Лекции по "Безопасности жизнедеятельности"

Каталитическая  очистка производится в специальных  реакторах, в которые для ускорения процесса увеличения глубины очистки газов вводятся катализаторы — вещества, ускоряющие ход химической реакции, но не вступающие в нее. К сожалению, они имеют свойство загрязняться и «отравляться» (чаще всего серой), поэтому нуждаются в регенерации (восстановлении). Отходы регенерации катализаторов, как правило, ядовиты и требуют извлечения или захоронения. На рис. 6 представлена схема каталитической очистки газов от NO_X, конструкция аппаратов для которой была разработана автором данного учебника.

Применение  специального катализатора и оптимизация  процесса, протекающего по схеме, показанной на рис. 6, позволяют получить очень высокую степень улавливания NO_X из дымовых газов котлов (до 90%), в то время как обычно улавливается только до 60%.

Для очистки  газов от оксидов серы применяют, как правило, ванадиевый катализатор. Каталитическая очистка эффективна при

 

 

 

удалении  из газов органических веществ и  оксида углерода. Печи применяются для высокотемпературного обезвреживания легко-окисляемых, токсичных и дурнопахнущих газов. В печах происходит сжигание вредных примесей в атмосфере кислорода.

Характерным примером очистки газов этим способом является применение факела на нефтеперерабатывающих заводах. Некоторые «защитники природы» считают эти факелы чуть ли не основными загрязнителями в процессе нефтепереработки, в то время не факел в этом случае служит очистным сооружением. Со всех производств нефтеперерабатывающего завода отработавшие газы различным содержанием горючих веществ собираются в одну магистраль, подаются в трубу и на высоте около 100 м сжигаются, выброс этих газов — отходов производства — без сжигания недопустим, так как они не только ядовиты, но и взрывоопасны. Преимуществом метода сжигания вредных примесей является полная очистка газов в широком диапазоне типов загрязнителей с выделением оксида углерода и пара, а недостатком — дополнительный расход топлива.

Выбор метода очистки зависит от многих факторов: объема, расхода и температуры загрязненных газов, характера загрязнения, начальной и конечной (требуемой) концентрации вредных веществ, содержания примесей, возможности вторичного использования отходов, наличия химических веществ, необходимых для проведения процесса очистки. При выборе того или иного процесса каждый раз следует проводить технико-экономический расчет и выбирать вариант с наименьшими затратами.

Так, пылеотстойники применяют для улавливания крупной пыли; циклоны — при концентрации пыли выше 2 г/м³ и при незначительной глубине очистки; скрубберы мокрой очистки — при охлаждении газа, когда требуется высокая эффективность улавливания мелких частиц (если газы пожароопасны, нужно улавливать и твердые частицы, и газообразные вредные примеси). Тканые фильтры используют для Высокой степени очистки, при Необходимости ^использования пыли и при низкой температуре. ЭлектрофиЛмры применяют при больших расходах газа и высокой их температуре, а также при необходимости использовать ценные качества пылевыноса.

ЗАМКНУТЫЕ ГАЗООБОРОТНЫЕ ЦИКЛЫ

Агрегатное  состояние газа как носителя вредных  выбросов в отличие от воды не позволяет его собрать воедино (например, со всего предприятия), очистить и пустить снова в технологический процесс. Газообразные выбросы (дымовые газы котлов и печей) частично очищают и направляют в дымовые трубы. При этом чем они выше, тем лучше происходит рассеивание газов. Кроме того, воздух не является таким ценным сырьем, как вода, и его повторное использование экономически менее эффективно.

Несмотря  на технические трудности, организация  замкнутых газооборотных циклов для защиты окружающей среды также является целесообразной, особенно если это решает и гигиенические цели.

Технологические аппараты, использующие воздух, работают, как правило, под давлением (тогда возникает опасность выброса загрязненного воздуха в атмосферу) или под разрежением (в этом случае возможны подсосы наружного воздуха, что иногда также бывает нежелательным).

Рассмотрим  несколько примеров создания газооборотных  циклов. $$а горно-обогатительных комбинатах по производству асбеста (который, как известно, способствует образованию у человека раковых опухолей) вентиляционные выбросы собирают из различных точек цехов, направляют на глубокую очистку от пылевидного асбеста, при необходимости разбавляют свежим воздухом и вентиляторами снова направляют в цеха. Уловленный асбест используется вторично.

