Стольберг Ф.В. Экология города (урбоэкология)

Подождите немного. Документ загружается.

Раздел 4. Воздушная среда города

201

ление движения на 180° и выходит из циклона через расположенную на оси

выхлопную трубу. Частицы пыли, достигшие стенок корпуса, опускаются под

действием силы тяжести и поступают в бункер. По мере наполнения бункера

пыль через пылевой затвор отгружается на утилизацию или захоронение.

Очищенный воздух через выходной патрубок отводится из циклона.

Рекомендуемая скорость газа в цилиндрической части циклона — 2,5—

4,5 м/с.

Диаметр циклона не следует задавать более 1000 мм. Для повышения

эффективности очистки циклоны компонуют в группы с общим подводом

и отводом очищаемого воздуха. Такие циклоны называют батарейными.

Этим достигается существенная экономия капитальных и эксплуатацион-

ных затрат.

К высокоэффективным типам аппаратов сухой очистки газов относятся

фильтры.

В основе работы фильтров всех видов лежит фильтрация запыленного

воздуха через пористую перегородку, в процессе которой частицы пыли, взве-

шенные в газе, задерживаются перегородкой, а газ беспрепятственно прохо-

дит через нее.

Пористые перегородки могут представлять собой ткани, бумагу, волок-

нистые материалы, керамику, металлические сетки, зернистые слои.

В отличие от аппаратов инерционной очистки фильтры могут с дос-

таточной эффективностью задерживать частицы любого размера. Наибо-

лее целесообразно использовать фильтры для улавливания частиц пыли

размером менее 5 мкм.

Скорость процесса фильтрования определяется перепадом давления на

пористой перегородке. По мере накопления на фильтре частиц пыли ско-

рость прохождения газа постепенно снижается. Перегородку необходимо пе-

риодически подвергать регенерации путем освобождения от уловленной пыли.

Это существенно осложняет эксплуатацию фильтров.

Степень очистки газа в фильтре зависит от пористости фильтрующего

материала, толщины фильтрующего слоя, объема фильтровального материа-

ла в единице объема фильтра и суммарного коэффициента захвата частицы

пыли фильтрующим волокном, величина которого в свою очередь зависит от

механизма процесса фильтрования.

Тканевые фильтры предназначены для очистки их от твердых частиц

отходящих газов плавильных печей предприятий черной и цветной метал-

лургии, печей обжига в стекольной и керамической промышленности и

котельных. В качестве фильтрующего материала применяют бельтинг, лав-

сан, капрон и др.

Наиболее распространенным типом тканевого фильтра является рукав-

ный фильтр (рис. 4.9).

202

Экология города

1 — вход запыленного газа; 2 — рукава; 3 — корпус фильтра; 4 — воздуховод очищенного

газа; 5 — воздуховод продувочного воздуха; 6 — механизм встряхивания; 7 — клапаны;

8 — бункер для сбора пыли

Запыленный газ, поступающий через входной патрубок в нижнюю часть

корпуса фильтра, подводится внутрь рукавов. После прохождения через филь-

трующую ткань очищенный воздух удаляется из аппарата.

Частицы пыли оседают на фильтрующей поверхности рукава, в результа-

те чего его сопротивление постепенно увеличивается. Когда оно достигает

некоторого предельного значения, фильтр переводится в режим регенерации.

Наиболее часто регенерация осуществляется обратной продувкой. Для повы-

шения эффективности регенерации рукавов их могут встряхивать при помо-

щи специальных механизмов.

Камеры фильтра переводят в режим регенерации по очереди и таким

образом обеспечивают его непрерывную работу.

Степень очистки от мелкодисперсной пыли в рукавном фильтре может

достигать 99,9%. Скорость прохождения очищаемого газа через фильтрую-

щую ткань составляет 0,5—1 м/с. *

Волокнистые фильтры предназначены для очистки от пыли слабозапы-

ленных потоков воздуха с концентрацией пыли не более 5 мг/м

. Они пред-

ставляют собой пористые перегородки, составленные из беспорядочно рас-

положенных равномерно распределенных по сечению волокон (рис. 4.10).

