8.1.1. Средства защиты атмосферы

Окружающий человека атмосферный воздух непрерывно подвергается загрязнению. Воздух производственных помеще- ,1 ний загрязняется выбросами технологического оборудования | или при проведении технологических процессов без локализа­ции отходящих веществ. Удаляемый из помещения вентиля­ционный воздух может стать причиной загрязнения атмосфер- | ного воздуха промышленных площадок и населенных мест.

Воздух жилых помещений загрязняется продуктами сгора­ния природного газа и другого топлива, испарениями раство­рителей, моющих средств, древесностружечных конструкций и т.п., а также токсичными веществами, поступающими в жилые помещения с приточным вентиляционным воздухом. В лет-

8.1. Средства защиты окружающей среды (экобиозащитная техника)... 151

н ий период года при средней наружной температуре 20° С в жилые помещения проникает около 90% примесей наружного воздуха, а в переходный период при температуре 2,5° С — 40%. Масса выброса в атмосферу /-го загрязняющего вещества определяется по формуле:

m _i=m _{уд i}ПК_(1-η) (1.1)

где: m _{уд i} — удельное выделение i — загрязняющего вещества на единицу продукции; П — расчетная производительность тех­нологического процесса (агрегата и т.п.); К — поправочный коэффициент для особенностей технологического процесса; η— эффективность средства очистки выбросов в долях единицы; при отсутствии средств очистки η = 0 [25].

Средства защиты атмосферы должны ограничивать нали­чие вредных веществ в воздухе среды обитания человека на уровне не выше ПДК.

Во всех случаях должно соблюдаться условие:

(1.2)

С+ сф<ПДК

по каждому вредному веществу (сф — фоновая концентрация), а при Наличии нескольких вредных веществ однонаправленно­го действия — условие (1.1). Соблюдение этих требований до­стигается локализацией вредных веществ в месте их образования, отводом из помещения или от оборудования и рассеиванием в атмосфере. Если при этом концентрация вредных веществ в ат­мосфере превышает ПДК, то применяют очистку выбросов от вредных веществ в аппаратах очистки, установленных в выпуск­ной системе. Наиболее распространены вентиляционные, технологические и транспортные выпускные системы [3].

На практике реализуются следующие варианты защиты атмосферного воздуха:

• вывод токсичных веществ из помещений общеобменной вентиляцией;

• локализация токсичных веществ в зоне их образования местной вентиляцией;

• очистка технологических газовых выбросов в специальных аппаратах, выброс и рассеивание в атмосфере;

• очистка отработавших газов энергоустановок, например дви­ гателей внутреннего сгорания в специальных агрегатах, и выброс их в атмосферу.

152 Гл. 8. Экобиазащитная техника и средства индивидуальной защиты

Для соблюдения ПДК вредных веществ в атмосферном воздухе населенных мест устанавливают предельно допустимый выброс (ПДВ) вредных веществ из систем вытяжной вентиля­ции, различных технологических и энергетических установок.

В соответствии с требованиями ГОСТа 17.2.3.02-78 для каж­дого проектируемого и действующего промышленного пред­приятия устанавливается ВДВ вредных веществ в атмосферу при условии, что выброс вредных веществ от данного источ­ника в совокупности с другими источниками (с учетом пер­спективы их развития) не создадут приземной концентрации, превышающей ПДК.

В тех случаях, когда реальные выбросы превышают ПДВ, в системе выброса необходимо использовать аппараты для очист­ки газов от примесей.

Аппараты очистки вентиляционных и технологических вы­бросов в атмосферу делятся на:

• пылеуловители (сухие, электрические, фильтры, мокрые);

• туманоуловители (низкоскоростные и высокоскоростные);

• аппараты для улавливания паров и газов(абсорбционные, хемосорбционные, адсорбционные и нейтрализаторы);

• аппараты многоступенчатой очистки (уловители пыли и газов, уловители туманов и твердых примесей, многосту­ пенчатые пылеуловители).

Простыми и широко распространенными являются аппа­раты сухой очистки воздуха и газов от крупной неслипающеися пыли. К их числу относятся разнообразные по конструкции циклоны, принцип действия которых основан на использова­нии центробежной силы, воздействующей на частицы пыли во вращающемся потоке воздуха. Их рекомендуется устанавливать перед фильтрами или электрофильтрами. Для очистки газа от пыли используются цилиндрические и конические циклоны.

Для очистки больших масс газов применяют батарейные циклоны, состоящие из большого числа параллельно установ­ленных циклонных элементов. Конструктивно они объединя­ются в один корпус и имеют общий подвод и отвод газов [2].

Электрическая очистка — один из наиболее совершенных видов очистки газов от взвешенных в них частиц пыли и тума­на. Для нее используются электрофильтры Принцип действия этих агрегатов основан на осаждении частиц пыли в электри­ческом поле.

