Принципиально существует несколько подходов к решению проблемы ограничения вредных выбросов в атмосферу с дымовыми газами ТЭС:

Рассеивание вредных выбросов с помощью высотных дымовых труб на большой площади;

Непосредственное воздействие на механизм образований вредных примесей при горении топлив;

Очистка продуктов сгорания топлив от вредных примесей;

Удаление вредных компонентов из топлива до его сжигания. Специалисты в области теплоэнергетики должны уметь правильно выбирать оборудование и оптимальные режимы эксплуатации котлов, обеспечивающие снижение до минимума вредных выбросов в окружающую среду, в зависимости от вида сжигаемого топлива, рельефа местности и других факторов.

1.1. Высотные дымовые трубы

Хотя тепловые электростанции являются одним из наиболее крупных источников вредных выбросов в атмосферу, их участие в формировании общего фона загазованности в приземном слое воздуха отнюдь не находится в прямой зависимости от массы этих выбросов. Связано это с тем, что в отличие от других источников вредных выбросов (автотранспорта, промышленных предприятий) на ТЭС дымовые газы рассеиваются в атмосфере на высоте несколько сотен метров, благодаря чему достигают поверхности земли, разбавленные воздухом в сотни и тысячи раз. Основной задачей рассевания вредных веществ в атмосфере являются снижение их концентраций до такого уровня, когда они становятся безопасными для живой природы. Для этого на ТЭС используются дымовые трубы, высота которых (по мере укрупнения электростанций и ухудшения качества топлив) постоянно увеличивалась. В настоящее время используются трубы высотой 180, 250, 320 – 360 и 420 м.

Современные высотные дымовые трубы выполняются в виде моно­литных железобетонных стволов, выдерживающих высокие ветровые и весовые нагрузки. С целью предохранения железобетона от воздействия сернистых соединений, влаги и повышенной температуры дымовых газов в трубах выполняется защитная внутренняя оболочка из кислотоупорного кирпича. Высотные дымовые трубы являются дорогостоящим элементом ТЭС.

Концентрация токсичных веществ при увеличении высоты дымовых труб значительно падает в непосредственной близости от электростанции, с увеличением же расстояния относительное снижение концентрации уменьшатся. Для упрощенного определения распределения концентраций вредных примесей на уровне земли при их рассеивании с помощью дымовых труб используется следующая формула :

где М – количество выбросов; и – скорость ветра; Н – эффектив­ная высота трубы; k – коэффициент турбулентной диффузии; х – расстояние от трубы. Наибольшая величина приземной концентрации токсичных веществ С м устанавливается на расстоянии

(1.2)

и составляет

(1.3)

Однако в реальных условиях задача расчета концентрации токсичных примесей существенно осложняется в связи с необходимостью учиты­вать реальные гидрометеоусловия, неоднородность турбулентной структуры атмосферы, разность температур выбрасываемых газов и окружающего воздуха, условия выходя газов из устья трубы и их оседания на поверхности земли.

Высота дымовых труб ТЭС должна рассчитываться с учетом рас­сеяния токсичных примесей до норм ПДК. В табл.1.1 приведены рас­четные значения максимальной концентрации NО Х в приземном слое вблизи газомазутных ТЭС мощностью 3600 и 4800 МВт с дымовыми трубами 250 и 320 м при различных скоростях ветра. Данные расче­та показывают, что даже для трубы высотой 320 м в штиль содержа­ние NO Х в приземном слое может превышать ПДК. Еще большее пре­вышение ПДК будет наблюдаться при содержании в уходящих газах ТЭС, кроме NO Х, других вредных веществ, обладающих эффектом суммации.

Таблица 1.1

Расчетные концентрации NO X в приземном слое.

Высота труб, м	Скорость ветра, м/с	Концентрация NO X , мг/м 3

Поэтому высотные дымовые трубы не следует противопоставлять другим способам защиты окружающей среды. Пока будут существовать вредные выбросы (как следствие несовершенной технологии сжигания топлива), дымовые газы необходимо выбрасывать в верхние слои атмосферы, где их вредные компоненты будут обезвреживаться в ходе процессов естественного самоочищения воздушного океана. Высоту дымовых труб ТЭС следует выбирать после того, как использованы все возможности, связанные с уменьшением количества вредных выбросов ТЭС в атмосферу. Для этого существует специальная методика, учитывающая суммарное воздействие вредных веществ фоновую загазованность атмосферы городов и т.д. . С учетом этих факторов определяется предельная мощность тепловой электростанции по условиям защиты биосферы от воздействия вредных газообразных выбросов.

