Как обезопасить атмосферный воздух от загрязнений. Экология и здоровье: как защитить себя от воздействия вредных примесей в воздухе? Основные факторы загрязнений столичного воздуха: что, где, когда

Защита атмосферы

В целях защиты атмосферы от загрязнения применяют следующие экозащитные мероприятия:

– экологизация технологических процессов;

– очистка газовых выбросов от вредных примесей;

– рассеивание газовых выбросов в атмосфере;

– соблюдение нормативов допустимых выбросов вредных веществ;

– устройство санитарно-защитных зон, архитектурно-планировочные решения и др.

Экологизация технологических процессов – это в первую очередь создание замкнутых технологических циклов, безотходных и малоотходных технологий, исключающих попадание в атмосферу вредных загрязняющих веществ. Кроме того необходима предварительная очистка топлива или замена его более экологичными видами, применение гидрообеспыливания, рециркуляция газов, перевод различных агрегатов на электроэнергию и др.

Актуальнейшая задача современности – снижение загрязнения атмосферного воздуха отработанными газами автомобилей. В настоящее время ведется активный поиск альтернативного, более «экологически чистого» топлива, чем бензин. Продолжаются разработки двигателей автомобилей, работающих на электроэнергии, солнечной энергии, спирте, водороде и др.

Очистка газовых выбросов от вредных примесей. Нынешний уровень технологий не позволяет добиться полного предотвращения поступления вредных примесей в атмосферу с газовыми выбросами. Поэтому повсеместно используются различные методы очистки отходящих газов от аэрозолей (пыли) и токсичных газо- и парообразных примесей (NО, NО2, SO2, SO3 и др.).

Для очистки выбросов от аэрозолей применяют различные типы устройств в зависимости от степени запыленности воздуха, размеров твердых частиц и требуемого уровня очистки: сухие пылеуловители (циклоны, пылеосадительные камеры), мокрые пылеуловители (скрубберы и др.), фильтры, электрофильтры (каталитические, абсорбционные, адсорбционные) и другие методы для очистки газов от токсичных газо- и парообразных примесей.

Рассеивание газовых примесей в атмосфере – это снижение их опасных концентраций до уровня соответствующего ПДК путем рассеивания пылегазовых выбросов с помощью высоких дымовых труб. Чем выше труба, тем больше ее рассеивающий эффект. К сожалению, этот метод позволяет снизить локальное загрязнение, но при этом проявляется региональное.

Устройство санитарно-защитных зон и архитекгурно-планировочные мероприятия.

Санитарно-защитная зона (СЗЗ) – это полоса, отделяющая источники промышленного загрязнения от жилых или общественных зданий для защиты населения от влияния вредных факторов производства. Ширина этих зон составляет от 50 до 1000 м в зависимости от класса производства, степени вредности и количества выделяемых в атмосферу веществ. При этом граждане, чье жилище оказалось в пределах СЗЗ, защищая свое конституционное право на благоприятную среду, могут требовать либо прекращения экологически опасной деятельности предприятия, либо переселения за счет предприятия за пределы СЗЗ.

ЛЕКЦИЯ 14.

МЕРЫ И СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ

План лекции:

Основные способы защиты атмосферы от промышленных загрязнений.

Очистка технологических и вентиляционных выбросов. Очистка отходящих газов от аэрозолей.

1. Основные способы защиты атмосферы от промышленных загрязнений.

Защита окружающей среды  это комплексная проблема, требующая усилий учёных и инженеров многих специальностей. Наиболее активной формой защиты окружающей среды является:

Создание безотходных и малоотходных технологий;

Совершенствование технологических процессов и разработка нового оборудования с меньшим уровнем выбросов примесей и отходов в окружающую среду;

Экологическая экспертиза всех видов производств и промыш­ленной продукции;

Замена токсичных отходов на нетоксичные;

Замена неутилизируемых отходов на утилизированные;

Широкое применение дополнительных методов и средств защиты окружающей среды.

В качестве дополнительных средств защиты окружающей среды применяют:

аппараты и системы для очистки газовых выбросов от приме­сей;

вынесение промышленных предприятий из крупных городов в малонаселённые районы с непригодными и малопригодными для сельско­го хозяйства землями;

оптимальное расположение промышленных предприятий с учётом топографии местности и розы ветров;

установление санитарно-защитных зон вокруг промышленных предприятий;

рациональную планировку городской застройки обеспечивающую оптимальные условия для человека и растений;

организацию движения транспорта с целью уменьшения выброса токсичных веществ в зонах жилой застройки;

организацию контроля за качеством окружающей среды.

Площадки для строительства промышленных предприятий и жилых массивов должны выбираться с учётом аэроклиматической характерис­тики и рельефа местности.

Промышленный объект должен быть расположен на ровном возвы­шенном месте, хорошо продуваемом ветрами.

Площадка жилой застройки не должна быть выше площадки предп­риятия, в противном случае преимущество высоких труб для рассеива­ния промышленных выбросов практически сводится на нет.

Взаимное расположение предприятий и населённых пунктов опре­деляется по средней розе ветров тёплого периода года. Промышленные объекты, являющиеся источниками выбросов вредных веществ в атмос­феру, располагаются за чертой населённых пунктов и с подветренной стороны от жилых массивов.

Требованиями "Санитарных норм проектирования промышленных предприятий СН  245  71" предусмотрено, что объекты, являющиеся ис­точниками выделения вредных и неприятно пахнущих веществ, следует отделить от жилой застройки санитарно-защитными зонами. Размеры этих зон устанавливают в зависимости от:

мощности предприятия;

условий осуществления технологического процесса;

характера и количества выделяемых в окружающую среду вред­ных и неприятно пахнущих веществ.

Установлено пять размеров санитарно-защитных зон: для предприятий I класса  1000м, II класса  500 м, III класса  300 м, IV класса  100м, V класса  50м.

Машиностроительные предприятия по степени воздействия на ок­ружающую среду в основном относятся к IV и V классам.

Санитарно-защитная зона может быть увеличена, но не более чем в три раза по решению Главного санитарно-эпидемиологического управления Минздрава России и Госстроя России при наличии небла­гоприятных аэрологических условий для рассеивания производственных выбросов в атмосфере или при отсутствии или недостаточной эффективности очистных сооружений.

Размеры санитарно-защитной зоны могут быть уменьшены при из­менении технологии, совершенствовании технологического процесса и внедрении высокоэффективных и надёжных очистных устройств.

Санитарно-защитную зону запрещается использовать для расши­рения промышленной площадки.

Разрешается размещать объекты более низкого класса вредноcти, чем основное производство, пожарное депо, гаражи, склады, ад­министративные здания, научно-исследовательские лаборатории, сто­янки транспорта и т.д.

Санитарно-защитная зона должна быть благоустроена и озелене­на газоустойчивыми породами деревьев и кустарников. Со стороны жи­лого массива ширина зелёных насаждений должна быть не менее 50 м, а при ширине зоны до 100 м  20 м.

2. Очистка технологических и вентиляционных выбросов. Очистка отходящих газов от аэрозолей.

Процесс очистки газов от твёрдых и капельных примесей в раз­личных аппаратах характеризуется несколькими параметрами, в том числе общей эффективностью очистки:

Если очистка ведётся в системе последовательно соединённых аппаратов, то эффективность очистки:

 = 1  (1   1)(1   2)…(1   n).

