Очищення викидів в в атмосферу

Природне самоочищення атмосфери

Однією з особливостей атмосфери є її здатність до самоочищення. Самоочищення атмосферного повітря відбувається внаслідок сухого та мокрого випадання домішок, абсорбції їх земною поверхнею, поглинання рослинами, переробки бактеріями, мікроорганізмами та іншими шляхами. Посадка дерев і чагарників сприяє очищенню повітря від пилу, оксидів вуглецю, діоксиду сірки та інших речовин. Кращі поглинаючі властивості по діоксиду сірки має тополя, липа, ясен. Одне доросле дерево липи може акумулювати протягом доби десятки кілограмів діоксиду сірки, перетворюючи його в безпечне речовина. Велика роль в очищенні атмосферного повітря належить ґрунтовим бактеріям і мікроорганізмів. При температурі +15 ... + 35 ° С мікроорганізми переробляють на 1 м2 до 81 т на добу оксидів та діоксидів вуглецю. Однак можливості природи щодо самоочищення мають обмеження, які слід враховувати при розробці нормативів ГДВ.

Методи та обладнання для очищення викидів

Ступінь очищення повинна визначатися по кожному забруднюючих речовин. Ступінь очищення буває проектна та фактична, а за рівнем - максимальна і експлуатаційна.

При несприятливих метеорологічних умовах, коли викиди із забрудненнями можуть бути шкідливими для здоров'я населення, підприємства повинні знизити викиди шкідливих речовин за рахунок технічних засобів або повної (часткової) зупинки джерел забруднення.

Сучасні вимоги до якості і ступеня очищення викидів досить високі.

Для їх дотримання необхідно:

  1. використовувати технологічні процеси і обладнання, які знижують або повністю виключають викид шкідливих речовин в атмосферу, а також забезпечують нейтралізацію утворених шкідливих речовин;
  2. експлуатувати виробниче та енергетичне обладнання, яке виділяє мінімальну кількість шкідливих речовин;
  3. закрити невеликі котельні та підключити споживачів до ТЕЦ;
  4. застосовувати антитоксичні присадки,
  5. перевести теплоенергетичні установки з твердого палива на газ.

Способи очищення викидів в атмосферу від шкідливих речовин можна об'єднати в такі групи:

  • очищення викидів від пилу і аерозолів шкідливих речовин;
  • очищення викидів від газоподібних шкідливих речовин;
  • зниження забруднення атмосфери вихлопними газами від двигунів внутрішнього згоряння транспортних засобів та стаціонарних установок;
  • зниження забруднення атмосфери при транспортуванні, навантаження та розвантаження сипучих вантажів.

Для очищення викидів від шкідливих речовин використовуються механічні, фізичні, хімічні, фізико-хімічні та комбіновані методи.

Механічні методи засновані на використанні сил тяжкості (гравітації), сил інерції, відцентрових сил, принципів сепарації, дифузії, захоплення і т.д.

Методи базуються на використанні електричних та електростатичних полів, охолодження, конденсації і кристалізації, поглинання.

У хімічних методах використовуються реакції окислення, нейтралізації, відновлення, каталізація, термоокислению.

Фізико-хімічні методи базуються на принципах сорбції (абсорбції, адсорбції, хемосорбції), коагуляції і флотації.

Устаткування для очищення викидів

Гравітаційні пилоочисні камери

Гравітаційні пилоочисні камери працюють за принципом зниження швидкості руху газів до рівня, коли пил та частинки рідини осідають під дією сил тяжіння.

Гравітаційна пилеочистного камера - це порожнинна або з полицями коробка з листової сталі з бункером для збору пилу.

При зниженні висоти камери процес очищення поліпшується, тому порожнину камери розділяють полицями, які проектуються під кутом або з можливістю регулювання. Гравітаційні пилоочисні камери придатні для осадження частинок пилу діаметром понад 50 мкм. Гідравлічний опір гравітаційних камер лежить в межах 50-150 Па. Швидкість газу - 0,2-1,5 м / с. Камери забезпечують ступінь очищення не більше 50%, тому їх використовують як попередній ступінь пиловловлювання.

Інерційні сепаратори

Інерційні сепаратори працюють на принципі різкої зміни напрямку потоку газів. У місцях зміни напрямку відбувається осідання твердих частинок забруднюючих речовин. Сепаратори дозволяють осаджувати частинки діаметром 25 - 30 мкм. Інерційні газоочисники мають продуктивність від 45 до 582 м3 / год. До цього типу можна віднести і жалюзійні пиловловлювачі, які мають гідравлічний опір 100-400 Па, допускають температуру газу, очищається, до 450 С, швидкість на підході до решітки - 15-25 м / с.