Главная > Документ

ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ

1. МЕТОДЫ И СПОСОБЫ ЗАЩИТЫ ВОЗДУШНОГО БАССЕЙНА

Загрязнение атмосферного воздуха является наиболее серьезной экологической проблемой в настоящее время и на ближайшее будущее. Загрязненный воздух оказывает разрушительное воздействие на здоровье людей, сооружения и природу, причем от загрязненного воздуха значительно труднее уберечься, чем от загрязненной воды. Поэтому борьба с загрязнением воздуха является основной составляющей экологической политики большинства промышленных стран. Загрязнения атмосферного воздуха можно разделить на два вида: природные и антропогенные. К загрязнениям природного характера относятся выбросы газов и пепла при извержениях вулканов, твердые частицы, образующиеся при эрозии почв, лесные пожары, вынос морских солей с поверхности океана, а также биологическое разложение как результат жизнедеятельности почвенных бактерий, которое приводит к образованию больших количеств сероводорода, аммиака, углеводородов, оксидов азота и углерода. Во всех этих случаях поступление загрязняющих веществ в атмосферу значительно превышает антропогенное загрязнение атмосферы, но эти факторы на Земле существовали всегда, и природа научилась справляться с последствиями природных катастроф и неблагоприятных факторов, а от деятельности человека поступают в природу и несвойственные ей вещества, которые в естественных условиях не образуются. Антропогенные источники загрязнения обусловлены хозяйственной деятельностью человека, прежде всего при сжигании углеродсодержащих веществ – угля и продуктов его переработки, нефти и древесины, или как отходы производства химических веществ и цемента, металлургической и горнодобывающей промышленности, а также при сжигании бытовых отходов. Наиболее важными с количественной точки зрения являются газообразные продукты сгорания: оксиды серы, углерода и азота и взвешенные вещества. Для нормальной жизнедеятельности населения необходимо, чтобы не были превышены предельно-допустимые концентрации (ПДК) вредных для здоровья веществ. Увеличение масштабов антропогенного загрязнения атмосферы делает целесообразной разработку эффективных способов защиты от загрязнений, а также способов предупреждения вредного воздействия загрязняющих веществ. Поэтому охрана и защита атмосферы включает комплекс технических, административных и экономических мер, прямо или косвенно направленных на прекращение или, по крайней мере, уменьшения загрязнения атмосферы. При этом защита не может быть эффективной при односторонних или половинчатых мерах, направленных только против конкретных источников загрязнения. Необходимо комплексно подходить к определению причин загрязнения атмосферы, вкладу отдельных источников и выявлению различных возможностей ограничения выбросов загрязняющих веществ. В зависимости от масштабов распространения загрязнений в атмосфере мероприятия по охране воздушного бассейна могут иметь локальное, региональное, федеральное или межгосударственное значение. В настоящее время практически все государства имеют соответствующие законодательные акты, определяющие основу для необходимых нормативных положений в области охраны окружающей среды или целенаправленно в области борьбы с загрязнением воздуха. В Российской Федерации принципы природоохранного законодательства закреплены в Конституции РФ. Более подробно требования по охране окружающей природной среды, в частности, атмосферы, излагаются в законе «Об охране окружающей природной среды» (1991 г.) и в законе «Об охране атмосферного воздуха» (1999 г.) Охрана атмосферы представляет собой совместное выполнение мероприятий по целому ряду направлений, таких как: - мониторинг атмосферы и источников ее загрязнения; - экологическое нормирование качества атмосферы, воздухоохранное нормирование и стандартизация технологических процессов, установок, продукции, оказывающей неблагоприятное воздействие на атмосферу; - экономический и правовой механизмы охраны атмосферы и природопользования, влияющие на ее качество; - охрана и защита атмосферы, ее рациональное использование; - производство и эксплуатация воздухоохранного оборудования и установок; - экологическое образование, воспитание и пропаганда в этой области. Законодательные и нормативные документы определили порядок осуществления государственного контроля над охраной атмосферного воздуха, положения о нормировании его качества путем установления нормативов предельно-допустимых концентраций и предельно-допустимых выбросов (ПДВ), регулирования выбросов вредных веществ, в том числе от транспортных средств; воздухоохранные требования к проектированию и строительству предприятий и сооружений, их эксплуатации. Этими же документами предусматривается ответственность за нарушение нормативов качества атмосферного воздуха, за невыполнение планов воздухоохранных мероприятий. А также обязанность полного возмещения вреда, причиненного загрязнением атмосферы. Таким образом, достижение ПДК на границе санитарно-защитной зоны и в жилой зоне осуществляется, прежде всего, за счет планировочных мероприятий на стадии проектирования, технологических мероприятий по сокращению вредных выбросов, мероприятий по пыле- и – газоулавливанию (технических мероприятий), и мероприятий по улучшению рассеяния вредных веществ в атмосфере.

1. Планировочные мероприятия на стадии проектирования

Планировочные мероприятия позволяют, при постоянстве валовых выбросов, снизить воздействие загрязняющих веществ на человека. Основные планировочные мероприятия: выбор площадки размещения завода, взаимное расположение цехов и взаимное расположение завода и жилого массива. К обязательным требованиям при проектировании предприятия относятся следующие: - создание санитарно-защитных зон вокруг промышленных предприятий; - предприятие и жилой массив должны располагаться на равнинной, открытой местности, которые хорошо продуваются ветрами и отсутствуют участки местности, способствующие образованию застойных зон; - предприятия должны располагаться с подветренной стороны по отношению к жилым массивам; - площадка жилого массива должна быть не выше площадки предприятия, т.к. иначе снижается эффект рассеяния и высоты дымовой трубы; - смежные здания влияют на распространение выбросов из дымовых труб, поэтому такие трубы делают в 2,5 раза выше смежных зданий; - температура воздуха в районе завода с увеличением высоты должна уменьшаться, что способствует лучшему рассеянию примесей в атмосфере; - производства, выбрасывающие максимальное количество загрязняющих веществ должны располагаться со стороны, противоположной жилому массиву; - цеха не должны располагаться в одну линию, чтобы не объединялись выбросы; - целесообразно исключать из состава предприятия цеха, которые не являются обязательными (неотъемлемыми) для данного предприятия (аглофабрика, ТЭЦ, производство огнеупоров); - необходимо озеленение санитарно-защитной зоны специальными зелеными насаждениями.

