169998 (Основні типи забруднювачів повітряного басейну та методи його очищення), страница 2

Для характеристики основних джерел шкідливих викидів в повітряний басейн за даними інвентаризації (форми статистичної звітності "2ТП-воздух") визначається кількісний і якісний склад шкідливих викидів, розраховується річний валовий викид всіх шкідливих речовин промисловими, енергетичними і транспортними джерелами в цілому по місту, дається ретроспективний аналіз викидів за 5-10 років. Оцінка забруднення атмосферного повітря міста і його окремих районів базується на розрахункових методах визначення концентрації шкідливих речовин і їх з'єднань в приземному шарі атмосферного повітря і встановленні ареалів їх розповсюдження на території, прилеглій до джерел викидів.

При оцінці забруднення атмосфери на розрахунковий термін враховуються не тільки кількість шкідливих речовин, що викидаються, при існуючих об'ємах промислового виробництва, але і передбачуване зростання його потужностей і об'ємів, можливі варіанти очищення, дані про зміну соціально-економічних показників і інфраструктури міста або району. Останніми роками широко використовуються уніфіковані програми розрахунку забруднення атмосфери (УПРЗА), наприклад програми типу "ефір", які дозволяють описати внесок в забруднення до 1000 і більш за джерела забруднення.

Результати забруднення повітряного басейну, отриманим на ЕОМ, є ізолінії рівних концентрацій окремих речовин або груп. Шляхом графічного поєднання схем розподілу концентрацій окремих речовин або груп на території міста складається підсумкова карта районування міських територій по забрудненню повітряного басейну. Такі карти виконуються на опорній схемі міста в масштабі 1:25000. На карті виділяють території з наднормативним рівнем забруднення, а також показують місця розташування основних джерел шкідливих викидів.[5]

Рівні забруднення повітряного басейну в ході проведення розрахунків можуть бути описані або в натуральних показниках - концентраціях шкідливих речовин (мг/м³), або в нормованих показниках, що характеризують кратність перевищення ГДК. Оскільки на окремих ділянках території міста концентрації шкідливих речовин можуть у декілька разів перевищувати нормативи ГДК, вводять додаткову оцінку забруднення по ступенях небезпеки для здоров'я населення. Використовується умовний індекс "Р", що характеризує ступінь небезпеки забруднення для одного компоненту або для суми шкідливих речовин з урахуванням кратності перевищення ГДК і класу небезпеки речовини.

ГДК - такі концентрації, які на людину і її потомство, не чинять прямої або непрямої дії, не погіршують працездатність, самопочуття, а також санітарно-побутових умов життя людей. Узагальнення всієї інформації по ГДК, що отримується всіма відомствами, здійснюється в ГГО - Головній Геофізичній Обсерваторії. Щоб за наслідками спостережень визначити значення повітря, зміряні значення концентрацій порівнюють з максимальною разовою гранично допустимою концентрацією і визначають число випадків, коли були перевищені ГДК, а також в скільки разів найбільше значення було вище за ГДК. Середнє значення концентрації за місяць або за рік порівнюється з ГДК тривалої дії - середньостійкої ГДК. Стан забруднення повітря декількома речовинами, спостережувані в атмосфері міста, оцінюється за допомогою комплексного показника - індексу забруднення атмосфери (ІЗА). Для цього нормовані на відповідні значення ГДК і середні концентрації різних речовин за допомогою нескладних розрахунків приводять до величини концентрацій сірчистого ангідриду, а потім підсумовують.

Ступінь забруднення повітря основними забруднюючими речовинами знаходиться в прямій залежності від промислового розвитку міста. Найбільші максимальні концентрації характерні для міст з чисельністю населення більше 500 тис. жителів. Забруднення повітря специфічними речовинами залежить від виду промисловості, розвиненої в місті. Якщо в крупному місті розміщені підприємства декількох галузей промисловості, то створюється дуже високий рівень забруднення повітря, проте проблема зниження викидів багатьох специфічних речовин до цих пір залишається невирішеною.

Результатом оцінки може з'явитися виділення на території міста зон з "допустимим", "слабким", "помірним" і "сильним" рівнем забрудненням.

