12. Меры и средства защиты атмосферного воздуха от загрязнения
Защита окружающей среды это комплексная проблема, требующая усилий учёных и инженеров многих специальностей. Наиболее активной формой защиты окружающей среды является:
Создание безотходных и малоотходных технологий;
Совершенствование технологических процессов и разработка нового оборудования с меньшим уровнем выбросов примесей и отходов в окружающую среду;
Экологическая экспертиза всех видов производств и промышленной продукции;
Замена токсичных отходов на нетоксичные;
Замена неутилизируемых отходов на утилизированные;
Широкое применение дополнительных методов и средств защиты окружающей среды.
В качестве дополнительных средств защиты окружающей среды применяют:
аппараты и системы для очистки газовых выбросов от примесей;
вынесение промышленных предприятий из крупных городов в малонаселённые районы с непригодными и малопригодными для сельского хозяйства землями;
оптимальное расположение промышленных предприятий с учётом топографии местности и розы ветров;
установление санитарно-защитных зон вокруг промышленных предприятий;
рациональную планировку городской застройки обеспечивающую оптимальные условия для человека и растений;
организацию движения транспорта с целью уменьшения выброса токсичных веществ в зонах жилой застройки;
организацию контроля за качеством окружающей среды.
Площадки для строительства промышленных предприятий и жилых массивов должны выбираться с учётом аэроклиматической характеристики и рельефа местности.
Промышленный объект должен быть расположен на ровном возвышенном месте, хорошо продуваемом ветрами.
Площадка жилой застройки не должна быть выше площадки предприятия, в противном случае преимущество высоких труб для рассеивания промышленных выбросов практически сводится на нет.
Взаимное расположение предприятий и населённых пунктов определяется по средней розе ветров тёплого периода года. Промышленные объекты, являющиеся источниками выбросов вредных веществ в атмосферу, располагаются за чертой населённых пунктов и с подветренной стороны от жилых массивов.
Требованиями "Санитарных норм проектирования промышленных предприятий СН 245 71" предусмотрено, что объекты, являющиеся источниками выделения вредных и неприятно пахнущих веществ, следует отделить от жилой застройки санитарно-защитными зонами. Размеры этих зон устанавливают в зависимости от:
мощности предприятия;
условий осуществления технологического процесса;
характера и количества выделяемых в окружающую среду вредных и неприятно пахнущих веществ.
Установлено пять размеров санитарно-защитных зон:
Для предприятий I класса 1000м
II класса 500 м
III класса 300 м
IV класса 100м
V класса 50м
Машиностроительные предприятия по степени воздействия на окружающую среду в основном относятся к IV и V классам.
Санитарно-защитная зона может быть увеличена, но не более чем в три раза по решению Главного санитарно-эпидемиологического управления Минздрава России и Госстроя России при наличии неблагоприятных аэрологических условий для рассеивания производственных выбросов в атмосфере или при отсутствии или недостаточной эффективности очистных сооружений.
Размеры санитарно-защитной зоны могут быть уменьшены при изменении технологии, совершенствовании технологического процесса и внедрении высокоэффективных и надёжных очистных устройств.
Санитарно-защитную зону запрещается использовать для расширения промышленной площадки.
Разрешается размещать объекты более низкого класса вредноcти, чем основное производство, пожарное депо, гаражи, склады, административные здания, научно-исследовательские лаборатории, стоянки транспорта и т.д.
Санитарно-защитная зона должна быть благоустроена и озеленена газоустойчивыми породами деревьев и кустарников. Со стороны жилого массива ширина зелёных насаждений должна быть не менее 50 м, а при ширине зоны до 100 м 20 м.
2. Очистка технологических и вентиляционных выбросов. Очистка отходящих газов от аэрозолей.
Процесс очистки газов от твёрдых и капельных примесей в различных аппаратах характеризуется несколькими параметрами, в том числе общей эффективностью очистки:
Если очистка ведётся в системе последовательно соединённых аппаратов, то эффективность очистки:
= 1 (1 1)(1 2)…(1 n).
