Zapobieganie i kontrola zanieczyszczenia powietrza
Od wieków człowiek wyrzucał odpady do atmosfery, a te zanieczyszczenia zniknęły wraz z wiatrem.
Zauważyliśmy, że głównymi źródłami zanieczyszczenia powietrza są:
(i) pojazdy silnikowe,
(ii) Przemysły, w szczególności ich odpady kominkowe,
(iii) Instalacje oparte na paliwach kopalnych (węgiel), jako elektrownie cieplne.
Należy podjąć kroki w celu kontrolowania zanieczyszczenia u źródła (zapobieganie), a także po uwolnieniu zanieczyszczeń w atmosferze. Istnieje pilna potrzeba zapobiegania emisjom z wyżej wymienionych głównych źródeł zanieczyszczenia powietrza.
[Pięć punktów kontroli ewentualnej emisji zanieczyszczeń powietrza]
Kontrola emisji może być realizowana na wiele sposobów.
Pięć oddzielnych możliwości sterowania pokazano na Rys. 2.6.
Są one krótko omówione poniżej:
1. Korekta źródła:
1 jego jest najłatwiejszym rozwiązaniem problemu zanieczyszczenia powietrza, w którym zatrzymujemy proces winny. Dlatego nazywa się to także zapobieganiem. Inżynier musi rozważyć możliwość kontrolowania emisji poprzez zmianę procesu. Na przykład, jeśli samochody wydają wysokie poziomy ołowiu w powietrzu, najrozsądniejszym rozwiązaniem jest po prostu wyeliminowanie ołowiu w benzynie. Źródło zostało poprawione, a problem rozwiązany.
Oprócz zmiany surowca można również zastosować modyfikację procesu w celu osiągnięcia pożądanego rezultatu. Na przykład wiadomo, że komunalne spalarnie śmieci śmierdzą. Zapachy można często łatwo kontrolować, jeśli spalarnie pracują w wystarczająco wysokiej temperaturze, aby całkowicie utlenić substancje organiczne, które powodują nieprzyjemny zapach. Takie środki, jak zmiana procesu, konwersja surowca lub modyfikacja wyposażenia w celu spełnienia norm emisji są znane jako kontrole.
W przeciwieństwie do tego, redukcja jest terminem używanym dla wszystkich urządzeń i metod zmniejszania ilości zanieczyszczeń wypłukujących atmosferę, gdy materiał został już wyemitowany ze źródła. W szerszym znaczeniu i dla uproszczenia, lepiej jest odnosić się do wszystkich procedur jako kontroli.
2. Pobieranie zanieczyszczeń:
Często najpoważniejszym problemem w kontroli zanieczyszczenia powietrza jest gromadzenie zanieczyszczeń w celu zapewnienia leczenia. Samochody są najbardziej niebezpieczne, tylko dlatego, że emisji nie można łatwo zebrać. Gdybyśmy mogli transportować spaliny z samochodów do niektórych centralnych urządzeń, ich leczenie byłoby znacznie rozsądniejsze niż kontrolowanie każdego samochodu osobowego.
Jednym z sukcesów w zbieraniu zanieczyszczeń był recykling gazów o niskiej temperaturze w silniku spalinowym. Poprzez ponowne wprowadzenie tych gazów i emisję ich przez układ wydechowy samochodu, można wyeliminować potrzebę instalacji oddzielnego urządzenia do obróbki samochodu. Inżynierowie zajmujący się kontrolą zanieczyszczenia powietrza mają najtrudniejszy czas, gdy zanieczyszczenia pochodzące z przemysłu nie są gromadzone, ale emitowane przez okna, drzwi itp.
3. Chłodzenie:
Gazy spalinowe, które mają być poddane obróbce, są czasami zbyt gorące dla sprzętu kontrolnego, a gazy muszą być najpierw schłodzone. Można to zrobić na trzy ogólne sposoby: rozcieńczenie, hartowanie lub cewki do wymiany ciepła (ryc. 2.7). Rozcieńczanie jest dopuszczalne tylko wtedy, gdy całkowita ilość gorącego gazu wylotowego jest mała. Hartowanie ma tę dodatkową zaletę, że usuwa niektóre z tych gazów i cząstek stałych. Cewki chłodzące są prawdopodobnie najszerzej stosowane i są szczególnie odpowiednie, gdy można zachować ciepło.
4. Leczenie:
Wybór odpowiedniego urządzenia do obróbki wymaga dopasowania właściwości substancji zanieczyszczającej i cech urządzenia sterującego. Ważne jest, aby zdać sobie sprawę, że rozmiary zanieczyszczeń powietrza sięgają wielu rzędów wielkości, a zatem nie można oczekiwać, że jedno urządzenie będzie skuteczne dla wszystkich zanieczyszczeń.