При визначенні чинників, обумовлюючих той або інший стан атмосферного повітря, приймаються до уваги особливості планування і забудови міста в цілому і його окремих елементів (орієнтація і профілі вулиць, що формують аераційний режим на міській території, вплив відкритих, забудованих і таких, що озеленюють просторів на характер руху і турбулентний режим повітряних потоків і ін.).[6]

Випробування атмосферного повітря повинне здійснюватися у складі досліджень на стаціонарних, маршрутних і пересувних постах спостереження. Методики вимірювання ступеня забрудненості повітря, перелік забруднюючих компонентів і значення їх ГДК для повітря селітерної і виробничої зон приведені до відповідних нормативних и методичних документів.

Забруднення атмосферного повітря може оцінюватися як за даними інструментальних вимірів (або відбору проб для подальших лабораторних аналізів) в житловій забудові населених місць, на промислових майданчиках, на межі СЗЗ і в повітрі робочої зони виробничих ділянок підприємств, так і за розрахунковими даними для найсприятливіших і найбільш вірогідних умов з урахуванням показників фонового забруднення атмосфери на сучасних комп'ютерних моделях.

3. СУТЬ МЕТОДІВ ОЧИСТКИ ПРОМИСЛОВИХ ГАЗОВИХ ВИКИДІВ

В даний час розроблено і випробувано в промисловості велика кількість різних методів очищення газів від технічних забруднень: NOx, SO₂, H₂S, NH₃, оксиду вуглецю, різних органічних і неорганічних речовин. [8]

Опишемо ці основні методи і вкажемо їх переваги і недоліки.

3.1 Абсорбційний метод

Абсорбція є процесом розчинення газоподібного компоненту в рідкому розчиннику. Системи абсорбції розділяють на водні і неводні. У другому випадку застосовують зазвичай малолетючі органічні рідини. Рідину використовують для абсорбції тільки один раз або ж проводять її регенерацію, виділяючи забруднювач в чистому вигляді. Схеми з одноразовим використанням поглинача застосовують в тих випадках, коли абсорбція приводить безпосередньо до отримання готового продукту або напівпродукту. Як приклади можна назвати:

• отримання мінеральних кислот (абсорбція SO₃ у виробництві сірчаної кислоти, абсорбція оксидів азоту у виробництві азотної кислоти);

• отримання солей (абсорбція оксидів азоту лужними розчинами з отриманням нітрит-нітратних лугів, абсорбція водними розчинами винищити або вапняку з отриманням сульфату кальцію);

• інших речовин (абсорбція NH4 водою для отримання аміачної води і ін.).

Схеми з багатократним використанням поглинача (циклічні процеси) поширені ширше. Їх застосовують для уловлювання вуглеводнів, очищення від SO₂ димових газів ТЕС, очищення вентгазів від сірководню залізно-содовим методом з отриманням елементарної сірки, моноетаноламінового очищення газів від CO₂ в азотній промисловості.

Залежно від способу створення поверхні зіткнення фаз розрізняють поверхневі, барботажні і розпилюючі апарати абсорбції.

У першій групі апаратів поверхнею контакту між фазами є дзеркало рідини або поверхня текучої плівки рідини. Сюди ж відносять абсорбенти насадок, в яких рідина стікає по поверхні завантаженої в них насадки з тіл різної форми.

У другій групі абсорбентів поверхня контакту збільшується завдяки розподілу потоків газу в рідину у вигляді бульбашок і струменів. Барботаж здійснюють шляхом пропускання газу через заповнений рідиною апарат або в апаратах колонного типу з тарілками різної форми.

У третій групі поверхня контакту створюється шляхом розпилювання рідини в масі газу. Поверхня контакту і ефективність процесу в цілому визначається дисперсністю розпиленої рідини.