Э
ффективность фракционной очистки:

Д
ля оценки эффективности процесса используют коэффициент проскока К частиц через фильтр:

Удельная пылеёмкость пылеуловителя:

Количество пыли, которое удерживается им за период непрерыв­ной работы между двумя очередными регенерациями. Удельную пылеём­кость используют в расчётах продолжительности работы фильтра между регенерациями.

Эффективность пылеулавливания зависит от физико-химических свойств пылей и туманов:

дисперсного состава;

плотности;

адгеэионных свойств;

смачиваемости;

электрической заряженности частиц;

удельного сопротивления слоев частиц.

Для правильного выбора пылеулавливающего аппарата необходимы прежде всего сведения о дисперсном составе пылей и туманов.

По дисперсности пыли классифицированы на пять групп:

I  очень крупно-дисперсная пыль, d 50 > 140 мкм.

II  крупно-дисперсная пыль, d 50 = 40-140 мкм.

III  среднекрупная пыль, d 50 = 10-40 мкм.

IV  мелкодисперсная пыль, d 50 = 1-10 мкм.

V  очень мелкодисперсная пыль, d 50 < 1 мкм.

Адгезионные свойства  склонность частиц пыли к слипаемости. Чем мельче пыль, тем выше её слипаемость.

Смачиваемость частиц жидкостью (водой) влияет на работу мокрых пылеуловителей.

Очистка газов в сухих пылеуловителях.

К сухим механическим пылеуловителям относятся аппараты, в которых использованы различные механизмы осаждения: гравитацион­ные, инерционные и центробежные.

Аппараты, использующие эти принципы, просты в изготовлении и эксплуатации, их достаточно широко используют в промышленности. Од­нако эффективность улавливания в них не всегда оказывается доста­точной, в связи с чем они часто выполняют роль аппаратов предвари­тельной очистки газов.

Циклоны . Циклонные аппараты наиболее распространены в промышленности.

Достоинства:

а) отсутствие движущихся частей в аппарате;

б) надёжность работы при t до 500°С;

в) возможность улавливания абразивных частиц при защите внутренних частей специальными покрытиями;

г) улавливание пыли в сухом виде;

д) успешная работа при высоких давлениях газа;

е) простота изготовления;

з) сохранение высокой эффективности очистки при увеличении запылённости газа.

Недостатки:

а) высокое гидравлическое сопротивление;

б) плохое улавливание частиц размером менее 5 мкм;

в) невозможность использовать для очистки газов от липких загрязнений.

Вихревые пылеуловители . Основным отличием вихревых пылеулови­телей от циклонов является наличие вспомогательного закручивающего газового потока. Отличительная особенность ВПУ  эффективность очистки газа от тончайших фракций (< 3-5 мкм).

Очистка газов в фильтрах.

Фильтры широко используют для тонкой очистки газовых выбро­сов от аэрозолей. В основе работы пористых фильтров всех видов ле­жит процесс фильтрации газа через пористую перегородку, в ходе ко­торого твёрдые частицы задерживаются, а газ проходит полностью че­рез неё. Фильтрующие перегородки весьма разнообразны по своей структуре и условно подразделяются на следующие типы:

гибкие пористые перегородки  тканевые материалы из при­родных, синтетических или минеральных волокон; нетканые волокнис­тые материалы (войлоки, клееные и иглопробивные материалы, бумага, картон, волокнистые листы); ячеечные листы (губчатая резина, пено-полиуретан, мембранные фильтры);

полужесткие пористые перегородки  слой волокон, стружка, вязаные сетки, расположенные на опорных устройствах или зажатые между ними;

жесткие пористые перегородки  зернистые материалы (порис­тая керамика или пластмасса, спеченные или спрессованные порошки ме­таллов, пористые стекла, углеграфитовые материалы); металлические сетки и перфорированные листы.

В зависимости от назначения и величины входной и выходной концентрации фильтры делятся:

Фильтры тонкой очистки  предназначены для улавливания с очень высокой эффективностью (>99) субмикронных частиц из про­мышленных газов (с С<1 мг/м 3) и скоростью фильтрования <100 м/с. Применяются для улавливания токсичных частиц. Эти фильтры не под­вергаются регенерации.

Воздушные фильтры  используют в системах приточной венти­ляции и конденсирования воздуха. Работают при С<50 мг/м 3 , при V=2,5-3,0 м/с; они могут быть регенерируемыми или нерегенерируемы­ми.

Промышленные фильтры (тканевые, зернистые, грубоволокнистые) применяются для очистки промышленных газов концентрацией до 60 г/м 3 . Фильтры регенерируются.

Тканевые фильтры . Эти фильтры имеют наибольшее распростране­ние. Возможности их использования расширяются в связи с созданием новых температуростойких и устойчивых к воздействию агрессивных газов тканей. Наибольшее распространение имеют рукавные фильтры.

Волокнистые фильтры тонкой очистки используются в атомной энергетике, радиоэлектронике, точном приборостроении, промышленной микробиологии и других отраслях. Фильтры позволяют очищать большие объёмы газов от твёрдых частиц всех размеров, включая субмикронные. Их широко используют для очистки радиоактивных аэрозолей. Для очистки на 99% (для частиц 0,05-0,5 мкм) применяют материалы в виде тонких листов или объёмных слоев из тонких или ультратонких волокон (d < 2 мкм). Скорость фильтрации 0,01-0,15 м/с.

В России широко применяют фильтрующие материалы типа ФП (фильтры Петрянова) из полимерных нитей. В качестве полимера ис­пользуют перхлорвинил (ФПП) и диацетатцеллюлозу (ФПА).

Двухступенчатые или комбинированные фильтры. В одном корпусе фильтры грубой очистки из слоя лавсановых нитей d = 100 мкм и фильтры тонкой очистки из материала ФП.

Зернистые фильтры. Различают насадочные и жёсткие зернистые фильтры.

Насадочные (насыпные) фильтры. В насыпных фильтрах в качес­тве насадки используется песок, галька, шлак, дроблёные горные по­роды, древесные опилки, кокс, крошка резины, пластмассы, графит. Фильтры имеют насадку с размером зерна 0,2-2 мм.

Зернистые жёсткие фильтры. В этих фильтрах зёрна прочно свя­заны друг с другом в результате спекания, прессования или склеива­ния и образуют прочную неподвижную систему. К ним относится порис­тая керамика, пористые металлы, пористые пластмассы. Эти фильтры используются для очистки сжатых газов.

Очистка газов в мокрых пылеуловителях.

Мокрые фильтры имеют ряд достоинств и недостатков перед дру­гими аппаратами.

Достоинства:

а) небольшая стоимость и более высокая эффективность улавли­вания взвешенных частиц;

б) возможность использования для очистки газов от частиц до 0,1 мкм;

в) возможность очистки газов при высокой температуре и по­вышенной влажности, а также при опасности возгорания и взрывов очищенных газов и уловленной пыли;

г) возможность наряду с пылями улавливать парообразные и га­зообразные компоненты.

Недостатки:

а) выделение уловленной пыли в виде шлама, что связано с не­обходимостью обработки сточных вод, что удорожает процесс;

б) возможность уноса капель жидкости и осаждения их с пылью в газоходах и дымососах;

в) в случае очистки агрессивных газов необходимость защищать аппаратуру и коммуникации антикоррозионными материалами.

