Состав и свойства литосферы. Способы очистки газовых выбросов в атмосферу

В границах литосферы периодически происходили  и происходят грозные экологические  процессы (сдвиги, сели, обвалы, эрозия), которые имеют огромное значение для формирования экологических  ситуаций в определенном регионе  планеты, а иногда приводят к глобальным экологическим катастрофам.

Наибольшей  трансформации подвергается самый  верхний, поверхностный горизонт литосферы  в пределах суши. Суша занимает 29,2% поверхности  земного шара и включает земли  различной категории, из которых  важнейшее значение имеет плодородная  почва.

Глубинные толщи литосферы, которые исследуют  геофизическими методами, имеют довольно сложное и еще недостаточно изученное  строение, так же, как мантия и  ядро Земли. Но уже известно, что  с глубиной плотность пород возрастает, и если на поверхности она составляет в среднем 2,3-2,7 г/см3, то на глубине  близко 400 км - 3,5 г/см3, а на глубине 2900 км (граница мантии и внешнего ядра) - 5,6 г/см3. В центре ядра, где давление достигает 3,5 тыс. т/см2, она увеличивается до 13-17 г/см3. Установлен также и характер возрастания глубинной температуры Земли. На глубине 100 км она составляет приблизительно 1300 К, на глубине близко 3000 км --4800, а в центре земного ядра -- 6900 К.

В результате промышленной деятельности человека происходит загрязнение почвы, что приводит к выводу из строя  земель, пригодных для сельского  хозяйства. Основные виды промышленных отходов - шлаки тепловых электростанций и металлургических заводов, породные отвалы горнодобывающих предприятий и горнообогатительных комбинатов, строительный мусор и т.д. В особую группу выделяют загрязнение почвы нефтепродуктами и другими химическими веществами, которые пагубно воздействуют на почвенные микроорганизмы и корневую систему растений.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Способы очистки газовых выбросов в атмосферу.

Введение

Двадцатый век вошел в историю как  век небывалого технического прогресса, бурного развития науки, промышленности, энергетики, сельского хозяйства.

Одновременно  как сопровождающий фактор росло  и продолжает расти вредное воздействие  индустриальной деятельности человека на окружающую среду. В результате происходит в значительной мере непредсказуемое  изменение экосистем и всего  облика планеты Земля.

В настоящее время с ростом и  бурным развитием промышленности большое  внимание уделяется ее экологической  обоснованности, а именно проблеме очистке и утилизации отходов. В  данной работе рассматривается один из видов отходов промышленности - газовые выбросы предприятий. Впервые  как проблему газовые выбросы  можно рассматривать на примере  лондонского «смога», под которым  первоначально понимали смесь сильного тумана и дыма. Такого типа смог наблюдался уже в Лондоне уже более 100 лет  назад. В настоящее время это  уже более широкий термин - над  всеми большими и индустриально  развитыми мегаполисами помимо дымотуманного смога выделяют и фотохимический смог. Если причиной смога первого типа является в основном сжигание угля и мазута, то причиной второго - выбросы автотранспорта. Конечно же, все это усугубляется некоторым кумулятивным действием большого количества примесей. Zb, при дымотуманном смоге сернистый газ дает аэрозоль серной кислоты (из ряда кислотных дождей) который, естественно, намного реактивней по своему действию.

Неудивительно, что в настоящее время пристальное  внимание уделяется проблеме удаления первопричин возникновения таких  нежелательных явлений, как выбросы  в атмосферу. В данной работе тематика проблемы сознательно ограничена рамками промышленных газовых выбросов, так как именно промышленность является источником опасных и крайне опасных примесей и составляющих явлений типа «смога».

В газообразных промышленных выбросах вредные  примеси можно разделить на две  группы:

а) взвешенные частицы (аэрозоли) твердых  веществ - пыль, дым; жидкостей - туман

б) газообразные и парообразные вещества.

К аэрозолям относятся взвешенные твердые частицы неорганического  и органического происхождения, а также взвешенные частицы жидкости (тумана). Пыль - это дисперсная малоустойчивая система, содержащая больше крупных  частиц, чем дымы и туманы. Счетная  концентрация (число частиц в 1 см³) мала по сравнению с дымами и туманами. Неорганическая пыль в промышленных газовых выбросах образуется при горных разработках, переработке руд, металлов, минеральных солей и удобрений, строительных материалов, карбидов и других неорганических веществ. Промышленная пыль органического происхождения - это, например, угольная, древесная, торфяная, сланцевая, сажа и др. К дымам относятся аэродисперсные системы с малой скоростью осаждения под действием силы тяжести. Дымы образуются при сжигании топлива и его деструктивной переработке, а также в результате химических реакций, например при взаимодействии аммиака и хлороводорода, при окислении паров металлов в электрической дуге и т.д.

Размеры частиц в дымах много меньше, чем  в пыли и туманах, и составляют от 5 мкм до субмикронных размеров, т.е. менее 0,1 мкм. Туманы состоят из капелек  жидкости, образующихся при конденсации  паров или распылении жидкости. В промышленных выхлопах туманы образуются главным образом из кислоты: серной, фосфорной и др.