Раздел 4. Воздушная среда города 203

1 — вход газа; 2 — выход газа; 3 — боковая стенка; 4 — фильтрующий материал

Из-за глубокого проникновения улавливаемых частиц пыли вглубь порис-

того материала регенерация волокнистых фильтров затруднена. По окончании

срока службы отработавший фильтрующий материал обычно заменяется новым.

В волокнистых фильтрах используются как естественные, так и специ-

ально изготовленные волокна толщиной от 0,01 до 100 мкм (отходы тек-

стильного производства, шлаковая вата, стекловолокно и др.). Степень очис-

тки при улавливании мелкодисперсной пыли может достигать 99%. Рекомен-

дуемая скорость фильтрации — 0,01 — 0,1 м/с.

Зернистые фильтры применяются при очистке газов с высокими температу-

рами (до 500—800° С) в условиях агрессивной среды при резких изменениях

давления и температуры. Они представляют собой емкость, заполненную филь-

трующим материалом, в качестве которого могут быть применены песок, ще-

бень, шлак, опилки, крошка руды, угля, графита, пластмасс и др. В качестве

фильтрующего слоя в зернистых фильтрах используются насыпные материалы.

Зернистые фильтры применяются для улавливания слипающихся и аб-

разивных пылей в тех случаях, когда затруднено применение аппаратов

другого типа.

В некоторых случаях в зернистых фильтрах возможен возврат фильтрую-

щего слоя в технологический процесс, если в качестве зерен используется

исходное сырье (частицы угля, используемые в качестве зерен фильтра при

очистке воздуха от угольной пыли, можно возвращать в топку котла).

Разновидностью зернистых фильтров являются фильтры сорбционной

очистки, где в качестве фильтрующей загрузки используются катализаторы и

сорбенты. Сорбционные фильтры предназначены для улавливания газооб-

разных примесей.

В зависимости от вида улавливаемой пыли и зерен фильтра степень очи-

стки может достигать 95—99,5%, скорость фильтрации — 15—35 м/с.

204

Экология города

Электрофильтры предназначены для очистки промышленных газов от

твердых частиц, выделяющихся при различных технологических процессах.

Эти аппараты незаменимы при очистке выбросов цементных, известковых,

гипсовых и других производств, где содержатся пылевидные частицы, под-

верженные схватыванию при контактах с влагой. Уловленная в электро-

фильтрах пыль является ценным готовым продуктом или вторичным мине-

ральным сырьем.

К преимуществам электрофильтров относится высокая степень очистки,

достигающая 99%, возможность улавливания частиц широкого диапазона разме-

ров, стабильная работа при высокой запыленности и температуре газа, высокая

производительность и возможность полной автоматизации процесса очистки.

К недостаткам электрофильтров следует отнести высокую чувствитель-

ность к параметрам очищаемого газа (температура, влажность, электрическое

сопротивление), невозможность использования для очистки взрыво- и пожа-

роопасных смесей, относительно высокую стоимость аппарата и повышен-

ные требования к технике безопасности при эксплуатации.

Установка для электростатической очистки выбросов состоит из электро-

фильтра, агрегатов питания, системы транспортировки уловленной пыли.

Электрофильтр (рис. 4.11) монтируется в металлическом корпусе прямо-

угольного сечения. Внутри него располагаются осадительные и коронирую-

щие электроды. На входе в электрофильтр устанавливается газораспредели-

тельное устройство, обеспечивающее равномерное распределение газа в ак-

тивной зоне аппарата. В нижней части корпуса установлены бункера для сбора

и системы для транспортировки пыли.

Рис. 4.11. Электрофильтр:

1 — корпус; 2 — осадительные электроды; 3 — коронирующие электроды; 4 — газо-

распределительное устройство; 5 — бункера для сбора пыли; 6 — система транспорти-

ровки пыли

Раздел 4. Воздушная среда города

205

Основой процесса очистки является ионизация пылевидных частиц и

молекул газа под воздействием электростатического поля. Заряженные ча-

стички оседают на поверхность электрода с противоположным электри-

ческим зарядом. Осажденные частицы удаляются с электродов встряхива-

нием или промывной водой. Уловленная пыль (шлам) поступает в бункер

электрофильтра и далее в систему удаления.

