Виталий Чихарин
Этоткраткий обзор технологии защиты атмосферы не рассчитан на специалистов, многоев нем сильно упрощено (для специалистов есть толстые и подробные книги), но ондает основное понятие о методах очистки.
Дляначала -- вещь, которую следует четко понять и усвоить, и повторять которую я,возможно, буду еще несколько раз: технология сама по себе ничего не значит.Почти наверняка имеется способ очистить любые выбросы от любых загрязненийпрактически до нулевой их концентрации. Единственная проблема, сколько этобудет стоить: повышение степени очистки на порядок (например, с 90% улавливается/10%уходит до 99% улавливается/ 1% уходит ) приводит к увеличению стоимостипримерно в 10 раз. Так что дело не в технологии, а в экономическойцелесообразности ее применения.
Сначаланемного терминологии.
Здесьи далее под загрязняющим веществом(ЗВ) мы будем понимать любое вещество, находящееся в неположенных количествахи/или в неположенное время и/или в неположенном месте.
Эмиссией загрязняющих веществ называется выброс ЗВ (загрязняющих веществ).
Источникивыбросов делят на:
организованные(например, дымовая труба предприятия);
инеорганизованные (например, неплотность в аппарате).
Второеделение:
стационарные(трубы предприятий)
ипередвижные (автомобили, железнодорожный транспорт и т.п.).
Наконец,выбросы деляется на подвергающиеся очистке (это могут быть выбросы только оторганизованных источников) и неподвергающиеся очистке -- от неорганизованныхисточников и от части организованных. Конечно, выбросы ЗВ можно также делить всоответствии с характером содержащихся в них ЗВ.
Основнымиисточниками выбросов в атмосферу являются промышленные предприятия иавтотранспорт. Доля автотранспорта колеблется в широких пределах и зависит отстраны и района. По России эта величина составляет (в среднем) около 13%.Состав загрязнений от промышленных предприятий зависит от типа производства. Ввыбросных газах автотранспорта преобладают оксиды азота, соединения свинца(если в качестве антидетонатора используется тетраэтилсвинец, от чего внастоящее время практически отказались), полициклические ароматические углеводороды(ПАУ), а также сажа и оксид серы (для дизельных двигателей).
Длялюбого предприятия важно, чтобы схема очистки выбросных газов была наиболеедешевой при выбранной степени очистки (как по капитальным, так и по текущимзатратам), позволяла повторно использовать ценные компоненты, находящиеся ввыбросных газах, а аппаратура и сооружения занимали бы возможно меньшуюплощадь.
Степеньочистки определяется относительно величины ПДВ (предельно допустимых выбросов,то есть такого количества выбрасываемых в атмосферу загрязнителей, котороеобеспечит их концентрацию в приземном слое, не превышающую ПДК - предельнодопустимую концентрацию), либо по величине ВСВ (временно согласованныхвыбросов).
Величинаконцентрации в приземном слое рассчитывается по утвержденным методикам и вобщем и целом зависит от характеристики трубы - ее высоты, диаметра; свойстввыбросных газов - их температуры, скорости истечения; метеорологическиххарактеристик - скорости ветра, частоты низких инверсий. Из вышеизложенногоясно, что при одном и том же количестве выбрасываемых загрязнителей можноуложится в ПДК, просто увеличив высоту трубы. Поэтому, например, в Сибири, гдечастота низких инверсий выше, чем в европейской части России, высота трубпромышленных предприятий больше. Также в областях с большей средней силой ветрарассеивание происходит быстрее и для предприятия расположенного в этом районевеличина ПДВ по сравнению с предприятием того же профиля и той же мощностибудет выше.
Теперьрассмотрим собственно технологии очистки. Все методы очистки делятся нарегенеративные и деструктивные. Первые позволяют возвращать в производствокомпоненты выбросов, вторые трансформируют эти компоненты в менее вредные.
Вслучае, если в газовом потоке содержатся ценные вещества (например, летучиерастворители), может быть выгоднее использовать регенеративные методы (но всеопять-таки определяется экономической целесообразностью: возможно,себестоимость выделения этих компонентов будет больше их цены). Все зависит отхарактеристик загрязнителя и его концентрации в газовом потоке: чем она меньше,тем дороже выделение.
Подругому признаку все методы очистки можно разделить на реагентные ибезреагентные. Использование дополнительных реагентов, естественно, удорожаетпроцесс.
Наконец,методы очистки газовых выбросов можно разделить по типу обрабатываемогокомпонента (очистка от аэрозолей - от пыли и тумана, очистка от кислых инейтральных газов и так далее).