Технологические мероприятия по снижению выбросов вредных веществ в атмосферу

Большинство технологических процессов можно изменять без ущерба для выпуска основной продукции таким образом, чтобы уменьшить количество образующихся загрязняющих веществ. По оценкам ученых, эффективное внедрение разработанных к настоящему времени технологических мероприятий, позволяет снизить валовый выброс загрязняющих веществ до 70%. Некоторые технологические мероприятия позволяют полностью ликвидировать выбросы вредных веществ. Например, непрерывная разливка стали позволяет отказаться от блюминга и нагревательных колодцев, а следовательно, и от их выбросов. На металлургических предприятиях с полным металлургическим циклом более 50 % выбросов в атмосферу пыли, оксидов углерода, азота, серы приходится на долю агломерационных фабрик. Уменьшить количество выбросов позволят технологические мероприятия, внедренные за рубежом и на части наших предприятий. Повышение высоты слоя шихты в агломашинах приводит к снижению количества пыли за счёт улучшения фильтрующей способности спекаемого слоя, Сокращение выбросов в атмосферу объёма технологического газа и пыли на 15-25 % достигается при рециркуляции агломерационного газа, отбираемого из тракта за нагнетателем и подаваемого в слой за горном. При этом изменяется состав выбросов: уменьшается содержание окиси углерода и кислорода, увеличивается концентрация паров воды и двуокиси углерода и серы. Содержание паров воды в рециркулянте способствует уменьшению химического недожога при горении твёрдого топлива и выхода СО на 20-40 %, что обеспечит сокращение расхода твёрдого топлива. Особое значение имеет рециркуляция для агломашин, оборудованных очисткой газа от серы. В связи с большими объёмами на очистку от серы подаётся примерно половина газа, а вторая половина выбрасывается в дымовую трубу без очистки. Часть газа из борова дымовой трубы можно вернуть на агломашины в качестве рециркулянта. На аглофабрике Магнитогорского металлургического комбината это позволит сократить выбросы серы в атмосферу на 28-30 %. Реализация рециркуляции позволит уменьшить расход твёрдого топлива в шихту на 5-9 %, сократить выбросы в атмосферу пыли на 15-25, окислов азота 16-27 и СО на 32-48 %. В доменном производстве для сокращения выбросов в атмосферу можно использовать следующие мероприятия: - создание в межконусном пространстве давления несколько больше, чем на колошнике печи уменьшает выбросы в 10 раз; - применение крытых вагонов для подачи агломерата в бункерную эстакаду и закрытых бункеров значительно снижают запыленность; - добавки извести позволяют связать серу и обойтись без сероочистки. При любом высокотемпературном процессе образуются окислы азота за счет связывания кислорода и азота воздуха. Наиболее эффективными технологическими методами подавления образования оксидов азота в настоящее время считаются метод ступенчатого сжигания топлива, методы рециркуляции продуктов горения с организованным вводом их перед горелками в воздушный или газовый поток, что обеспечивает хорошее смешение рециркулянта с компонентами горения и комбинированное использование методов ступенчатого сжигания и рециркуляции продуктов горения. Хорошие результаты по сокращению выбросов дает замена твердых топлив на жидкие и газообразные, газификация и десульфуризация топлив. Подобные мероприятия можно найти и на других производствах и не только в металлургии или энергетике. Некоторые технологические мероприятия,. приводящие к снижению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу, являются общими практически для любого производства: - переход от периодических процессов к непрерывным снижает выбросы, т.к. ликвидируются промежуточные процессы с их пыле- и – газовыделением (замена скиповой подачи шихты в доменную печь на транспортерную ликвидирует выбросы от пересыпок); - все энергосберегающие мероприятия приводят к опосредованному снижению выбросов вредных веществ за счет экономии сжигаемого топлива; - повышение выхода годного продукта также ведет к сокращению валовых выбросов, поскольку материалы и энергия на производство брака не расходуются; - герметизация технологического и транспортного оборудования. Однако наиболее перспективным направлением является создание новых технологий, основанных на частично или полностью замкнутых циклах, использование альтернативных способов получения энергии и более полное использование отходов.

Технические мероприятия по снижению выбросов вредных веществ в атмосферу

Технологические мероприятия, как правило, не могут обеспечить санитарных норм по содержанию вредных веществ, поэтому в большинстве случаев необходима очистка отходящих газов от пыли и газообразных составляющих. Целью такой очистки является извлечение или нейтрализация вредных веществ, находящихся в газообразной, жидкой или твердой форме. Требования к очистке выбросов от пыли и газа предъявляются с учетом большого многообразия выбросов в атмосферу, их качественных и количественных особенностей, разной степени очистки. Соответственно разнообразны и методы очистки. Тем не менее, все методы могут быть условно разбиты на две основные группы. К первой относятся физические методы очистки газов от жидких и твердых частиц с использованием сил, имеющих физическую природу (гравитационные, инерционные, центробежные, электростатические и другие силы). Во второй группе для извлечения примесей из газовых потоков используются физико-химические методы. В зависимости от физико-химических свойств загрязняющих веществ и от условий, при которых осуществляется очистка, наиболее часто используются процессы абсорбции, адсорбции, окисления и восстановления, а также каталитические (обычно гетерогенные) химические реакции.

Физические методы очистки газов

Как правило, пылеулавливающие аппараты условно делят на следующие группы:

сухие или механические пылеуловители , в которых частицы пыли отделяются из газового потока при помощи механических сил. Чаще всего используются циклоны различных конструкций и инерционные пылеуловители. Улавливание в циклонах происходит за счет центробежных сил, а в инерционных аппаратах за счет инерции частиц пыли при резком изменении направления газового потока. Эти аппараты могут быть использованы или самостоятельно, если частицы пыли достаточно крупные, или в качестве первой ступени очистки перед более эффективными аппаратами для снижения на них нагрузки; аппараты мокрой очистки , в которых производится промывка запыленного газа жидкостью или осаждение частиц пыли на жидкую пленку. Для осуществления первого варианта мокрой очистки запыленный поток промывают диспергированной жидкостью. Во время промывки частицы пыли захватываются каплями жидкости и выводятся из газового потока. В зависимости от режима температур, давлений и влажности газа в процессе промывки может происходить испарение капель или конденсация паров из газового потока, при этом частицы пыли являются ядрами конденсации. Этот эффект может значительно улучшить осаждение пыли. В зависимости от способа диспергирования жидкости мокрые пылеуловители делят на три группы:

форсуночные скрубберы, в которых диспергирование жидкости осуществляется с помощью форсунок, за счет энергии насоса; скрубберы Вентури, в которых дробление жидкости осуществляется за счет энергии турбулентного потока; динамические газопромыватели, где разбрызгивание жидкости осуществляется за счет механической энергии вращающегося ротора.

