Основы защиты окружающей среды

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Шумовое загрязнение окружающей среды

Шум - случайное сочетание звуков различной интенсивности и частоты; мешающий, нежелательный звук. Различают источники шума естественного и техногенного происхождения.

Шум в городской среде и жилых зданиях создается транспортными средствами, промышленным оборудованием, санитарно-техническими установками. На городских магистралях и в прилегающих к ним зонах уровни звука могут достигать 70...80 дБА, а в отдельных случаях 90 дБА и более. В районе аэропортов уровни звука еще выше.

Шумы, в особенности техногенного происхождения, вредно воздействуют на организм человека. Степень вредного воздействия шума зависит от его интенсивности, спектрального состава, времени воздействия, местонахождения человека, характера выполняемой им работы и индивидуальных особенностей человека.

Техногенные шумы часто представляют собой смесь случайных и периодических колебаний. К источникам шума техногенного происхождения относятся все применяемые в современной технике механизмы, оборудование и транспорт, которые создают значительное шумовое загрязнение окружающей среды.

Техногенный шумовой фон создается источниками, находящимися в постройках, сооружениях, зданиях и на территории между ними.

Источниками излучения шума в окружающую среду являются автомобили, самолеты, суда, строительные машины и установки, пневмоинструмент, воздухозаборные шахты, компрессоры, трамваи, троллейбусы и т.д. Шум, в основном, возникает в результате совершения работы или движения. шум техногенный пылеулавливающий очистка

Классификация шумов.

В зависимости от среды, в которой распространяется звук, условно различают структурные, или корпусные, и воздушные шумы. Структурные шумы возникают при непосредственном контакте колеблющегося тела с частями машин, их корпусом, трубопроводами, фундаментами, строительными конструкциями и т.д. Колебательная энергия, сообщаемая источником шума жестко связанным с ним предметам (в зависимости от формы связи и их линейных размеров), распространяется по ним в виде продольных или поперечных волн (или тех и других одновременно). Колеблющиеся поверхности, приводя в колебание прилегающие к ним частицы воздуха, образуют звуковые волны. Если источник не связан с какими-либо конструкциями, то шум, излучаемый им в воздух, называется воздушным.

Источниками шумов техногенного происхождения являются рельсовый, водный, авиационный и колесный транспорт, техническое оборудование промышленных и бытовых объектов, вентиляционные установки, санитарно-техническое оборудование, теплоэнергетические системы, электромеханические устройства, газотурбокомпрессоры, электротехнические приборы и оборудование, аэрогазодинамические установки и т.п.

Характер шума зависит от вида источника. Техногенные шумы по физической природе происхождения подразделяют на следующие группы:

- механические, возникающие при взаимодействии различных деталей в механизмах (одиночные или периодические удары, возникающие при некоторых технологических процессах, например при ковке, штамповке, клепке), в результате движения отдельных деталей и узлов машин или механизмов с неуравновешенными массами, особенно сильный в неисправных системах, а также при вибрациях поверхностей устройств, машин, оборудования и т.п.;

- электромагнитные, возникающие вследствие колебаний деталей и элементов электромеханических устройств под действием электромагнитных полей (дроссели, трансформаторы, статоры, роторы и т.п.);

- аэродинамические, возникающие в результате вихревых процессов в газах (адиабатическое расширение сжатого газа или пара из замкнутого объема в атмосферу; возмущения, возникающие при движении тел с большими скоростями в газовой среде, при вращении лопаток турбин и т.п.), при больших скоростях движения газообразных сред (например, шумы газовых струй ракетных и реактивных двигателей, шумы, возникающие при всасывании воздуха компрессорными установками, и др.);

- гидродинамические, вызываемые различными процессами в жидкостях (например, возникновение гидравлического удара при быстром сокращении кавитационных пузырей, кавитация в ультразвуковом технологическом оборудовании, в жидкостных системах самолетов и т.п.);

- взрывной или импульсный, возникающий при работе двигателей внутреннего сгорания, дизелей и т.п.

При одновременном воздействии нескольких источников может возникнуть шумовое поле со сложным спектрально-временным распределением.

По спектральному составу в зависимости от максимальных значений амплитуд звукового давления в спектре шума различают низкочастотные (ниже 300 Гц), среднечастотные (от 300 до 800 Гц), высокочастотные (выше 800 Гц) шумы;

По характеру спектра выделяют широкополосный шум с непрерывным спектром шириной более одной октавы; тональный шум, в спектре которого имеются выраженные тоны. Тональный характер шума для практических целей устанавливается измерением в 1/3 октавных полосах частот по превышению уровня водной полосе над соседними не менее чем на 10 дБ.