Найбільшого поширення набули насадки (поверхневі) і барботажні тарілчасті абсорбери. Для ефективного застосування водних середовищ абсорбції компонент, що видаляється, повинен добре розчинятися в середовищі абсорбції і часто хімічно взаємодіяти з водою, як, наприклад, при очищенні газів від HCl, HF, NH₃, NO₂. Для абсорбції газів з меншою розчинністю (SO₂, H₂S) використовують лужні розчини на основі NAOH або Ca(OH)₂. Добавки хімічних реагентів у багатьох випадках збільшують ефективність абсорбції завдяки протіканню хімічних реакцій в плівці. Для очищення газів від вуглеводнів цей метод на практиці використовують значно рідше, що обумовлене, перш за все, високою вартістю абсорбентів. Загальними недоліками методів абсорбції є утворення рідинних стоків і громіздкість апаратурного оформлення. [8].

3.2 Адсорбційний метод

Адсорбційний метод є одним з найпоширеніших засобів захисту повітряного басейну від забруднень. Основними промисловими адсорбентами є активоване вугілля, складні оксиди і імпрегновані сорбенти. Активоване вугілля (АВ) нейтральне по відношенню до полярних і неполярних молекул адсорбованих з'єднань. Воно менш селективне, чим багато інших сорбентів, і є одним з небагатьох, придатних для роботи у вологих газових потоках. Активоване вугілля використовують, зокрема, для очищення газів від речовин з неприємним запахом, рекуперації розчинників і т.д.

Оксидні адсорбенти (ОА) володіють вищою селективністю по відношенню до полярних молекул через власний неоднорідний розподіл електричного потенціалу. Їх недоліком є зниження ефективності у присутності вологи. До класу ОА відносять силікагелі, синтетичні цеоліти, оксид алюмінію.

Можна виділити наступні основні способи здійснення процесів адсорбційного очищення:

• Після адсорбції проводять десорбцію і витягують уловлені компоненти для повторного використання. У такий спосіб уловлюють різні розчинники, сірковуглець у виробництві штучних волокон і ряд інших домішок.

• Після адсорбції приміси не утилізовують, а піддають термічному або каталітичному допалюванню. Цей спосіб застосовують для очищення газів хіміко-фармацевтичних і лакофарбових підприємств, харчової промисловості і ряду інших виробництв. Даний різновид адсорбційного очищення економічно виправданий при низьких концентраціях забруднюючих речовин і (або) багатокомпонентних забруднювачів.

• Після очищення адсорбент не регенерують, а піддають, наприклад, похованню або спалюванню разом з міцно хемосорбційним забруднювачем. Цей спосіб придатний при використанні дешевих адсорбентів.

Для десорбції домішок використовують нагрівання адсорбенту, вакуумування, продування інертним газом, витіснення домішок більш речовиною, що легко адсорбується, наприклад, водяною парою. Останнім часом особливу увагу приділяють десорбції домішок шляхом вакуумування, при цьому їх часто вдається легко утилізувати.

Для проведення процесів адсорбції розроблена різноманітна апаратура. Найбільш поширені адсорбери з нерухомим шаром гранульованого або стільникового адсорбенту. Безперервність процесів адсорбції і регенерації адсорбенту забезпечується застосуванням апаратів з киплячим шаром.

Останніми роками все більш широке застосування отримують волокнисті сорбційно-активні матеріали. Мало відрізняючись від гранульованих адсорбентів по своїх характеристиках місткостей, вони значно перевершують їх по ряду інших показників. Наприклад, їх відрізняє вища хімічна і термічна стійкість, однорідність пористої структури, значний об'єм мікропор і вищий коефіцієнт вагопередачі (у 10-100 разів більше, ніж у сорбційних матеріалів). Установки, в яких використовуються волокнисті матеріали, займають значно меншу площу. Маса адсорбенту при використанні волокнистих матеріалів менша, ніж при використанні АУ в 15-100 разів, а маса апарату в 10 разів. Опір шару не перевищує при цьому 100 Па.

Підвищити техніко-економічні показники існуючих процесів вдається також шляхом оптимальної організації стадії десорбції, наприклад, за рахунок програмованого підйому температури.

Слід зазначити, що ефективність очищення на активованому вугіллі стільникової (комірчастою) структури, володіє покращеними гідравлічними характеристиками. Такі сорбенти можуть бути отримані нанесенням певних композицій з порошком АУ на спінену синтетичну смолу або спінюванням суміші заданого складу, що містить АУ, а також випалюванням наповнювача з суміші, що включає АУ разом з тим, що пов'язує.