Аппараты мокрой очистки желательно применять на производствах, имеющих систему очистки воды, если же такой нет, то лучше по возможности использовать аппараты сухой очистки;

фильтры , которые задерживают пыль при прохождении через них очищаемого газа.

Фильтрация аэродисперсных систем через пористые перегородки является одним из наиболее совершенных способов выделения взвешенных твердых и жидких частиц из газового потока. Особенности этих аппаратов заключаются в следующем:

более высокая степень очистки (свыше 99%) газов от взвешенных частиц любого размера по сравнению с другими аппаратами; универсальностью, т.е. способностью улавливать твердые частицы в сухом виде и жидкие частицы из туманов, возможностью работы при любых давлениях газов (выше или ниже атмосферного); меньшей зависимостью от изменения физико-химических свойств частиц пыли; простотой эксплуатации.

В пылеулавливании применяются тканевые, волокнистые, зернистые и другие фильтры. Осаждение происходит за счет непосредственного касания частиц пыли волокон (нитей) или зерен фильтрующей перегородки, действия сил инерции, диффузии и электростатического притяжения;

электрофильтры , в которых отделение частиц пыли происходит под действием

электрических сил (в коронном разряде). Запыленный газовый поток проходит через сильное электрическое поле, частицы пыли получают электрический заряд и ускорение, что заставляет их двигаться вдоль силовых линий поля с последующим осаждением на электродах. Электрофильтры для очистки газов от пыли работают обычно при постоянном напряжении, могут быть сухими и мокрыми, иметь одну зону, в которой происходит зарядка и осаждение частиц пыли, или несколько зон, где зарядка и осаждение осуществляются в разных зонах.. Кроме того, электрофильтры бывают пластинчатые и трубчатые. Эффективность работы электрофильтров достаточно велика и обеспечивает степень улавливания более 90%, причем эффективность улавливания частиц пыли размером 1 мкм достигает 88%. При высокой входной запыленности наблюдается явление «запирания короны» (повышение напряжения зажигания коронного разряда), поэтому перед электрофильтрами часто ставят более простые и дешевые аппараты очистки, чтобы запыленность на входе в электрофильтр не превышала 100-150 г/м 3 .

