Способы очистки газовых выбросов в атмосферу

Абсорбционный способ очистки газов, осуществляемый в установках-абсорберах, наиболее прост и дает высокую степень очистки, однако требует громоздкого оборудования и очистки поглощающей жидкости. Основан на химических реакциях между газом, например, сернистым ангидридом, и поглощающей суспензией (щелочной раствор: известняк, аммиак, известь). При этом способе на поверхность твердого пористого тела (адсорбента) осаждаются газообразные вредные примеси. Последние могут быть извлечены с помощью десорбции при нагревании водяным паром.

Способ окисления горючих углеродистых вредных веществ в воздухе заключается в сжигании в пламени и образовании углекислого газа и воды. Способ термического окисления - в подогреве и подаче в огневую горелку.

Каталитическое окисление с использованием твердых катализаторов заключается в том, что сернистый ангидрид проходит через катализатор в виде марганцевых составов или серной кислоты.

Для очистки газов методом катализа с использованием реакций восстановления и разложения применяют восстановители (водород, аммиак, углеводороды, монооксид углерода). Нейтрализация оксидов азота достигается применением метана с последующим использованием оксида алюминия для нейтрализации на втором этапе образующегося монооксида углерода.

Перспективен сорбционно-каталитический способ очистки особо токсичных веществ при температурах ниже температуры катализа.

Адсорбционно-окислительный способ также представляется перспективным. Он заключается в физической адсорбции малых количеств вредных компонентов с последующим выдуванием адсорбированного вещества специальным потоком газа в реактор термокаталитического или термического дожигания. В крупных городах для снижения вредного влияния загрязнения воздуха на человека применяют специальные градостроительные мероприятия: зональную застройку жилых массивов, когда близко к дороге располагают низкие здания, затем - высокие и под их защитой - детские и лечебные учреждения; транспортные развязки без пересечений, озеленение.

Основными направлениями работ для защиты атмосферы от загрязнения выбросами автотранспорта являются:

1. Создание и расширение производства автомобилей с экономичными малотоксичными двигателями.

2. Развитие работ по созданию и внедрению эффективных систем нейтрализации отработанных газов.

3. Развитие работ по рациональной организации движения автотранспорта в городах.

4. Улучшение качества дорожного покрытия, обеспечение безостановочного движения на автомагистралях.

Вредные примеси в выхлопных газах могут быть представлены либо в виде аэрозолей, либо в газообразном или парообразном состоянии.

Очистка от аэрозолей осуществляется применением электрофильтров, фильтрации через пористые материалы, инерционной сепарации, способами мокрой очистки.

Очистка выбросов от газовых и парообразных примесей осуществляется методами адсорбции, абсорбции, химическим и термическим.

Адсорбция — это процесс поглощения газа или пара поверхностью твердых тел (активированный уголь).

Абсорбция — это процесс растворения компонентов газовой смеси в жидкости (вода, растворы щелочей).

Химический метод очистки заключается в том, что к отходящим газам добавляют различные реагенты, которые вступают в реакцию с примесями. Иногда этими реагентами могут служить сами загрязнители, а реакция поддерживается катализаторами.

Термический метод — это дожигание отработавших газов. При высоких температурах происходит окисление токсичных загрязнителей кислородом воздуха до нетоксичных соединений.

Для очистки газов от твердых частиц применяются следующие устройства:

1. Механические устройства, в которых пыль отделяется под действием сил тяжести, инерции или центробежной силы.

2. Мокрые или гидравлические аппараты, в которых твердые частицы улавливаются жидкостью.

З. Пористые фильтры, на которых оседают частицы пыли.

4. Электрофильтры, в которых частицы осаждаются за счет ионизации газа и содержащихся в нём пылинок.

5. НОРМИРОВАЛИЕ И КОНТРОЛЬ ЗАГРЯЗНЕНВЯ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ

Для борьбы с загрязнением воздуха устанавливаются стандарты его качества. Основным нормативом качества является предельно допустимая концентрация (ПДК) загрязняющего вещества. Единица измерения — мг/м³

ПДК — это такая концентрация загрязняющего вещества, которая при ежедневном воздействии на человека в течение длительного времени не вызывает в его организме каких-либо патологических изменений или заболеваний.

ПДК в нашей стране установлены для 170 веществ, выбрасываемых в атмосферу. Наряду с ПДК устанавливается предельно допустимый выброс (ПДВ) вредного вещества в атмосферу отдельными источниками. При ПДВ того или иного загрязнителя его концентрация в приземном слое воздуха не должна превышать ПДК.

Нормирование основных загрязнителей атмосферы и методы борьбы с ними приведено в таблице.

7. ВЛИЯНИЕ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ НА ОРГАНИЗМ

Чувствительность населения к действию загрязнения атмосферы зависит от большого числа факторов, в том числе от возраста, пола, общего состояния здоровья, питания, температуры и влажности и т.д. Лица пожилого возраста, дети, больные, являются более уязвимыми.