Эффективность фракционной очистки:
Для оценки эффективности процесса используют коэффициент проскока К частиц через фильтр:
Удельная пылеёмкость пылеуловителя:
Количество пыли, которое удерживается им за период непрерывной работы между двумя очередными регенерациями. Удельную пылеёмкость используют в расчётах продолжительности работы фильтра между регенерациями.
Эффективность пылеулавливания зависит от физико-химических свойств пылей и туманов:
- дисперсного состава;
- плотности;
- адгеэионных свойств;
- смачиваемости;
- электрической заряженности частиц;
- удельного сопротивления слоев частиц.
Для правильного выбора пылеулавливающего аппарата необходимы прежде всего сведения о дисперсном составе пылей и туманов.
По дисперсности пыли классифицированы на пять групп:
I очень крупно-дисперсная пыль, d50 > 140 мкм.
II крупно-дисперсная пыль, d50 = 40-140 мкм.
III среднекрупная пыль, d50 = 10-40 мкм.
IV мелкодисперсная пыль, d50 = 1-10 мкм.
V очень мелкодисперсная пыль, d50 < 1 мкм.
Адгезионные свойства склонность частиц пыли к слипаемости. Чем мельче пыль, тем выше её слипаемость.
Смачиваемость частиц жидкостью (водой) влияет на работу мокрых пылеуловителей.
Очистка газов в сухих пылеуловителях.
К сухим механическим пылеуловителям относятся аппараты, в которых использованы различные механизмы осаждения: гравитационные, инерционные и центробежные.
Аппараты, использующие эти принципы, просты в изготовлении и эксплуатации, их достаточно широко используют в промышленности. Однако эффективность улавливания в них не всегда оказывается достаточной, в связи с чем они часто выполняют роль аппаратов предварительной очистки газов.
Циклоны. Циклонные аппараты наиболее распространены в промышленности.
Достоинства:
а) отсутствие движущихся частей в аппарате;
б) надёжность работы при t до 500°С;
в) возможность улавливания абразивных частиц при защите внутренних частей специальными покрытиями;
г) улавливание пыли в сухом виде;
д) успешная работа при высоких давлениях газа;
е) простота изготовления;
з) сохранение высокой эффективности очистки при увеличении запылённости газа.
Недостатки:
а) высокое гидравлическое сопротивление;
б) плохое улавливание частиц размером менее 5 мкм;
в) невозможность использовать для очистки газов от липких загрязнений.
Вихревые пылеуловители. Основным отличием вихревых пылеуловителей от циклонов является наличие вспомогательного закручивающего газового потока. Отличительная особенность ВПУ эффективность очистки газа от тончайших фракций (< 3-5 мкм).
Очистка газов в фильтрах.
Фильтры широко используют для тонкой очистки газовых выбросов от аэрозолей. В основе работы пористых фильтров всех видов лежит процесс фильтрации газа через пористую перегородку, в ходе которого твёрдые частицы задерживаются, а газ проходит полностью через неё. Фильтрующие перегородки весьма разнообразны по своей структуре и условно подразделяются на следующие типы:
гибкие пористые перегородки тканевые материалы из природных, синтетических или минеральных волокон; нетканые волокнистые материалы (войлоки, клееные и иглопробивные материалы, бумага, картон, волокнистые листы); ячеечные листы (губчатая резина, пено-полиуретан, мембранные фильтры);
полужесткие пористые перегородки слой волокон, стружка, вязаные сетки, расположенные на опорных устройствах или зажатые между ними;
жесткие пористые перегородки зернистые материалы (пористая керамика или пластмасса, спеченные или спрессованные порошки металлов, пористые стекла, углеграфитовые материалы); металлические сетки и перфорированные листы.
В зависимости от назначения и величины входной и выходной концентрации фильтры делятся:
Фильтры тонкой очистки предназначены для улавливания с очень высокой эффективностью (>99) субмикронных частиц из промышленных газов (с С<1 мг/м3) и скоростью фильтрования <100 м/с. Применяются для улавливания токсичных частиц. Эти фильтры не подвергаются регенерации.
Воздушные фильтры используют в системах приточной вентиляции и конденсирования воздуха. Работают при С<50 мг/м3, при V=2,5-3,0 м/с; они могут быть регенерируемыми или нерегенерируемыми.
