Загрязнение воздуха: газы, твердые частицы PM, пыль, дым, системы очистки, контроль эффективности

Похожие темы:

Для большинства технологических процессов, особенно в таких отраслях промышленности, как металлургия, химическое производство, строительство, машиностроение и теплоэнергетика, характерно загрязнение воздуха вредными газами и взвесями. Чтобы избежать проблем с контролирующими органами, необходимо следить за их концентрацией и вовремя принимать меры по очистке.

По масштабу действия выбросы могут быть локальные, региональные и глобальные. На распространение влияет ветер, размер частиц и химическая стабильность газов, т.е. загрязнение воздуха частицами более крупными обычно остается на локальном уровне, в то время как мельчайшие молекулы при наличии сильного ветра могут стать глобальной проблемой.

Кроме того, загрязнители могут быть первичными или вторичными. Вторичные образуются в ходе химических и фотохимических реакций в атмосфере уже после первичных выбросов, поэтому важно провести очистку еще на начальной стадии распространения.

К этой группе также относятся летучие органические соединения (ЛОС): бензол, формальдегид, фенол, метанол и др., которые генерируют химические и нефтехимические заводы.

Загрязнение атмосферного воздуха пылью фракцией менее 0,1 мкм считается самым опасным, т.к. оно вызывает мутации и нейродегенеративные заболевания из-за воздействия на нервную систему. Образуется при сварке, лазерной резке, в процессе горения при температуре выше 1000 °C.

По составу пылевое загрязнение воздуха бывает минеральным, металлическим, углеродным, органическим, а также может иметь смешанный состав. В зависимости от состава твердые загрязнения атмосферного воздуха могут иметь различные свойства, которые затрудняют выбор системы очистки. Варьируется плотность, смачиваемость, электрическое сопротивление, абразивность, склонность к слипанию и взрывоопасность, поэтому перед выбором оборудования нужно четко определить тип и особенности частиц.

Также часто промышленные газы превращаются в твердые частицы, представляющие собой вторичное аэрозольное загрязнение воздуха, которое обладает повышенной гигроскопичностью и вызывают густой смог.

Состав дыма зависит от технологического процесса, в ходе которого он образуется. Например, при нефтепереработке он содержит в своем составе смолы, при сжигании мусора – опасные тяжелые металлы, а при производстве строительных материалов – большое количество мелкодисперсной пыли. Также характер дыма зависит от температуры и полноты сгорания топлива, поэтому для подбора системы аспирации нужно проводить тщательный анализ всех параметров процесса.

Промышленный дым отличается от бытового диаметром частиц (от 0,01 до 1 мкм). Они могут долго летать в воздухе и легко переноситься на дальние расстояния. При этом некоторые типы дыма могут быть довольно агрессивны к оборудованию, поэтому их требуется улавливать непосредственно в зоне выброса. При этом частицы сажи являются носителями полициклических ароматических углеводородов, наибольшую опасность среди которых несет бензапирен, вызывающий нарушение ДНК, уродства развития плода, сердечно-сосудистые заболевания. Организм человека не выводит данный токсин и может накапливать его годами.

Чтобы загрязнение воздуха: пыль, газы и туманы не вызвали критических последствий и не стали причиной остановки предприятия, применяются следующие систем очистки:
1. Рукавные фильтры – применяются для очистки мелкой пыли на цементных заводах, в металлургии, ТЭС, химической промышленности. Принцип работы основан на улавливании частиц поверхностью фильтра, выполненного в виде рукава. Для удаления скопившегося загрязнения с поверхности применяется очистка сжатым воздухом или встряхиванием.

2. Картриджные фильтры – используются для улавливания мелкодисперсной и волокнистой пыли в покрасочных камерах, деревообработке, фармацевтике, при производстве полимеров. Принцип схож с рукавными, но поверхность имеет большую площадь за счет складок, в которых скапливаются загрязнения. Также применяется автоматическая продувка или встряхивание.

3. Мокрые скрубберы – применяются для улавливания кислотных туманов, взрывоопасных частиц, горячих влажных газов. В основе работы лежит контакт потока с жидкостью (водой, кислотным или щелочным раствором), который обеспечивает захват частиц и растворимых газов с последующим отведением в виде сточных вод.

4. Биофильтры – для очистки выбросов в пищевых производствах, животноводческих фермах, очистных сооружениях. В работе используются микроорганизмы, которые окисляют загрязнитель.

5. Поглотители адсорберы – применяются для улавливания ЛОС, паров ртути, запаха, хлорорганических соединений. Принцип работы основан на прохождении потока через слой адсорбента в виде активированного угля, силикагеля или цеолитов, которые задерживают загрязнитель в порах или путем химических связей.

6. Комбинированные системы с циклонами – используются при наличии пыли различного размера в высокой концентрации. Циклоны обеспечивают грубую предварительную очистку за счет отбрасывания крупных частиц к стенкам корпуса. Ступень с рукавами улавливает оставшуюся пыль. Уловленные частицы отходят в бункер.

Применение конкретной системы очистки определяется в индивидуальном порядке, т.к. она должна учитывать все особенности загрязнителя и технологического процесса. Например, загрязнение воздуха взвешенными веществами потребует применения системы, которая способна уловить как твердые частицы, так и капли жидкости.

Ввиду своей опасности выбросы контролируются путем установки предельно допустимых концентраций (максимальная разовая и среднесуточная), при нарушении которых предприятие обязано будет заплатить штраф, а в некоторых случаях и приостановить свою деятельность.

Для контроля эффективности применяется прямое измерение концентрации до и после очистки, а также мониторинг перепада давления и расхода воздуха. Критерий успешной очистки – остаточная концентрация не превышает установленный ПДК.
Метод отбора проб зависит от типа загрязнителя. Например, загрязнение воздуха аэрозолями контролируется протягиванием пробы через аналитический фильтр с последующим измерением прироста массы фильтра на сверхточных весах и пересчетом на объем пропущенного газа. Для контроля эффективности очистки газов применяется абсорбция в жидкий поглотитель с последующим химическим анализом, а для твердых частиц – фильтрация через пористую перегородку.