В доменных печах  часть газа с нижнего уровня печи (колосниковый- газ) может подаваться в ее верхнюю часть, при этом его целесообразно очищать от окиси углерода.

На атомных  электростанциях часть помещений  находится под разрежением во избежание попадания в атмосферу радионуклидов. Воздух из этих помещений подвергается очистке и рсциркулиру-ется.

В энергетических котлах, установленных на ТЭЦ, целесообразно обеспечивать рециркуляцию дымовых газов из «хвоста» котла (воздухонагревателей или экономайзеров) в топку. Это способствует более эффективному сжиганию топлива, так как повышается температура наддува воздуха в горелки. Между «хвостами» котлов и горелками необходимо очищать дымовой газ от окислов азота, что позволит снизить выброс его в атмосферу. В системах кондиционирования воздуха и пневмотранспорта воздух может быть использован многократно, так как он не вступает в химические реакции, однако его необходимо очищать от вредных взвешенных частиц.

При работе в  замкнутых системах (под водой  или в космосе) без регенерации и повторного использования воздуха обойтись нельзя. Здесь его очистка проходит с учетом высоких гигиенических требований.

В настоящее  время разработаны схемы газооборотных  циклов при производстве фосфорных удобрений.

С некоторыми оговорками можно считать газооборотным  циклом сбор отходящих газов из аппаратов нефтеперерабатывающих заводов для последующего их сжигания в факеле.

Организация замкнутых  газооборотных циклов — это дело будущего, но уже сейчас ученым и инженерам необходимо решать сложные технические задачи для ее реализации, так как это является одним из путей защиты окружающей среды.

МЕТОДЫ ОЧИСТКИ  СТОЧНЫХ ВОД

По определению  академика А. Е. Ферсмана, вода является «самым важным минералом на Земле». В промышленности вода играет весьма значительную роль: она используется как сырье, теплоноситель, хладагент, растворитель, источник получения водорода и кислорода, а также для транспортирования сырья и материалов и т.д. Схема классификации воды по целевому назначению приведена на рис. 7.

Питьевая  вода должна быть чистой и безопасной для здоровья и соответствовать требованиям ГОСТ 2874—82. Техническая 
вода загрязнена, но в пределах требований технологии она значительно дешевле питьевой, поэтому ее целесообразно использовать в производстве в первую очередь. Поливная вода может подаваться на доля из водоемов без очистки. Энергетическая вода должна быть особенно чистой и обессоленной, так как из нее вырабатывается пар, который циркулирует в трубах котлов ТЭЦ. 
Охлаждающая вода потребляется в промышленности в большом 
количестве (65...80%). Чаще всего тепло воде передается (или 
отнимается) через стенки труб, как говорят энергетики, «вглухую». Для того чтобы снизить образование накипи внутри труб, 
эту воду целесообразно очищать. Качество подпиточной воды 
должно быть не ниже охлаждающей. Оборотная вода должна очищаться при многоразовом использовании. Технологическая вода 
(средообразующая, промывающая и реакционная) должна со 
ответствовать требованиям технологии для каждого конкретного случая.

Питьевая  вода, применяемая в системах водяного отопления и горячего водоснабжения, используется слишком расточительно. Каждый москвич расходует свыше 400 л в сутки, в то время как в Лондоне расходуется 170 л, а в Париже — 160 л.

Большое количество воды тратят предприятия на разбавление загрязненных сточных вод, чтобы добиться нормированного уровня их загрязнения. Это дешевле очистки, но бсзхозяйственно и неэкономично.

При использовании  в производственных процессах вода нагревается (или охлаждается), кроме того, вследствие утечек, испарения и разбрызгивания она теряется.