В мокрых пылеуловителях в качестве орошающей жидкости чаще всего используют воду. В зависимости от поверхности контакта или по способу действия их подразделяют на 7 видов:

полые газопромыватели;

насадочные скрубберы;

тарельчатые (барботажные, пенные) скрубберы;

скрубберы с подвижной насадкой;

газопромыватели ударно-инерционного действия;

скрубберы центробежного действия;

механические газопромыватели.

Полые газопромыватели. Они наиболее распространены. По нап­равлению движения газа и жидкости подразделяются на противоточные, прямоточные и с поперечным подводом жидкости. При работе без каплеуловителей V=0,6-l,2 м/с; с каплеуловителей  5-8 м/с. Обеспечи­вается высокая очистка для частиц пыли размером 10 мкм и малоэф­фективны при d ч <5 мкм.

Насадочные газопромыватели. Их используют для улавливания хорошо смачиваемой пыли, но при невысокой её концентрации. Из-за частой забивки такие промыватели используются мало. Расход жидкос­ти 0,15-0,5 л/м 3 газа, эффективность при улавливании частиц >2 мкм превышает 90 %.

Газопромыватели с подвижной насадкой . Они имеют большое распространение в пылеулавливании. В качестве насадки используют шары из полимерных материалов, стекла или пористой резины. Плотность шаров насадки не должна превышать плотности жидкости.

Для обеспечения высокой степени пылеулавливания рекоменду­ются следующие параметры процесса: W=5-6 м/с; удельное орошение  0,5-0,7 л/м 3 ; свободное сечение тарелки  0,4 м 2 /м 2 при ширине ще­ли 4-6 мм. Размер шаров 20-40 мм.

Скрубберы конической формы с подвижной шаровой насадкой. Два типа  форсуночный и эжекционный. В аппаратах применяются полиэти­леновые шары  35-40 мм с насыпной плотностью 110-120 кг/м 3 . Высота слоя шаров составляет 650 мм, W г.вх. = 6-10 м/с, W г.вых. = 1-2 м/с, H K = 1 м,  = 10-б0°, Q = от 3000 до 40000 м 3 /ч.

Тарельчатые газопромыватели (барботажные, пенные) . Наиболее распространены пенные аппараты с провальными тарелками или тарел­ками с переливом. Тарелки с переливом имеют отверстия  3-8 мм и свободное сечение 0,15-0,25 м 2 /м 2 .

Провальные тарелки могут быть дырчатыми, щелевыми, трубчаты­ми, колосниковыми. Дырчатые тарелки имеют отверстия  4-8 мм. Ши­рина щелей у других конструкций равна 4-5 мм. Свободное сечение 0,2-0,3 м 2 /м 2 . Пыль улавливается пенным слоем, который образуется при взаимодействии газа и жидкости. Современные барботажно-пенные аппараты обеспечивают эффективность очистки газа от мелкодисперсной пыли 0,95-0,96 при удельных расходах воды 0,4-0,5 л/м 3 .

Газопромыватели ударно-инерционного действия. В этих аппара­тах контакт газов с жидкостью осуществляется за счёт удара газово­го потока о поверхность жидкости. В результате такого взаимодейс­твия образуются капли  300-400 мкм. Скорость газа составляет 35-55 м/с, удельный расход жидкости 0,13 л/м 3 .

Газопромыватели центробежного действия. По конструктивному признаку их подразделяют на 2 вида:

аппараты, в которых закрутка газового потока происходит при помощи центрального лопастного закручивающего устройства;

аппараты с боковым тангенциальным подводом газа.

Большинство отечественных центробежных скрубберов имеют тан­генциальный подвод газов и плёночное орошение. Такие аппараты используют для очистки любых видов нецементирующей пыли.

Для очистки дымовых газов от золы применяют центробежный скруббер ЦС-ВТИ. Удельный расход воды составляет 0,09-0,18 л/м 3 .

Скоростные газопромыватели (скрубберы Вентури ) . Основной частью аппарата является труба-распылитель, в которой обеспечивается интенсивное дробление орошающей жидкости газовым потоком, движущимся со скоростью 40-150 м/с. Имеется каплеуловитель.

Эффективность очистки 0,96-0,98 для частиц со средним разме­ром 1-2 мкм при начальной концентрации пыли до 100 г/м 3 . Удельный расход воды 0,1-6,0 л/м 3 . Производительность по газу до 85000 м 3 /ч. Скруббера Вентури широко используются в системах очистки газов от туманов. Эффективность очистки воздуха от тумана со средним разме­ром частиц 0,3 мкм достигает 0,999, что вполне сравнивается с высокоэффективными фильтрами.

Туманоуловители . Для очистки воздуха от туманов кислот, ще­лочей, масел и других жидкостей используют волокнистые фильтры, принцип действия, которых основан на осаждении капель на поверх­ности пор с последующим отеканием жидкости под действием сил тя­жести.

Туманоуловители делят на низкоскоростные (W ф 0,15 м/с) и вы­сокоскоростные (W ф =2-2,5 м/с), где осаждение происходит под дейс­твием инерционных сил.

Волокнистые низкоскоростные туманоуловители обеспечивают вы­сокую эффективность (до 0,999) очистки газа от частиц размером менее 3 мкм и полностью улавливают частицы большего размера. Волокнистые слои формируются набивкой стекловолокна диаметром от 7 до 30 мкм или полимерных волокон (лавсан, полипропилен) диаметром от 12 до 40 мкм. Толщина слоя составляет 5-15 мм. Гидравлическое соп­ротивление сухих фильтроэлементов составляет 200-1000 Па.

Высокоскоростные туманоуловители имеют меньшие габаритные размеры и обеспечивают эффективность очистки, равную 0,9-0,98 при Р = 1500-2000 Па, от тумана с частицами менее 3 мкм. В качестве фильтрующей набивки используют войлоки из полипропиленовых воло­кон, которые успешно работают в среде разбавленных и концентриро­ванных кислот (H 2 SO 4 , HCl, HF, Н 3 PO 4 , НNО 3) и сильных щелочей.

Для очистки аспирационного воздуха ванн хромирования, содер­жащего туман и брызги хромовой и серной кислот, применяют волокни­стые фильтры типа ФВГ-Т. В корпусе размещена кассета с фильтрующим материалом  иглопробивным войлоком (ТУ 17-14-77-79), состоящим из волокон  70 мкм, толщиной слоя 4-5 мм. Гидравлическое сопротивле­ние 0,15-0,5 кПа, Q = 3500-80000 м 3 /ч, эффективность очистки 0,96-0,99, t90°C.

Очистка газов в электрофильтрах. В электрофильтрах очистка газов от пыли происходит под действием электрических сил.

Наиболее распространены электрофильтры с пластинчатыми и трубчатыми электродами. В пластинчатых электрофильтрах между осадительными пластинчатыми электродами натянуты проволочные коронирующие. В трубчатых электрофильтрах осадительные электроды предс­тавляют собой цилиндры (трубки), внутри которых по оси расположены коронирующие электроды.

Электрофильтры очищают большие объёмы газов от пыли с части­цами размером от 0,01 до 100 мкм при t=450 °С, P = 150 Па. Удельные затраты электроэнергии составляют 0,36-1,8 МДж на 1000 м 3 газа. Эффективность 0,999.

Очистка технологических и вентиляционных выбросов от газо- и парообразных загрязнителей

Процессы очистки и обезвреживания технологических и вентиля­ционных выбросов машиностроительных предприятий от газо- и парооб­разных примесей характеризуется тем, что, во-первых, газы, выбрасы­ваемые в атмосферу, весьма разнообразны по химическому составу; во-вторых, они подчас имеют высокую температуру и содержат большое количество пыли, что существенно затрудняет процесс газоочистки и требует предварительной подготовки отходящих газов; в-третьих кон­центрация газообразных и парообразных примесей чаще в вентиляцион­ных и реже в технологических выбросах обычно переменна и низка.

