Промышленная экология

      Конечно, в первую очередь локальное  воздействие сказывается в месте  выброса. Поэтому когда говорят  о загрязнении, следует различать  локальные значения и средние. Доказано, что загрязнения в атмосфере  распределяются крайне неравномерно:

     86% - над промрайонами,

     12,9% - над городами, в сумме – 98,9%

     1% - над сельской местностью,

     0,1% - над океанами.

     Именно  поэтому последствия загрязнения  сказываются прежде всего в городах, ведь основная масса загрязнителей  образуется при сжигании топ-лива на ТЭЦ, заводах, использующих жидкое или  твердое топливо для полу-чения  энергии или тепла, химических и  биологических производствах, газо-турбинном, дизельном и карбюраторном транспорте. Выбросы этих источ-ников, кроме  СО, содержат SO₂, HCl, HF, а также особо вредные для здо-ровья ароматические углероды типа бенз(а)пирена, соединения свинца, диок-сины и ряд других веществ, обладающих канцерогенным действием.

     Доля  основных промышленных групп в загрязнении  атмосферы с годами меняется. Так, в связи с промышленно-экономическим  кризисом в России доля промпредприятий  в последние годы несколько упала, возрасла роль энергетики и автотраспорта.

     Кроме того, более строго стали учитываться  выбросы даже от различных «прочих» источников – индивидуальных печей, локомотивов, самолетов и др. (табл.2). Следует иметь в виду, что данные по 2002 г. были получены после реформирования экологических надзорных органов (май 2000 г.). Безусловно, это повлияло на учет, в первую очередь, сравнительно неболь-ших объемов выбросов от так  называемых прочих источников. Но не вызы-вает сомнения рост выбросов автотранспорта и промышленных объектов.

 

      Таблица 2

     Выбросы от различных источников

 

     Как видно, по относительным показателям  мы во многом близки к США. Однако следует  иметь в виду, что у нас почти  на порядок меньше автомо-билей и  работающая не на полную мощность промышленность. Тем не менее, доля РФ в общем загрязнении  атмосферы достаточно велика: в последнее  время – около 50 млн т в год. Это близко к 5% мировых выбросов!

1.4 Меры борьбы с  загрязнением

 

     Основными мерами борьбы с загрязнением атмосферы  являются: грамот-ное применение экономических  санкций (порядок платы за загрязнение  предусматривает кратное повышение  выплат при превышении ПДВ или  несанкционированных выбросах), строгий  контроль выбросов вредных веществ (в том числе экспертами – государственными и общественными) и обоснованное регулярное финансирование природоохранных мероприятий. Нормативной базой для этого служит введенный с января 1997 г. новый Уго-ловный кодекс, в котором специальная глава отводится экологическим пра-вонарушениям. Так, ст.251 устанавливает наказание за особо опасные случаи загрязнения атмосферы – лишение свободы до 5 лет. Хуже с финан-сированием. По вполне объективным причинам доля финансирования всех природоохранных мероприятий (включая оплату труда работников конт-рольных органов) в РФ не превышает 0,5% от расходов бюджета. Считается, что она должна составлять не менее 3% (как в США) и даже – 5% (как в Япо-нии).

     Кроме общих мероприятий в зависимости  от группы источников сущест-вуют и  специфические. Для промпредприятий  основное – снижение всех ви-дов  отходов за счет совершенствования  технологии. Замена токсичных про-дуктов на нетоксичные (отказ от фреонов, асбеста, хлороводородных органи-ческий соединений и т.п.).

     Переход на замкнутые циклы, очистка от вредных  выбросов, прежде всего газовых (в  настоящее время степень очистки  выбросов промпредприятий РФ от твердых  частиц превышает 90%, в то же время  от газов – лишь около 30%). Только улавливание пыли на металлургических предприятиях может дать дополнительно  около 11 млн т металла в год.

     Свою  роль играет оптимизация размещения предприятий. Нерационально размещать  их слишком далеко от источников сырья  или от места проживания работников – это чревато ростом выбросов от транспорта. Но нельзя и приб-лижаться к зонам рекреации и жилым  районам. Необходимо выдержать требуемые  санитарно-защитные зоны, которые по действующим нормам составляют от 2 км до 100 м.

1.5 Принципы очистки пылегазовых выбросов

                                           1.5.1 Пылеуловители

     Наиболее  отработаны в настоящее время  очистители от пыли, золы и других твердых  частиц. Причем чем мельче частицы, тем труднее обеспечивается очистка. Класс пылеуловителей для частиц диаметром более 50 мкм – 5-й, наиболее легко обеспечивающий почти полное пылеулавливание. Значительно сложнее извлекать мельчайшие частицы с диаметрами от 2 до 0,3 мкм – нужен очиститель 1-го класса.

     Все пылеуловители, кроме того, подразделяются на сухие и мокрые. К сухим относятся  циклоны, пылеосадительные камеры и  пылеуловители, фильтры и электрофильтры, которые наиболее отработаны и отличаются сравнительно простым устройством. Однако для удаления мелкодисперсных  и газовых примесей их применение не всегда эффективно. Мокрые пылеуловители  подразделяются на скрубберы форсуночные, центробежные и Вентури, пенные барботажные  аппараты и другие, которые работают по принципу осаждения частиц пыли на поверхности капель, пленки или  пены жидкости.

     Из  сухих пылеуловителей наиболее применимы  аппараты, работающие на принципе отделения  тяжелых частиц от газов силами инерции (при раскрутке газов или их резком повороте). Для тонкой очистки  широко используются фильтры с зернистыми слоями (песок, титан, стекло), гибкими  пористыми перегородками (ткань, резина, полиуретан), полужесткими и жесткими перегородками (вязаные сетки, керамика, металл).