Общая схема реакции организма на воздействие загрязнителей ОС по данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) имеет следующий вид

Рис. 3. Реакция организма на воздействие загрязнителей воздуха:

(1) - смертность; (2) - заболеваемость;

(З) - физиологические признаки заболевания;

(4) - сдвиги жизнедеятельности организма неизвестного назначения;

(5) - накопление загрязнений в органах и тканях.

Дыхательная система человека имеет ряд механизмов, помогающие защитить организм от воздействия загрязнителей воздуха. Волоски в носу отфильтровывают крупные частицы. Слизистая оболочка дыхательных путей захватывает мелкие частицы и растворяет некоторые газовые загрязнители. Механизм чихания и кашля удаляет загрязненный воздух и слизь. Тонкие частицы представляют наибольшую опасность для здоровья человека, так как способны пройти через естественную защитную оболочку в легкие. 14

Взвешенные частицы — это частицы пыли размером от 0, 01 до 100 мкм.

Частицы > 100 мкм безвредны, поскольку быстро осаждаются либо на поверхности земли, любо в верхних дыхательных путях. Частицы < 5 мкм попадают глубоко в легкие.

По химическому составу и свойствам, а также характеру воздействия на организм человека загрязняющие вещества объединяют в несколько групп:

1. Нетоксичные вещества — азот, кислород, водяной пар и углекислый газ. В этой группе заслуживает внимание углекислый газ (СО2), содержание которого в отработанных газах в настоящее время не нормируется, однако, вопрос об этом ставится в связи с особой ролью этого газа в парниковом эффекте.

2. Угарный газ (СО). Этот газ является продуктом неполного сгорания топлива и обладает выраженным отравляющим действием. Он способен вступать в реакцию с гемоглобином крови, в результате чего образуется соединение, не способное связывать кислород. Вследствие этого нарушается газообмен в организме, развивается кислородное голодание, приводящие к нарушению функционирования всех систем организма.

З. Оксиды азота — монооксид (ИО) и диоксид (42) для организма человека эти газы опасны тем, что раздражают слизистые оболочки и поражают ткань легких. При контакте с влажной поверхностью образуются азотная и азотистая кислоты. При высоких концентрациях возникают астматические явления, отек легких. Считается, что токсичность 1Ю больше в 10 раз, чем СО. Оксиды азота тяжелее воздуха, поэтому собираются в углублениях и понижениях.

4. В эту группу входят разнообразные углеводороды: парафиновые, нафтеновые и ароматические (С₆Н_б). Углеводороды имеют неприятный запах, токсичны и оказывают неблагоприятное воздействие на сердечно-сосудистую систему человека. Они обладают выраженными канцерогенными свойствами (канцерогены — вещества, способствующие возникновению и развитию злокачественных новообразований). Особой канцерогенной активностью отличается ароматический углеводород бенз-а-пирен. Углеводороды под действием ультрафиолетового излучения вступают в реакцию с оксидами азота, в результате образуются новые токсичные продукты — фотооксиданты, являющиеся основой «смога» (фотохимический туман). Фотооксиданты биологически активны, оказывают вредное воздействие на живые организмы, разрушают резиновые изделия, ускоряют коррозию металла.

5. Альдегиды, в основном формальдегид и уксусный альдегид. Эти вещества придают характерный запах выхлопным газам и токсичны для живых организмов. Образуются на режимах холостого хода. действие формальдегида характеризуется раздражающим эффектом по отношению к нервной системе. Он поражает внутренние органы и инактивирует ферменты, нарушает обменные процессы.

6. Сажа и другие дисперсные частицы (продукты износа двигателей, аэрозоли, масла, нагар и др.) создают дымный шлейф и оказывают негативное воздействие на организм за счет способности адсорбировать на поверхности бенз-а-пирена.

7. Сернистые соединения — сернистый ангидрид, сероводород (Н2$). Эти соединения в большей степени присутствуют в дизельном топливе. Губительно действуют на растительный мир. Приводят к нарушению углеводного и белкового обмена, при высоких концентрациях — к отравлению. Сернистый ангидрид оказывает пагубное влияние на слизистую оболочку верхних дыхательных путей.

8. Свинец и его соединения встречаются в отработанных газах карбюраторных автомобилей при использовании этилированного бензина, имеющего в своем составе присадку (тетраэтилсвинец), повышающую октановое число. Вместе с отработанными газами свинец выбрасывается в окружающую среду и оседает вблизи дорог. Накопление свинца в придорожной полосе приводит к загрязнению экосистем и делает близлежащие почвы не пригодными для сельскохозяйственного использования. Оксиды свинца накапливаются в организме человека, попадая в него через животную и растительную пищу. Свинец и его соединения относятся к классу высокотоксичных веществ, способных причинить ощутимый вред здоровью человека. Свинец влияет на нервную систему, вызывает изменения физической активности, координации, слуха, воздействует на сердечно-сосудистую систему, приводя к заболеваниям сердца.