В зависимости от конструкции электрофильтра скорость прохождения

очищаемых газов колеблется в пределах 0,8—1,7 м/с.

Мокрая очистка выбросов является одним из наиболее эффективных и

широко распространенных методов пылегазоулавливания. При мокрой очи-

стке достигается высокая степень извлечения твердых, жидких и газооб-

разных примесей.

Основой процесса мокрой очистки является осаждение частиц пыли

на каплях или на слое жидкости. В качестве орошающей жидкости чаще

всего используется вода. Иногда, в зависимости от особенностей состава

очищаемых выбросов, воду подщелачивают или подкисляют.

Аппараты мокрой газоочистки отличаются простотой конструкции и

эксплуатации, относительно невысокой стоимостью. В них можно очи-

щать выбросы любой влажности, а также пожаро- и взрывоопасные смеси.

К недостаткам мокрого способа пыле- газоочистки следует отнести: об-

разование сточных вод и шлама, которые требуют дальнейшей обработки;

коррозию оборудования при воздействии агрессивных увлажненных газов и

жидкости; относительно высокие удельные затраты электроэнергии.

Простейшим аппаратом мокрой очистки выбросов является форсуноч-

ный скруббер. Он предназначен для улавливания частиц размером более

10—15 мкм, а также для охлаждения и увлажнения очищаемых выбросов.

Форсуночный скруббер (рис. 4.12) представляет собой цилиндричес-

кую емкость, оснащенную патрубками для подвода и отвода очищенного

воздуха. В верхней части корпуса расположены один или несколько яру-

сов форсунок для распыления орошающей жидкости. Жидкость в виде

дождя с диаметром капель 0,6—1 мм как бы промывает очищаемый газ,

движущийся противотоком, т.е. снизу вверх, со скоростью 0,7—1,5 м/с.

При больших скоростях происходит вынос влаги и отложение пыли на внут-

ренних поверхностях выходного патрубка скруббера. Удельный расход воды

в скрубберах составляет 1—6 л/м

В механическом скруббере распыление жидкости производится с по-

мощью вращающегося диска. В скруббере Вентури распыление жидкости

происходит за счет турбулентного движения очищаемого потока газа че-

рез конфузор трубы Вентури (рис. 4.13). Проходя далее через инерцион-

ный каплеуловитель, поток газа освобождается от капель жидкости, ко-

торые удерживают частицы пыли, откуда жидкость отводится через гид-

розатвор.

206 Экология города

/1 \/,

\ ,

'It'll

Рис. 4.12. Форсуночный скруббер:

1 — цилиндрический корпус; 2 — вход-

ной патрубок; 3 — патрубок для отвода

очищенного газа; 4 — подвод воды на оро-

шение; 5 — контрольно-измерительные

приборы параметров воды; 6 — регулиру-

ющая задвижка; 7 — форсунки верхнего и

нижнего яруса орошения; 8 — гидрозат-

вор

Рис. 4.13. Скруббер Вентури:

1 — вход очищаемого газа; 2 — выход очи-

щенного газа; 3 — орошающее устройство;

4 — конфузор трубы Вентури; 5 — горло-

вина; 6 — диффузор; 7 — каплеуловитель;

8 — гидрозатвор

Раздел 4. Воздушная среда города

207

Размер частиц, улавливаемых в скруббере Вентури, — от 0,2 мкм и выше.

При этом степень очистки может достигать 96—99%. Скорость газа в горло-

вине трубы Вентури достигает 100—180 м/с, удельный расход орошающей

жидкости — 0,^—1,5 л/м

Принцип действия и конструкция центробежного скруббера аналогичны

циклону (рис. 4.14). Под воздействием центробежных сил, возникающих при

вращении газового потока в аппарате, части-

цы пыли отбрасываются на спираль скруббе-

ра, откуда смываются жидкостью, подаваемой

через сопла, расположенные по окружности в

верхней части корпуса.

Рис. 4.14. Центробежный скруббер:

1 — тангенциальный патрубок для входа очищаемого

газа; 2 — выход очищенного газа; 3 — система подачи

воды; 4 — цилиндрический корпус; 5 — гидрозатвор

Скорость газа в цилиндрическом сечении

корпуса достигает 4—5 м/с; степень очистки

довольно высокая и зависит от размера и плот-

ности частицы пыли, а также диаметра цент-

робежного скруббера.

