих химических соединений. Основными аппаратами для реализации процесса являются насадочные башни, барботажно-пенные аппараты, скрубберы Вентури и т. п. Хемосорбция -один из распространенных методов очистки отходящих газов от оксидов азота и паров кислот.

Эффективность очистки от оксидов азота составляет 0,17 0,86 и от паров кислот- 0,95. Метод адсорбции основан на способности некоторых тонкодисперсных твердых тел селективно извлекать и концентрировать на своей поверхности отдельные компоненты газовой смеси. Для этого метода используют адсорбенты. В качестве адсорбентов, или поглотителей, применяют вещества, имеющие большую площадь поверхности на единицу массы.

Так, удельная поверхность активированных углей достигает 105 106 м2 кг. Их применяют для очистки газов от органических паров, удаления неприятных запахов и газообразных примесей, содержащихся в незначительных количествах в промышленных выбросах, а также летучих растворителей и целого ряда других газов. В качестве адсорбентов применяют также простые и комплексные оксиды активированный глинозем, силикагель, активированный оксид алюминия, синтетические цеолиты или молекулярные сита, которые обладают большей селективной способностью, чем активированные угли. Конструктивно адсорберы выполняют в виде емкостей, заполненных пористым адсорбентом, через который фильтруется поток очищаемого газа. Адсорберы применяют для очистки воздуха от паров растворителей, эфира, ацетона, различных углеводородов и т. п. Адсорберы нашли широкое применение в респираторах и противогазах.

Патроны с адсорбентом следует использовать строго в соответствии с условием эксплуатации, указанным в паспорте респиратора или противогаза.

Так, фильтрующий противогазовый респиратор РПГ-67 ГОСТ 12.4.004-74 следует использовать в соответствии с рекомендациями, приведенными в табл. 1и 2 Таблица 1 Марки патронов респираторов РПГ-67 Марка патрона Марка респиратора Вредные вещества, от которых защищает респиратор А В КД Г РПГ-67А РПГ-68В РПГ-67КД РПГ-67Г Пары органических веществ бензина, керосина, сероуглерода, ксилола, толуола, ацетона, спиртов, кетонов, эфиров, бензола и др хлор-и фосфорорганических ядохимикатов.

Кислые газы сернистый газ, сероводород, хло-роводород и др пары хлор- и фосфорорганических ядохимикатов Аммиак, сероводород и их смесь. Пары ртути и ртутьорганические соединения Таблица 2 Условия применения респираторов РПГ-67 Марка патрона Вредные вещества Концентрация, г м3 Время защитного действия, мин, не менее А Бензол 10 60 В Диоксид серы 2 50 КД Аммиак 2 30 Сероводород 2 50 F Пары ртути 0,01 1200 Для очистки газов от паров растворителей с концентрацией более 0,3 г м3 НИИОГАЗом разработан типовой ряд адсорберов АВКФ с производительностью по очищаемому газу 10, 20, 40 и 80 тыс. м3 к4. Термическая нейтрализация основана на способности горючих газов и паров, входящих в состав вентиляционных или технологических выбросов, сгорать с образованием менее токсичных веществ.

Для этого метода используют нейтрализаторы. Различают три схемы термической нейтрализации прямое сжигание термическое окисление каталитическое дожигание.

Прямое сжигание используют в тех случаях, когда очищаемые газы обладают значительной энергией, достаточной для поддержания горения. Примером такого процесса является факельное сжигание горючих отходов. Так нейтрализуют циановодород в вертикально направленных факелах на нефтехимических заводах. Разработаны схемы камерного сжигания отходов. Такие дожигатели можно использовать для нейтрализации паров токсичных горючих или окислителей при их сдувах из емкостей. Термическое окисление находит применение в тех случаях, когда очищаемые газы имеют высокую температуру, но не содержат достаточно кислорода или когда концентрация горючих веществ незначительна и недостаточна для поддержания пламени.

В первом случае процесс термического окисления проводят в камере с подачей свежего воздуха дожигание оксида углерода и углеводородов, а во втором - при подаче дополнительно природного газа. Схема устройства для термического окисления выбросов показана на рис. 10 Каталитическое дожигание используют для превращения токсичных компонентов, содержащихся в отходящих газах, в нетоксичные или менее токсичные путем их контакта с катализаторами.

Для реализации процесса необходимо кроме катализаторов поддержание таких параметров газового потока, как температура и скорость газов. В качестве катализаторов используют платину, палладий, медь и др. Температуры начала каталитических реакций газов и паров изменяются в широких пределах-200 400 С. Объемные скорости процесса каталитического дожигания обычно устанавливают в пределах 2000 6000 ч-1 объемная скорость-отношение скорости движения газов к объему катализаторной массы. Каталитические нейтрализаторы применяют для обезвреживания оксида углерода, летучих углеводородов, растворителей, отработавших газов и т. п. Термокаталитические реакторы с электроподогревом типа ТКРВ разработаны Дзержинским филиалом НИИОГАЗа. Они предназначены для очистки газовых выбросов сушильных камер окрасочных линий от органических веществ и других технологических производств.

Каталитическая нейтрализация отработавших газов ДВС на поверхности твердого катализатора происходит за счет химических превращений реакции окисления или восстановления, в результате которых образуются безвредные или менее вредные для окружающей среды и здоровья человека соединения.