Практично використовуються наступні типи циклонних сепараторів:

  • горизонтальні пиловловлювачі, які працюють за принципом надання газам віхреподобного кругового руху за допомогою вертушки з системою неотклоняемих лопатей;
  • вертикальні сепаратори, що працюють за принципом подачі газу зверху через горизонтально встановлену кільцеву крильчатку, яка надає газові обертового руху; тверді частинки осідають на дні, а очищений газ відводиться через центральну трубу;
  • вертикальні сепаратори з тангенціально розташованої вхідною частиною. У цьому сепараторі затриманий газ надходить збоку або знизу і набуває тангенціального руху, який виносить тверді частинки до стінок, а потім в пилозбірники;
  • ротаційні струменеві пиловловлювачі є різновидом відцентрового циклонного сепаратора, в якому віхревосхожденіе руху газу посилено тангенціальним повітряним потоком. У них пил накопичується в середині повітряного середовища і під дією гравітаційних сил падає на дно пилесборщіка.

Апарати мокрого очищення газів від пилу

Апарати мокрого очищення газів від пилу працюють за принципом промивання газів. Ці види очисних пристроїв застосовуються на ділянках забарвлення виробів, нанесення полімерних покриттів, в замкнених системах повітрокорі-користування. Такі пристрої дозволяють очищати гази від дрібних механічних забруднень. Існує велика кількість апаратів мокрого очищення газів. Застосовуються і прості водяні завіси, через які пропускаються забруднені потоки повітря.

За принципом роботи апарати мокрого очищення газів поділяються на порожнинні і насадок; барботажні і пінні; ударно-інерційні; відцентрові; динамічні і турбулентні омивачі.

Скрубери

Скрубери - апарати різної конструкції для промивання рідинами газів з метою їх очищення і для витягання одного або декількох компонентів, а також барабанні машини для промивання корисних копалин. Широко використовуються при уловлюванні продуктів коксування і очищення промислових газів від пилу, для зволоження і охолоджування газів, в різних хіміко-технологічних процесах.

Газоочисні апарати засновані на промиванні газу рідиною. Газ промивається водою або іншим робочим розчином, при цьому змішанні і взаємодії відбувається процес очищення його. Такий метод змішування називають методом мокрого очищення. Таким чином, можна очистити газ від частинок будь-якого розміру. Метод мокрого очищення газів є механічним і застосовується на заключному етапі охолодження. Апарати мокрого очищення використовують різні види поверхонь при змішуванні рідини з газом. При використанні цього методу можливе видалення всіх домішок з газу, за рахунок конденсації на них більш важких частинок пара. Виділяють наступні види скрубберов:

Порожнинні і насадок апарати-скрубери працюють за принципом пропускання газів через потік розпилюється або стікає по насадках води. Швидкість потоку газів не перевищує 1-1, 2 м / с, гідравлічний опір апаратів не перевищує 250 Па. Витрата води становить до 10 м3 на 1 м апарату. Найбільш повно скрубери видаляють частки розміром більше 10 мкм. Недоліком скруберів є часте забивання отворів розпилювачів.

При роботі зрошуваних і пінних апаратів забруднені гази проходять через шар рідини або піни. Апарати мають велике гідравлічний опір (до 2000 Па). Вони дозволяють вловлювати частинки розміром до 2 мкм. Продуктивність апаратів конструкції ЛТІ - від 2 до 45 тис. М3 / год, швидкість проходження газів - до 2 м / с, ступінь очищення - до 99%.

Апарати ударно-інерційного типу працюють за принципом інерційного осадження механічних забруднень під час зміни напрямку газового потоку над поверхнею рідини. Найбільше застосування отримали статичні пиловловлювачі типу ТСМ, ротоклони і скрубери ударної дії. Продуктивність ударно-інерційних апаратів - 2500-90 000 м3 / год. Швидкість потоку газу - до 56 м / с, ступінь очищення - до 98%. Витрата води - 0,8-4 м3 / год на 1000 м3газу.

Відцентрові апарати мокрого очищення газів

Відцентрові апарати мокрого очищення газів працюють за принципом завихрення газів спеціальними лопатками або за рахунок тангентального підведення газу з одночасним зрошенням з форсунок. їх використовують для очищення димових газів з великим вмістом сірчистих газів, забезпечуючи ступінь очищення до 90%. Використовуються також динамічні і турбулентні промивачі.

