Мацнєв А.І., Проценко С.Б., Саблій Л.А. Моніторинг та інженерні методи охорони двкілля

Подождите немного. Документ загружается.

241

на границі газ-рідина, а тому для його прискорення використовують різнома-

нітні пристрої, які збільшують площу контакту газу з рідиною.

Для збільшення ефективності очищен-

ня газів замість розчинника використову-

ють хімічні поглиначі шкідливих газів, на-

приклад, водні розчини електролітів (кис-

лот, лугів, солей). Так, для очищення газів

від діоксиду сірки, сірководню та метил-

меркаптану їх нейтралізують розчином лу-

гу, внаслідок чого одержують сіль

+ 2NaOH = Na

+ H

Адсорбційний метод поглинання ос-

таннім часом знаходить широке застосу-

вання у зв’язку з виробництвом високо-

ефективних адсорбентів: активованого ву-

гілля, силікагелів і синтетичних цеолітів.

Цей метод дозволяє здійснювати глибоке

очищення технологічних та відхідних про-

мислових газів від різноманітних шкідли-

вих речовин. Крім того, можна вловлювати

і повертати в технологічний процес деякі

цінні речовини, наприклад, розчинники.

Адсорбенти характеризуються величи-

ною поглинальної здатності - адсорбції a, г/100 г, - за конкретною речовиною.

Величина адсорбції залежить від властивостей адсорбенту і шкідливої речо-

вини, яка поглинається (адсорбтиву). Крім того, величина адсорбції залежить

від зовнішніх умов: тиску пари шкідливої речовини в газі, який очищується, і

температури.

Залежність величини адсорбції від температури описується рівнянням ізо-

терми адсорбції. У випадку мономолекулярної адсорбції на однорідній по-

верхні рівняння ізотерми має вигляд

abP

, (5.38)

де

- величина адсорбції в заданих умовах, моль/г;

- максимальна величи-

на адсорбції для даного адсорбенту, моль/г; b - адсорбційний коефіцієнт, Па

-1

;

P - тиск пари токсичного компонента, Па.

Аналіз рівняння (5.38) показує, що із збільшенням парціального тиску

шкідливої речовини в газі збільшується величина адсорбції. При збільшенні

температури величина адсорбції зменшується, і настає зворотний процес - де-

сорбція.

В табл.5.8 наведені характеристики найбільш розповсюджених адсорбен-

тів.

Рис.5.12. Абсорбер

1 - розподілювач рідини; 2 - насадка;

3 - опорна решітка; 4 - вихід рідини;

5 - вихід очищеного газу

242

Табл.5.8. Характеристика адсорбентів за поглинальною здатністю a, г/100 г

Адсорбент

Поглинання ацетилену

при тиску, кПа

Поглинання діоксиду

вуглецю при тиску, кПа

6.65 93.10 6.65 93.10

Активне вугілля

Газове вугілля АГ 1.4 6.3 1.0 5.5

Газове вугілля СКТ 3.2 12.7 2.0 10.0

Рекупераційне вугілля АР 2.0 7.8 1.2 7.4

Силікагелі

Крупнопористий 0.4 3.8 0.4 2.0

Дрібнопористий 1.6 4.8 - -

Синтетичні цеоліти

Цеоліт NaА 6.0 8.6 9.0 13.2

Цеоліт CaА 6.6 9.4 13.8 16.8

Найбільше розповсюдження

в промисловості адсорбційні ме-

тоди набули для вловлювання

різних розчинників, яке здійсню-

ють в рекупераційних установ-

ках. Ступінь вилучення розчин-

ника зазвичай становить 95-

99 %, а його залишкова концен-

трація в газі на виході з адсорбе-

ра не перевищує 0.5 г/м

. Як ад-

сорбент в цьому випадку вико-

ристовують тільки активоване

вугілля завдяки його гідрофоб-

ності. Крім того, активоване ву-

гілля має високу адсорбційну

здатність по відношенню до пар

органічних речовин, невелику утримуючу здатність, достатню міцність тощо.