Ponadto rodzaje substancji chemicznych w emisjach często dyktują korzystanie z niektórych urządzeń. Na przykład gaz zawierający wysokie stężenie SO2 można oczyścić za pomocą rozpylaczy wodnych, ale powstały H2SO4 może stwarzać poważne problemy z korozją.
Na rynku pojawia się wiele urządzeń, z których najczęściej korzysta się:
(a) Komory do sprzedaży to nic innego jak duże miejsca w kanałach, podobne do osadników w uzdatnianiu wody. Te komory usuwają tylko duże cząstki.
(b) Cyklony są szeroko stosowane do usuwania dużych cząstek. Brudne powietrze jest wydmuchiwane do stożkowego cylindra, ale poza linię środkową. Powoduje to gwałtowne zawirowanie wewnątrz stożka, a ciężkie ciała stałe migrują do ścianki cylindra, gdzie zwalniają z powodu tarcia i występują w dolnej części stożka. Czyste powietrze znajduje się w środku cylindra i wychodzi z góry. Cyklony są szeroko stosowane jako wstępne środki czyszczące, w celu usunięcia ciężkiego materiału przed dalszą obróbką.
(c) Filtry workowe działają jak zwykłe odkurzacze. Worki z tkanin są używane do zbierania pyłu, który musi być okresowo wyrzucany z worków. Tkanina usuwa prawie wszystkie cząstki stałe. Filtry workowe są szeroko stosowane w wielu gałęziach przemysłu; ale są wrażliwe na wysoką temperaturę i wilgotność.
(d) Mokre kolektory mają wiele kształtów i stylów. Prosta wieża natryskowa (ryc. 2.8) jest skuteczną metodą usuwania dużych cząstek. Bardziej wydajne skrubery ułatwiają kontakt między powietrzem i wodą poprzez gwałtowne działanie w wąskim odcinku, do którego wprowadzana jest woda. Ogólnie rzecz biorąc, im bardziej gwałtowne jest spotkanie, a zatem im mniejsze pęcherzyki gazu lub krople wody, tym skuteczniejsze jest szorowanie.
(e) Elektrofiltry są szeroko stosowane w elektrowniach. Rozdrobniona substancja jest usuwana najpierw przez ładowanie elektronami (przeskakiwanie z jednej elektrody wysokiego napięcia do drugiej, a następnie migracja do elektrody naładowanej dodatnio Jeden z typów pokazany na Rys. 2.8 składa się z rury z drutem zwisającym w środku Cząsteczki zbierają się na rurze i muszą być usuwane przez uderzanie rur młotami Elektrofiltry nie mają ruchomych części, wymagają prądu i są wyjątkowo skuteczne w usuwaniu cząstek submikronowych.
(g) Adsorpcja to zastosowanie materiału, takiego jak węgiel aktywny, do wychwytywania zanieczyszczeń. Takie adsorbery mogą być drogie w regeneracji. Większość z nich działa dobrze dla substancji organicznych i ma ograniczone zastosowanie dla zanieczyszczeń nieorganicznych. Rysunek 2.9 pokazuje etapy wieży adsorpcyjnej.
(h) Spalanie jest metodą usuwania zanieczyszczeń gazowych poprzez spalanie ich do CO2, H2O i wkładek. Działa to tylko w przypadku oparów palnych.
(i) Katalityczne spalanie obejmuje zastosowanie katalizatora do adsorpcji lub chemicznej zmiany zanieczyszczeń.
Ponownie ważne jest podkreślenie zależności skuteczności urządzenia do obróbki od wielkości cząstek. Ryc. 2.10 pokazuje przybliżone zakresy przystosowalności dla różnych metod leczenia omówionych powyżej.
5. Dyspersja:
Nauka o meteorologii ma wielki wpływ na zanieczyszczenie powietrza. Problem zanieczyszczenia powietrza składa się z trzech części. Źródło, ruch substancji zanieczyszczającej i odbiorca (ryc. 2.10). Stężenie zanieczyszczeń u odbiorcy zależy od dyspersji atmosferycznej lub od tego, jak rozcieńcza się powietrze czystym powietrzem. Ta dyspersja odbywa się poziomo i pionowo.
Rotacja Ziemi przedstawia nowe obszary, w których słońce ma świecić i ogrzewać powietrze. W związku z tym na całym świecie powstaje pewien rodzaj wiatrów, niektóre sezonowe (np. Huragany) i niektóre trwałe. Inżynierowie zajmujący się zanieczyszczeniem powietrza często stosują odmianę róży wiatrów (róża wiatrów jest graficznymi obrazami prędkości wiatru i danych kierunku), nazywaną różą zanieczyszczeń, aby określić źródło zanieczyszczenia.