По временным характеристикам выделяют:

- постоянный шум, уровень звука которого за 8-часовой рабочий день или за время измерения в помещениях жилых и общественных зданий, на территории жилой застройки изменяется во времени не более чем на 5 дБА;

- непостоянный шум, уровень которого за 8-часовой рабочий день, рабочую смену или во время измерения в помещениях жилых и общественных зданий, на территории жилой застройки изменяется во времени более чем на 5 дБА.

Непостоянный шум подразделяют на:

- колеблющийся во времени шум, уровень звука которого непрерывно изменяется во времени;

- прерывистый шум, уровень звука которого изменяется ступенчато (на 5 дБА и более), причем длительность интервалов, в течение которых уровень остается постоянным, составляет 1 с и более;

- импульсный шум, состоящий из одного или нескольких звуковых сигналов, каждый длительностью менее 1 с, при этом уровни звука в дБА1 и дБА, измеренные соответственно на временных характеристиках "импульс" и "медленно", отличаются не менее чем на 7 дБ.

Шум может характеризоваться физическими и физиологическими параметрами. С физической стороны шум характеризуется звуковым давлением, интенсивностью (силой) звука, плотностью звуковой энергии, уровнем звукового давления, частотой и плотностью дискретных составляющих и другими параметрами. Шум как физиологическое явление характеризуется высотой, громкостью, областью возбужденных частот или тембром и продолжительностью действия.

Ухо человека способно воспринимать определенный диапазон звуковых давлений, например, на средних звуковых частотах от 10^-5 до 10² Н/м², т.е. различающихся примерно в 107 раз. Поэтому для удобства вычислений принято оценивать звуковое давление, или соответственно интенсивность звука не в абсолютных, а в относительных единицах - белах, децибелах. Измеренные таким образом величины называются уровнями.

Так, уровень звукового давления, дБ,



где р_а - измеренное звуковое давление, Н/м²; р₀ -условный порог давления, равный 2 · 10^-5 Н/м².

Уровень интенсивности (силы) звука, дБ,

где J - интенсивность звука, Вт/м²; J₀ - интенсивность звука, принимаемая за нулевой уровень, равный 10-12 Вт/м².

Уровень акустической мощности определяется аналогично уровню интенсивности:

где Ф₀ - условный порог акустической мощности, равный 10…12 Вт.

Уровень акустической мощности характеризует излучаемую источником акустическую мощность, приведенную к уровню в децибелах. Это дает возможность сравнивать уровни мощности отдельных механизмов в любых акустических условиях.

Биологическое действие шума.

Широкое внедрение в промышленность новых интенсивных технологий, рост мощности и быстроходности оборудования, использование многочисленных средств наземного, воздушного и водного транспорта, повсеместное применение разнообразного электрифицированного бытового оборудования привело к тому, что человек на работе, в быту, на отдыхе, при передвижении подвергается многократному воздействию вредного шума.

Степень вредного воздействия шума зависит от его интенсивности, спектрального состава, времени воздействия, местонахождения человека, характера выполняемой им работы и индивидуальных особенностей человека. Шум, уровень которого составляет 35...40 дБА, в ночное время является серьезным беспокоящим фактором при нахождении человека в квартире. Шум с уровнем 50...60 дБА создает ощутимую нагрузку на нервную систему, особенно если человек занимается умственной деятельностью. Шум с уровнем выше 70 дБА вызывает физиологическое воздействие, а при 85...90 дБА может привести к ухудшению слуха.

2. Методы переработки твердых отходов

В практике рекуперации твердых отходов промышленности используют способы обогащения перерабатываемых материалов: гравитационные, магнитные, электрические, флотационные и специальные. Многие процессы утилизации твердых отходов основаны на использовании способа выщелачивания (экстрагирования), растворения и кристаллизации перерабатываемых материалов.

При утилизации и переработке твердых отходов применяют различные способы термической обработки исходных твердых материалов и полученных продуктов: пиролиз, переплав, обжиг и огневое обезвреживание (сжигание) многих видов твердых отходов на органической основе.

Механическая переработка твердых отходов

Многообразие видов твердых отходов, значительное различие со става одноименных отходов усложняет задачи их утилизации. В то же время различные технологии рекуперации твердых отходов в своей основе базируются на методах, совокупность которых обеспечивает возможность утилизации вторичных материальных ресурсов или их переработки в целевые продукты.

Наиболее рациональным способом защиты литосферы от отходов производства и быта является освоение специальных технологий по сбору и переработке отходов.

Для переработки твердых отходов применяются такие процессы, как дробление и измельчение, классификация и сортировка, обогащение в тяжелых средах, отсадка, магнитная и электрическая сепарация, сушка и грануляция, термохимический обжиг, экстракция и др.