8.1. Средства защиты окружающей среды (экобиазащитная техника)... 153

В электрофильтрах очищаемые газы проходят через систему коронирующих и осадительных электродов. К коронирующим электродам подведен ток высокого напряжения до 60 000 В. Благодаря коронному разряду происходит ионизация частиц пыли, которые приобретают электрический заряд. Заряжен­ные частицы двигаются в электрическом поле в сторону осади­тельных электродов и оседают на них. Осевшая пыль удаляет­ся из электрофильтров встряхиванием электродов в сухих электрофильтрах или промывкой в мокрых [3].

Для тонкой очистки газов от частиц и капельной жидкости применяют различные фильтры. Процесс фильтрования со­стоит в задержании частиц примесей на пористых перегород­ках при движении через них дисперсных сред. В зависимости от типа фильтровой перегородки, конструкции фильтра и его назначения, тонкости очистки основана и классификация фильтров.

По типу перегородки фильтры бывают: с зернистыми сло­ями (неподвижные свободно насыпанные зернистые материа­лы, псевдоожиженные слои); с гибкими пористыми перего­родками (ткани, войлоки, волокнистые маты, губчатая рези­на, пенополиуретан и др.); с полужесткими пористыми пере­городками (вязаные и тканые сетки, прессованные спирали и стружка); с жесткими пористыми перегородками (пористая ке­рамика, пористые металлы и др.).

В промышленности для сухой очистки газовых выбросов наибольшее распространение получили рукавные фильтры. Они состоят из одной или нескольких секций, в каждой из которых может быть от 4—6 до нескольких сотен рукавов.

Большинство промышленных фильтрующих установок ра­ботают в двух режимах — фильтрации и регенерации, т.е. очист­ки от уловленной пыли. Регенерация повышает степень ис­пользования фильтрационных материалов и удешевляет про­цесс очистки. Она производится встряхиванием установки, периодической продувкой или промывкой. В результате пары материалов освобождаются от уловленной пыли и материал можно использовать повторно.

Широкое распространение получили аппараты мокрой очистки газов — мокрые пылеуловители — имеющие высокую эф­фективность очистки от мелкодисперсных пылей с d > 0,3 мкм, а также возможность очистки от пыли нагретых и взрывоопас­ных газов. Принцип действия основан на осаждении частиц

154 Гл. 8. Экобиозащитная техника и средства индивидуальной защиты

п ыли на поверхности капель или пленки жидкости, в качестве которой используется либо вода (при очистке от пыли), либо химический раствор (при улавливании одновременно с пылью вредных газообразных компонентов). Комплексная очистка газов — это достоинство аппаратов мокрой очистки — полых форсуночных скрубберов. Вместе с тем мокрые пылеуловите­ли обладают рядом недостатков, ограничивающих область их применения. К таким недостаткам относятся: образование в процессе очистки шлама, что требует специальных систем для его переработки; вынос влаги в атмосферу и образование отло­жений в отводящих газоходах при охлаждении газов до темпе­ратуры точки росы; отсутствие оборотных систем подачи воды

в пылеуловитель.

Для очистки воздуха от туманов, кислот, щелочей, масел и других жидкостей используют волокнистые фильтры — ту-маноуловители. Принцип их действия основан на осаждении капель на поверхности пор с последующим стеканием жидкос­ти по волокнам в нижнюю часть туманоуловителя. Осаждение капель жидкости происходит под действием броуновской диф­фузии, или инерционного механизма отделения частиц за­грязнителя от газовой фазы на фильтроэлементах в зависимос­ти от скорости фильтрации W^. Туманоуловители делят на низкоскоростные (W^ < О,15 м/с), в которых преобладает меха­низм диффузионного осаждения капель, и высокоскоростные (Wq= 2,0—2,5 м/с), где осаждение происходит главным образом под воздействием инерционных сил.

Очистку газовых выбросов от газа и парообразных загряз­нителей производят в специальных установках. В настоящее время существует два типа газо- и пароулавлирающих устано­вок. Первый тип установок обеспечивает санитарную очистку выбросов без последующей утилизации уловленных примесей, количество которых невелико, но которые даже в малых кон­центрациях опасны для здоровья человека; второй — предна­значен для промышленной очистки выбросов от больших ко­личеств вредных примесей с последующей их концентрацией и дальнейшим использованием в качестве исходного сырья в раз­личных технологических процессах. Установки второго типа являются составляющими элементами разрабатываемых пер­спективных малоотходных и безотходных технологий.