Dyfuzja jest procesem rozprzestrzeniania się emisji na dużym obszarze, a tym samym zmniejszania stężenia określonych zanieczyszczeń. Rozpraszanie lub rozproszenie pióropusza jest zarówno poziome, jak i pionowe. Maksymalne stężenie zanieczyszczeń znajduje się w linii środkowej smugi, tj. W kierunku dominującego wiatru.
Gdy oddalamy się od linii środkowej, stężenie maleje. Jeśli przyjmiemy, że rozprzestrzenianie się smugi w obu kierunkach jest przybliżone krzywą prawdopodobieństwa Gaussa, możemy obliczyć stężenie zanieczyszczenia w dowolnej odległości X z wiatrem ze źródła.
Zagrożenia związane z zanieczyszczeniem można przewidzieć na podstawie danych meteorologicznych, a wczesne ostrzeganie o zbliżających się zagrożeniach i planach awaryjnych można opracować w celu zamknięcia przemysłu.
Kontrola zanieczyszczeń z ruchomych źródeł:
Chociaż wiele z wyżej wymienionych metod sterowania może również odnosić się do ruchomych źródeł, jedno bardzo szczególne źródło ruchu, na którym samochód zasługuje na szczególną uwagę. Działanie silnika ma bezpośredni wpływ na emisje. Ilość CO, HC i NOx jest różna podczas biegu jałowego, przyspieszania, jazdy z prędkością przelotową i hamowania.
Techniki kontroli emisji dla silnika spalinowego wewnętrznego spalania obejmują tuningi, reaktory katalityczne i modyfikacje silnika. Nastrojenie może mieć znaczący wpływ na składniki emisji. Na przykład, wysoki stosunek powietrze / paliwo (mieszanka ubogiej mieszanki) zmniejszy zarówno CO, jak i HC, ale z podwyższonym poziomem NOx.
Drugą strategią kontrolną, obecnie szeroko stosowaną, jest reaktor katalityczny, który utlenia CO i HC do CO 2 i H 2 O. Drugi reaktor redukuje NOx do N2. Najbardziej popularne reaktory katalityczne mają dwie poważne wady. Po pierwsze, są łatwo zanieczyszczone przez ołów. W rzeczywistości ruch spowodowany niedozwoloną benzyną został spowodowany tym powodem, a nie obawą o poziomy ołowiu w atmosferze. Drugi problem z reaktorami polega na tym, że związki siarki w benzynie są utleniane do cząstek stałych SO3, a zatem zwiększają poziomy siarki w środowisku.
W trzeciej technice sterowania - modyfikacji silnika silnik z warstwowym ładunkiem jest stosowany bez reakcji katalitycznych. W tych silnikach cylindry mają dwa przedziały, z jednym przedziałem otrzymującym bogatą mieszaninę, zapalającą, a następnie zapewniającą szeroki płomień dla wydajnego oparzenia w komorze głównego cylindra. Opracowano również inne modyfikacje. Trudno jest wyprodukować całkowicie czysty wewnętrzny silnik grzebieniowy. Samochody elektryczne są czyste, ale mogą magazynować jedynie ograniczoną moc, dlatego ich zasięg jest ograniczony.
Ogólne metody kontroli zanieczyszczeń powietrza przez samochody i przemysł zostały krótko omówione powyżej. Poniżej przedstawiono niektóre konkretne środki kontroli zanieczyszczeń komunalnych i przemysłowych w powietrzu.
Zanieczyszczenia pochodzące od pojazdów:
1. Aby sprawdzić emisję zanieczyszczeń z układu wydechowego pojazdów:
Można to osiągnąć przez:
(i) Wykorzystanie nowej proporcji benzyny i powietrza,
(ii) Dokładniejszy czas podawania paliwa,
(iii) Stosowanie dodatków gazowych w celu poprawy spalania,
(iv) Przez wtłaczanie powietrza do rury wydechowej w celu konwersji związków wydechowych na mniej toksyczne materiały i przez
(v) Aktualizacja projektu silnika i / lub zainstalowanie wyposażenia (urządzenia) redukującego w celu poprawy spalania przy istniejącej konstrukcji silnika.
Tlenek węgla wynika z niskiej zawartości powietrza w mieszaninie paliwowej, podczas gdy wytwarzanie NOx jest promowane przez wysokie temperatury spalania. Węglowodany podążają mniej więcej za wzorem CO.
Całkowite wyeliminowanie tych trzech zanieczyszczeń można osiągnąć poprzez aktualizację obecnego projektu silników (np. Silników czterosuwowych) lub poprzez odpowiednie zmiany w urządzeniach poprawiających spalanie.