Схема адсорбційної рекупераційної установки наведена на рис.5.13. По-

вітря, що містить розчинник, повітродувкою подається в адсорбер, проходить

крізь нього і викидається в атмосферу. Після спрацьовування завантаження

адсорбера потік повітря спрямовують у паралельний адсорбер, а в першому

адсорбері здійснюють десорбцію розчинника перегрітою парою, яка пропус-

кається проти руху потоку газу на стадії адсорбції. Пари води і розчинника

охолоджують, конденсують і розділяють в сепараторі або додатковій колоні.

Після десорбції вугілля сушать і охолоджують потоком атмосферного повітря.

Витрати речовин і енергії на 1 т вловленого розчинника при його концентрації

10 г/м

становлять: пара (0.3-0.5 МПа) - 2-3.5 т; охолоджуюча вода (15°С) -

30-50 м

; електроенергія - 100-250 кВт·год; активоване вугілля - 0.5-1.0 кг;

тривалість роботи одного завантаження адсорбенту - 10000 циклів. Наведені

витрати досить значні, тому такі установки є економічно виправданими лише

Рис.5.13. Рекупераційна установка

1, 2 - повітродувки; 3 - нагрівач; 4 - адсорбер;

5 - конденсатор; 6 - холодильник; 7 - сепаратор

243

у випадку поглинання і рекуперації дорогих або сильнотоксичних розчинни-

ків.

Продуктивність рекупераційних установок становить 10-150 тис.м

газу

за 1 годину, а концентрація розчинника в ньому - 0.5-20 г/м

. Їх використову-

ють в різних галузях промисловості. Адсорбційні методи також застосовують

для очищення відхідних газів від токсичних речовин: сульфіду вуглецю, хлор-

органічних сполук, діоксиду сірки, пари ртуті та інших речовин.

5.3.1.3. Каталітичне очищення газів

Каталітичне очищення газів полягає у знешкодженні газових викидів шля-

хом хімічного перетворення в присутності каталізатора шкідливих речовин,

що містяться в газі, у нешкідливі. Для каталітичного очищення газовий потік,

як правило, пропускають крізь шар каталізатора, дотримуючи технологічні

умови ефективного перетворення (температуру, витрати газу тощо). Каталіза-

тори характеризуються специфічністю дії, тому знешкодженню підлягають

тільки ті компоненти, для яких вони призначені.

Промислові установки каталітичного очищення газів з рекуперацією теп-

ла розраховані на продуктивність 900-14000 м

/год. Вони працюють по такій

технологічній схемі. Гази, які необхідно очистити, проходять відбійники і

вловлювачі для відокремлення завислих частинок і конденсату, захопленого

газовим потоком. Потім гази нагрівають (спочатку в теплообмінниках-рекупе-

раторах, а потім в підігрівачі) до температури реакції і спрямовують в реак-

тор, розмір і конструкцію якого вибирають оптимальними для даного вироб-

ництва. Очищені гази охолоджують і випускають в атмосферу.

Прикладом процесу каталі-

тичного знешкодження газових

викидів, який часто застосову-

ють, є очищення хвостових га-

зів від оксидів азоту при вироб-

ництві азотної кислоти (рис.

5.14). Після нагрівання в тепло-

обміннику хвостові гази з тем-

пературою 145°С надходять в

камеру згорання реактора ката-

літичного очищення, де додат-

ково нагріваються до 390-

550°С при змішуванні їх з гаря-

чими топковими газами, які

утворюються під час згорання

природного газу. Після камери згорання підігріті гази спрямовують в реактор

каталітичного очищення, де відбувається знешкодження газів за реакціями:

+ 0.5O

= CO + 2H

+ Q

;

Рис.5.14. Схема установки каталітичного

очищення хвостових нітрозних газів

1 - підігрівач хвостових газів; 2 - камера згоряння;

3 - реактор каталітичного очищення;

4 - газотурбінний агрегат; 5 - котел-утилізатор;

6 - викидна труба

244

2NO

+ 4H

= N

+ 4H

O + Q

;

2NO + 2H

= N

+ 2H

O + Q

;

2CO + O

= 2CO

+ Q

;

+ O

= 2H

O + Q

Всі реакції йдуть з виділенням тепла, тому температура газу підвищується

до 690-730°С в залежності від кількості кисню у хвостових газах, які над-

ходять на очищення. З метою підтримування постійної температури газів, які

виходять з реактора каталітичного очищення, в реактор додатково подають

або повітря, або природний газ. Очищений газ на виході з реактора містить не

більше 0.005 % (об.) оксиду азоту і не більше 0.1 % (об.) оксиду вуглецю.