Физико-химические методы очистки газов

Газообразные загрязнители удаляют из промышленных выбросов при помощи физико-химических или химических методов. Существует пять основных методов удаления газообразных загрязнителей: абсорбция, адсорбция, конденсация, сжигание горючих загрязнителей и химическая обработка. 1 Абсорбция. Метод основан на подборе такой жидкости, при прохождении через которую вредная примесь переходит в жидкую фазу абсорбента, растворяясь в нем без химических взаимодействий и образования новых химических веществ – это физическая абсорбция . Например, физическая абсорбция применяется для очистки природных газов и газов при производстве водорода от сероводорода, диоксида углерода с использованием сульфолана, пропиленкарбоната. В тех случаях, когда абсорбенты вступают в химические реакции с очищаемым газом, например при очистке природных газов от сероводорода, диоксида углерода, диоксида серы с помощью водных растворов слабых оснований – аммиака, анилина, ксилидина, происходит процесс, называемый химической абсорбцией Абсорбция представляет собой процесс, включающий массоперенос между растворимым газообразным компонентом и жидким растворителем, осуществляемый в абсорбере. Движущей силой абсорбции является разность между парциальным давлением растворенного газа в газовой смеси и его равновесным давлением над пленкой жидкости, контактирующей с газом. Если значение движущей силы не является положительным числом, то абсорбции не происходит. Если это значение представляет отрицательную величину, то происходит десорбция , и количество загрязнителей в обрабатываемом газе может возрасти. Абсорбция протекает на поверхности раздела фаз в аппаратах, называемых абсорберами, поэтому абсорберы должны иметь развитую поверхность соприкосновения между газом и жидкостью. По способу образования этой поверхности абсорберы можно условно разделить на поверхностные, распыливающие и барботажные. Поверхностные абсорберы поглощают газ пленкой жидкости, образующейся на поверхностях, смачиваемых жидкостью и омываемых газом. В таких абсорберах газ проходит над поверхностью неподвижной или медленно движущейся жидкости. Примером пленочного абсорбера может служить трубчатый абсорбер, в котором жидкость стекает сверху вниз по внутренней поверхности труб, омываемых поднимающимся снизу вверх газом. В качестве насадочных абсорберов широкое распространение получили колонны, заполненные насадкой – твердыми телами различной формы. В насадочной колонне насадка укладывается на опорные решетки, имеющие отверстия или щели для прохождения газа и стока жидкости. Жидкость в насадочной колонне течет по элементу насадки в виде тонкой пленки, но течение жидкости происходит только по элементу насадки, а не по всей высоте аппарата. При перетекании жидкости с одного элемента на другой пленка жидкости разрушается. Барботажные абсорберы представляют собой обычно вертикальные колонны, внутри которых размещены горизонтальные перегородки – тарелки. С помощью тарелок осуществляется направленное движение фаз и многократное взаимодействие жидкости и газа. В распыливающих абсорберах контакт между фазами достигается путем распыливания или разбрызгивания жидкости в газовом потоке. 2. Адсорбция – это диффузный процесс, в котором повышенная концентрация отделяемого газообразного вещества образуется на границе раздела фаз в результате связывания этих веществ на поверхности твердого или жидкого соединения. Если между молекулами адсорбированного вещества и адсорбента не происходит химических реакций, то подобный процесс относится к физической адсорбции, в отличие от хемосорбции , когда происходит перенос или объединение электронов адсорбента и адсорбата, как у химических соединений. При физической адсорбции адсорбированное вещество можно полностью удалить при обратном процессе (десорбции), например, понизив давление или увеличив температуру, а хемосорбированное вещество вернуть в газовую фазу невозможно, т.к. процесс необратим. Поскольку процессы хемосорбции идут только в тонких поверхностных слоях адсорбента, то для повышения эффективности процесса активную поверхность хемосорбента увеличивают за счет нанесения его тонкими слоями на поверхности инертного тонкодисперсного носителя. В промышленности в качестве поглотителей чаще всего применяют активные угли и минеральные адсорбенты (силикагель, цеолиты и др.), а также синтетические ионообменные смолы (иониты). Процессы адсорбции могут проводиться периодически (в аппаратах с неподвижным слоем адсорбента) и непрерывно в аппаратах с движущимся или кипящим слоем адсорбента. 3. Конденсация может быть применена для обработки систем, содержащих пары веществ при температурах, близких к их точке росы. Этот метод наиболее эффективен в случае углеводородов и других органических соединений, имеющих достаточно высокие температуры кипения при обычных условиях и присутствующих в газовой фазе в относительно высоких концентрациях. Для удаления загрязнителей, имеющих достаточно низкое давление пара при обычных температурах, можно использовать конденсаторы с водяным и воздушным охлаждением. Для очень летучих растворителей возможна двухстадийная конденсация с использованием водяного охлаждения на первой стадии и низкотемпературного охлаждения – на второй. Замораживание до очень низких температур только с целью удаления загрязнителей редко является целесообразным; если в замораживании нет необходимости по каким-либо другим технологическим причинам. Максимальное снижение содержания инертных или неконденсирующихся газов в обрабатываемой смеси позволяет облегчить проведение процесса конденсации и повысить ее экономическую эффективность. Конденсацию можно проводить при непосредственном контакте или косвенном охлаждении. В первом случае охлаждаемый пар непосредственно контактирует с охлажденной или замороженной жидкостью. При косвенном охлаждении используется поверхностный конденсатор с металлическими трубками. Трубки охлаждаются жидким хладореагентом с другой стороны стенки. В случае неконденсирующихся газов пере охлаждением проводят их сжатие, что позволяет достичь эквивалентного парциального давления загрязняющего вещества при более высоких температурах. 4. Очистка газов дожиганием представляет собой метод очистки газов путем термического окисления углеводородных компонентов до СО 2 и Н 2 О. Это определение может быть полностью отнесено и к жидким отходам. В ходе процесса другие компоненты газовой смеси, например, галоген- и серосодержащие органические соединения, также претерпевают химические изменения и в новой форме могут эффективно удаляться или извлекаться из газовых потоков. С точки зрения охраны окружающей среды очистка газов методом дожигания обеспечивает требуемую чистоту выбросов в атмосферу с минимальным содержанием непрореагировавших углеводородов, оксидов азота и серы, галогенов и других органических соединений. 5. Химические методы очистки отходящих газов . Устранение нежелательных компонентов в газах с использованием химических методов означает, что в основе процесса лежит химическая реакция, и ее роль является преобладающей по сравнению с процессами адсорбции, абсорбции, конденсации или сжигания. В большинстве случаев, однако, технология сочетает в себе несколько операций и достаточно сложно классифицировать метод очистки в соответствии с перечисленными физико-химическими методами. Рассмотрим химические методы на примере очистки газов от оксидов азота и серы.

Очистка газов от оксидов азота . Наиболее часто для очистки от NO X применяются два метода: некаталитическое гомогенное восстановление NO X добавками аммиака и селективный гетерогенно-каталитический процесс восстановления оксидов азота в присутствии NН 3 .

Некаталитический процесс основан на восстановлении NO до N 2 и Н 2 О в присутствии кислорода и вводимого восстановителя – аммиака (NН 3) и предназначен для очистки отходящих газов систем сжигания от оксидов азота. Метод селективного каталитического восстановления (СКВ) основан на реакции восстановления оксидов азота аммиаком на поверхности гетерогенного катализатора в присутствии кислорода. Термин селективный в данном случае отражает предпочтительное протекание каталитической реакции аммиака с оксидами азота по сравнению с кислородом. В то же время кислород является реагентом в каталитической реакции. Метод СКВ применим прежде всего к топочным газам в условиях полного сгорания – содержание кислорода в них не более 1% и отходящий газ подвергается химической реакции в окислительных условиях. Неселективное каталитическое восстановление (НСКВ). В данном методе восстанавливающий агент – аммиак заменяется другими восстановителями (Н 2 , СО, углеводороды). Эти восстановители действуют неселективно, поскольку взаимодействуют с кислородом и SO 2 газового потока: это взаимодействие идет параллельно с целевой реакцией восстановления оксидов азота, что требует значительного избытка восстановителей.

б. Очистка газов от SO 2 . Методы очистки газов от SO 2 предполагают предварительную стадию адсорбции SO 2 , но их основу составляют химические превращения оксидов серы в новое химическое соединение, выделяемое из газового потока.