Вторая  группа - газообразные и парообразные вещества, содержащиеся в промышленных газовых выхлопах, гораздо более  многочисленна. К ней относятся кислоты, галогены и галогенопроизводные, газообразные оксиды, альдегиды, кетоны, спирты, углеводороды, амины, нитросоединения, пары металлов, пиридины, меркаптаны и многие другие компоненты газообразных промышленных отходов.

2.1 Методы очистки выбросов в атмосферу

В настоящее время, когда безотходная  технология находится в периоде становления и полностью безотходных предприятий еще нет, основной задачей газоочистки служит доведение содержания токсичных примесей в газовых примесях до предельно допустимых концентраций (ПДК), установленных санитарными нормами.

При невозможности достигнуть ПДК очисткой иногда применяют многократное разбавление  токсичных веществ или выброс газов через высокие дымовые  трубы для рассеивания примесей в верхних слоях атмосферы.

Метод достижения ПДК с помощью «высоких труб» служит лишь паллиативом, так  как не предохраняет атмосферу, а  лишь переносит загрязнения из одного района в другие.

В соответствии с характером вредных  примесей различают методы очистки  газов от аэрозолей и от газообразных и парообразных примесей. Все способы  очистки газов определяются в  первую очередь физико-химическими  свойствами примесей, их агрегатным состоянием, дисперсностью, химическим составом и  др. Разнообразие вредных примесей в промышленных газовых выбросах приводит к большому разнообразию методов очистки, применяемых реакторов и химических реагентов.

Очистка газов от аэрозолей. Методы очистки  по их основному принципу можно разделить  на механическую очистку, электростатическую очистку и очистку с помощью  звуковой и ультразвуковой коагуляции.

Механическая  очистка газов включает сухие  и мокрые методы.

К сухим методам относятся:

- гравитационное осаждение;

- инерционное и центробежное пылеулавливание;

- фильтрация.

В большинстве промышленных газоочистительных  установок комбинируется несколько  приемов очистки от аэрозолей, причем конструкции очистных аппаратов  весьма многочисленны.

Гравитационное  осаждение основано на осаждении взвешенных частиц под действием силы тяжести при движении запыленного газа с малой скоростью без изменения направления потока. Процесс проводят в отстойных газоходах и пылеосадительных камерах. Для уменьшения высоты осаждения частиц в осадительных камерах установлено на расстоянии 40-100 мм множество горизонтальных полок, разбивающих газовый поток на плоские струи.

Гравитационное осаждение действенно лишь для крупных частиц диаметром более 50-100 мкм, причем степень очистки составляет не. выше 40-50%. Метод пригоден лишь для предварительной, грубой очистки газов.

Инерционное осаждение основано на стремлении взвешенных частиц сохранять первоначальное направление движения при изменении направления газового потока. Среди инерционных аппаратов наиболее часто применяют жалюзийные пылеуловители с большим числом щелей (жалюзи). Газы обеспыливаются, выходя через щели и меняя при этом направление движения, скорость газа на входе в аппарат составляет 10-15 м/с. Гидравлическое сопротивление аппарата 100 - 400 Па (10 - 40 мм вод. ст.). Частицы пыли с d < 20 мкм в жалюзийных аппаратах не улавливаются. Степень очистки в зависимости от дисперсности частиц составляет 20-70%. Инерционный метод можно применять лишь для грубой очистки газа. Помимо малой эффективности недостаток этого метода - быстрое истирание или забивание щелей.

Центробежные  методы очистки газов основаны на действии центробежной силы, возникающей  при вращении очищаемого газового потока в очистном аппарате или при вращении частей самого аппарата. В качестве центробежных аппаратов пылеочистки применяют циклоны разных типов: батарейные циклоны, вращающиеся пылеуловители (ротоклоны) и др. Циклоны наиболее часто применяют в промышленности для осаждения твердых аэрозолей. Газовый поток подается в цилиндрическую часть циклона тангенциально, описывает спираль по направлению к дну конической части и затем устремляется вверх через турбулизованное ядро потока у оси циклона на выход. Циклоны характеризуются высокой производительностью по газу, простотой устройства, надежностью в работе.

Гидравлическое  сопротивление высокопроизводительных циклонов составляет около 1080 Па. Циклоны  широко применяют при грубой и  средней очистке газа от аэрозолей. Другим типом центробежного пылеуловителя  служит ротоклон, состоящий из ротора и вентилятора, помещенного в осадительный кожух. Лопасти вентилятора, вращаясь, направляют пыль в канал, который ведет в приемник пыли.