Очищені хвостові гази після реактора за температури близько 700°С вико-

ристовують для обертання газової турбіни. При цьому температура газів зни-

жується до 410°С. Запас енергії хвостових газів, що залишається, використо-

вують для нагрівання води в котлі-утилізаторі, після чого хвостові гази вики-

даються в атмосферу.

Описаний каталітичний процес дозволяє очистити відхідні гази до ГДК

повітря при мінімальних енергетичних витратах.

Основним апаратом каталітичного процесу очищення газів є реактор, ро-

боту якого характеризують такі технологічні параметри: розрахункова витрата

газу

, м

/с, температура знешкодження

, концентрація токсичних домішок

в газі на вході С

, моль/м

, і виході С, моль/м

, з реактора. Товщину шару ката-

лізатора без урахування втрат, м, визначають за формулою

−LC C

SSv

, (5.39)

де

- площа шару каталізатора, м

; ρ

- насипна щільність каталізатора (для

гранульованих каталізаторів), кг/м

; S

- питома поверхня каталізатора, м

/кг;

- швидкість гетерогенної каталітичної реакції, моль/(м

·с).

Швидкість каталітичної реакції

залежить від природи компонентів газу і

каталізатора, температури процесу, а також від концентрації (парціального

тиску) токсичних домішок.

На практиці, поруч із швидкістю каталітичної реакції, для оцінки каталі-

заторів використовують їх продуктивність. Продуктивність каталізатора ви-

значає кількість токсичної речовини в кг, яка знешкоджується в результаті ка-

талітичної реакції за 1 годину, що припадає на 1 м

каталізатора. Продуктив-

ність сучасних каталізаторів становить 100-300 кг/(м

·год).

Прикладом реактора каталітичного очищення газів є автомобільний ней-

тралізатор вихлопних газів, в якому, зазвичай, застосовують платиновий ката-

лізатор. В нейтралізаторі відбувається глибоке окислення СО і вуглеводнів у

широкому інтервалі температур (250-800°С) в присутності вологи, сполук сір-

ки та свинцю.

245

5.3.1.4. Адсорбційно-каталітичне очищення газів

Останнім часом з розвитком наукових засад каталітичних процесів і ство-

ренням апаратів для їх здійснення з’явилася можливість поєднання адсорбції і

каталізу в єдину технологічну систему.

Адсорбційно-каталітичні методи очи-

щення газу ґрунтуються на поєднанні в одно-

му реакційному об’ємі (але розділених у часі)

процесів сорбції, каталітичного окислення

домішок та регенерації адсорбента-каталіза-

тора (рис.5.15). За допомогою цих методів

можна очистити газ від різноманітних орга-

нічних домішок - відходів паливних, лакофар-

бувальних та інших виробництв, причому при

змінних витратах газу і різних концентраціях

забруднень. Умовою вибору компонентів для

очищення адсорбційно-каталітичними мето-

дами є достатньо висока екзотермічність про-

цесу каталітичного окислення.

Традиційним методом знешкодження по-

дібних газів є термічний - спалювання компо-

нентів викидів у полум’ї вуглеводневого па-

лива в циклонних або інших печах особливої конструкції. При термічному ме-

тоді для газів з низькою концентрацією компонентів потрібні великі витрати

палива. Порівняння адсорбційно-каталітичного і термічного методів показує,

що енерговитрати в першому випадку на 2-3 порядки менші, ніж у другому, а

екологічна ефективність суттєво вища. Оскільки як адсорбент-каталізатор ви-

користовують промисловий алюмосилікат, то новий метод характеризується

високою економічністю.