Загрязнение воды вызывает следующие изменения  ее качества: снижение рН пресных вод в результате загрязнения серной и азотной кислотами из атмосферы (кислотные дожди), а также увеличение содержания в них сульфатов и нитратов;

повышение содержания кальция, магния, кремния в подземных и речных водах вследствие вымывания и растворения подкисленными дождевыми водами горных пород;

повышение содержания в  природных водах солей тяжелых  металлов, прежде всего свинца, кадмия, ртути, мышьяка и цинка, а также фосфатов, нитратов, нитритов и др.;

повышение в  поверхностных и подземных водах  содержания солей в результате их поступления со сточными водами, из атмосферы и за счет смыва твердых отходов;

повышение содержания в водах органических соединений, прежде всего биологически стойких (поверхностно-активных веществ, пестицидов, суперэкотоксикантов, продуктов их распада и других токсичных, канцерогенных и мутагенных веществ);

снижение  содержания кислорода в природных  водах;

снижение  прозрачности воды в водоемах (в загрязненных водах размножаются вирусы, бактерии и другие возбудители инфекционных заболеваний);

загрязнение природных вод радиоактивными изотопами.

Кроме того, веществами, загрязняющими воду, являются нефть, фенол, органические вещества, ядохимикаты, горючесмазочные материалы.

Наиболее  опасными являются залповые аварийные  сбросы воды, 
производимые промышленными, бытовыми и транспортными 
предприятиями.

Для устранения загрязнения сточных вод применяют  различные методы очистки, которые классифицирукяся следующим образом:

по  типу процесса очистки:

гидромеханические (процеживание и отстаивание, улавливание всплывающих материалов, фильтрование и центрифугирование);

физико-химические (коагуляция и флокуляция, флотация, ад 
сорбция, ионный обмен, экстракция, обратный осмос, десорбция, электрохимические методы);

химические (нейтрализация, окисление и восстановление, удаление ионов тяжелых металлов);

биохимические (аэробные и анаэробные);

термические (выпаривание и сжигание);

по виду изменения  вредных веществ:

методы выделения  примесей без изменения их химического  состава и агрегатного состояния;

методы превращения  примесей в другие формы и состояния;

биологические;

по  видам загрязнения:

очистка от твердых  частиц (процеживание, отстаивание, механическое разделение, фильтрование);

очистка от маслопродуктов (отстаивание, механическое разделение, флотация, фильтрование);

очистка от растворимых  примесей (экстракция, сорбция, нейтрализация, электрокоагуляция, ионный обмен, озонирование, кондиционирование, обезвоживание);

очистка от органических примесей (применение искусственных и естественных сооружений с использованием биологических фильтров).

Ниже приводятся краткие описания методов очистки.

Гидромеханические методы. Для очистки сточных вод  от крупных механических примесей во избежание засорения труб, каналов и насосов гидросистемы осуществляется процеживание. С этой целью применяют решетки и сита с ячейками различных размеров в зависимости от характера загрязнения вод. Решетки бывают подвижными и неподвижными. Очистка их от крупных частиц производится с помощью специальных граблей.

Отстойники  и песколовки предназначены для  предварительной очистки сточных вод от минеральных и органических твердых загрязнений с частицами сравнительно больших размеров (0,2 ...0,25 мм). Схема простейшего отстойника представлена на рис. 8.

Скорость движения воды в отстойнике невелика (0,3 м/с). Недостатками отстойников являются сравнительно низкая эффективность, невысокая скорость удаления частиц, большие габаритные размеры аппаратов, значительный расход материалов (металла, бетона) для их изготовления.

В песколовки часто ставят элеватор для беспрерывного  удаления песка. В отстойниках и песколовках происходит осаждение частиц под действием силы тяжести. Из бункера их регулярно удаляют в виде шлама. Всплывающие вредные вещества (нефть, масла, смолы, жиры) собираются с помощью нефтеловушек, особенностью которых является удаление загрязнений не снизу, как в отстойниках, а из верхней части аппарата. После нефтеловушек (как и после, отстойников) вода нуждается в дополнительной очистке, так как эти аппараты имеют низкую степень очистки (около 70%).

Фильтрование применяют для удаления из сточных вод частиц малых размеров. Вода под действием давления проходит через пористые перегородки или слой песка. Схема простейшего механического (Бильтоа приведена на рис. 9).

 

 

Фильтрующий слой аппарата необходимо время от времени промывать от накопившихся загрязнений. Для этого в фильтр снизу подается промывочная вода. При концентрации частиц 15... 20 мг/л степень очистки мелких частиц достигает 60 %. Недостатками фильтров являются значительная металлоемкость и сложность системы промывки.