Процесс с использованием С uO / CuSO 4 . Метод обеспечивает одновременную очистку газов от NO X и SO X в присутствии катализатора – оксида меди (CuO) , нанесенного на оксид алюминия. Топочный газ подается в реактор с параллельным расположением каналов для прохождения газового потока, заполненных катализатором. Методы с добавлением извести: приготовление гранул из угольной крошки с добавлением извести для использования в колосниковых топках и добавление порошкообразной извести к угольной пыли для использования в топках с форсуночным распылением топлива. Введение сухого сорбента позволяет снизить концентрацию диоксида серы на 50%. Сухой щелочной агент вдувается под давлением в магистраль отходящего топочного дыма, и прореагировавшие твердые продукты отделяются от потока. Для отделения используются тканевые фильтры.

Пассивные способы уменьшения загрязнения атмосферы

Эти способы предназначены для уменьшения вредного воздействия газообразных выбросов на растительный и животный мир. При этом абсолютное количество вредных выбросов не уменьшается, происходит только их разбавление в атмосферном воздухе и снижение опасных концентраций до уровня предельно допустимых.

Наиболее распространенными пассивными способами уменьшения вредного влияния газообразных выбросов являются следующие.

Размещение предприятий с учетом розы ветров. Ветер представляет собой движение воздуха относительно земной поверхности, вызванное неравномерным распределением атмосферного давления. Обычно такое движение воздуха направлено от высокого к низкому давлению. Ветер характеризуется скоростью (м/с, км/час) и направлением.

Проектирование и строительство промышленных предприятий осуществляется с учетом розы ветров. Она представляет собой векторную диаграмму, которая характеризует режим ветра в данном месте по многолетним наблюдениям.

Учет розы ветров позволяет строить промышленное предприятие так, чтобы его вредные газообразные выбросы уносились ветром в противоположном направлении от города или населенного пункта.

Создание санитарно-защитных зон в виде лесопосадок и парков. Санитарно-защитные зоны вокруг промышленных предприятий не только способствуют разбавлению вредных газообразных выбросов в воздухе, но и поглощают их.

Установлено, что 1 гектар леса в возрасте 20 - 30 лет за вегетационный период поглощает листьями 500 - 700 кг диоксида серы, 400 кг серного ангидрида, 180 кг оксидов азота, 100 кг хлора, 40 кг фтора, 20 кг фенола, задерживает до 18 т пыли. Таким образом, благодаря дыханию и автотрофному питанию, растения способны очищать значительный объем воздуха. При этом устойчивые виды растений не погибают, а накапливают и обезвреживают достаточно большое количество токсичных веществ.

Введение режимных условий работы предприятий. Режимные условия работы промышленных предприятий заключаются в следующем. В ветреную погоду производство работает на полную мощность, а в безветренную мощности производств, в которых образуются вредные выбросы, уменьшают.

Использование высоких труб. Для рассеивания вредных выбросов на большие площади используют высокие дымовые или выхлопные трубы. Известно, что дымовая труба высотой в 200 метров рассеивает вредные выбросы на площади радиусом в 25 км, тогда как трубы высотой в 250 метров увеличивают радиус площади рассеивания до 75 км.

В то же время при частом расположении дымовых труб эффект рассеивания не достигается из-за перекрывания площадей рассеивания однотипных вредных выбросов из различных труб, например, диоксида серы в составе дымовых газов в городах Западной Европы.

Расположение промышленных предприятий с учетом рельефа местности. Обычно промышленные предприятия располагаются на возвышенных местах, а населенные пункты -- в низменных, что позволяет рассеивать вредные газообразные выбросы в высоких слоях атмосферы даже с территории предприятий.

Активные способы уменьшения загрязнения атмосферы

Активные способы уменьшения загрязнения атмосферы предназначены для сокращения абсолютных количеств выбросов вредных газообразных веществ в окружающую среду. Наиболее широкое применение находят следующие активные способы:

Строительство предприятий по проектам, прошедшим экологическую экспертизу;

Совершенствование уже существующих технологий с повышением их экологической безопасности;

Строгое соблюдение технологического регламента рабочими и служащими предприятий;

Повышение экологической безопасности сырья перед его применением.;

Строительство газоочистных установок для улавливания и последующей утилизации или обезвреживания вредных газообразных выбросов. Однако это не всегда возможно из-за того, что стоимость газоочистных установок порой достигает 70% стоимости самих предприятий;

Создание малоотходных и безотходных технологий с газооборотным циклом.

Классификация способов очистки газовых потоков

По назначению все процессы очистки газовых потоков подразделяются на две группы: технологическую и санитарную.

Технологическая очистка газов. Целью технологической очистки газовых потоков является получение чистого газообразного сырья для производства товарной продукции.

Технологическая очистка газовых потоков также находит широкое применение в производстве синтетических каучуков и пластических масс для разделения насыщенных и ненасыщенных углеводородов. Аппараты или установка для технологической очистки газов располагаются в основной технологической линии либо в начале ее, либо в середине.

Санитарная очистка газов. Она предназначена для уменьшения содержания вредных пылевидных, газообразных и парообразных веществ в газовых потоках, выбрасываемых в атмосферу. Процессы санитарной очистки газовых потоков широко применяются в различных отраслях промышленности и народного хозяйства. Наиболее типичные примеры использования санитарной очистки газов -- это улавливание летучей золы, диоксида серы и оксидов азота из дымовых газов тепловых электростанций, оксидов азота в производстве азотной кислоты, диоксида серы в производстве серной кислоты.

По принципу действия способы очистки и обезвреживания газовых выбросов от вредных примесей подразделяются на: физические; физико-химические; термические и термокаталитические.

Эти способы получили широкое распространение во всех отраслях промышленного производства и потребления как при технологической, так и санитарной очистке газов. Поэтому рассмотрим их в отдельности более подробно. (Мухумутдинова А.А.,1998г.)