Аппараты мокрой газоочистки ударно-инерционного действия — пылеулови-

тель вентиляционный мокрый (ПВМ), ротоклон применяются при отсутствии

достаточного количества чистой воды и относительно невысоких температурах

очищаемого газа для очистки от частиц пыли размером не менее 5 •+• 10 мкм.

Принцип действия этих аппаратов основан на резком повороте на 180°

газового потока, направленного с большой скоростью перпендикулярно к

поверхности жидкости (рис. 4.15). Взвешенные в газе частицы, ударяясь о

поверхность жидкости, улавливаются

ею. Вода, увлекаемая газовым потоком,

движется до верхней кромки перегород-

ки, а затем сепарируется в каплеулови-

теле. Очищенный газ с помощью вен-

тилятора выбрасывается наружу.

Рис. 4.15. Пылеуловитель вентиляционный

мокрый (ПВМ):

1 — корпус; 2, 3 — перегородки; 4 — капле-

отбойник-каплеуловитель; 5 — отверстие для

входа очищаемых газов; 6 — патрубок для вы-

хода очищенных газов; 7 — скребковый кон-

вейер

208

Экология города

Аппарат со щелевым каналом сложной конфигурации (импеллером) на-

зывается ротоклон.

Уловленная пыль оседает на дне корпуса аппарата и удаляется скребко-

вым конвейером.

Расход воды на орошение газа не превышает 0,03 кг/м

. Степень очистки

при диаметре частиц пыли до 10 мкм составляет 98—99%. Скорость газа в

щели между перегородками достигает 15 м/с.

Барботажные пенные аппараты предназначены для очистки небольших

расходов газа от частиц пыли размером не менее 5 мкм.

Процесс барботажа состоит в прохождении очищаемого газа через слой

жидкости.

Барботажный пенный аппарат (рис. 4.16) представляет собой корпус, пере-

гороженный горизонтальной решеткой с равномерно расположенными мелки-

ми отверстиями. Запыленный газ подается под ре-

шетку и отводится из верхней части аппарата.

Рис. 4.16. Барботажный пенный аппарат:

1 — корпус; 2 — вход очищаемого газа; 3 — выход очищен-

ного газа; 4 — ороситель; 5 — отвод жидкости в перелив-

ной отсек; 6 — решетка; 7 — отвод жидкости, прошедшей

через решетку

При скорости газа до 1 м/с наблюдается барбо-

тажный режим, при котором воздух проходит через

слой жидкости в виде отдельных пузырьков. При

повышении скорости барботажный режим перехо-

дит в пенный.

Диаметр корпуса барботажного аппарата обыч-

но составляет 2—2,5 м, диаметр отверстий решетки

— 4—8 мм, скорость газов при прохождении ре-

шетки — 6—10 м/с.

Методы очистки промышленных выбросов от газо- и парообразных примесей

по характеру протекания физико-химических процессов подразделяется на

следующие группы:

• промывка выбросов растворимых примесей (адсорбция);

• промывка выбросов растворами реагентов, связывающих примеси хи-

мически (хемосорбция);

• поглощение газообразных примесей твердыми активными веществами

(адсорбция);

• термическая нейтрализация вредных примесей отходящих газов (про-

цессы сжигания);

• каталитическая очистка газов;

• биохимическая очистка газов.

Раздел 4. Воздушная среда города 209

4.5. Контроль уровня загрязнения атмосферного

воздуха в городах

4.5.1. Система контроля

Мониторинг атмосферного воздуха — слежение за его состоянием и пре-

дупреждение о критических ситуациях, вредных или опасных для здоровья

людей и других живых организмов.

Для обеспечения мониторинга в развитых странах созданы автоматизи-

рованные системы контроля загрязнения воздуха (АС КЗ В).

Задачи, решаемые АСКЗВ:

• автоматическое наблюдение и регистрация концентраций загрязняю-

щих веществ;

• анализ полученной информации с целью определения фактического

состояния загрязнения воздушного бассейна;

• принятие экстренных мер по борьбе с загрязнением;

• прогноз уровня загрязнения;

• выработка рекомендаций для улучшения состояния окружающей среды;

• уточнение и проверка расчетов рассеивания примесей.