Интенсивность и эффективность большинства химических и биохимических процессов возрастает с уменьшением размеров кусков перерабатываемых материалов. В связи с этим технологическим операциям переработки твердых отходов обычно предшествуют операции уменьшения размеров их кусков.

Для тех промышленных отходов, утилизация которых не связана с необходимостью проведения фазовых превращений или воздействия химических реагентов, но которые не могут быть использованы непосредственно, применяют два вида механической обработки: измельчение и компактирование (прессование). Это в равной степени относится к отходам как органического, так и неорганического происхождения. После измельчения, за которым может следовать фракционирование, отходы превращаются в продукты, готовые для дальнейшего использования. Твердый материал можно разрушить и измельчить до частиц желаемого размера раздавливанием, раскалыванием, разламыванием, резанием, распиливанием, истиранием и различными комбинациями этих способов.

Измельчение.

Измельчением называется процесс многократного разрушения твердого тела под действием внешних нагрузок, превышающих силы молекулярного притяжения в измельчаемом теле. Процесс измельчения сопровождается многократным увеличением удельной поверхности измельчаемого материала, что позволяет резко интенсифицировать химические и массообменные процессы, скорость которых определяется площадью межфазного взаимодействия.

Процессы измельчения широко распространены в технологии рекуперации твердых отходов при переработке отвалов полезных ископаемых, вышедших из строя строительных конструкций и изделий, некоторых видов смешанного лома изделий из черных и цветных металлов, топливных и металлургических шлаков, отходов углеобогащения, некоторых производственных шламов и отходов пластмасс, пиритных огарков и ряда других вторичных материальных ресурсов.

Процесс измельчения характеризуется степенью измельчения i - отношением среднего размера исходных твердых отходов d_H до измельчения к среднему размеру материала после измельчения d_K:

Поскольку исходный и измельченный материал имеют полидисперсный состав, для их оценки используют различные характеристики: наибольший d_max и наименьший d_min диаметры частиц; размах варьирования R = d_max/d_min; средний диаметр частиц d_cp; гранулометрический (дисперсный) состав, характеризующий долю или процент массы частиц каждого класса крупности; удельная поверхность частиц S.

Частицы твердого материала имеют неправильную форму, поэтому под их размером понимают диаметр шара, эквивалентного по объему:

где V - объем частицы;

или по удельной поверхности:

S = S_пол/V

S_пол - полная поверхность частицы.

В зависимости от крупности исходного и измельченного твердого материала различают процессы дробления и помола. Под дроблением понимается процесс уменьшения крупности, в результате которого максимальный размер куска в измельченном материале равен или более 5 мм. Под помолом понимается процесс уменьшения крупности, в результате которого максимальный размер зерна в измельченном материале менее 5 мм. Эти процессы в зависимости от размера кусков исходного материала и конечной крупности получаемого материала условно разделены на несколько классов (табл. 2.1).

Таблица 2.1. Классы измельчения

Класс	Размер кусков, мм	Класс	Размер кусков, мм
	До измельчения	После измельчения		До измельчения	После измельчения
Дробление			Помол
крупное	>500	100...300	крупный	20... 100	1...4
среднее	100...500	20... 100	средний	5...50	0,1...1
мелкое	50... 100	4...20	тонкий	1...10	0,01...0,1
			сверхтонкий	0,1...1	0,01

Степень измельчения при крупном измельчении составляет i = 3...8, для мелкого и тонкого измельчения - до i = 100. Дробление твердых материалов обычно осуществляют сухим способом, а тонкое измельчение - мокрым способом, что исключает пылеобразование.

Основными способами измельчения являются удар, раздавливание, истирание, раскатывание, резание (рис. 2.1).

При ударе (рис. 2.1, а, б) под действием динамических нагрузок в материале возникают динамические напряжения, приводящие к его разрушению. Различают свободный и стесненный удары. При стесненном ударе материал разрушается между двумя рабочими органами измельчителя, при свободном - в результате столкновения с рабочим органом или другим измельчаемым телом.

При раздавливании (рис. 2.1, в) под действием статической на грузки определяющими являются напряжения сжатия.

При истирании (рис. 2.1, г) разрушение происходит от напряжений сдвига. Истирание в комбинации с раздавливанием - один из наиболее экономичных способов измельчения.

Рис. 2.1. Способы измельчения твердых тел: а - стесненный удар; б - свободный удар; в - раздавливание; г - истирание; д - раскалывание; е - резание; р - нагрузка; н - скорость

При раскалывании (рис. 2.1, д) в материале возникают изгибающие напряжения.