Технологія адсорбційно-каталітичного знешкодження газу передбачає

створення універсальних модулів - основного адсорбційно-каталітичного апа-

рату і додаткового невеликого каталітичного фільтра. В адсорбційно-каталі-

тичному апараті відбувається поглинання основної маси компонента, який

знешкоджується, і подальше каталітичне окислення в адіабатичному режимі

при подачі повітря або кисню. Включення в систему послідовно каталітично-

го фільтра забезпечує запобігання можливих проскоків компонента, який зне-

шкоджується, і цей апарат містить на порядок меншу кількість адсорбента-ка-

талізатора. У зв’язку з його невеликим об’ємом і малою кількістю адсорбова-

них компонентів регенерація каталітичного фільтра передбачається при елек-

тропідігріванні, і весь апарат на стадії окислення працює в ізотермічному, а не

в адіабатичному режимі. Комбінація подібних універсальних модулів дозволяє

ефективно використовувати адсорбційно-каталітичні пристрої в багатьох сис-

темах локального очищення газових викидів.

Рис.5.15. Схема адсорбційно-

каталітичного методу

знешкодження газу

1 - адсорбційно-каталітичний

апарат; 2 - каталітичний фільтр;

І - забруднений газ; ІІ - повітря або

кисень; ІІІ - чистий газ; IV - газ після

регенерації

246

Якщо ми хочемо досягнути якоїсь злагоди з природою,

нам у більшості випадків необхідно прийняти її умови.

Р.Ріклефс

5.3.2. Використання захисних властивостей рослин для очищення

атмосфери

Дуже ефективним способом боротьби з пилом та іншими забруднювача-

ми є використання захисних властивостей рослин. Встановлено, що про-

тягом вегетаційного періоду 1 га лісу може вилучити з повітря 40-60 т пилу та

знешкодити більше 200-250 кг діоксиду сірки, 100 кг хлору і 50 кг фтору. Га-

зостійкі рослини в декілька разів краще поглинають шкідливі речовини, тому

потоки забрудненого повітря, проникаючи вглиб зелених насаджень серед-

нього віку на 100-150 м, майже повністю звільняються від завислих речовин,

а вміст інших домішок в них зменшується у десятки разів. Очисна здатність

зелених насаджень, особливо влітку, перевищує вимивання домішок атмо-

сферними опадами.

Протягом року 1 га лісу очищує від пилу та інших шкідливих інгредієнтів

більше 18 млн.м

повітря, що в 3-10 разів більше, ніж польові рослини анало-

гічної площі. Крім того, 1 га лісу щодобово виділяє в атмосферне повітря 2-4

кг фітонцидів, 30 кг яких достатньо для знищення хвороботворних мікроорга-

нізмів у великому місті. Крони дерев не тільки поглинають шкідливі інгреді-

єнти і здійснюють їх детоксикацію, але й сприяють їх розсіянню в атмосфері,

впливаючи на характер потоків у приземному шарі повітря.

Однак слід враховувати, що при дуже високому ступені забруднення по-

вітря рослини можуть виділяти у навколишнє середовище шкідливі речовини,

іноді такі, що відрізняються за своїми властивостями від поглинутих ними.

Встановлено, що коріння рослин може виділяти деякі шкідливі речовини, по-

глинуті їх наземною частиною (наприклад, сірку).

Найважливіше завдання цивілізації - навчити людину мислити.

Т.Едісон

5.3.3. Заходи щодо охорони атмосферного повітря на стадії проектування

Розміщення, проектування і будівництво нових, реконструкція та техніч-

не переоснащення діючих споруд (об’єктів) здійснюються згідно з державни-

ми будівельними нормами ДБН А2.2-1-95 “Проектування. Склад і зміст мате-

ріалів оцінки впливу на навколишнє середовище (ОВНС) при проектуванні і

будівництві підприємств, будинків і споруд. Основні положення проектуван-

ня”.

До проектних документів мають бути включені матеріали про вплив

об’єктів на санітарний стан навколишнього природного середовища та перед-

бачені заходи щодо максимально можливого зниження викидів забрудню-

ючих речовин з використанням маловідходних і безвідходних технологій,

247

комплексного використання природних ресурсів, а також заходи щодо влов-

лювання, знешкодження і утилізації шкідливих викидів та відходів. При цьо-

му передбачені заходи повинні забезпечити дотримання гранично допусти-

мих концентрацій (ГДК) забруднюючих речовин в атмосферному повітрі

сельбищної (житлової) зони та 0.8 ГДК в місцях масового відпочинку насе-

лення - територій, визначених місцевими органами: курортно-санітарних зон,

будинків відпочинку, пансіонатів, баз туризму, дачних ділянок, міських пля-

жів, парків і спортивних баз.