Обычно,аэрозоли (взвеси твердых или жидких частичек в газе) имеются в каждом выбросе.Для их удаления используются следующие методы очистки:
гравитационные-- в них осаждение взвешенных частичек происходит под действием силы тяжести:газовый поток с небольшой скоростью проходит через определенный аппарат, приэтом наиболее крупные взвешенные частицы падают на дно и затем удаляются;
инерционные-- в них используется резкое изменение направления движение газового потока:взвешенные частицы по инерции продолжают движение, ударяются о специальноустановленные преграды и либо прилипают к ним, либо падают на дно и удаляются.К классу аппаратов, основанных на этом методе, относится, например, жалюзийныйпылеуловитель - газовый поток проходит через жалюзи, элементы которыхустановлены под углом к направлению его движения.
Сюдаже относятся аппараты, где осаждение происходит под действием центробежной силы(центробежная сила является частным случаем силы инерции). Самымираспространенными из таких аппаратов являются циклоны. На их устройстве я быхотел остановится подробнее, ввиду того, что почти никакое производство без нихне обходится. Очень часто вся очистка заключается в пропускании газового потокачерез циклон, например, на мебельных и деревообрабатывающих производствах.
Циклон- это вертикальный аппарат, верхняя часть которого представляет собой цилиндр,а нижняя - конус, сужающийся к основанию аппарата. Внутри (соосно) находитсяеще одна труба меньшего диаметра, доходящая примерно до середины конусной части(впрочем, этой внутренней трубы может и не быть). Загрязненный газовый потокподводится тангенциально (то есть по касательной) в верхней части аппарата,закручивается спиралью и опускается вниз. Отброшенные центробежной силойвзвешенные частицы ударяются о стенки и падают вниз, где под днищем аппаратаобычно имеется бункер. Очищенный газовый поток в нижней части закручивается вобратную сторону и поднимается вверх, выходя из верхней части аппарата. Чемменьше диаметр циклона, тем эффективнее он очищает, но тем меньше егопроизводительность, поэтому газовый поток можно распараллелить и пуститьодновременно в несколько маленьких циклонов (батарею).
основанныена фильтрации (используются фильтры из ткани, нетканого полотна, а такжежесткие фильтры -- насыпные или сита). Материал фильтра может иметь щелочнуюреакцию, тогда он помогает очистить газовый поток также от кислых газов (SOx,NOx). Фильтры регенерируют продувкой в обратном направлении иливстряхиванием.
электрическиеметоды очистки. При этом способе очистки газовый поток направляется вэлектрофильтр, где проходит в пространстве между двумя электродами -коронирующим и осадительным. Частицы пыли заряжаются, движутся к осадительномуэлектроду, разряжаются на нем. Таким методом можно очищать пыли с удельнымсопротивлением от 100 до 100 млн. Ом*м. Пыли с меньшим удельным сопротивлениемсразу же разряжаются и улетают, а с большим - образуют плотный изолирующий слойна осадительным электроде, резко уменьшая степень очистки. Методомэлектрической очистки можно удалять не только пыли, но и туманы. Очисткаэлектрофильтров производится путем смыва пыли водой, вибрацией или с помощьюударно-молоткового механизма.
различныемокрые методы - использование пенных аппаратов, скрубберов.
Возможныкомбинации всех этих методов (например, фильтроциклон - комбинация циклона ифильтра, центробежный скруббер -- практически орошаемый водой циклон и т.д.).При выборе конкретного метода очистки руководствуются его стоимостью, объемамиподлежащих очистке газовых потоков, характеристиками взвешенных частиц(дисперсионный состав, плотность пыли, смачиваемость, электропроводность).
Дляочистки от газов применяют следующие методы:
адсорбция,то есть поглощение твердым веществом газового (в нашем случае) компонента. Вкачестве адсорбентов (поглотителей) применяют активные угли различных марок,цеолиты, силикагель и другие вещества. Адсорбция -- надежный способ,позволяющий достигать высоких степеней очистки; кроме того, это регенеративныйметод, то есть уловленный ценный компонент можно вернуть обратно впроизводство. Применяется периодическая и непрерывная адсорбция. В первом случаепо достижении полной адсорбционной емкости адсорбента газовый поток направляютв другой адсорбер, а адсорбент регенерируют - для этого используется отдувкаострым паром или горячим газом. Затем ценный компонент можно получить изконденсата (если для регенерации использовался острый пар); для этой целииспользуется ректификация, экстракция или отстаивание (последнее возможно вслучае взаимной нерастворимости воды и ценного компонента). При непрерывнойадсорбции слой адсорбента постоянно перемещается: часть его работает напоглощение, часть - регенерируется. Это, конечно, способствует истираниюадсорбента. В случае достаточной стоимости регенерируемого компонентаиспользование адсорбции может быть выгодным. Например, недавно (весной 2001года) проведенный для одного из кабельных заводов расчет участка рекуперацииксилола показал, что срок окупаемости составит менее года. При этом 600 тксилола, которые ежегодно попадали в атмосферу, будут возвращены впроизводство.