Резание сопровождается появлением в материале напряжений сдвига.

Для дробления и помола твердых отходов на минеральной основе применяют машины, в которых используют способы измельчения, основанные на раздавливании, раскалывании, разламывании, истирании и ударе. Измельчение твердых отходов на органической основе осуществляют в машинах, принцип работы которых основан на распиливании, резании и ударе.

Помимо дробления механическими средствами применяют специальные способы, основанные на различных физических явлениях, в частности разрушение материалов с помощью электрогидравлического эффекта, сжатой средой, декриптацией и др.

Электрогидравлический эффект основан на использовании высоковольтного разряда в жидкости. Значительная тепловая мощность, выделяемая при разряде, приводит к нагреву вещества до десятков тысяч градусов, его испарению и ионизации. Продукты разряда ведут себя подобно газообразным продуктам взрыва, что вызывает появление сверхвысоких гидравлических ударных волн, кавитацию, ультразвуковое излучение, резонансные эффекты, разрушающие материал. Источниками электрического разряда служат генераторы импульсов тока с емкостными накопителями энергии.

В настоящее время электрогидравлический эффект применяют в металлообработке (формование трубчатых и полых изделий, деталей из малопластичных материалов), горном деле (бурение, дробление и помол), сельском хозяйстве, пищевой промышленности, в процессах химической технологии, в алмазодобывающей и других отраслях про мышленности.

Разрушение сжатой средой (взрывом) состоит в создании избыточ ного давления в кусках дробимого материала, последующей их вы держке под ним и его резком сбросе. Взрывной способ используют для разрушения таких материалов, как уголь, асбест, руда, древесина.

При высоком давлении газообразная среда (пар, воздух) проникает в поры и трещины куска, уже на этой стадии разупрочняя материал за счет адсорбционных процессов в порах, трещинах, плоскостях срастания минералов и образования микротрещин в более слабых участках. При последующем резком сбросе давления газ, расширяясь, разрушает материал.

Один из недостатков, возникающих при измельчении вязких, упругих и вязкоупругих материалов (резина, некоторые виды термопластов и др.), заключается в том, что при комнатной температуре энергозатраты на их переработку очень велики, хотя непосредственно на измельчение расходуется не более 1 % энергии, основная же ее часть преобразуется в теплоту. Поэтому в последние 15...20 лет все большее применение находит техника криогенного измельчения, которая позволяет охлаждать материал ниже температуры хрупкости. Как правило, в качестве охлаждающего агента используют жидкий азот, имеющий температуру - 196°С, что ниже температуры хрупкости большинства полимерных материалов.

При таком способе дробления резко возрастает степень измельчения, повышается производительность процесса, снижаются удельные энергозатраты, предотвращается окисление продукта.

Грохочение. При дроблении твердых отходов степень измельчения материалов различна. Она зависит от твердости, хрупкости и первоначальной формы куска. После каждой стадии дробления часть материала может оказаться мельче заданного размера и будет лишней нагрузкой для очередной дробильной машины, поэтому перед дроблением и между остальными его стадиями материал сортируют по размерам на классы, применяя для этого просеивающие аппараты.

Для разделения кусковых и сыпучих материалов на фракции применяют различные способы: просеивание или грохочение; разделение под действием гравитационно-инерционных сил; разделение под действием гравитационно-центробежных сил.

Грохочение представляет собой процесс разделения на классы по крупности различных по размерам кусков (зерен) материала при его перемещении на ячеистых поверхностях. Разделение на фракции осуществляется путем использования различных конструкций сит, решеток и грохотов.

Во втором и третьем случаях разделение измельченных продуктов на классы или выделение целевого продукта осуществляется методом раздельного высаживания частиц из несущей среды под действием гравитационно-инерционных или гравитационно-центробежных сил. В качестве несущей среды при сухом измельчении чаще всего применяют воздух, реже дымовые или инертные газы, а при мокром - воду.

Работа грохота характеризуется коэффициентом эффективности, представляющим отношение массы отделенного нижнего класса к его массе в исходном материале, поступившем на грохот. Материал, не прошедший через отверстия грохота, называют верхним классом (надрешетным продуктом) и обозначают знаком "плюс". Соответственно материал, прошедший через отверстия грохота, называют нижним классом (подрешетным продуктом, просевом) и обозначают знаком минус. Грохочение обычно применяют для разделения продуктов крупностью 1 мм и более, хотя есть случаи его использования для выделения более тонких классов (до 0,06 мм).

Оно малопригодно для тонких (измельченных) материалов, так как они агрегируют (комкуются), снижая коэффициент эффективности грохота, легко распыливаются. Эти материалы разделяют по крупности в воздушной (воздушная сепарация) или в водной (гидравлическая классификация) средах с использованием соответствующих аппаратов.