АСКЗВ рассчитаны на измерение концентраций одного или нескольких

ингредиентов из следующего ряда: S0

; СО; NO

; 0

; C

; H

S; NH

; взве-

шенных веществ, а также определения влажности, температуры, направле-

ния и скорости ветра.

АСКЗВ оснащаются приборами на основе сенсоров. Различают элект-

рохимические, амперометрические, полупроводниковые, пьезокварцевые,

фотометрические сенсоры с использованием волоконной оптики и инди-

каторных трубок, биосенсоры, сенсоры на поверхностно-активных волок-

нах и др. АСКЗВ функционируют на уровне отдельных предприятий, го-

рода, региона, а также на национальном и межгосударственном уровнях.

Центральная станция системы укомплектована вычислительным комп-

лексом. Система имеет обратную связь с предприятиями-источниками за-

грязнения атмосферного воздуха.

Частота фиксации результатов измерений — от 3 раз в сутки до 60 раз в

час. Для передачи информации используются телефонные линии, УКВ-ра-

диоканалы или телеграфный канал.

Станции, как правило, работают без обслуживающего персонала, все виды

контроля осуществляются автоматически.

Развитие АСКЗВ происходит путем увеличения числа стационарных стан-

ций и применения передвижных постов наблюдений. Дальнейшее совер-

210

Экология города

шенствование систем наблюдений осуществляется путем применения более

современной техники, объединения отдельных локальных систем в регио-

нальные, общегосударственные, интернациональные.

В Украине наблюдение за уровнем загрязнения атмосферы осуществляют

с помощью постов.

Посты наблюдения размещаются в павильоне или на автомобиле, обору-

дованном соответствующими приборами.

Установлено 3 категории постов наблюдений: стационарный, маршрут-

ный и передвижной (подфакельный).

Стационарный пост предназначен для непрерывной регистрации содер-

жания загрязняющих веществ или регулярного отбора проб воздуха для по-

следующего анализа. Выделяются опорные стационарные посты — для выяв-

ления долговременных изменений содержания основных и наиболее распро-

страненных загрязняющих веществ.

Маршрутный пост предназначен для регулярного отбора проб воздуха в

фиксированной точке местности при наблюдениях, которые проводят с по-

мощью специально оборудованного автомобиля-лаборатории.

Передвижной (подфакельный) пост предназначен для отбора проб под

дымовым факелом с целью выявления зоны влияния данного источника.

Наблюдения под факелом производятся с помощью лаборатории, смонтиро-

ванной в автомобиле. Подфакельные посты располагаются в определенных

точках на фиксированных расстояниях от источника. Они перемещаются в

соответствии с направлением факела обследуемого источника выброса.

Стационарные и маршрутные посты размещаются в местах, выбранных

на основе предварительного исследования загрязнения атмосферы, как пра-

вило, в центральной части населенного пункта, в жилых районах с различ-

ным типом застройки, в первую очередь в наиболее загрязненных, на терри-

ториях, прилегающих к магистралям наиболее интенсивного движения транс-

порта, а также в зонах отдыха.

К числу наиболее загрязненных районов относят зоны наибольших мак-

симальных разовых и среднесуточных концентраций, создаваемых выброса-

ми промпредприятий (в радиусе 0,5—2 км от низких источников и 2—3 км от

высоких).

Подфакельные посты размещают с учетом ожидаемых наибольших кон-

центраций на расстояниях 0,5; 1; 2; 3; 10 км от границы санитарно-защитной

зоны или источника загрязнения атмосферы с подветренной стороны от него.

Направление факела определяется визуальными наблюдениями за очертания-

ми облака дыма или по направлению ветра, если дымовое обл^со отсутствует.

Каждый пост независимо от категории размещается на открытой, про-

ветриваемой со всех сторон площадке с непылящим покрытием (асфальт,

твердый грунт, газон) таким образом, чтобы исключить искажение результа-

тов измерений из-за наличия зеленых насаждений, зданий и других объектов.