Защита воздушной среды

Загрязнениями атмосферного воздуха называют примеси, не соответствующие качественно или количественно его естественному постоянному составу.

Степень загрязнения атмосферного воздуха с одной стороны зависит от количества выбросов вредных веществ предприятиями-загрязнителями, от эффективности работы газоочистных сооружений на этих предприятиях и от конструктивных особенностей источников выбросов (дымовых труб, вентиляционных шахт и др.). С другой стороны загрязнение атмосферного воздуха в значительной мере формируется метеорологическими процессами в атмосфере, которые могут способствовать рассеиванию примесей или, наоборот, их локализации с образованием повышенных концентраций в приземном слое, смогов или кислотных дождей.

К метеорологическим условиям, влияющим на перенос и рассеивание загрязняющих веществ в атмосферном воздухе, относятся: скорость, направление и продолжительность ветра (что определяет рассеивание выброса по горизонтали); характер изменения температуры воздуха по высоте, называемый температурной стратификацией (этот фактор определяет рассеивание загрязняющих примесей по вертикали); влажность воздуха и осадки.

Для низких источников выбросов скорость рассеивания выбросов по горизонтали пропорциональна скорости ветра. При скорости менее 1 м/с концентрация примесей в приземном слое возрастает на 30-70 %. Однако и для высоких источников выбросов не всякое значение скорости ветра будет способствовать наилучшему рассеиванию. Для них существует понятие “опасной скорости”, при которой в приземном слое будет наблюдаться повышенная концентрация примесей при постоянном объеме выброса. Значение опасной скорости определяется высотой дымовой трубы, объемом выброса и его температурой в сравнении с температурой воздуха. Неблагоприятной ситуацией для высоких и низких источников будет штиль, когда скорость ветра падает до нуля.

При проектировании промышленных предприятий, являющихся загрязнителями атмосферного воздуха, в зависимости от класса вредности предприятия и в соответствии с направлением господствующего ветра в данной местности между источником выброса и границей селитебной территории устанавливается санитарно-защитная зона. Ширина её принимается не менее 1000 м для предприятий первого класса вредности, 500 м для предприятий второго класса вредности, 300 м для предприятий третьего класса вредности, 100 м для предприятий четвертого класса вредности и 50 м для предприятий пятого класса вредности. Учет направления господствующего ветра и применение санитарно-защитной зоны при проектировании позволяет свести к минимуму неблагоприятное влияние ветра на формирование приземной концентрации загрязняющих веществ.

Другим фактором, формирующим уровень загрязнения в приземном слое, является характер изменения температуры воздуха по высоте, то есть температурная стратификация. Нормальной температурной стратификацией считается такая ситуация, когда температура воздуха снижается с увеличением высоты, и это способствует рассеиванию примесей по вертикали. Условия, когда в атмосферном воздухе наблюдается обратное явление, то есть температура с увеличением высоты не понижается, а повышается, называется инверсией и является неблагоприятным метеорологическим фактором, т.к. препятствует рассеиванию примесей в воздухе по вертикали и, как следствие, ведет к увеличению концентрации их в приземном слое. Инверсия может быть приземной и это опасно для низких источников выбросов; инверсия может быть приподнятой и тогда выбросы из высоких источников “прижимаются” к земле и ведут к увеличению концентрации примесей в приземном слое.

Влажность атмосферного воздуха также отражается на рассеивании загрязняющих веществ. Низкая влажность более способствует рассеиванию, нежели высокая. Максимальная влажность и туман увеличивают концентрацию примесей в приземном слое на 80-90 %.

Осадки вымывают примеси из атмосферного воздуха, тем самым, очищая его, но при этом загрязняются наземные и водные экосистемы.

Крайне нежелательная ситуация создается при сочетании всех неблагоприятных метеорологических условий: штиля, инверсии и тумана. При этом концентрация вредных примесей в атмосферном воздухе (оксиды углерода, серы и азота, углеводороды, взвешенные вещества и др. типичные примеси) могут превышать предельно допустимые концентрации в десятки и сотни раз. Такие явления называют смогами, и они зачастую ведут к гибели растений, животных и людей.

Наиболее радикальные решения по защите атмосферного воздуха от загрязнения лежат в сфере поиска новых технологических решений. Однако до последнего времени основным реальным средством борьбы с вредными выбросами являются системы газо-, пылеочистных сооружений.

Промышленные выбросы в атмосферу обычно представляют собою смесь инертного газа и примесей. Инертный газ составляет 99 % выброса и складывается из продуктов сгорания, обжига или сушки: N₂» 65¸75 %. О₂» 4-8 %, СО₂» 6¸12 %; Н₂О» 2¸10 %. Примесь составляет около 1 % и включает в себя вредные вещества. Вещества, которые в равной мере образуются в технологических процессах различных отраслей промышленности и входят в состав примеси, называются типичными загрязняющими примесями. К ним относятся: взвешенные вещества, оксиды серы (SО_x), оксиды азота (NО_x), монооксид углерода (СО). Все другие загрязняющие примеси называются специфическими. Их химический состав и агрегатное состояние определяются спецификой технологического процесса и исходных компонентов, участвующих в нем.

По агрегатному состоянию загрязнения, поступающие с промышленными выбросами в атмосферу, делят на твердые, жидкие, газообразные и смешанные. Твердые и жидкие примеси в смеси с инертным газом образуют аэрозоли, которые в свою очередь делятся на пыли, дымы и туманы.

Пыли - это грубодисперсные аэрозоли с диаметром твердых частиц (d_ч) 1 £ d_ч £ 300 мкм. Дымы - высокодисперсные аэрозоли с диаметром твердых частиц 0,1 £ d_ч £ 5 мкм. Туманы - это аэрозоли, представленные жидкими частицами в смеси с инертным газом.

Очистка промышленных выбросов - это отделение от них загрязняющих примесей или их обезвреживание. Классификация методов очистки по принципу, лежащему в их основе, приводится в табл. 4.3.

В основе сухих аппаратов лежат гравитационные, инерционные, центробежные механизмы отделения взвешенных твердых частиц или фильтрационные механизмы. В мокрых пылеуловителях (скрубберах) осуществляется контакт запыленных выбросов с жидкостью. При этом осаждение взвешенных частиц происходит на капли, на поверхность газовых пузырей или на пленку жидкости.

В электрофильтрах отделение заряженных частиц аэрозоля происходит на осадительных электродах.

Процесс абсорбционной очистки основан на поглощении нежелательных газообразных примесей в выбросе жидким поглотителем. Для физической абсорбции в качестве поглотителя применяют воду или органические растворители, не вступающие в реакцию с извлекаемым газом.

При хемосорбции выделяемые из выбросов компоненты вступают в химическую реакцию с хемосорбентами. В качестве хемосорбентов используют водные растворы солей и щелочей, органические вещества и водные суспензии

различных веществ.

Таблица 4.3