Промышленные отходы

Промышленные предприятия преобразуют почти все компоненты природы (воздух, воду, почву, растительный и животный мир). В биосферу ( , водоемы и почва) выбрасываются твердые промышленные отходы, опасные сточные воды, газы, аэрозоли, что ускоряет разрушение строительных материалов, резиновых, металлических, тканевых и других изделий и может стать причиной гибели растений и животных. Самый же большой ущерб эти сложные по химическому составу вещества наносят здоровью населения.

Очистка воздуха от вредных выбросов предприятий

Взвешенная в воздухе пыль адсорбирует ядовитые газы, образует плотный, токсичный туман (смог), который увеличивает количество осадков. Насыщенные сернистыми, азотистыми и другими веществами, эти осадки образуют агрессивные кислоты. По этой причине скорость коррозионного разрушения машин и оборудования во много раз увеличивается.

Защита атмосферы от вредных выбросов достигается рациональным размещением источников вредных выбросов по отношению к населенным зонам; рассеиванием вредных веществ в атмосфере для снижения концентраций в ее приземном слое, удалением вредных выделений от источника образования посредством местной или общеобменной вытяжной вентиляции; применением средств очистки воздуха от вредных веществ.

Рациональное размещение предусматривает максимально возможное удаление промышленных объектов — загрязнителей воздуха от населенных зон, создание вокруг них санитарно-защитных зон; учет рельефа местности и преобладающего направления ветра при размещении источников загрязнений и жилых зон по отношению друг к другу.

Для удаления вредных газовых примесей используются пылеуловители сухого и мокрого типа.

К пылеуловителям сухого типа относятся циклоны различных видов — одиночные, групповые, батарейные (рис. 1). Циклоны при
меняют при концентрациях пыли на входе до 400 г/м 3 , при температурах газов до 500°С.

Широкое применение в технике пылеулавливания нашли фильтры, которые обеспечивают высокую эффективность улавливания крупных и мелких частиц. В зависимости от типа фильтровального материала фильтры разделяются на тканевые, волокнистые и зернистые. Для очистки больших объемов газа применяют высокоэффективные электрофильтры.

Пылеуловители мокрого типа применяют для очистки высокотемпературных газов, улавливания пожаровзрывоопасных пылей и в тех случаях, когда наряду с улавливанием пыли требуется улавливать токсичные газовые примеси и пары. Аппараты мокрого типа называют скрубберами (рис. 2).

Для удаления из отходящих газов вредных газовых примесей применяют абсорбцию, хемосорбцию, адсорбцию, термическое дожигание, каталитическую нейтрализацию.

Абсорбция - растворение вредной газовой примеси сорбентом, как правило, водой. Метод хемосорбции заключается в том. что очищаемый газ орошают растворами реагентов, вступающих в химическую реакцию с вредными примесями с образованием нетоксичных, малолетучих или нерастворимых химических соединений. Адсорбция - улавливание поверхностью микропористого адсорбента (активированный уголь, силикагель, цеолиты) молекул вредных веществ. Термическое дожигание - окисление вредных веществ кислородом воздуха при высоких температурах (900-1200°С). Каталитическая нейтрализация достигается применением катализаторов — материалов, которые ускоряют протекание реакций или делают их возможными при значительно более низких температурах (250-400°С).

Рис. 1. Батарейный циклон

Рис. 2. Скруббер

При сильном и многокомпонентном загрязнении отходящих газов применяют сложные многоступенчатые системы
очистки, состоящие из последовательно установленных аппаратов различного типа.

Очистка воды от вредных выбросов и сбросов предприятий

Задача очистки гидросферы от вредных сбросов более сложна и масштабна, чем очистка атмосферы от вредных выбросов: разбавление и снижение концентраций вредных веществ в водоемах происходит хуже, так как водная среда более чувствительна к загрязнениям.

Защита гидросферы от вредных сбросов предусматривает применение следующих методов и средств: рациональное размещение источников сбросов и организация водозабора и водоотвода; разбавление вредных веществ в водоемах до допустимых концентраций с применением специально организованных и рассредоточенных выпусков: использование средств очистки стоков.

Методы очистки сточных вод разделяются на механические, физико-химические и биологические.

Механическая очистка сточных вод от взвешенных частиц осуществляется процеживанием, отстаиванием, обработкой в поле центробежных сил, фильтрованием, флотацией.

Процеживание применяют для удаления из сточной воды крупных и волокнистых включений. Отстаивание основано на свободном оседании (всплытии) примесей с плотностью большей (меньшей) плотности воды. Очистка сточных вод в поле центробежных сил реализуется в гидроциклонах, где под действием центробежной силы, возникающей во вращающемся потоке, происходит более интенсивное отделение взвешенных частиц от потока воды. Фильтрование используют для очистки сточных вод от мелкодисперсных примесей как на начальной, так и на конечной стадиях очистки. Флотация заключается в обволакивании частиц примесей мелкими пузырьками воздуха, подаваемого веточную воду, и поднятии их на поверхность, где образуется слой пены.

Физико-химические методы очистки применяют для удаления из сточной воды растворимых примесей (солей тяжелых металлов, цианидов, фторидов и др.), а в ряде случаев и для удаления взвесей. Как правило, физико-химическим методам предшествует стадия очистки от взвешенных веществ. Из физико-химических методов наиболее распространены электрофлотационные, коагуляционные, реагент- ные, ионообменные и др.

Электрофлотация осуществляется путем пропускания через сточную воду электрического тока, возникающего между парами электродов. В результате электролиза воды образуются пузырьки газа, прежде всего легкого водорода, а также кислорода, которые обволакивают частички взвесей и способствуют их быстрому всплытию на поверхность.