Фильтрация основана на прохождении очищаемого газа через различные фильтрующие ткани (хлопок, шерсть, химические волокна, стекловолокно и др.) или через другие фильтрующие материалы (керамика, металлокерамика, пористые перегородки из пластмассы и др.). Наиболее часто для фильтрации применяют специально изготовленные волокнистые материалы - стекловолокно, шерсть или хлопок с асбестом, асбоцеллюлозу. В зависимости от фильтрующего материала различают тканевые фильтры (в том числе рукавные), волокнистые, из зернистых материалов (керамика, металлокерамика, пористые пластмассы). Тканевые фильтры, чаще всего рукавные, применяются при температуре очищаемого газа не выше 60-65 °С. В зависимости от гранулометрического состава пылей и начальной запыленности степень очистки составляет 85-99%. Гидравлическое сопротивление фильтра (Р около 1000 Па; расход энергии ~ 1 кВт*ч на 1000 м³очищаемого газа. Для непрерывной очистки ткани продувают воздушными струями, которые создаются различными устройствами - соплами, расположенными против каждого рукава, движущимися наружными продувочными кольцами и др. Сейчас применяют автоматическое управление рукавными фильтрами с продувкой их импульсами сжатого воздуха.

Волокнистые фильтры, имеющие поры, равномерно распределенные между тонкими волокнами, работают с высокой эффективностью; степень  очистки (= 99,5 (99,9% при скорости фильтруемого газа 0,15-1,0 м/с и (Р=500 (1000 Па.

На  фильтрах из стекловолокнистых материалов возможна очистка агрессивных газов  при температуре до 275 °С. Для тонкой очистки газов при повышенных температурах применяют фильтры из керамики, тонковолокнистой ваты из нержавеющей стали, обладающие высокой прочностью и устойчивостью к переменным нагрузкам; однако их гидравлическое сопротивление велико -1000 Па.

Фильтрация - весьма распространенный прием тонкой очистки газов. Ее преимущества - сравнительная  низкая стоимость оборудования (за исключением металлокерамических  фильтров) и высокая эффективность  тонкой очистки. Недостатки фильтрации высокое гидравлическое сопротивление  и быстрое забивание фильтрующего материала пылью.

Мокрая  очистка газов от аэрозолей основана на промывке газа жидкостью (обычной  водой) при возможно более развитой поверхности контакта жидкости с  частицами аэрозоля и возможно более  интенсивном перемешивании очищаемого газа с жидкостью. Этот универсальный  метод очистки газов от частиц пыли, дыма и тумана любых размеров является наиболее распространенным приемом  заключительной стадии механической очистки, в особенности для газов, подлежащих охлаждению. В аппаратах мокрой очистки  применяют различные приемы развития поверхности соприкосновения жидкости и газа.

Башни с насадкой (насадочные скрубберы) отличаются простотой конструкции и эксплуатации, устойчивостью в работе, малым  гидравлическим сопротивлением ((Р=300 (800 Па) и сравнительно малым расходом энергии. В насадочном скруббере возможна очистка газов с начальной запыленностью до 5-6 г./м3. Эффективность одной ступени очистки для пылей с d > 5 мкм не превышает 70-80%. Насадка быстро забивается пылью, особенно при высокой начальной запыленности.

Орошаемые циклоны (центробежные скрубберы) применяют  для очистки больших объемов  газа. Они имеют сравнительно небольшое  гидравлическое сопротивление - 400-850 Па. Для частиц размером 2-5 мкм степень  очистки составляет ~50%. Центробежные скрубберы высокопроизводительны  благодаря большой скорости газа; во входном патрубке. Пенные аппараты применяют для очистки газа от аэрозолей полидисперсного 
состава. Интенсивный пенный режим создается на полках аппарата при линейной скорости газа в его полном сечении 1-4 м/с. Пенные газоочистители обладают высокой производительностью по газу и сравнительно небольшим гидравлическим сопротивлением ((Р одной полки около 600 Па). Для частиц с диаметром d >5 мкм эффективность их улавливания на одной полке аппарата 90-99%; при d < 5 мкм (= 75 (90%. Для повышения (устанавливают двух- и трехполочные аппараты.

Скрубберы Вентури - высокоинтенсивные газоочистительные аппараты, но работающие с большим расходом энергии. Скорость газа в сужении трубы (горловине скруббера) составляет 100-200 м/с, а в некоторых установках - до 1200 м/с. При такой скорости очищаемый газ разбивает на мельчайшие капли завесу жидкости, впрыскиваемой по периметру трубы. Это приводит к интенсивному столкновению частиц аэрозоля с каплями и улавливанию частиц под действием сил инерции.

Скруббер  Вентури - универсальный малогабаритный аппарат, обеспечивающий улавливание тумана на 99-100%, частиц пыли с d = 0,01 (0,35 мкм - на 50-85% и частиц пыли с d = 0,5-2 мкм - на 97%. Для аэрозолей с d =0,3-10 мкм эффективность улавливания определяется в основном силами инерции и может быть оценена по формуле 
Главный дефект скруббера Вентури - большой расход энергии по преодолению высокого гидравлического сопротивления, которое в зависимости от скорости газа в горловине может составлять 0,002-0,013 МПа. Помимо того, аппарат не отличается надежностью в эксплуатации, управление им сложное.

Основной  недостаток всех методов мокрой очистки  газов от аэрозолей - это образование  больших объемов жидких отходов (шлама). Таким образом, если не предусмотрены замкнутая система водооборота и утилизация всех компонентов шлама, то мокрые способы газоочистки по существу только переносят загрязнители из газовых выбросов в сточные воды, т.е. из атмосферы в водоемы.