Устройство и расчет нейтрализаторов отработавших газов ДВС даны в 6.9 . Оборудование, применяемое для очистки выбросов в машиностроении и приборостроении, приведено в приложении 1. Для высокоэффективной очистки выбросов необходимо применять аппараты многоступенчатой очистки.

В этом случае очищаемые газы последовательно проходят несколько автономных аппаратов очистки или один агрегат, включающий несколько ступеней очистки. В системе последовательно соединенных аппаратов общая эффективность очистки з 1- 1-з1 1-з2 1-зn, где з1, з2 зn-эффективность очистки 1, 2 и n-го аппаратов. Такие решения находят применение при высокоэффективной очистке газов от твердых примесей при одновременной очистке от твердых и газообразных примесей при очистке от твердых примесей и капельной жидкости и т. п. Многоступенчатую очистку широко применяют в системах очистки воздуха с его последующим возвратом в помещение.

Производство и применение очистного оборудования. Перечень газо-и туманоочистного оборудования, разработанного НИИОГАЗом, приведен в табл. 3 Таблица 3. Очистное оборудование НИИОГАЗа Тип оборудования Марка Год выпуска Улавливаемое вещество Адсорбер АВП 1986 Пары ртути АВКФп 1986 Органические растворители СП 1987 Фтористые соединения, диоксид серы СДК 1988 То же СПК-Б 1988 Неприятно пахнущие вещества АН 1991 То же Термокаталити- ТКРО 1989 Углеводороды, оксид углерода, непри- ческие реакторы ятно пахнущие вещества КР 1990 То же КР-35 1991 КРТ-50 1991 Электрофильтры ЭВМ 1990 Смолистые вещества ЭТМ 1991 Пары серной кислоты Волокнистые ФВГ-Т 1983 Туман и брызги серной и хромовой фильтры кислоты ФВГ-С-Ц 1985 Цианистые соединения ВВЦ-180 1990 Туманы масел Конъюнктуру спроса и использования пылегазоочистного оборудования в различных отраслях промышленности можно проследить на примере рынка США. Расходы млн. долл. компаний США на защиту атмосферного воздуха в отдельных отраслях промышленности составили 1986 г. 1987 г. 1988 г. Теплоэнергетика 1310 1053 808 Нефтеперерабатывающая 459 427 656 Химическая 320 438 597 Горнодобывающая 178 181 57 Целлюлозно-бумажная 161 196 168 Металлургическая черная и цветная 65 76 94 Автомобильная 252 154 31 Машиностроение общее 69 134 88 Электротехническое машиностроение 111 25 36 Приборостроение 20 32 36 Для оценки конъюнктурного спроса на различные виды газопылеочистного оборудования целесообразно ознакомиться с масштабами его производства в США в 1986 г Число, шт. Стоимость, млн. долл. Электрофильтры 168 169,3 Рукавные фильтры 18172 154,9 Сухие пылеуловители 5508 25,9 Мокрые скрубберы 1407 25,1 Каталитические дожигатели 555 14,6 Термические дожигатели 308 20,3 Абсорберы 627 12,5 Адсорберы 46 3,3 Устройства для обессеривания 122 165,2 Прочие - 37.6

Средства защиты гидросферы

6.17 состоит из входного патрубка 1, кольцевого водослива 2, патрубка ... На рис. п. В качестве фильтровального материала для загрузки биофильтров применяю... 6.25 .

Средства защиты литосферы

тонн в год компоста. В сельскохозяйственных районах строятся заводы по... Обезвреживание отходов - это удаление из них вредных примесей. 24. Дно камеры выстлано слоем земли и натриевой бентонитовой глины. В этом... Примером утилизации твердых промышленных отходов может служить метод к...

Заключение

Заключение Изучение процессов, протекающих в биосфере, и влияние на них хозяйственной деятельности человека показывает, что только создание экологически безотходных и малоотходных производств может предотвратить оскудение ресурсов и деградацию окружающей среды.

Хозяйственная деятельность людей должна строиться по принципу природных экосистем, которые экономно расходуют вещество и энергию и в которых отходы одних организмов служат средой обитания для других, т.е. осуществляется круговорот веществ.

Список литературы

Список литературы 1 Жуков А.И Монгайт И.Л Родзиллер И.Д. Методы очистки производственных сточных вод. - М. Стройиздат, 1977. 2 Канализация населенных мест и промышленных предприятий Справочник проектировщика Под ред. В.Н. Самохина. -М. Стройиздат, 1991. 3 Лаптев Н.Н. Расчеты выпусков сточных вод М. Стройиздат, 1977. 4 Охрана окружающей среды С.В. Белов, Ф.А. Барбинов, А.Ф. Козьяков и др. Под ред. С.В. Белова. -М. Высшая школа, 1991. 5 Буркова И.И. Основы общей экологии и охрана окружающей среды Ч. 1 Норильск, 1977. 6 Яковлев С.В Карелин Я.А Ласков Ю.М Воронов Ю.В. Водоотводящие системы промышленных предприятий М 1990. 7 Зотова Л.М Носова О.В. Охрана Гидросферы Норильск, 1994.