Електростатичні установки очищення газів

При роботі електростатичних установок очищаються гази пропускають через електростатичне поле високої напруги (до 50 кВ), створюване спеціальними електродами. При проходженні через електричне поле частинки набувають негативний заряд і залучаються до електродів, які з'єднані з землею, тому мають позитивний заряд відносно частинок. Для очищення електродів передбачена спеціальна механічна система. Електростатичний метод очищення газів дозволяє вловлювати частинки розміром до 0,1 мкм.

Початкові витрати на створення електростатичних фільтрів вище, ніж для апаратів інших типів, однак експлуатаційні витрати нижче. Споживання енергії цими пристроями становить 0,8-0,6 кВт на 10 000 м3 газу.

Фільтри

У пористих фільтрах забруднені гази пропускають через тканину, сукно, повсть, синтетичні матеріали (нітрон, лавсан, хлорин), металеві сітки, гравій і т.д. Ці фільтри забезпечують високу якість очищення. Основний їх недолік - зниження тиску газу після фільтрації, висока вартість експлуатації, часта заміна фільтруючих елементів.

Найбільш поширеними апаратами для очищення газів від механічних частинок є рукавні фільтри, основним елементом яких є рукавоподібній мішок, натягненій на трубчасту раму. При проходженні газів через мішок пилові частинки залишаються на тканині. Видалення пилу з мішків здійснюється механічним витрушуванням, продувкою його в зворотному напрямку, очищенням струменями повітря, використанням низькочастотних акустичних генераторів для відділення твердих частинок від мішка.

Використовуються також зернисті фільтри, в тому числі з металокераміки, а також тканинні вертикальні фільтри, які забезпечують високу якість очищення. Однак їх недоліком є ​​невисока пилеемкость і швидке засмічення.

Методи очищення газів

У технологічних вентиляційних та енергетичних викидах на підприємствах найбільш часто зустрічаються діоксид сірки, оксиди азоту, оксиди і діоксиди вуглецю, мінеральні речовини від виробництва будівельних матеріалів, з'єднання металів, феноли, синтетичні матеріали, лакофарбові матеріали і т.д.

Методи очищення викидів від газоподібних речовин за характером фізико-хімічних процесів з очищаються середовищами поділяються таким чином:

  • - промивання викидів розчинниками, що ні поєднуються з забруднювачами (метод абсорбції);
  • - промивання викидів розчинами, які вступають в хімічну сполуку з забруднювачами (метод хемосорбції);
  • - поглинання газоподібних забруднювачів твердими активними речовинами (метод адсорбції);
  • - поглинання та використання каталізаторів;
  • - термічна обробка викидів;
  • - осадження в електричних і магнітних полях;
  • - виморожування.

Метод абсорбції базується на розділенні газоповітряної суміші на складові частини шляхом поглинання шкідливих компонентів абсорбентом. Як абсорбентів вибирають рідини, здатні поглинати шкідливі домішки. Для видалення з викидів аміаку, хлористого і фтористого водню використовується вода. Один кілограм води здатен розчинити сотні грамів хлористого водню і аміаку. Сірчані гази у воді розчиняються погано, тому витрата води в цьому випадку дуже велика. Для видалення з викидів ароматичних вуглеводнів, водяної пари та інших речовин застосовується сірчана кислота. Для здійснення процесу очищення газових викидів методом абсорбції застосовуються плівкові, форсунковие, трубчасті апарати - абсорбери.


Метод хемосорбції базується на поглинанні газів і пара рідкими і твердими поглиначами з утворенням хімічних сполук. Цей метод використовується при очищенні викидів через вентиляції гальванічних дільниць. При цьому розчинником для очищення викидів від хлористого водню 3% - й розчин їдкого натру. Цей метод використовується також для очищення викидів від оксидів азоту.


Метод адсорбції заснований на селективному вилученні з газових сумішей шкідливих домішок за допомогою твердих адсорбентів. Найбільш широко як адсорбент застосовується активоване вугілля, іонообмінні смоли та ін.


Геометричні параметри адсорбенту вибираються і розраховуються за номограмами або за аналітичними залежностями.

В якості каталізаторів використовують платину, метали платинового ряду, окиси міді, двоокис марганцю, пятиокись ванадію та ін.