     Часто применяют несколько ступеней очистки  пылегазовых выбросов и почти  всегда одной из них является электрофильтр.

     Электрическая очистка – один из наиболее совершенных  видов очистки газов от взвешенных частиц пыли и тумана. Этот процесс  основан на ударной ионизации  газов в зоне коронирующего разряда, передаче заряда ионов частицам примесей и осаждении последних на осадительных и коронирующих электродах. Между  ними создается электрическое поле высокого напряжения (30 – 100 кВ). поскольку  коронизирующие электроды изготавливаются  из относительно тонких стержней, то около  них создается поле высокой напряженности, вызывающее интенсивную ионизацию  газовых молекул. Этот процесс и  вызывает образование вокруг электродов светящейся короны. Под действием  электрического поля, заряженные аэрозольные частицы движутся от коронизирующего электрода к осадительному и прилипают к нему, отдавая свой заряд.

     Мокрые  пылеуловители, как правило, применяют  для тонкой очистки, что требует  систем водоподготовки и шламоудаления. Кроме того, жидкость должна быть раздроблена  на капли или пленки для увеличения адсорбирующей поверхности. Конструктивно  это достигается разными способами.

1.5.2 Газо - и пароочистители

     Эти аппараты по принципу действия можно  подразделить на пять групп.

     Наиболее  распространены скрубберные газоочистители, которые практически не отличаются от скрубберных пылеуловителей (зачастую они выполняют двойную функцию  пыле - и газоулавливания).

     Работают  они по принципу абсорбции – поглощения веществ жидкостью (абсорбентом). В  качестве абсорбентов применяют  воду (для аммиака, хлорфторводорода и др.), растворы сернистой кислоты  и суспензий вязких масел (для  хлора, сернистого ангидрида), растворы извести или едкого натра (для  оксидов азота, хлорводорода).

     Метод хемосорбции основан на химической реакции при поглощении газов  и паров жидкими поглотителями  с образованием малолетучих и  слаборастворимых соединений. Например, для отделения сероводорода применяют  щелочные растворы, причем процесс  идет в скрубберных аппаратах  того же типа, что и для метода абсорбции.

     Метод адсорбции (задержания, извлечения) основан  на способности некоторых твердых  пористых тел селективно (избирательно) извлекать элементы. Адсорбентами чаще всего служат:

1. активированный уголь, имеющий поверхность пор до 10⁵ – 10⁶ м²/кг и хорошо адсорбирующий сернистые соединения, органические растворители и др.;
2. оксиды прстые и комплексные типа силикагеля, глинозема, цеолитов; они обладают высокой селективной способностью, которая снижается при повышении влажности газов.

     Иногда  сорбенты обрабатывают реактивами для  хемосорбции. Адсорбенты требуют регенерации, которая чаще всего производится нагревом, продувкой паром или  специальным реагентом.

     Три других метода в настоящее время  применяются значительно реже и  лишь для небольших выбросов: термический (дожигание), каталитический (реакция  на катализаторы) и биохимический (работа микроорганизмов).

     Прямое  сжигание – разновидность термического метода – применяется при утилизации горючих отходов, с трудом поддающихся  другой обработке (например, для лакокрасочной  промышленности).

     Каталитическая  обработка экономичнее термической  по времени процесса, но требует  особого внимания к активности катализатора и его долговечности. Во многих случаях  катализаторами служат благородные  металлы или их соединения: платина, палладий, оксиды меди, марганца, и др. Эффективность метода повышается с  ростом температуры газов. Наиболее широко применяются каталитические нейтрализаторы для отработанных газов  автомобилей.

     Биохимическая очистка применяется для очистки  газов, состав которых слабо меняется. Этот процесс происходит в биофильтрах  или биоскрубберах, где микроорганизмы находятся в фильтрующей насадке  из почвы, торфа, компоста и т.п. или  в водной суспензии активного  ила.

     В целом выбор системы очистки  определяется многими факторами, важнейшие  из которых:

1. номенклатура и концентрация загрязнителей, их вредность;
2. требуемая степень очистки (с учетом фонового загрязнения);
3. объемы выбросов, их температура и влажность;
4. наличие сорбентов и реагентов;
5. потребность в продуктах утилизации;
6. стоимостные оценки.

     Сегодня главное – обеспечить максимальное снижение выбросов вредных веществ  и теплоты, возврат их в исходный технологический процесс. Для современного производства, как правило, требуется многоступенчатая очистка, особенно если номенклатура примесей многообразна. Так, при производстве электронной аппаратуры количество вредных веществ доходит до 20 – 30 наименований: от углекислого газа и пыли до соединений меди и свинца, формальдегида и эпихлоргидрина. Поэтому необходимы сухие и мокрые аппараты, адсорбенты и абсорбенты наряду с электрофильтрами. Но и для этого производства основная задача – уменьшение объема и перечня отходов, их рециклизация, создание замкнутых циклов.

                                                         2. Ход решения задачи

2.1 Условие задачи

 

     В равнинной части Свердловской области  в районе станции Н на расстоянии 2 км от селитебной зоны проектируется  строительство ТЭЦ, на которой в  качестве топлива будет использоваться каменный уголь.

     При этом в отходящих газах будут  содержаться пыль и сернистый  газ. Для очистки от газов и  пыли предусматривается устройство специальных мультициклонов, эксплуатационный коэффициент очистки которых  равен 75%. Суммарный выброс пыли до очистки  равен 500 г/с, сернистого газа – 350 г/с. диаметр  устья трубы 2м.