Ще одним напрямом удосконалення адсорбційних методів очищення є розробка нових модифікацій адсорбентів – силікагелей і цеолітів, що володіють підвищеною термічною і механічною міцністю. Проте гідрофільність цих адсорбентів утрудняє їх застосування.[11].

Найбільшого поширення набули адсорбційні методи витягання з газів, що відходили, розчинників, зокрема хлорорганічних. Це пов'язано з високою ефективністю процесу очищення газів (95-99%), відсутністю хімічних реакцій утворення вторинних забруднювачів, швидкою окуповуваністю установок (зазвичай 2-3 року) рекуперацій, завдяки повторному використанню розчинників і тривалим (до 10 років) терміном служби. Ведуться активні роботи по адсорбційному витяганню з газів оксидів сірки і азоту.

Адсорбційні методи є одним з найпоширеніших в промисловості способів очищення газів. Їх застосування дозволяє повернути у виробництво ряд цінних з'єднань. При концентраціях домішок в газах більше 2-5 мг/м², очищення виявляється навіть рентабельним. Основний недолік адсорбційного методу полягає у великій енергоємності стадій десорбції і подальшого розділення, що значно ускладнює його застосування для багатокомпонентних сумішей.

3.3 Термічне допалювання

Допалювання є метод знешкодження газів шляхом термічного окислення різних шкідливих речовин, головним чином органічних, в практично нешкідливих або менш шкідливих, переважно СО₂ і Н₂О. Звичайні температури допалювання для більшості з'єднань лежать в інтервалі 750-1200 °C. Застосування термічних методів допалювання дозволяє досягти 99%-ого очищення газів.

При розгляді можливості і доцільності термічного знешкодження необхідно враховувати характер продуктів горіння, що утворюються. Продукти спалювання газів, що містять з'єднання сірки, галогенів, фосфору можуть перевершувати по токсичності початковий газовий викид. В цьому випадку необхідне додаткове очищення. Термічне допалювання є вельми ефективним при знешкодженні газів, що містять токсичні сполуки у вигляді твердих включень органічного походження (сажа, частинки вуглецю, деревного пилу і т.д.).

Найважливішими чинниками, що визначають доцільність термічного знешкодження, є витрати енергії (палива) для забезпечення високих температур в зоні реакції, калорійність знешкоджуваних домішок, можливість попереднього підігріву газів, що очищаються. Підвищення концентрації допалюваних домішок веде до значного зниження витрати палива. В окремих випадках процес може протікати в автотермічному режимі, тобто робочий режим підтримується тільки за рахунок тепла реакції глибокого окислення шкідливих домішок і попереднього підігріву початкової суміші знешкоджуваними газами, що відходять.

Принципову трудність при використанні термічного допалювання створює утворення вторинних забруднювачів, таких як оксиди азоту, хлор, SO₂ і ін. [8].

Термічні методи широко застосовуються для очищення відхідних газів, від токсичних горючих з'єднань. Розроблені останніми роками установки допалювання відрізняються компактністю і низькими енерговитратами. Застосування термічних методів ефективне для допалювання пилу багатокомпонентних і запилених газів, що відходять.

3.4 Термокаталітичні методи

Каталітичні методи газоочистки відрізняються універсальністю. З їх допомогою можна звільняти гази від оксидів сірки і азоту, різних органічних сполук, монооксиду вуглецю і інших токсичних домішок. Каталітичні методи дозволяють перетворювати шкідливі домішки в нешкідливі, менш шкідливі і навіть корисні. Вони дають можливість переробляти багатокомпонентні гази з малими початковими концентраціями шкідливих домішок, добиватися високих ступенів очищення, вести процес безперервно, уникати утворення вторинних забруднювачів. Застосування каталітичних методів найчастіше обмежується трудністю пошуку і виготовлення придатних для тривалої експлуатації і достатньо дешевих каталізаторів. Гетерогенно-каталітичне перетворення газоподібних домішок здійснюють в реакторі, завантаженому твердим каталізатором у вигляді пористих гранул, кілець, кульок або блоків із структурою, близькою до стільникової. Хімічне перетворення відбувається на розвиненій внутрішній поверхні каталізаторів, що досягає 1000 м²/г.