Каталітичний метод використовується для очищення викидів від окису вуглецю за рахунок його окислення до двоокису вуглецю.


Термічний метод базується на допалюванні і термічної нейтралізації шкідливих речовин у викидах.


Цей метод використовується тоді, коли шкідливі домішки у викидах піддаються спаленню. Термічний метод ефективний у випадку очищення викидів від лакофарбових та просочувальних дільниць. Системи термічного та вогневого знешкодження забезпечують ефективність очищення до 99%.


Як вибрати очисний пристрій

цілому послідовність вибору типу очисних пристроїв і фільтрів така:


- виявлення характеристик викидів (температура, вологість, вид і концентрація домішок, токсичність, дисперсність і т.п.);


- визначення типу очисного пристрою або фільтра за витратою газу, необхідним ступенем очищення, можливостями виробництва та іншими факторами;


- знаходження робочої швидкості газів;


- техніко-економічний аналіз можливих варіантів очищення;


- розрахунок параметрів очисного пристрою;


- проектування та вибір очисного пристрою або фільтра.


При виборі засобів очищення викидів в атмосферу слід керуватися наступними рекомендаціями:


сухі механічні способи і пристрої не ефективні при видаленні дрібнодисперсного та липкого пилу;


мокрі методи не ефективні при очищенні викидів, в яких містяться речовини, що погано злипаються і утворюють грудки;


- електроосаждателі неефективні у разі видалення забруднень з малим питомим опором і які погано заряджаються електрикою;


- рукавні фільтри не ефективні для очищення викидів з липкими і зволоженими забрудненнями;


- мокрі скрубери не можна застосовувати для роботи поза приміщеннями в зимових умовах.


Забруднення атмосфери двигунами внутрішнього згоряння

У викидах двигунів внутрішнього згоряння (ДВЗ) міститься понад 100 шкідливих сполук, які умовно можна розділити на шість груп:


- діоксид вуглецю, водяна пара, водень, кисень;


- оксид вуглецю;


- окису азоту;


- вуглеводні;


- альдегіди;


- сажа.


При використанні в ДВС етилованого бензину з вихлопними газами в атмосферу викидаються сполуки свинцю.


При згорянні 1 тонни бензину в атмосферу викидається, кг:

оксидів вуглецю - 39,5;

вуглеводнів - 34;

оксидів азоту - 20;

діоксид сірки в - 1,55;

альдегідів - 0,93.

При згорянні 1 тонни дизельного палива в атмосферу викидається, кг:

оксиду вуглецю - 21;

вуглеводнів - 20;

оксидів азоту - 34;

альдегідів - 6,8;

сажі - 2.


Масовий склад викидів значною мірою залежить від режимів експлуатації та справності систем ДВЗ і своєчасності проведення регулювань.


На збільшення витрати палива і шкідливих речовин у вихлопних газах карбюраторних двигунів найістотніше впливають зношеність жиклерів карбюратора, порушення регуляції системи холостого ходу і регулювання рівня палива в карбюраторі, знос деталей прискорювального насоса, підвищення гідравлічного опору фільтра повітря, неправильна установка запалювання, неправильна величина зазору в контактах переривника і їх забруднення, нагар на свічках запалювання, знижена температура охолоджувальної рідини, знос деталей кривошипно-шутунного механізму, порушення регулювання між клапанами і штовханамі і т.д.


Згадані несправності збільшують витрату палива на 10%, а кількість шкідливих речовин у викидах - на 15-50%.


У дизельних ДВС на збільшення витрати палива і складу вихлопних газів впливають наступні несправності: зменшення тиску уприскування, покриття голки форсунки смолистими відкладеннями, закоксовиванія сопел розпилювачів, зношеність плунжерних пар паливного насоса, засмічення повітроочіщувача, зміна кута вприску, зниження температури охолоджувальної рідини, знос деталей паливного насоса, газорозподілу і шатунно-кривошипного механізму.


Залежно від виду несправності витрата палива в дизельних двигунах може збільшуватися до 20%, а кількість викидів шкідливих речовин - на 20-100%.


Зниження викидів шкідливих речовин ДВЗ можна досягти застосуванням таких методів: рідинної та полум'яної нейтралізації; ежекційного дожигания; використанням каталізаторів; подачею повітря у випускний колектор; застосуванням антідімовіх фільтрів і т.д.


Зниження вмісту шкідливих речовин у викидах ДВС можна забезпечити за рахунок застосування присадок до палива - метанолу, водню, скрапленого газу та емульсій.