Промышленные фильтры (тканевые, зернистые, грубоволокнистые) применяются для очистки промышленных газов концентрацией до 60 г/м3. Фильтры регенерируются.
Тканевые фильтры. Эти фильтры имеют наибольшее распространение. Возможности их использования расширяются в связи с созданием новых температуростойких и устойчивых к воздействию агрессивных газов тканей. Наибольшее распространение имеют рукавные фильтры.
Волокнистые фильтры тонкой очистки используются в атомной энергетике, радиоэлектронике, точном приборостроении, промышленной микробиологии и других отраслях. Фильтры позволяют очищать большие объёмы газов от твёрдых частиц всех размеров, включая субмикронные. Их широко используют для очистки радиоактивных аэрозолей. Для очистки на 99% (для частиц 0,05-0,5 мкм) применяют материалы в виде тонких листов или объёмных слоев из тонких или ультратонких волокон (d < 2 мкм). Скорость фильтрации 0,01-0,15 м/с.
В России широко применяют фильтрующие материалы типа ФП (фильтры Петрянова) из полимерных нитей. В качестве полимера используют перхлорвинил (ФПП) и диацетатцеллюлозу (ФПА).
Двухступенчатые или комбинированные фильтры. В одном корпусе фильтры грубой очистки из слоя лавсановых нитей d = 100 мкм и фильтры тонкой очистки из материала ФП.
Зернистые фильтры. Различают насадочные и жёсткие зернистые фильтры.
Насадочные (насыпные) фильтры. В насыпных фильтрах в качестве насадки используется песок, галька, шлак, дроблёные горные породы, древесные опилки, кокс, крошка резины, пластмассы, графит. Фильтры имеют насадку с размером зерна 0,2-2 мм.
Зернистые жёсткие фильтры. В этих фильтрах зёрна прочно связаны друг с другом в результате спекания, прессования или склеивания и образуют прочную неподвижную систему. К ним относится пористая керамика, пористые металлы, пористые пластмассы. Эти фильтры используются для очистки сжатых газов.
Очистка газов в мокрых пылеуловителях.
Мокрые фильтры имеют ряд достоинств и недостатков перед другими аппаратами.
Достоинства:
а) небольшая стоимость и более высокая эффективность улавливания взвешенных частиц;
б) возможность использования для очистки газов от частиц до 0,1 мкм;
в) возможность очистки газов при высокой температуре и повышенной влажности, а также при опасности возгорания и взрывов очищенных газов и уловленной пыли;
г) возможность наряду с пылями улавливать парообразные и газообразные компоненты.
Недостатки:
а) выделение уловленной пыли в виде шлама, что связано с необходимостью обработки сточных вод, что удорожает процесс;
б) возможность уноса капель жидкости и осаждения их с пылью в газоходах и дымососах;
в) в случае очистки агрессивных газов необходимость защищать аппаратуру и коммуникации антикоррозионными материалами.
В мокрых пылеуловителях в качестве орошающей жидкости чаще всего используют воду. В зависимости от поверхности контакта или по способу действия их подразделяют на 7 видов:
полые газопромыватели;
насадочные скрубберы;
тарельчатые (барботажные, пенные) скрубберы;
скрубберы с подвижной насадкой;
газопромыватели ударно-инерционного действия;
скрубберы центробежного действия;
механические газопромыватели.
Полые газопромыватели. Они наиболее распространены. По направлению движения газа и жидкости подразделяются на противоточные, прямоточные и с поперечным подводом жидкости. При работе без каплеуловителей V=0,6-l,2 м/с; с каплеуловителей 5-8 м/с. Обеспечивается высокая очистка для частиц пыли размером 10 мкм и малоэффективны при dч<5 мкм.
Насадочные газопромыватели. Их используют для улавливания хорошо смачиваемой пыли, но при невысокой её концентрации. Из-за частой забивки такие промыватели используются мало. Расход жидкости 0,15-0,5 л/м3 газа, эффективность при улавливании частиц >2 мкм превышает 90 %.