Гидравлическая классификация получила весьма широкое распространение в обогащении руд черных и цветных металлов, в химической промышленности. Как и воздушные сепараторы, гидравлические классификаторы по характеру действующих сил разделяют на гравитационные и центробежные.

Прессование и компактирование отходов.

Механическое прессование и компактирование твердых отходов (промышленных и бытовых, органических и неорганических) - один из основных методов уменьшения их объема с целью более рационального использования автомобильного и железнодорожного транспорта, перевозящего от ходы к местам их утилизации и складирования.

Процессы предварительного уплотнения с целью повышения производительности стадии измельчения иногда необходимо применять для тех отходов, которые обладают низкой насыпной плотностью (например, отходы пенопластов, пленочные обрезки и т.д.). Прессование при высоких давлениях - один из способов улучшения условий эксплуатации полигонов (свалок). Уплотненные отходы дают меньшее количество фильтрата и газовых выбросов, при этом снижается вероятность возникновения пожаров, эффективнее используется земельная площадь полигона.



3. Понятие санитарной и промышленной очистки. Основные виды пылеулавливающего оборудования

Задачей защиты воздушной среды от вредных выбросов и выделений является обеспечение концентраций вредных веществ в воздухе рабочей зоны, на территории предприятия, атмосфере населенных мест не выше предельно допустимых концентраций.

Эта цель достигается применением следующих методов и средств:

- рациональное размещение источников вредных выбросов по отношению к рабочим местам;

- удаление вредных выделений от источника их образовании посредством местной или общеобменной вытяжной вентиляции;

- применение средств очистки воздуха от вредных веществ;

- применение индивидуальных средств защиты органов дыхания человека.

Для того чтобы уменьшить загрязнение территории промышленного предприятия, а также населенных мест, выбросы загрязненного воздуха из цехов, помещений промышленных предприятий и технологических установок, удаляемого вентиляцией, осуществляют через высокие трубы с целью их лучшего рассеивания в атмосфере и снижения концентрации вредных веществ.

Рациональное размещение предусматривает максимально возможное удаление источников загрязнения воздуха химическими и биологическими веществами от рабочих мест, локализация источников вредных выделений в отдельных производственных помещениях.

Удаление вредных выделений, образующихся в технологическом процессе, осуществляется с использованием средств вентиляции и местных отсосов.

Для очистки отходящих газов от пыли имеется широкий выбор аппаратов, которые можно разделить на две большие группы: сухие и мокрые (скрубберы) -- орошаемые водой. Рассмотрим лишь некоторые из них, получившие наибольшее распространение в технике пылеулавливания.

Циклоны.

Наиболее широкое распространение в практике пылеулавливания получили циклоны различных видов: одиночные, групповые, батарейные. На рис. 3.1 изображена конструкция одиночного циклона. Очищаемый воздух из входного патрубки 1 через спиралеобразный вход 2, предназначенный для закручивания потока, поступает сначала в цилиндрическую (4), а затем коническую (5) часта корпуса. Во вращающемся потоке под действием центробежных сил более тяжелые, чем воздух, пылевые частицы сепарируются к периферии, а затем под действием силы тяжести собираются в пылевой бункер 7, выход из которого закрыт пылевым затвором 6. Более чистый воздух из центральной части корпуса через выхлопную трубу 3 поступает в камеру 8 очищенного газа, а из нее в патрубок 9 выхода очищенного воздуха.

Рис. 3.1. Одиночный циклон.

1 -- патрубок входа запыленного газа; 2 -- винтообразная крышка; 3 -- выхлопная труба; 4 -- корпус (цилиндрическая часть); 5 -- корпус (коническая часть); 6 -- пылевой затвор; 7 -- бункер; 8 -- камера очищенного газа; 9 -- патрубок выхода очищенного газа

Пылевой затвор обычно выполняют в виде мигалки с конусным клапаном, изображенной в увеличенном виде на рисунке. Когда вес накопившейся в пылевом бункере пыли превысит силу, прижимающую конусный клапан и создаваемую контргрузом, клапан откроется, сбросит пыль в приемную емкость и под действием груза вновь закроется.