Забороняється проектування, розміщення, будівництво і введення в екс-

плуатацію об’єктів, що є джерелами забруднення атмосферного повітря, на

територіях з рівнями забруднення, які перевищують встановлені норми.

Для об’єктів, що є джерелами забруднення атмосферного повітря, повин-

на бути організована санітарно-захисна зона (СЗЗ), розміри якої визнача-

ються класом виробництва і підтверджуються розрахунками рівнів забруд-

нення на основі прогнозу розсіювання в атмосфері шкідливих речовин, а та-

кож результатів лабораторних досліджень атмосферного повітря в районах

розміщення аналогічних діючих об’єктів.

Згідно із санітарною класифікацією підприємств (об’єктів, джерел вики-

дів) встановлені такі розміри санітарно-захисних зон до границь житлової за-

будови (ДБН-360-92 “Планування і забудова міських і сільських поселень”):

для підприємств 1 категорії шкідливості (найшкідливіші) 1000 м, 2 категорії -

500 м, 3 категорії - 300 м, 4 категорії - 100 м і 5 категорії - 50 м.

Санітарно-захисна зона не може розглядатися як резервна територія

об’єкта і використовуватися для розширення промислової або сельбищної те-

риторії.

Перелік матеріалів щодо охорони атмосферного повітря при погодженні з

органами охорони навколишнього природного середовища та санітарного на-

гляду на стадії вибору майданчика для будівництва включає:

• обґрунтування вибору району, пункту, майданчика (траси) для будів-

ництва, враховуючи особливості фізико-географічних і аерокліматич-

них умов, рельєфу місцевості та даних про фонове забруднення;

• перелік забруднюючих речовин, що викидаються в атмосферу, з озна-

ченими для них ГДК чи ОБРВ з визначенням строку дії;

• якісні і кількісні характеристики викидів забруднюючих речовин в ат-

мосферу;

• принципові рішення, що передбачені для запобігання забрудненню по-

вітряного басейну і використання відходів виробництва;

• дані про можливість аварійних та залпових викидів в атмосферу;

• розрахунки очікуваного (прогнозованого) забруднення атмосферного

повітря з урахуванням діючих (фонових) забруднень, об’єктів, що бу-

дуються, або будівництво яких планується;

248

• економічну ефективність здійснення природоохоронних заходів і

оцінку екологічних збитків, завданих навколишньому природному се-

редовищу забрудненням атмосферного повітря;

• графічні матеріали: схеми ситуаційного плану із зазначенням діючих

об’єктів та об’єктів, що будуються і заплановані, з визначенням “рози

вітрів”, середньорічної та сезонної швидкості вітрів окремих румбів,

розмірів санітарно-захисної зони, існуючих та перспективних районів

житлово-громадського будівництва з нанесенням на неї даних про іс-

нуюче і очікуване забруднення атмосферного повітря, із зазначенням

джерел викидів в атмосферу.

Погодженню

на стадії проектування

з органами охорони навколишнього

природного середовища і санітарного нагляду підлягають:

• проектно-кошторисна документація на будівництво об’єктів, виконана

з обґрунтованими відхиленнями від чинних будівельних норм і правил

з охорони атмосферного повітря від забруднення, а також проектні рі-

шення в галузі охорони атмосферного повітря, на які відсутні санітар-

ні норми, правила і державні стандарти;

• проектно-кошторисна документація, при розробці якої виникла необ-

хідність зміни рішень у галузі санітарної охорони атмосферного повіт-

ря, погоджених при виборі майданчика (траси) для будівництва;

• проекти реконструкції, технічного переозброєння, будівництва на дію-

чому об’єкті нових цехів у випадку зміни класу шкідливості виробниц-

тва, якісних і кількісних характеристик викидів;

• проектно-кошторисна містобудівна документація в галузі охорони ат-

мосферного повітря;

• проектно-кошторисна документація в галузі санітарної охорони атмо-

сферного повітря, що вимагається органами держнагляду при прове-

денні вибіркового контролю за розробкою і прив’язкою проектів, що

використовуються повторно.