Создаваемые в промышленности газоочистные установки позволя­ют обезвреживать технологические и вентиляционные выбросы без или с последующей утилизацией уловленных примесей. Аппараты с выделе­нием продукта в концентрированном виде и дальнейшим его использо­ванием в производственном цикле наиболее перспективны. Производст­во таких установок  важнейший этап в разработке малоотходной и безотходной технологии.

Методы очистки промышленных выбросов от газообразных загрязнителей по характеру протекания физико-химических процессов делят на пять групп:

физическая абсорбция;

хемосорбция;

поглощение газообразных примесей твёрдыми сорбентами (адсорбция);

термическая нейтрализация отходящих газов;

каталитическая очистка отходящих газов.

Метод абсорбции. В технике очистки газовых выбросов процесс абсорбции часто называют скрубберным процессом. Очистка газовых выбросов методом абсорбции заключается в разделении газовоздушной смеси на составные части путём поглощения одного или нескольких газовых компонентов (абсорбатов) этой смеси жидкими поглотителями (абсорбентами) с образованием растворов.

Движущей силой здесь является градиент концентрации на границе раздела фаз газ - жидкость. Растворённый в жидкости компонент газовоздушной смеси (абсорбат) благодаря диффузии проникает во вну­тренние слои абсорбента. Процесс очистки протекает тем быстрее, чем больше поверхность раздела фаз, турбулентность потоков и коэффи­циенты диффузии. Поэтому в процессе проектирования абсорберов осо­бое внимание следует уделять организации контакта газового потока с жидким растворителем и выбору поглощающей жидкости (абсорбента).

Решающим условием при выборе абсорбента является растворимость в нём извлекаемого компонента и её зависимость от температу­ры и давления.

В качестве абсорбента при физической абсорбции используют воду (для поглощения таких газов как NН 3 , НС1, НF и др.). В некото­рых специальных случаях в качестве абсорбента используют высококипящие органические растворители для улавливания ароматических уг­леводородов, которые плохо растворяются в воде.

Организация контакта газового потока абсорбентом осуществля­ется либо пропусканием газа через насадочную колонну, либо распы­лением жидкости, либо барботажем газа через слой абсорбента.

В зависимости от реализуемого способа контакта газ-жидкость различают:

а) насадочные колонны;

б) полые распыливающие колонны;

в) скрубберы Вентури;

г) барботажные тарельчатые колонны.

В качестве насадки используют геометрические тела различной формы, каждая из которых характеризуется собственной удельной по­верхностью и сопротивлением движению потока газа (кольца Рашига, сёдла Берля, кольца Палля, сёдла Инталокс). Материал: керамика, фарфор, пластмассы, металл.

Метод хемосорбции. Основан на поглощении газов и паров жид­кими поглотителями с образованием малолетучих или малорастворимых химических соединений. Поглотительная способность хемосорбента почти не зависит от давления, поэтому хемосорбция более выгодна при небольшой концентрации вредных примесей в отходящих газах. Большинство реакций, протекающих в процессе хемосорбции, являются экзотермическими и обратимыми, поэтому при повышении температуры раствора образующиеся химические соединения разлагаются с выделе­нием исходных элементов. На этом принципе основан механизм десорб­ции хемосорбента.

Примером хемосорбции может служить очистка газовоздушной смеси от сероводорода и диоксида углерода с применением мышьяково-щелочного, этаноламинового и других растворов.

Хемосорбция  один из распространенных способов очистки от­ходящих газов от окислов азота. Для очистки газов от окислов азо­та, выделяющихся из ванн травления, используется скруббер Вентури с форсуночным орошением газов раствором извести. Газы травильных ванн, содержащие оксиды азота, пары серной, соляной и плавиковой кислот, направляются в скруббер, где они контактируют с раствором извести и нейтрализуются. Эффективность очистки от оксидов азота 0,17-0,86 и от паров кислот  0,95.

Для очистки отходящих газов от оксида углерода используют медно-аммиачные растворы.

Метод адсорбции основан на физических свойствах некоторых твердых тел с развитой поверхностью пор селективно извлекать и концентрировать на своей поверхности отдельные компоненты из газо­вой смеси.

Адсорбция подразделяется на физическую и хемосорбцию. При физической адсорбции молекулы газа адсорбируются на поверхности твердого тела под действием межмолекулярных сил притяжения. Преи­мущество физической адсорбции  обратимость процесса.

В основе хемосорбции лежит химическое взаимодействие между адсорбентом и адсорбируемым веществом. Процесс хемосорбции как правило необратим.

В качестве адсорбентов или поглотителей применяют вещества, имеющие большую площадь поверхности на единицу массы. В качестве адсорбентов используют активированный уголь, а также простые и комплексные оксиды (активированный глинозем, силикагель, активиро­ванный оксид алюминия, синтетические цеолиты или молекулярные сита). Одним из основных параметров при выборе адсорбента является адсорбционная способность по извлекаемому компоненту.

Конструктивно аппараты для проведения процесса адсорбции (адсорбера) выполняются в виде вертикальных, горизонтальных, либо кольцевых емкостей, заполненных пористым адсорбентом, через кото­рый фильтруется поток очищаемого газа.

Адсорбцию широко используют при очистке газовых выбросов от паров органических растворителей для удаления ядовитых компонентов (сероводород) из газовых потоков, выбрасываемых в атмосферу, для удаления радиоактивных газов при эксплуатации ядерных реакторов, в частности, радиоактивного йода, и в других процессах очистки воз­ духа от вредных примесей.

Термическая нейтрализация. Метод основан на способности горючих токсичных компонентов (газы, пары и сильно пахнущие вещест­ва) окисляться до менее токсичных при наличии свободного кислорода и высокой температуры газовой смеси. Этот метод применяется в тех случаях, когда объемы выбросов велики, а концентрации загрязняющих веществ превышают 300 млн -1 .

Методы термической нейтрализации вредных примесей во многих случаях имеют преимущества перед абсорбцией и адсорбцией:

а) отсутствие шламового хозяйства;

б) небольшие габариты очистных установок;

Воздух – природная смесь газов

При слове «воздух» большинству из нас невольно приходит на ум, быть может, несколько наивное сопоставление: воздух – это то, чем дышат. Действительно, в этимологическом словаре русского языка указывается, что слово «воздух» заимствовано из церковно-славянского языка: «воздыхать». С точки зрения биологической, воздух, следовательно, является средой для поддержания жизни за счет кислорода. В составе воздуха могло бы и не быть кислорода – жизнь все равно развивалась бы в анаэробных формах. Но полное отсутствие воздуха, по-видимому, исключает, возможность существования каких бы то ни было организмов.

Для физиков воздух – прежде всего земная атмосфера и газовая оболочка, окружающая землю.

А что же представляет сам воздух с точки зрения химии?

Много сил, труда и терпения потребовалось ученым, чтобы раскрыть эту загадку природы, что воздух – не самостоятельное вещество, как считалось еще более 200 лет тому назад, а представляет сложную смесь газов. Впервые высказался о сложном составе воздуха ученый – художник Леонардо да Винчи (XV век).