Существует много различных типов циклонов, но наибольшее распространение получили циклоны типов ЦН и СК-ЦН (тип серии С -- сажевые), с помощью которых можно решить большинство задач по пылеулавливанию. Разработаны стандартные циклоны различных размеров с диаметрами цилиндрической части от 200 до 3000 мм. Все размеры, необходимые для изготовления циклона, представлены в долях от диаметра d его цилиндрической части. Наибольшая эффективность пылеулавливания циклона достигается при оптимальном значении скорости газа в аппарате. При заданной производительности Q (м³/с) необходимый диаметр циклона определяется по формуле:

При больших диаметрах циклона кривизна траектории, по которой в корпусе вращается поток газа, уменьшается и ухудшается сепарация пыли к периферии, в результате снижается эффективность циклона по сравнению с расчетной. Поэтому циклоны с диаметром более 1 м применять не рекомендуется. Лучше применять групповые циклоны, в которых несколько одиночных циклонов (как правило четыре или шесть) сгруппированы в один блок обычно с единым пылевым бункером и выходной камерой. Конструкция такого циклона изображена на рис. 3.2.

Для очистки больших объемов газа с высокой эффективностью применяют батарейные циклоны, конструкция которого показана на рис. 3.3. В общем корпусе 1 призматической формы располагается большое количество циклонных цементов 2. В кольцевом зазоре между корпусом и выхлопной трубой 4 каждого циклонного элемента расположен завихритель потока газа. Завихритель или закручивающий поток элемент может быть выполнен в виде винта или розетки -- лопаток, расположенных под углом к оси циклонного элемента. Завихритель закручивает поток очищаемого воздуха, и отделение пыли происходит аналогично одиночному циклону. Т. к. диаметр циклонных элементов обычно всего лишь 250...300 мм, кривизна траектории вращения потока большая, а эффективность высокая.

Циклоны можно применять при высоких пылевых нагрузках -- до 400 г/м³, при температурах газов до 500 ⁰С, однако существуют проблемы при улавливании слипающихся и пожаровзрывоопасных пылей.

Рисунок 3.2. Групповой циклон.

1, 2 -- коническая и цилиндрическая части циклонов; 3 -- подвод запыленного газа; 4 -- камера очищенного газа; 5 -- выход очищенного газа; 6 -- технологический люк; 7 -- пылевой бункер; 8 -- отвод пыли



Рисунок 3.3. Батарейный циклон.

1 -- корпус; 2 -- циклонный элемент; 3 -- розетка циклонного элемента; 4 -- выхлопная труба; 5 -- камера запыленного газа; 6 - камера очищенного газа; 7 -- люк; 8 -- пылевой затвор

Фильтры.

В технике пылеулавливания широко применяют фильтры, которые обеспечивают высокую эффективность улавливания мелких частиц. Процесс очистки заключается в пропускании очищаемого воздуха через пористую перегородку или слой пористого материала. Перегородка работает как сито, не пропуская частицы с размером большим диаметра пор. Частицы же меньшего размера проникают внутрь перегородки и задерживаются там за счет инерционных, электрических и диффузионных процессов. Некоторые пылевые частицы просто заклиниваются в искривленных и разветвленных поровых каналах. По типу фильтровального материала фильтры делятся на тканевые, волокнистые и зернистые.

У тканевых фильтров фильтровальной перегородкой являемся ткань (хлопчатобумажная, шерстяная, лавсановая, нейлоновая, стеклянная, металлическая и т. д.) с регулярной структурой переплетения нитей (саржевой, полотняной и т. д.). Основной механизм фильтрования у таких фильтров -- ситовый. Фильтрует не только и даже не столько фильтровальная ткань, сколько пылевой слой, образующийся на ее поверхности, поэтому такие фильтры можно регенерировать путем сброса слоя пыли с поверхности ткани. Т. е. механизм фильтрования в значительной степени поверхностный.

Волокнистые фильтры -- это слой тонких и ультратонких волокон с нерегулярной, хаотичной структурой. Частицы пыли проходят внутрь слоя и задерживаются там, т. е. механизм фильтрования -- объемный. Такие фильтры плохо регенерируются, т. к. удалить пыль изнутри слоя сложно. В большинстве случаев просто меняют насадку волокон или слой волокнистого материала. Примером волокнистого материала может являться войлок или ткань Петрянова, используемая в респираторах. Волокнистые фильтры могут обеспечить очень высокую степень очистки от ультратонких частиц. Поэтому их чаше всего применяют в системах приточной вентиляции для очистки атмосферного воздуха, поступающего в помещения, гае требуется высокая степень чистоты для выполнения технологического процесса (оптика, радиоэлектроника и т. д.). Применяют их также для улавливания небольших количеств пыли ценных и редких веществ (золота, алмазов и пр.), при улавливании аэрозолей кислот, щелочей и т. д. Т. к. фильтры плохо регенерируются, для увеличения ресурса их работы ограничивают пылевые нагрузки и концентрацию пыли в очищаемом воздухе обычно до 5 мг/м³ (для ткани Петрянова -- до 1 мкм).