Методы очистки промышленных выбросов от газообраз­ных и парообразных загрязнителей по характеру протекания

8.1. Средства защиты окружающей среды (экобиозащитная техника)... 155

ф изико-химических процессов подразделяются на пять основ­ных групп: I — промывка выбросов жидким поглотителем (аб­сорбция); II — промывка выбросов растворами реагентов, свя­зывающими примеси химически (хемосорбция); III — погло­щение газообразных примесей твердыми активными вещества-: ми (адсорбция); IV — термическая нейтрализация отходящих газов и, наконец, У — поглощение примесей с помощью.ка­талитического превращения.

I. Метод абсорбции обеспечивает очистку газовых выбро­сов путем разделения газовоздушной смеси на составные части за счет поглощения одной или нескольких вредных примесей (абсорбатов), содержащихся в этой смеси, жидким поглотите­лем (абсорбентом) с образованием раствора.

Для удаления из технологических выбросов таких газов, как аммиак, хлористый или фтористый водород, в качестве жидкого поглотителя применяется вода. В качестве абсорбен­тов используются и другие жидкости, например раствор сер­нистой кислоты для улавливания водяных паров или вязкие масла для улавливания ароматических углеводородов из коксо-вого газа.

II. Метод хемосорбции заключается в поглощении вредных газовых и паровых примесей, содержащихся в газовых выбро­сах, твердыми или жидкими поглотителями с образованием малолетучих или малорастворимых химических соединений. Этот метод применяют при небольших концентрациях вредных примесей в отходящих газах. Он используется для очистки га­зовоздушной смеси от сероводорода с применением мышьяково-щелочного, этанол-аминового и других растворов. Сероводо­род при этом связывается с соответствующей хемосорбенту солью, находящейся в водном растворе. Регенерация раствора осуществляется кислородом, содержащимся в очищенном воздухе, с образованием серы, которая может быть использо­вана как сырье.

III. Адсорбционный метод очистки газов основан на погло­щении содержащихся в них вредных примесей поверхностью твердых пористых тел с ультрамикроскопической структурой, называемых адсорбентами. Эффективность процесса адсорб­ции зависит от пористости адсорбента, скорости и температуры очищаемых газов. Чем больше пористость адсорбента и выше концентрация примеси, тем интенсивней протекает процесс адсорбции. В качестве адсорбентов для очистки газов от орга-

156 Гл. 8. Экобиозащитная техника и средства индивидуальной защиты

н ических паров, поглощения неприятных запахов и газообраз­ных примесей, содержащихся в небольших количествах про­мышленных выбросов, широко применяют активированный уголь, удельная поверхность которого составляет 10²— 10³ м²/г. Кроме активированного угля используются активированный гли­нозем, селикагель, активированный оксид алюминия, синтети­ческие цеолиты, или молекулярные сита, которые наряду с активированным углем обладают высокой адсорбционной спо­собностью и избирательностью поглощения определенньгх газов, механической прочностью и способностью к регенерации.

IV. Термическая нейтрализация обеспечивает окисление токсичных примесей в газовых выбросах до менее токсичных при наличии свободного кислорода и высокой температуры газов. Этот метод применяется при больших объемах газовых выбросов и концентрациях загрязняющих примесей, превы­шающих 300 частей на миллион.

Существует три схемы термической нейтрализации газо­вых выбросов: прямое сжигание в пламени; термическое окис­ление при температуре 600—800° С; каталитическое сжигание при 250—450° С. Прямое сжигание используют в тех случаях, когда отходящие газы содержат достаточно тепла, необходи­мого для осуществления процесса и составляющего более 50% общей теплоты сгорания. Примером такого процесса является факельное сжигание горючих отходов. Так нейтрализуют циано-водород в вертикально направленных факелах на нефтехими­ческих заводах. Разработаны схемы камерного сжигания отходов. Термическое окисление применяется, когда отходящие газы имеют высокую температуру, но в них нет достаточного количества кислорода либо когда концентрация горючих при­месей настолько низка, что не обеспечивает подвода теплоты, необходимой для поддержания пламени.

V. Каталитический метод предназначен для превращения вредных примесей, содержащихся в отходящих газах промыш­ленных выбросов, в вещества безвредные или менее вредные для окружающей среды с использованием специальных ве­ществ — катализаторов. Катализаторы изменяют скорость и направление химической реакции. В качестве катализаторов используют платину, палладий и другие благородные металлы или их соединения (окиси меди, марганца). Каталитические методы широко используют для очистки от вредных примесей,

8.1. Средства защиты окружающей среды (экобиозащитная техника)... 157

с одержащихся в газовоздушных выбросах цехов окраски, а также для нейтрализации выхлопных газов автомобилей.

Для высокоэффективной очистки выбросов применяются аппараты многоступенчатой очистки, в которых используются одновременно 2—3 из вышеперечисленных методов и в.кото­рых очищаемые газы последовательно проходят несколько автономных аппаратов очистки, или один агрегат, включаю­щий несколько ступеней очистки. Многоступенчатую очистку широко применяют в системах очистки воздуха с его последу­ющим возвратом в помещение.