Около 4 миллиардов лет назад атмосфера Земли состояла в основном из углекислого газа. Постепенно он растворялся в воде, реагировал с горными породами, образуя карбонаты и гидрокарбонаты кальция и магния. С появлением зеленых растений этот процесс стал протекать гораздо быстрее. К моменту появления человека углекислый газ, так необходимый растениям уже стал дефицитом. Его концентрация в воздухе до начала промышленной революции составляла всего 0,029%. В течение 1,5 млд лет содержание кислорода постепенно увеличивалось.

Химический состав воздуха

Составные части
	По объёму	По массе
Азот (N 2)	78,09	75,50
Кислород (О 2)	20,95	23,10
Благородные газы (He , Ne , Ar , Kr , Xe , Rn , в основном аргон)	0,94
Оксид углерода (IV ) – углекислый газ	0,03	0,046

Впервые установил количественный состав воздухафранцузский ученый Антуан Лоран Лавуазье. По результатам своего известного 12-дневного опыта он сделал вывод, что весь воздух в целом состоит из кислорода, пригодного для дыхания и горения, и азота, неживого газа, в пропорциях 1/5 и 4/5 объема соответственно. Он нагревал металлическую ртуть в реторте на жаровне в течение 12 суток. Конец реторты был подведён под колокол, поставленный в сосуд с ртутью. В результате уровень ртути в колоколе поднялся примерно на 1/5. На поверхности ртути в реторте образовалось вещество оранжевого цвета – оксид ртути. Оставшийся под колоколом газ был непригоден для дыхания. Ученый предложил «жизненный воздух» переименовать в «кислород», поскольку при сгорании в кислороде большинство веществ превращается в кислоты, а «удушливый воздух» – в «азот», т.к. он не поддерживает жизнь, вредит жизни.

Опыт Лавуазье

Качественный состав воздуха можно доказать следующим опытом

Основным из составляющих воздуха для нас является кислород, его в воздухе 21% по объему. Разбавлен кислород большим количеством азота – 78% от объема воздуха и сравнительно маленьким объёмом благородных инертных газов – их около 1%. Входят в состав воздуха также переменные составляющие – оксид углерода (IV) или углекислый газ и водяной пар, количество которых зависит от различных причин. Эти вещества попадают в атмосферу естественным путем. При извержении вулканов в атмосферу попадают сернистый газ, сероводород и элементарная сера. Пылевые бури способствуют появлению в воздухе пыли. Оксиды азота попадают в атмосферу и при грозовых электрических разрядах, во время которых азот и кислород воздуха реагируют друг с другом, или в результате деятельности почвенных бактерий, способных высвобождать оксиды азота из нитратов; способствуют этому и лесные пожары и горение торфяников. Процессы разрушения органических веществ сопровождаются образованием различных газообразных соединений серы. Вода в составе воздуха определяет его влажность. У остальных веществ роль отрицательная: они загрязняют атмосферу. Например, углекислого газа много в воздухе городов, лишенных зелени, водяного пара – над поверхностью океанов и морей. В воздухе содержится небольшое количество оксида серы (IV) или сернистого газа, аммиака, метана, оксида азота (I) или закиси азота, водорода. Особенно насыщен ими воздух вблизи промышленных предприятий, газо-нефтяных месторождений или вулканов. В верхних слоях атмосферы существует еще один газ – озон. Летает в воздухе и разнообразная пыль, которую мы можем легко заметить, глядя сбоку на тонкий луч света, попадающий из-за шторы в затемненную комнату.

Постоянные составляющие газы воздуха:

· Кислород

· Азот

· Инертные газы

Переменные составляющие газы воздуха:

· Оксид углерода (IV)

· Озон

· Другие

Вывод.

1. Воздух – природная смесь газообразных веществ, в которой каждое вещество имеет и сохраняет свои физические и химические свойства, поэтому воздух можно разделить.

2. Воздух – это бесцветный газообразный раствор, плотность – 1,293г/л, при температур -190 0 С он переходит в жидкое состояние. Жидкий воздух представляет голубоватую жидкость.

3. Живые организмы тесно связаны с веществами воздуха, которые оказывают определенное воздействие на них. И в то же время живые организмы влияют на него, так как выполняют определенные функции: окислительно-восстановительную – окисляют, например углеводы до углекислого газа и восстанавливают его до углеводов; газовую – поглощают и выделяют газы.

Таким образом, живые организмы создали в прошлом и поддерживают миллионы лет атмосферу нашей планеты.

Загрязнение атмосферы - привнесение в атмосферный воздух новых нехарактерных для него физических, химических и биологических веществ или изменение естественной среднемноголетней концентрации этих веществ в нём.

В процессе фотосинтеза из атмосферы удаляется углекислый газ, а в процессах дыхания и гниения возвращается. Установившееся в ходе эволюции планеты равновесие между этими двумя газами стало нарушаться, особенно во второй половине XX в., когда стало усиливаться влияние человека на природу. Пока природа справляется с нарушениями этого равновесия благодаря воде океана и его водорослям. Но надолго ли хватит сил у природы?

Схема. Загрязнение атмосферы

Основные загрязнители атмосферного воздуха в России

Количество машин непрерывно растет, особенно в крупных городах, соответственно, растет выброс в воздух вредных веществ. «На совести» автомобилей 60% выбросов вредных веществ в городе!
Предприятия теплоэнергетики России выбрасывают в атмосферу до 30% загрязнителей, а еще 30% – вклад промышленности (черная и цветная металлургия, нефтедобыча и нефтепереработка, химическая промышленность и производство строительных материалов). Уровень загрязнения атмосферы естественными источниками является фоновым (31–41% ), он мало изменяется с течением времени (59–69% ). В настоящее время глобальный характер приобрела проблема антропогенного загрязненияатмосферы. Какие же вещества-загрязнители, опасные для всего живого, попадают в атмосферу? Это кадмий, свинец, ртуть, мышьяк, медь, сажа, меркаптаны, фенол, хлор, серная и азотная кислоты и другие вещества. Некоторые из названных веществ мы будем изучать в дальнейшем, узнаем их физические и химические свойства и поговорим о таящейся в них разрушительной силе для нашего здоровья.