Зернистые фильтры в технике очистки промышленных выбросов используются редко и представляют собой насадку зернистого материала, спеченного или свободной засыпки.

Наибольшее распространение в технике очистки промышленных выбросов применяют тканевые рукавные фильтры. Конструкция такого фильтра показана на рис. 3.4. В корпусе 2 призматической формы расположено большое число рукавов 8 аналогично циклонным элементам батарейного циклона. Воздух очищается при прохождении через ткань каждого рукава. Ткань обычно закрепляется на каркасе (каркасные фильтры).



Рисунок 3.4 Рукавный фильтр.

1 -- вход запыленного газа; 2 -- корпус; 3 -- выход очищенного газа; 4 -- крышка; 5 -- коллектор сжатого воздуха; 6 -- секция клапанов; 7-- подвод сжатого воздуха; 8-- рукав; 9-- пылевой бункер.

В процессе фильтрования на ткани накапливается слой пыли, который уплотняется. При этом увеличивается эффективность очистки и гидравлическое сопротивление. Фильтровальные рукава регенерируются посредством их встряхивания и обратной продувки.

Электрофильтры используют для очистки больших объемов воздуха с высокой эффективностью. Наибольшее применение они нашли в металлургии и теплоэнергетике, использующей угольное топливо. Одна из конструкций электрофильтра -- конструкция вертикального цилиндрического электрофильтра -- показана на рис. 3.5.

Основным элементом электрофильтра являются пары электродов, один из которых коронирующий, а другой осадительный. На электроды подается постоянное высокое напряжение (14 ... 100 кВ). Сущность работы электрофильтра состоит в следующем (см. рис. 3.6, а). Т. к. осадительный электрод обладает значительно большей площадью, нежели коронирующий, между ними создается неоднородное электрическое поле, наиболее высокая напряженность которого наблюдается у коронирующего электрода. При высоких напряжениях у коронирующего электрода возникает коронный разряд, и начинается ионизация воздуха -- образование пар отрицательно и положительно заряженных ионов. Наиболее часто коронирующие электроды подсоединяются к отрицательному полюсу, а осадительные -- к положительному полюсу. Это объясняется более высокой скоростью перемещения (дрейфа) электронов, нежели положительных ионов. Однако при этом образуется больше токсичного газа -- озона. При такой полярности электродов отрицательные частицы (электроны) начинают двигаться от места их образования у коронирующего электрода к осадительному электроду. Через пространство между электродами пропускают очищаемый газ, электроны адсорбируются на поверхности частиц пыли, тем самым заряжая их. Отрицательно заряженные частицы пыли начинают перемещаться к положительному осадительному электроду и притягиваются к нему, удерживаясь электрической силой. Электроды выполняются различной формы, важно лишь создать неоднородное электрическое поле с концентраторами его напряженности на коронирующем электроде. На рис. 3.6, б показана конструкция пары электродов с трубчатым осадительным электродом.

Рисунок 3.5. Электрофильтр.

1 -- корпус; 2 -- трубчатый осадительный электрод; 3 -- коронирующий электрод; 4 -- коллектор промывки элекгродов; 5 -- изоляторная коробка;6 -- коробка подвода тока; 7 -- люк обслуживания, 8 -- футеровка корпуса; 9 - направляющие лопатки; 10 - отверстие для слива жидкости.



Рисунок 3.6, а -- механизм электростатического осаждения частиц: 1 -- коронирующий электрод; 2 -- осадительный электрод; 3 -- агрегат электропитания; 4 -- электрон; 5 -- молекула газа; 6 -- осаждаемая частица; б -- электродная пара с трубчатым осадительным электродом: 1 -- трубчатый осадительный электрод; 2 -- коронирующий электрод

Затраты электроэнергии на правильно работающих электрофильтрах на единицу объема очищаемого воздуха невелики, они конкурируют и даже превосходят по этому критерию другие типы пылеуловителей. Однако сложное электрическое оборудование, опасность очень высоких напряжений требует специально подготовленного обслуживающего персонала. Поэтому наиболее часто они применяются на крупных промышленных объектах и при необходимости очистки больших объемов отходящего и сильно запыленного воздуха.

Находят применение электрофильтры и в технике очистки приточного воздуха, подаваемого в помещение. Однако в этом случае для снижения интенсивности образования токсичного, но нестойкого озона полярность электродов меняется на обратную и снижается подаваемое напряжение (до 7... 14 кВ).

