Лекции по "Экологии"

 

16.2.  Способы  и средства  защиты атмосферы   от химического загрязнения

 

Промышленные  газовые выбросы представляют собой  сложные дисперсные системы т.е. аэрозоли (гр. аer – воздух + soluto – раствор), в которых содержатся смеси различных газов и твердых (пылевых) частиц. В зависимости от параметров газового потока (запыленность, температура, давление, влажность) применяются три основных групп методов очистки:

1) сухая механическая  газоочистка, т.е. сухой метод газоочистки – основан на разделение пылевых частиц от газов путем гравитационного осаждения и фильтрации:                                                                                                                                               

         гравитационное осаждение (< лат. gravitas – тяжесть ) производится в отстойных газоотходах и пылеосадочных камерах, где аэрозольные загрязнители при однонаправленном медленном движении запыленного газа осаждаются под действием силы собственной тяжести. Метод применим лишь крупных частиц диаметром 50-100 μm и действенно для грубой очистки запыленного воздуха. Степень очистки не более 50%; 

       фильтрация (фр. filter – войлок) шире применяется в цементном и электросталеплавительном производствах и производится в электрических и рукавных фильтрах. Электрические фильтры применяются для улавливания пылевых частиц диаметром 2 μm и представляют собой металлическую полую камеру (обычно вертикальную), где смонтированы коронирующие (из проволоки) и осадительные (из плоских пластин) электроды. На коронирующие подаётся отрицательное, а на осадительные – положительное электрическое напряжение. Под воздействием напряжения возникает коронный заряд, вызывающий в электрическом поле направленное движение электронов и ионов к осадочным электродам. Осажденная пыль с электродов удаляется встряхиванием или смывом. Эффективность очистки до 98%. Рукавные фильтры применяются для тонкой очистки запыленных газов, в т.ч. и цветной металлургии. Они представляют собой конструкцию из металлического корпуса с подвешенными внутри тканевыми рукавами диаметром 220 mm и длиной  4 m. В зависимости от марок фильтров количество в них рукав от 7 до 396. Вход газа в рукава осуществляется сверху через коллектор, пыль осаждается в рукава, которые периодически встряхиваются, а очищенный газ, проникая через рукава поступает в межрукавное пространство с последующим выбросом в атмосферу через нижние коллектора. Эффективность метода  очистки составляет до 99,9%;

        2)  сухой-мокрый метод основан на ступенчатой очистке, выполняемый  инерционным и центробежным осаждением пылевых частиц с последующим применением скруббера:

       инерционное осаждение (< лат. inertia – неподвижность) основано на стремление взвешенных частиц сохранять первоначальное направление движения (скорость 1,0-3,0 m/s) при изменении направления газового потока. Для этого чаще применяются многожалюзные и полочные  пыле-уловители. Метод применим для грубой очистки газов от пылевых частиц диаметром до 20 μm; 

     центробежное осаждение основано на действие центробежной силы, возникающей при вращении очищаемого газового потока в циклоне, или при вращении самого циклона. При этом применяют батарейные циклоны, вращающиеся циклоны (ротоциклоны) и другие. Метод применим для очистки газов от пылевых частиц диаметром, более 30 μm. Эффективность очистки порядка 90%. После прохождение первых двух ступеней недоочищенная смесь проходит через скруббер, где оставшиеся в их составе загрязнители осаждаются распыляемой на них жидкостью;

         3) мокрая очистка газов применяется для газо- и парообразных выделений химического производства абсорбционным, адсорбционным, каталитическим, термическим и конденсационным методами:

        абсорбционный метод (лат. absorptio – поглощение) основан на поглощении вредных газообразных примесей жидкими поглотителями (аб сорбентами);

      адсорбционный метод (< лат.  ad – на + sorbene – поглощать) позволяет извлекать вредные компоненты из промышленных выбросов с помощью адсорбентов – твердых тел с ультрамикроскопической структурой (активированный уголь и глинозем, силикагель, цеолиты, сланцевая зола и другие вещества);             

      каталитический метод (< гр. katalysis – разрушение) основан на химическое превращение токсичных компонентов промышленных выбросов в безвредные или менее вредные вещества. Этим методом очищаются газы, не содержащие пыли и катализаторных ядов;  

      термический метод (< гр. therme – жар) применяется для обезвреживания газов от легкоокисляемых токсичных, а также дурнопахнущих примесей. Метод основан на сжигании горючих примесей в топках печей или факельных горелках. По-другому называется как метод прямого сжигания;

         метод конденсации (лат. condensatio – сгущение) заключается в уменьшении давления насыщенного пара растворителя при понижении температуры. Смеси паров растворителя с воздухом предварительно охлаждаются в теплообменнике, а затем конденсируются;

         

16.3. Сточные  воды химической промышленности  и методы их очистки

Классификация сточных вод. В технологических процессах химического производства образуются следующие виды сточных вод:

• реакционные  воды – воды, образующиеся в процессе реакций. Они загрязнены сырьем и продуктами реакции;

• вода, содержащаяся в сырье и продуктах – вода, свободная или связанная в составе сырья и исходных продуктов. Она загрязнена различными органическими веществами – фенолами, альдегидами, кетонами и др.;