2. Aby kontrolować parowanie ze zbiornika paliwa i gaźnika:
Można to zrobić przez:
(i) Zbieranie oparów z aktywowanym węglem drzewnym, gdy silnik jest wyłączony i jego zapłon, gdy silnik jest uruchamiany,
(ii) Poddanie benzyny w zbiorniku lekkim naciskom, aby zapobiec parowaniu gazu i
(iii) Opracowanie niskiej lotnej benzyny, która nie paruje łatwo.
3. Używanie filtrów:
Niektóre pary gazów uciekają między ściankami a tłokiem, który wchodzi do skrzyni korbowej, a następnie wyładowuje się do atmosfery. Węglowodory (około 25%) uwalniane są w ten sposób. Tak więc użycie filtrów, które wychwytują i przetwarzają te uchodzące gazy w silniku, powinno kontrolować emisję tych węglowodorów.
4. Kontrola przez prawo:
Mają one być egzekwowane niektóre standardy poprzez ustawy o pojazdach silnikowych i innych ustaw dotyczących projektowania silników itp.
Zanieczyszczenia przemysłowe:
Aby sprawdzić zanieczyszczenie powietrza przez kominy przemysłowe, musimy opracować metody usuwania pyłu i zanieczyszczeń gazowych z odpadów. Usuwanie cząstek stałych polega na ich zbieraniu pod wpływem różnych sił, co powoduje ich ciągłe wydostawanie się ze strumienia gazu.
Sprzęt używany do ich usunięcia to:
(i) kolektory cyklonów, oraz
(ii) Elektrofiltry (ESP). W związku z tym musimy wygenerować technologię sterowania. Obecnie istnieje niewiele elektrowni i branż, które zainstalowały wymagane ESP.
1. Kolektory cyklonów:
Tutaj cząstki zawierające gaz odpadowy są poddawane wirowaniu. Zawieszone cząsteczki przesuwają się w kierunku ściany korpusu cyklonu, a następnie na jego dno i ostatecznie zostają wypuszczone. Kolektory cyklonów usuwają około 70% cząstek.
2. Elektrofiltry (ESP):
Aby usunąć cząstki ze strumienia gazu, siły elektryczne są stosowane w komorze w filtrze wyłapującym. Zawieszone cząstki zostają naładowane lub zjonizowane i przyciągają naładowane elektrody, a następnie są usuwane. ESP mogą usuwać 99% zanieczyszczeń pyłowych z wydmuchu komina
ESP działają bardzo dobrze w elektrowniach, papierniach, cementowniach, elektrowniach węglowych itp. Pył wysokiej rezystywności może utrudniać rozdzielanie w ESP. Aby temu zaradzić, stosuje się filtry tkaninowe lub filtry workowe. Ale filtry tkaninowe nie nadają się do mokrych lub lepkich cząstek, ekstremalnych warunków korozyjnych i wysokich temperatur gazu.
Zanieczyszczenia gazowe:
Można je usunąć za pomocą następujących trzech metod.
(a) Systemy mokre:
Są one używane jako wieże myjące, w których płyn alkaliczny cyrkuluje w sposób ciągły. Ciecz ta reaguje z SO2 w celu wytworzenia osadu.
(b) Systemy suche:
Tutaj zanieczyszczenia gazowe mogą reagować z absorbentem w fazie suchej. Dolomit, wapno (CaO) i wapień (CaOH) są umieszczone na drodze przepływającego gazu (SO2). Proces ten nie jest zbyt drogi i nie obejmuje rozpylania wody. Woda w kontakcie z SO2 wytwarza korozyjny H2SO4.
(c) Systemy suche na mokro:
Tutaj woda w absorbencie reaguje z kwasowymi składnikami. Jest to alternatywa dla tradycyjnego procesu mokrego wykorzystywanego do odsiarczania gazów palnych z kotłów węglowych. Chłonny wodorotlenek wapnia rozprowadza się w strumieniu gorącego gazu w postaci małych kropelek. Wapń reaguje z SO 2, a gorące gazy powodują parowanie wody jednocześnie.
Produkt końcowy to sucha siła zawierająca głównie popiół lotny i sole. Węgiel drzewny może być również stosowany jako absorbent. Inne absorbery mogą również służyć do zbierania alkoholi i benzenu. Ta metoda jest bardzo skuteczna w zakładach do czyszczenia na sucho, w drukarniach i fabrykach farb, zakładach przetwórstwa żywności, browarach i przemyśle farmaceutycznym. Spalanie gazów może być również wykorzystywane w przemyśle naftowym itp.
Kontrola przez prawo:
Podobnie jak w przypadku pojazdów silnikowych, normy powinny być egzekwowane odpowiednimi ustawami również dla przemysłu. Istnieją inne warunki, które mogą być egzekwowane przez prawo.