Масштабы экологического загрязнения планеты, России

В каких странах мира воздух наиболее загрязнен выхлопными газами транспорта?
Наибольшая опасность загрязнения атмосферы выхлопными газами угрожает странам с мощным автопарком. Например, в США на автотранспорт приходится примерно 1/2 всех вредных выбросов в атмосферу (до 50 млн т ежегодно). Автопарк Западной Европы ежегодно выбрасывает в воздух до 70 млн т вредных веществ, причем в Германии, например, 30 млн автомобилей дают 70% общего объема вредных выбросов. В России положение усугубляется тем, что автомашины, находящиеся в эксплуатации, соответствуют экологическим нормам только на 14,5%.
Загрязняет атмосферу и воздушный транспорт шлейфами выхлопов от многих тысяч самолетов. Согласно экспертным оценкам, в результате деятельности мирового автопарка (а это около 500 млн двигателей) в атмосферу ежегодно поступает одного только углекислого газа 4,5 млрд т.
Чем же опасны эти загрязнители? Тяжелые металлы – свинец, кадмий, ртуть – оказывают вредное влияние на нервную систему человека, угарный газ – на состав крови; сернистый газ, взаимодействуя с водой дождей и снегов, превращается в кислоту и вызывает кислотные дожди. Каковы же масштабы этих загрязнений? Главные регионы распространения кислотных дождей – США, Западная Европа, Россия. В последнее время к ним следует отнести и промышленные районы Японии, Китая, Бразилии, Индии. С распространением кислотных осадков связано понятие трансграничности – расстояние между районами их образования и районами выпадения может составлять сотни и даже тысячи километров. Например, главный «виновник» кислотных дождей на юге Скандинавии – промышленные районы Великобритании, Бельгии, Нидерландов и Германии. В канадские провинции Онтарио и Квебек кислотные дожди переносятся из соседних районов США. На территорию России эти осадки переносятся из Европы западными ветрами.
Неблагополучная экологическая ситуация сложилась на северо-востоке Китая, в тихоокеанском поясе Японии, в городах Мехико, Сан-Паулу, Буэнос-Айрес. В России в 1993 г. в 231 городе с общим населением 64 млн.человек содержание вредных веществ в воздухе превышало нормы. В 86 городах 40 млн. человек проживают в условиях, когда загрязнения превышают нормы в 10 раз. Среди этих городов Брянск, Череповец, Саратов, Уфа, Челябинск, Омск, Новосибирск, Кемерово, Новокузнецк, Норильск, Ростов. По количеству вредных выбросов первое место в России занимает Уральский регион. Так, в Свердловской области состояние атмосферы не отвечает нормам на 20 территориях, где проживает 60% населения. В г. Карабаше Челябинской области медеплавильный завод ежегодно выбрасывает в атмосферу по 9 т вредных соединений на каждого жителя. Частота заболеваний раком здесь составляет 338 случаев на 10 тыс. жителей.
Тревожная ситуация сложилась также в Поволжье, на юге Западной Сибири, в Центральной России. В Ульяновске больше, чем в среднем по России, люди страдают заболеваниями верхних дыхательных путей. Заболеваемость раком легких с 1970 г. выросла в 20 раз, в городе зарегистрирован один из самых высоких уровней детской смертности в России.
В г. Дзержинске на ограниченной территории сосредоточено большое количество химических предприятий. За последние 8 лет здесь произошло 60 выбросов сильнодействующих ядовитых веществ в атмосферу, приводивших к чрезвычайным ситуациям, в ряде случаев повлекших за собой гибель людей. В Поволжье до 300 тыс. т сажи, золы, копоти, оксидов углерода обрушиваются на жителей городов ежегодно. Москва занимает 15-е место среди городов России по суммарному уровню загрязнения атмосферного воздуха.

Вы когда-нибудь задумывались о том, насколько важен в нашей жизни воздух?

Только представьте, что человеческая жизнь не может продолжаться без него более двух минут. Мы редко задумываемся над этим, воспринимая воздух как должное, тем не менее, существует реальная проблема - атмосфера Земли уже загрязнена довольно сильно. И пострадала она именно от рук человека. А это означает, что всё живое на планете находится в опасности, ведь мы постоянно вдыхаем в себя различные ядовитые вещества и примеси. Как защитить воздух от загрязнений?

Как люди и их деятельность влияют на состояние атмосферы?

Чем быстрее развивается современное общество, тем всё больше потребностей у него возникает. Людям нужно больше автомобилей, больше бытовой техники, много товаров для ежедневного использования, - этот список можно продолжить. Однако суть состоит в том, что для удовлетворения потребностей современных людей нужно постоянно что-то производить и строить.

Для этого стремительно вырубают леса, создают новые компании, открывают заводы и фабрики, которые ежедневно выбрасывают в атмосферу тонны химических отходов, копоти, газов, всевозможных вредных веществ. С каждым годом на дорогах появляются сотни тысяч новых автомобилей, каждый из которых вносит свою лепту в загрязнение атмосферы. Люди неразумно используют ресурсы, полезные ископаемые, иссушают реки, а все эти действия прямо или косвенно отражаются на состоянии атмосферы Земли.

Постепенно разрушающийся озоновый слой, призванный защищать всё живое от радиоактивного солнечного излучения, - свидетельство неразумной деятельности человека. Дальнейшее его истончение и разрушение приведёт к гибели как живых организмов, так и растительного мира. Как спасти планету от загрязнения атмосферы?

Каковы основные источники загрязнения атмосферного воздуха?

Современный автопром . В настоящее время на дорогах всех стран мира свыше 1 млрд автомобилей. В западных и европейских странах почти каждая семья имеет в своём распоряжении несколько автомобилей. Каждый из них - источник выхлопных газов, которые тоннами попадают в атмосферу. В Китае, Индии и России ситуация вроде бы пока не такая, но число автомобилей в СНГ по сравнением с 1991 годом, явно выросло в разы.

Фабрики и заводы . Конечно, без промышленности нельзя обойтись, однако не стоит забывать, что, получая необходимые нам товары, взамен мы расплачиваемся чистым воздухом. В скором времени человечеству нечем будет дышать, если фабрики и промышленные предприятия не научатся перерабатывать собственные отходы вместо того, чтобы выпускать их в атмосферу.

Продукты сгорания нефти и угля, потребляемых на теплоэлектростанциях, поднимаются в воздух, наполняя его очень вредными примесями. В дальнейшем токсические отходы выпадают вместе с осадками, питая химическими веществами почву. Из-за этого зелёные насаждения гибнут, а ведь они необходимы, чтобы поглощать углекислый газ и вырабатывать кислород. А как же мы без кислорода? Погибнем… Так что загрязнение воздуха и здоровье человека в прямой зависимости.
Меры по защите воздуха от загрязнения

Какие меры может предпринять человечество, чтобы прекратить загрязнять воздух на планете? Учёные уже давно знают ответ на этот вопрос, только на деле эти меры мало кто внедряет. Что же нужно делать?

1. Чиновники должны усилить контроль за организацией безопасной для природы и окружающей среды работы фабрик и промышленных предприятий. Нужно обязать владельцев всех заводов устанавливать очистные сооружения, чтобы свести к нулю вредные выбросы в атмосферу. За нарушение этих обязательств ввести наказание, возможно, в виде запрета на продолжение деятельности предприятий, которые продолжают загрязнять воздух.

2. Выпускать новые автомобили, которые работали бы только на экологически чистом топливе. Если прекратить производство машин, потребляющих в качестве топлива бензин и солярку, а заменить их электромобилями или машинами-гибридами, то у покупателей не останется выбора. Люди будут приобретать автомобили, не причиняющие вреда атмосфере. Со временем произойдёт полная замена старых авто на новые, экологически чистые, что принесёт огромную пользу нам самим, жителям планеты. Уже сейчас многие люди, живущие в странах европейского континента, делают выбор в пользу такого транспорта.

Число электромобилей в мире уже достигло 1.26 млн. По прогнозу Международной Энергетической Ассоциации, чтобы предупредить рост температуры из-за потепления более чем на 2 градуса, нужно увеличить численность электромобилей на дорогах до 150 млн к 2030 г. и 1 млрд к 2050 году при прочих имеющихся производственных показателях.

3. Экологи сходятся во мнении, что если прекратить работу устаревших теплоэлектростанций, ситуация стабилизируется. Однако вначале нужно найти и внедрить новые способы добычи энергетических ресурсов. Многие из них уже успешно используются. Люди научились превращать энергию солнца, воды и ветра в электричество. Альтернативные виды энергоресурсов не сопряжены с выделением опасных отходов во внешнюю среду, а значит, они помогут защитить воздух от загрязнения. В реальности же в Гонконге выработка более половины электроэнергии идет за счет теплоэлектростанций на угле, а потому доля выбросов углекислоты в последние годы выросла на 20%.