• промывная  вода – вода, использованная для промывки сырья и продуктов;

• маточные водные растворы – воды, образованные в процессе получения или переработки продуктов в водной среде;

• водные экстракты и абсорбционные жидкости – воды, образованные при использовании воды в качестве экстрагента или абсорбента. Особенно большое количество абсорбционных жидкостей образуется при мокрой очистке отходящих газов;

  • охлаждающие воды – воды, использованные для охлаждения аппаратов и продуктов. Они, если не соприкасаются с технологическими продуктами, считаются не загрязненной и используются в системах оборотного водоснабжения;

• прочие сточные воды – воды, образованные от вакуум-насосов, конденсаторов смешения, при гидрозолоудалении, конденсации паров воды, от мойки оборудования, посуды, помещений и т.д. К прочем относятся также атмосферные осадки с территорий химических предприятий.

Сущность этой классификации состоит в том, что все примеси воды по их отношению  и дисперсионной среде разделены  на четыре группы:

1- группа –  сточные воды содержат нерастворимые  в воде примеси с величиной  частиц 10 ^-5 – 10 ^-4 м и более;

2 – группа  – сточные воды представляют  собой коллоидные  растворы;

3 – группа  – сточные воды содержат растворенные  газы и молекулярно-растворимые  органические вещества;

4 – группа  – сточные воды содержат вещества, диссоциирующие в ионы.

Фазово-дисперсная характеристика примесей сточных вод позволяет предложить для каждой группы определенный набор методов очистки вод.

Методы очистки сточных вод. Сточные воды химического производства очищаются механическими, физико-химическими и биологическими методами. Кроме того, в отдельных случаях используются термические методы. Все применяемые методы очистки могут быть подразделены на две группы: а) регенеративные – заключающиеся в извлечении примесей; б) деструктивные – заключающиеся в разложении примесей. Выбор метода очистки зависит от состава содержимых в воде загрязнителей. Сточные воды химического производства обычно содержат взвешенные грубодисперсные и мелкодисперсные примеси. Грубодисперсные примеси выделяют из сточных вод отстаиванием, флотацией и др. методами, мелкодисперсные – фильтрованием, коагуляцией, центробежным осаждением и прочими методами.

Отстаивание – основывается на закономерности движения тел в жидкости под воздействием гравитационной силы. Отстаивание выполняется в специальных сооружениях – отстойниках. В зависимости от характера сточных вод применяются вертикальные, горизонтальные и радиальные отстойники. Вертикальный отстойник представляет собой цилиндрический или квадратный резервуар с коническим днищем, диаметром до 10 м;  горизонтальный отстойник – это прямоугольный резервуар глубиной до 4 м, длиной до 20 м и с шириной коридора до 6 м. Продолжительность отстаивания воды 1-3 ч; радиальный отстойник – обычно круглый резервуар диаметром до 60 м, глубина проточной части до 5 м. Продолжительность отстаивания воды 1,5-2 ч.

Флотация (англ. flotation - всплывание) основывается на очистку сточных вод от загрязнителей в флотомашине, связывая их в состав пены. При флотации образуются комплекс частиц в виде пузырьков, которые всплывая в поверхность воды, образуют пенный слой и периодически удаляются.

Коагуляция (лат. coagulation – свертывание, сгущение) основана на свертывание мелкодисперсных и коллоидных загрязнителей посредством коагулянтов. В качестве минерального коагулянта часто применяют соли алюминия и железа, реже соли кальция и магния. При коагуляции образуются малорастворимые гидроксиды этих металлов, которые оседают на дно.

Флокуляция – для ускорения процесса хлопьеобразования и осаждение хлопьев в сточную воду добавляют высокомолекулярные вещества – флокулянтов.  Флокулянтов обычно применяют в дополнении к минеральным коагулянтам для ускорения процесса оседания загрязнителей. Из неорганических флокулянтов применяют активную кремневую кислоту, а также содового и сульфатного жидкого стекла. В качестве природных органических флокулянтов применяют крахмал, декстрин, карбоксиметилцеллюлозы и альгинат натрия, а в качестве синтетических органических – полиакриамид, полиэтиленимин и другие. 

Сточные воды от растворенных неорганических примесей очищаются реагентным, термическим, ионообменным и электрохимическим методами.

16.4. Принципы безотходного производства

 

Основная  литература

 

Проскуряков В.А., Шмидт Л.И. Очистка сточных вод в химической    

                            промышленности. Ленинград: Ленинградское отделение

                             «Химия», 1977 – 463 с.

Родионов  А.И. и др.  Оборудование и сооружения для защиты биосферы           

                             от промышленных выбросов. М.: «Химия», 1985 – 352 с.

 

 

Дополнительная литература

 

Мазур И.И., Молдаванов О.И. Курс инженерной экологии. М.: «Высшая школа», 2001 – 510 с.

Ёрматова  Д.  Экология. Тошкент, 2009 – 248 б.

Shamsiddinovna S.D., Karimova D.A. Kimyoviy ekologiya. Toshkent: «Fan va texnologiya», 2010 – 236 б.

Sultonov P. Ekologiya va atrof muhitni muhofaza qilish asoslari.Toshkent: «Musiqa», 2007 – 236 б.