Коагуляция - это физико-химический процесс укрупнения мельчайших коллоидных и диспергированных частиц под действием сил молекулярного притяжения. В результате коагулирования устраняется мутность воды. Коагуляция осуществляется посредством перемешивания воды с коагулянтами (в качестве коагулянтов применяют содержащие алюминий вещества, хлорид железа, сульфат железа и др.) в камерах, откуда вода направляется в отстойники, где хлопья отделяются отстаиванием.

Сущность реагентногометода заключается в обработке сточных вод химическими веществами-реагентами, которые, вступая в химическую реакцию с растворенными токсичными примесями, образуют нетоксичные или нерастворимые соединения. Разновидностью реагентного метода является процесс нейтрализации сточных вод. Нейтрализация кислых сточных вод осуществляется добавлением растворимых в воде щелочных реагентов (оксида кальция, гидроксидов натрия, кальция, магния и др.); нейтрализация щелочных стоков — добавлением минеральных кислот — серной, соляной и др. Реагентная очистка осуществляется в емкостях, снабженных устройствами для перемешивания.

Ионообменная очистка сточных вод — это пропускание сточных вод через ионообменные смолы. При прохождении сточной воды через смолы подвижные ионы смолы заменяются на ионы соответствующею знака токсичных примесей. Происходит сорбирование токсичных ионов смолой, токсичные примеси выделяются в концентрированном виде как щелочные или кислые стоки, которые взаимно нейтрализуются и подвергаются реагентной очистке или утилизации.

Биологическая очистка сточных вод основана на способности микроорганизмов использовать растворенные и коллоидные органические соединения в качестве источника питания в процессах своей жизнедеятельности. При этом органические соединения окисляются до воды и углекислого газа.

Биологическую очистку ведут или в естественных условиях (поля орошения, поля фильтрации, биологические пруды), или в специальных сооружениях — аэротенках, биофильтрах. Лэротенки - это открытые резервуары с системой коридоров, через которые медленно протекают сточные воды, смешанные с активным илом. Эффект биологической очистки обеспечивается постоянным перемешиванием сточных вод с активным илом и непрерывной подачей воздуха через систему аэрации аэротенка. Активный ил затем отделяется от воды в отстойниках и вновь направляется в аэротенк. Биологический фильтр — это сооружение, заполненное загрузочным материалом, через который фильтруется сточная вода и на поверхности которого развивается биологическая пленка, состоящая из прикрепленных форм микроорганизмов.

Крупные промышленные предприятия имеют различные производства, которые дают различный состав загрязнения сточных вод. Водоочистительные сооружения таких предприятий выполнены следующим образом: отдельные производства имеют свои локальные очистные сооружения, аппаратное обеспечение которых учитывает специфику загрязнений и полностью или частично удаляет их, затем все локальные стоки направляются в ем кости-усреднители, а из них — на централизованную систему очистки. Возможны и иные варианты системы водоочистки в зависимости от конкретных условий.

При проектировании новых производств, выбросы загрязняющих веществ не должны быть экологически опасными. На действующих предприятиях, если выбросы являются экологически опасными, устанавливают значения временно-согласованных выбросов (ВСВ) сроком на пять лет. В течение этого времени выбросы считаются в пределах лимита, а по истечению данного срока – сверхлимитными. За этот период на предприятии должны быть внедрены мероприятия по снижению выбросов:

Технологические (например, замена токсичных веществ на менее токсичные, менее летучие, сухих способ переработки пылящих материалов мокрыми и т.д.);

Очистка отходящих газовых выбросов;

Методы, которые не снижают величину выброса, но уменьшают приземные концентрации, стимулируя предприятия на проведение природоохранных мероприятий:

например, увеличение высоты труб, что увеличивает значение ПДВ, но также увеличивает площадь загрязненной территории; устройство санитарно защитных зон (СЗЗ).

Согласно требованиям «Санитарных норм проектирования промышленных предприятий», объекты, являющиеся источниками выделения вредных веществ, должны быть отделены от жилой застройки СЗЗ. Территория СЗЗ должна быть благоустроена и озелена газоустойчивыми породами деревьев и кустарников. СЗЗ нельзя использовать для расширения промышленной площадки. На ее территории допускается размещение объектов более низкого класса вредности: гаражи, пожарное депо, склады, административные здания, научно исследовательские лаборатории, стоянки транспорта и т.д. Ширина СЗЗ устанавливается в зависимости от класса предприятия, мощности выброса, условий осуществления технологического процесса и т.д. Существуют 5 классов предприятий:

1 класс ширина СЗЗ 1000 м

Класс предприятий указан в СанПиН 2.2.1/2.1.1.567-96 “СЗЗ и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов”.

Экономические методы. Предприятия выплачивают денежные средства, которые поступают в экологические фонды и направляются на осуществление природоохранных мероприятий. Размер платежей определяется числом вредных веществ и пылей, содержащихся в выбросах, степенью их токсичности и степенью загрязнения выброса. Норматив платы за экологически опасный выброс М ф > ПДВ (временно согласованный выброс) в 5 раз больше, норматива платы за экологически безопасный выброс М ф ≤ ПДВ, а за сверхлимитный в 25 раз.

Формула для расчета платежей за экологически безопасный выброс:

П= М ф Г i . P i ПДН. К Э. К ИНФ, где

n – количество загрязняющих веществ;

М ф Г i – масса годового фактического выброса i-го загрязняющего вещества, т/год;

Р i ПДН – норматив платы за выброс 1 тонны i-го загрязняющего вещества в пределах допустимых нормативов выбросов, руб./т;

К Э – коэффициент экологической значимости региона;

К ИНФ – коэффициент инфляции.