У проектах на

будівництво нових, реконструкцію або технічне пере-

озброєння діючих об’єктів повинні бути передбачені:

• безвідходні і маловідходні технологічні процеси з обов’язковим об-

ґрунтуванням можливості досягнення технологічних рішень, які прий-

маються в проекті;

• комплексна і раціональна переробка природних ресурсів;

• виробниче і санітарно-технічне обладнання, що забезпечує вловлю-

вання, утилізацію, знешкодження викидів та відходів або повне ви-

ключення викидів забруднюючих речовин в атмосферу;

• організаційні заходи, тобто створення служб з експлуатації газоочис-

них і пиловловлюючих споруд (установок), створення лабораторій з

контролю за викидами в атмосферу, вмістом шкідливих речовин у зоні

249

впливу підприємства, заходи при несприятливих метеорологічних

умовах або аварійних ситуаціях тощо.

У технологічній частині проекту та в розділі “Охорона навколишнього

природного середовища” повинні наводитись:

• характеристика фізико-географічних і кліматичних умов району та бу-

дівельного майданчика і врахування їх при проектуванні заходів з охо-

рони повітряного басейну;

• обґрунтування прийнятих рішень з технології виробництва стосовно

зменшення утворення та виділення забруднюючих речовин, порівнян-

ня їх з кращими вітчизняними і зарубіжними аналогами;

• обґрунтування вибору обладнання і апаратури для очищення викидів в

атмосферу, порівняння їх з передовими вітчизняними і зарубіжними

аналогами;

• пропозиції щодо запобігання аварійним і залповим викидам забрудню-

ючих речовин;

• обґрунтування заходів по зниженню викидів забруднюючих речовин в

атмосферу в період несприятливих метеорологічних умов;

• якісні і кількісні характеристики викидів шкідливих речовин в атмо-

сферу окремими цехами, виробництвами, спорудами, пропозиції щодо

гранично допустимих викидів;

• дані про існуючі рівні забруднення атмосферного повітря (фонові кон-

центрації) на підставі натурних досліджень або визначені розрахун-

ком;

• проект організації та упорядкування санітарно-захисної зони;

• матеріали розрахунку забруднення атмосферного повітря в районі роз-

міщення підприємства (джерел викидів) та його аналіз;

• кошторисна відомість про витрати на реалізацію заходів з охорони ат-

мосферного повітря;

• результати розрахунків економічної ефективності здійснення повітро-

охоронних заходів і оцінка економічних збитків, що завдаються на-

вколишньому природному середовищу внаслідок забруднення атмо-

сферного повітря;

• послідовність будівництва і пускові комплекси;

• характеристика та обґрунтування способів контролю за кількістю і

якістю викидів забруднюючих речовин;

• перелік та характеристика науково-дослідних, експериментальних або

дослідних робіт, які необхідно виконати для впровадження прийнятих

рішень щодо охорони атмосферного повітря від забруднення та стро-

ки їх виконання;

• ситуаційний план району розміщення підприємства (джерела викидів)

з визначенням на ньому санітарно-захисної зони діючих підприємств

250

(джерел викидів) та тих, що будуються і плануються до будівництва,

сельбищної території;

• зони відпочинку, санаторіїв, пансіонатів та генплан майданчика будів-

ництва з джерелами викидів в атмосферу (із санітарно-захисною зо-

ною).

Забороняється введення в дію об’єктів та пускових комплексів з недороб-

ками, що заважатимуть їх нормальній експлуатації та дотриманню гігієнічних

нормативів якості атмосферного повітря, з відхиленням від затвердженого

проекту або складу пускового комплексу, а також без випробування і перевір-

ки роботи всього встановленого обладнання (механізмів).

При проведенні комплексних випробувань обладнання замовник повинен

забезпечити проведення лабораторних досліджень з метою визначення якіс-

ного та кількісного забруднення атмосферного повітря в точках, які відпові-

дають максимальному прогнозованому рівню забруднення.