4. Чтобы экологическая ситуация стабилизировалась, нужно перестать уничтожать природные богатства - вырубать лесные массивы, осушать водоёмы и начать разумно использовать полезные ископаемые. Нужно постоянно увеличивать зелёные насаждения, чтобы они способствовали очищению воздуха и обогащению его кислородом.

5. Нужно повышать информированность населения. В частности информация о том как должна производиться защита воздуха от загрязнений для детей. Таким образом можно поменять подход множества людей к нынешнему состоянию ситуации.

Загрязнение воздуха порождает много новых проблем - увеличивается заболеваемость раком, сокращается продолжительность жизни людей, но это лишь верхушка айсберга. Настоящая беда в том, что испорченная экология грозит глобальным потеплением, а это приведёт к серьёзным природным катаклизмам в будущем. Уже сейчас протест нашей планеты против бездумной деятельности людей проявляется в виде наводнений, цунами, землетрясений и других природных явлений. Человечеству нужно всерьёз задуматься о том, чтобы защитить воздух от грязи.

Защита воздушного бассейна является одной из наиболее актуальных проблем защиты окружающей среды. Охрана атмосферы от загрязнений промышленными и транспортными выбросами является важнейшей социальной задачей, входящей в комплекс задач глобальной проблемы охраны природы и улучшения использования природных ресурсов. Загрязнение воздуха вредными веществами наносит значительный материальный ущерб народному хозяйству и приводит к увеличению заболеваемости населения.

Проблемы защиты атмосферы составляют широкую область на стыке наук. Она включает в себя как общие задачи химической технологии, энергетики, физики и машиностроения, так и вопросы, решением которых занимаются врачи, гигиенисты и др.

Наиболее эффективным методом защиты атмосферы от загрязнения вредными веществами является разработка новых малоотходных ресурсо- и энергосберегающих технологических процессов с замкнутыми производственными циклами. Однако, эти вопросы требуют больших финансовых затрат и разработки новых современных технологий и материалов. Поэтому, не откладывая решение данных вопросов на будущее, на современном этапе для большинства промышленных и транспортных предприятий очистка выбрасываемого в атмосферу воздуха остаётся основным мероприятием по защите воздушного бассейна от загрязнения.

Из общей массы загрязняющих атмосферу веществ,

поступающих от антропогенных источников, около 90% составляют различного рода газообразные, а 10% - твёрдые и жидкие вещества.

Находящиеся в воздухе взвешенные вещества называются аэрозолями, которые принято делить на три класса: пыли, дымы и туманы.

Пыли – полидисперсные системы твёрдых взвешенных частиц размером от 5 до 100 мкм.

Дымы – аэрозоли с размерами частиц от 0,1 до 5 мкм.

Туманы – жидкие аэрозоли, состоящие из капелек жидкости. В них могут содержаться растворенные вещества или твёрдые частицы. Они образуются в результате конденсации пара или распылении жидкостей. Размер частиц в первом случае близок к дымам, а во втором – к пыли.

Особое место занимают сажа и зола, образующиеся в процессе сгорания топлива.

Сажа – токсичный высокодисперсный порошок, на 95% состоящий из частиц углерода.

Зола – несгоревший остаток топлива, состоящий из минеральных примесей.

В технике пылеулавливания и очистки газов дисперсный состав пыли имеет решающее значение, так как в зависимости от этого выбирается соответствующее пылеулавливающее оборудование.

К наиболее характерным газообразным загрязнениям атмосферного воздуха можно отнести:

диоксид серы (SO 2 ),

оксид углерода (СО ),

оксиды и диоксиды азота (NO , NO 2 ),

углеводороды (пары бензина, метан и др.),

соединения тяжёлых металлов (свинца, ртути, кадмия и др.),

углекислый газ (CO 2).

Естественно в воздухе могут находиться и другие вредные газообразные вещества, обусловленные наличием поблизости того или иного производства. Выбросы в атмосферу подразделяются на:

1 – парогазовые и аэрозольные;

2 – технологические и вентиляционные;

3 – организованные и неорганизованные;

4 – нагретые и холодные.

Согласно 1-й классификации, парогазовые выбросы – смесь газов, не несущих в себе твёрдых или жидких частиц. Аэрозольные выбросы – смесь газов, несущих в себе твёрдые или жидкие частицы.

В зависимости от вредности газовых составляющих и содержащихся в них аэрозольных частиц необходимо проводить очистку или одной компоненты смеси, или же смесь в целом. В последнем случае требуется либо комбинированная очистка в одном аппарате, либо комбинация последовательного расположения аппаратов.

Технологические выбросы образуются в результате технологических процессов и представляют собой выбросы при продувке, выбросы от предохранительных клапанов, из труб котельных, транспортных средств и др. Как правило, они характеризуются высокой концентрацией загрязняющих веществ. Вентиляционные выбросы характеризуются большими объёмами газовоздушной смеси, но невысокими концентрациями загрязняющих веществ. В то же время за счёт больших объёмов газовоздушной смеси валовые выбросы с ними загрязняющих веществ могут быть значительными.

К организованным выбросам относятся выбросы, удаляемые трубами или газоходами, что позволяет использовать достаточно легко газо- и пылеулавливающие установки. К неорганизованным - можно отнести выбросы от разгерметизированного оборудования, выбросы от необорудованных мест загрузки или выгрузки материалов, от транспортных систем и др.

Нагретые или холодные выбросы различаются по перепаду температур между газом и окружающей средой. При разности температур до 30°С выбросы можно считать холодными.

Работа любого устройства, удаляющего взвешенные частицы, основана на использовании одного или нескольких механизмов осаждения. К основным из них, имеющим наибольшее применение, относятся: гравитационное осаждение, осаждение под действием центробежных сил, инерционное осаждение, зацепление (эффект касания), диффузионное осаждение, электроосаждение. К современным методам можно отнести термофорез и воздействие электромагнитного поля. Влияние того или иного механизма на осаждение частиц определяется целым рядом факторов, и в первую очередь их размером.

Гравитационное осаждение происходит в результате вертикального оседания частиц под действием силы тяжести. При падении частица пыли испытывает сопротивление среды, поэтому скорость падения или осаждения определяется условием равенства сил тяжести и гидравлического сопротивления. Поэтому частицы меньшего диаметра будут иметь меньшую скорость осаждения и для очистки воздуха от таких частиц потребуется большее время нахождения запылённого потока в пылеосадочной камере.

Центробежное осаждение пыли отмечается при криволинейном движении запылённого потока, когда под действием развиваемых центробежных сил частицы пыли отбрасываются на поверхность осаждения. В аппаратах, основанных на использовании центробежных сил, могут применяться два принципиальных конструктивных решения. В одном случае пылегазовый поток вращается в неподвижном корпусе аппарата цилиндрической или конической формы. А во втором случае пылегазовый поток движется во вращающемся роторе. Первое решение осуществляется в циклонах, а второе – в ротационных пылеуловителях.

Инерционное осаждение происходит в том случае, когда масса частицы пыли не может следовать вместе с газом по линии тока, огибающей плотное по сравнению с воздухом вещество, по инерции при повороте потока продолжает прямолинейное движение. При этом частица пыли сталкивается с препятствием и оседает на нём. Инерционное осаждение частиц пыли эффективно для частиц размером более 1 мкм.

