Очистка газов и воздуха от загрязнений. Обобщение

1. Какие виды загрязнений характерны для газов? Какие методы и аппараты используются для очистки газов от загрязнений каждого из указанных видов?

Основными источниками антропогенного загрязнения атмосферного воздуха являются промышленные предприятия, транспорт, тепло- и электроэнергетика.

Загрязнения атмосферного воздуха подразделяются на

1) аэрозольные (жидкие и твердые частицы с размерами от молекулярных до десятков микрометров, взвешенные в воздухе),

2) парообразные и

3) газообразные.

В свою очередь парообразные и газообразные примеси подразделяются на

электролиты (например, аммиак, диоксид серы, хлороводород) и

неэлектролиты (например, формальдегид, фенол, ртуть, радиоактивный радон).

Выбор метода очистки выбросов зависит от свойств загрязнения и от требуемой эффективности очистки.

Любое очистное оборудование характеризуется величиной эффективности Э очистки

Э = (С_о – С)/С_о

где С_о – концентрация примеси в исходной газовой смеси, мг/м³,

С - концентрация примеси в газе после его очистки.

К сожалению, не существует идеальных очистных устройств, работающих с эффективностью

Э = 1. Причем, стремление Э ®1 на практике ограничивается быстрым увеличением стоимости очистки.

Методы очистки газообразных выбросов от аэрозольных загрязнений (например, от цементной пыли на заводах стройматериалов, от радиоактивной пыли на АЭС, от золы топочных газов на ТЭС и т.п.).

Для удаления аэрозольных частиц из газовых потоков используются различные силы и оборудование, в которых эти силы используются.

- Метод осаждения крупных частиц пыли в поле силы тяжести реализуется в пылевых камерах (при разумных временах осаждения размеры эффективно улавливаемых частиц > 40 мкм). При медленном течении запыленных потоков через пылевые камеры содержащиеся в потоках крупные частицы пыли успевают осесть на дно.

- Осаждение крупных частиц в поле центробежной силы реализуется в циклонах, скрубберах Вентури ( размеры частиц > 10 мкм). В этих аппаратах газопылевой поток движется по спирали, а частицы пыли отбрасываются центробежной силой к стенкам и удаляются в пылесборник.

- Осаждение крупных и мелких частиц в электрическом поле реализуется в электрофильтрах (в этих аппаратах аэрозольные частицы сначала униполярно заряжаются в коронном разряде и затем осаждаются под действием внешнего электрического поля на электродах) (с хорошей эффективностью удаляются частицы с размерами > 1 мкм).

- Фильтрация запыленного воздуха через тканные и нетканные волокнистые материалы. Чем толще материал и тоньше образующие его волокна, тем эффективнее очистка. Наиболее эффективны тонковолокнистые (диаметр волокон порядка микрометра) материалы ФП из полимерных волокон и материалы из стекловолокна.

Методы очистки от газообразных и парообразных загрязнений (например, от диоксида серы в топочных газах ТЭС, от формальдегида и фенола в выбросах производства древесно-стружечных плит, от радиоактивных благородных газов (Ar, Kr, Xe) и радиоактивного иода-131 в выбросах АЭС и т.п.)

- Очистка в абсорберах (удаление примесей из газов с помощью жидких поглотителей-абсорбентов). Например, поглощение аммиака водой. Абсорбер представляет собой цилиндрическую колонну, в которой снизу вверх движется очищаемый газ, и сверху вниз навстречу газу движится жидкий абсорбент. Скорость поглощения примесей прямо пропорциональна площади межфазной поверхности между очищаемым газом и поглощающей жидкостью. Для увеличения межфазной поверхности газ-жидкость абсорберы заполняют насадкой, например, кольцами Рашига (обрезками металлических и керамических труб).

- Очистка в адсорберах (удаление примесей из газов с помощью твердых поглотителей-адсорбентов). Например, адсорбция радиоактивных благородных газов (РБГ) и иода-131 на активированном угле в «вечных» колоннах (вечными их называют потому, что время прохождения молекул радиоактивной примеси через слой адсорбента превышает период ее радиоактивного полураспада и, следовательно, процесс адсорбции осуществляется непрерывно, не требуется регенерации угля).

- Очистка газов от газообразных примесей-электролитов (HCI, SO₂, NH₃ и др.), используя ионный обмен на поверхности волокнистых ионообменных материалов (на любой гидрофильной поверхности всегда есть тонкая пленка адсорбированной из воздуха воды, в которой растворяются и диссоциируют примеси-электролиты). В России такие волокнистые материалы производятся под товарной маркой ВИОН.

- Каталитическое дожигание вредных примесей (например, дожигание СО до СО₂) в выбросах двигателей внутреннего сгорания.

- Разрушение термически нестойких вредных веществ или их сжигание при повышении температуры (огневое обезвреживание).

- Адсорбционно - каталитическая очистка на адсорбентах – катализаторах. В России такие установки производятся под товарной маркой «УЛОВ». В этих установках примесь (адсорбат) сначала удаляется из газа адсорбцией на зернах адсорбента - катализатора при обычной температуре. После насыщения адсорбента заполняющий его адсорбат «сжигается» на входящем в состав адсорбента катализаторе при относительно небольшом повышении температуры.

- Очистка углей от серы перед их сжиганием в топках ТЭС.

Как было сказано выше, все перечисленные устройства не обеспечивают 100% -ю очистку газов от примесей. Оставшиеся после очистки загрязнения выбрасываются в атмосферу и разбавляются в ней относительно более чистым воздухом до безопасных концентраций. Т.е. атмосфера используется как резервуар для размещения и захоронения газообразных и аэрозольных отходов. Для защиты атмосферного воздуха от чрезмерного загрязнения для предприятий - загрязнителей воздуха устанавливаются нормативы предельно допустимых выбросов (ПДВ) по каждому из выбрасываемых вредных веществ.

Рассматриваются и другие направления защиты атмосферного воздуха от загрязнений. Например, отказ от производства и использования (или ограничение производства и использования) фтор – хлор -углеводородов с целью защиты озонового слоя.

Сохранение лесов – поглотителей СО₂ и других загрязняющих веществ.

Искусственное стимулирование самоочистки – выпадения примесей из атмосферы на землю, особенно с осадками (например, кислые или радиоактивные дожди).