Диффузионное осаждение будет наблюдаться в том случае, когда частицы, а это в основном небольшого размера, подвержены воздействию броуновского движения

молекул. В результате этого они имеют повышенную вероятность контакта с обтекаемым телом. Эффективность диффузионного осаждения обратно пропорциональна размерам частиц и скорости газового потока.

Осаждение частиц пыли под действием электрического тока заключается в зарядке частиц с последующим их отделением от воздушной среды под действием электрического поля. Электрозарядка частиц пыли может быть осуществлена при генерации аэрозоля, за счёт диффузии свободных токов и при коротком разряде. В последнем случае частицы пыли заряжаются одним знаком, что позволяет повысить эффективность их последующего удаления из воздушного потока.

Термофорез представляет собой отталкивание частиц нагретым телом, вызванное перемещением воздушной среды в результате возникновения свободной конвекции. При термофорезе концентрация частиц в областях с повышенной и пониженной температурой становится различной, что и приводит к термодиффузии частиц в сторону пониженных температур. На практике это можно наблюдать в виде осаждения пыли на наружных стенках против приборов центрального отопления.

Осаждение взвешенных частиц при контакте газового потока с жидкостью может осуществляться на каплях, пузырьках и на поверхности жидкости.

Улавливание взвешенных частиц каплями основано на кинематической коагуляции, возникающей в результате разности скоростей частиц и капель.

Это может происходить:

Когда аэрозоль движется с малой скоростью, а капли жидкости падают под действием силы тяжести;

Когда аэрозоль и капли движутся в одном или противоположном направлениях с различными скоростями.

При движении пузырьков загрязнённого воздуха через слой жидкости (барботаж) внутри пузырьков возникает пульсация газов. Взвешенные частицы при этом прилипают к поверхности воды, окружающей пузырёк газа.

При осаждении твёрдых частиц на поверхности жидкости, в случае, когда газовый поток движется вдоль жидкой поверхности, частицы осаждаются в воде в объёме тонкой плёнки, т.е. происходит поверхностное загрязнение воды.

Фильтрация газа через пористые материалы заключается в прохождении аэрозоля через фильтровальные перегородки, которые допускают прохождение воздуха, но задерживают аэрозольные частицы. Процесс фильтрации в наиболее распространённых фильтрах можно условно принять как процесс обтекания цилиндра, расположенного поперёк потока. Частицы пыли задерживаются на поверхности волокон силами молекулярного взаимодействия. Фильтрация запылённого потока через пористый материал значительно сложнее, так как включает в себя не только процесс прилипания к материалу в результате обтекания, но и за счёт столкновения с волокном или нитями. Необходимо учитывать, что на пути движения запылённого потока расположено обычно несколько рядов волокон, что повышает эффективность очистки.

При извлечении газообразных примесей используются методы абсорбции, адсорбции, катализа и термического окисления.

Абсорбционная очистка основана на способности жидкостей растворять газы или химически взаимодействовать с ними. При абсорбции происходит переход вещества из газовой фазы в жидкую. Вещество, в котором происходит растворение абсорбируемых газовых компонентов, называется абсорбентом. Остальная часть газового потока, которая не абсорбируется в жидкости, обычно называется инертным газом. При физической абсорбции происходит физическое растворение абсорбируемого компонента в растворителе (абсорбенте). При этом не происходят химические реакции. Этот процесс происходит в том случае, когда парциальное давление абсорбируемого компонента в газе больше равновесного парциального давления над поверхностью раствора.

При химической абсорбции (хемосорбции) абсорбируемый компонент вступает в химическую реакцию с поглотителем (жидкостью), образуя новые химические соединения в жидкой фазе. Хемосорбционные процессы обеспечивают более полное извлечение компонентов из газовых смесей. Количество газов, которое можно растворить в жидкости, зависит от свойств газа и жидкости, температуры и парциального давления газа над жидкостью.

Под процессом абсорбции понимается поглощение газового компонента твёрдым веществом. Явление адсорбции обусловлено наличием сил притяжения между молекулами адсорбента (твёрдого вещества) и поглощаемым газом на границе раздела соприкасающихся фаз. Процесс перехода молекул из газа на поверхностный слой адсорбента происходит в том случае, если силы притяжения адсорбента превосходят силы притяжения со стороны газа-носителя. Молекулы адсорбированного вещества, переходя на поверхность адсорбента, уменьшают его энергию, в результате чего происходит выделение теплоты.

При физической адсорбции молекулы газа не вступают с молекулами адсорбента в химическое взаимодействие. С повышением температуры количество физически адсорбированного вещества уменьшается, а увеличение давления приводит к возрастанию величины адсорбции. Преимуществом физической адсорбции является лёгкая обратимость процесса.

В основе химической адсорбции лежит химическое взаимодействие между адсорбентом и адсорбируемым веществом. Действующие при этом силы значительно больше, чем при физической адсорбции, и при этом выделяется больше теплоты. Молекулы газа, вступив в химическое взаимодействие с молекулами адсорбента, прочно удерживаются на поверхности и в порах адсорбента. Характерно то, что при низких температурах скорость химической адсорбции мала, но она возрастает с повышением температуры.

Каталитическая очистка газов служит для превращения примесей в безвредные соединения. Процесс протекает на поверхности твёрдых тел – катализаторов. Подбор катализаторов в основном решается эмпирическим путём.

На процесс катализа большое влияние оказывает температура. При относительно низких температурах, когда скорость реакции мала по сравнению со скоростью диффузии газов и процесс очистки сравнительно медленный. С повышением температуры скорость химической реакции возрастает, увеличивая при этом и скорость диффузии газов. Однако, скорость диффузии увеличивается медленнее и может наступить момент, когда процесс очистки газа будет определяться только скоростью подвода реагирующих веществ, а использование для этого, как на первоначальной стадии процесса, внутренней поверхности катализатора близким к нулю. В этом случае катализ переходит в область внешней диффузии. При этом мелкие поры катализатора уже не играют никакой роли, но возрастает роль внешней поверхности.

Важнейшей характеристикой катализаторов является температура «зажигания» - та минимальная температура, при которой катализатор начинает проявлять свои свойства.

Термическим окислением компонентов выбросов называется окисление при температурах до 1000°С. Окисление применяется, как в отношении газов, так и горючих компонентов дисперсной фазы аэрозолей. Этот способ находит применение для извлечения из газовых потоков смол, масел, летучих растворителей и других компонент. Решающее значение в организации процесса имеет подготовка газов к реакции, т.е. нагрев смеси до необходимой температуры и обеспечение смешения горючих газов с окислителем.

Источники загрязнения атмосферы	Очистные сооружения	Примечание
Котельная, работающая на жидком топливе	Циклон или батарея циклонов Рукавные фильтры	Расчет п.4.6 Расчет п.4.7
Котельная, работающая на газообразном топливе	Самостоятельные предложения	Описание метода
Котельная, работающая на твердом топливе	Батарея циклонов Рукавные фильтры	Расчет п.4.6 Расчет п.4.7
Окрасочно-сушильная камера	Адсорбер	Расчет п.4.8
Сварочный цех: сварочное производство	Скруббер Вентури (Газопромыватель КМП)	Расчет п. 4.3
Механический цех: станочное оборудование	Пылеосадочная камера Циклон ЦН	Расчет п. 4.2
Деревообрабатывающий цех	Пылеосадочная камера Циклон Гипродревпром	Расчет п. 4.2 Расчет п.4.6
Гальванический цех	Сетчатый тумано- брызгоуловитель	Расчет п.4.4