Пылеуловители мокрого типа (скрубберы) целесообразно применять для очистки высокотемпературных газов, улавливания пожаровзрывоопасных пылей и в тех случаях, когда наряду с улавливанием пыли требуется улавливать токсичные газовые примеси и пары. Аппараты мокрого типа иначе называют промывателями газов, скрубберами. Применяются различные типы аппаратов. Рассмотрим принцип их действия и особенности работы на примере простейших, но в то же время наиболее распространенных типов аппаратов: полых форсуночных и пенных.

Один из вариантов конструкции полых скрубберов представлен на рис. 3.7. Скруббер имеет цилиндрическую форму корпуса 1, в который снизу через входной патрубок 2 подается очищаемый воздух. Воздух, поднимаясь вверх, проходит через водяную пелену, создаваемую форсунками 3. При этом мелкие частицы пыли оседают на каплях жидкости, укрупняются, слипаясь друг с другом, и под действием силы тяжести, которая начинает превосходить аэродинамическую силу, действующую со стороны восходящего потока воздуха, оседают вниз. Все аппараты мокрого типа снабжаются каплеуловителями 5. Наиболее распространены каплеуловители центробежного типа, в которых капельки воды отделяются от очищенного газа под действием центробежной силы во вращающемся потоке, создаваемом при прохождении газа через закручивающие лопатки.

На рис. 3.8 изображен пенный аппарат. Он устроен аналогичным образом, только сечение аппарата перекрыто несколькими рядами решеток. Каждый ряд состоит из пенообразующей и стабилизирующей пену решеток 3, 4. Сверху на решетки через оросительное устройство 5 подается вода или какой-либо водный раствор. Для улучшения образования пены в воду могут добавлять пенообразователи (например, ПАВ -- поверхностно-активные вещества).

Частицы пыли агрегируются в пене, проваливаются через отверстия решеток и в виде шлама собираются в нижней части аппарата, откуда отводятся в шламосборник. На рис. 3.9 показана схема, поясняющая принцип действия пенного аппарата. Особенностью представленной конструкции является то, что вход очищаемого воздуха в аппарат направлен на поверхность шлама. Это повышает эффективность аппарата, т. к. проявляется ударно-инерционный механизм очистки. Газ ударяется о поверхность шлама и разворачивается на 180⁰ для подъема вверх. Частицы пыли при ударе прилипают к шламу и выделяются из потока под действием возникающей инерционной силы.

Рисунок 3.7. Полый форсуночный скруббер.

1 -- корпус скруббера; 2 -- входной патрубок; 3 -- форсунки; 4 -- форсунка промывки каплеуловителя; 5 -- центробежный каплеуловитель; 6 -- выходной патрубок; 7-- слив жидкости, отделенной в каплеуловителе; 8 -- коллектор подачи воды. 9 -- отвод шлама;

Рисунок 3.8 Пенный скруббер.

1 -- корпус; 2 -- подвод очищаемого газа; 3 -- пенообразующая решетка; 4 -- стабилизатор пены; 5 -- оросительное устройство; 6 - форсунка промывки каплеуловителя; 7 -- центробежный каплеуловитель; 8 - коллектор слива воды, отделенной в каплеуловителе; 9 -- выход очищенного газа; 10 -- отвод шлама.



Рисунок 3.9. Принцип действия пенного скруббера.

1 -- пенообразуюшая решетка; 2 -- турбулизированная пена; 3 -- стабилизатор слоя пены; 4 -- орошающая жидкость; 5 -- шлам.

Недостатком аппаратов мокрого типа является наличие систем водоснабжения, рециркуляции воды и ее очистки перед повторной подачей на орошение аппарата.

4. Очистка сточных вод от масло- и нефтепродуктов. Схема очистных сооружений. Описание устройства и принципа действия

Одними из наиболее существенных загрязнений водных ресурсов являются нефть и нефтепродукты. Источниками загрязнения водных объектов нефтепродуктами являются нефтепроводы, нефтеперерабатывающие установки, нефтебазы, перекачивающие станции и наливные пункты, предприятия морского, автомобильного и железнодорожного транспорта. Серьезную опасность представляют органические вещества, широко применяющиеся в гальваническом производстве. Это, в первую очередь, поверхностно-активные вещества (ПАВ) и ароматические углеводороды.

По природе возникновения и накопления органические загрязнения условно разделяются на технологические и эксплуатационные. Технологические загрязнения попадают на поверхность изделий в процессе их изготовления: органические кислоты, смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ), полировальные пасты, консервационные смазки и др. Эксплуатационные - в процессе эксплуатации технологического оборудования.

В процессе эксплуатации оборудования на деталях возникают масляные и смолистые загрязнения, нагары, очистка от которых необходима во время ремонта и профилактического ухода. При термической обработке на детали изделий попадают масло и глицерин, а при хранении на складах - консервационные смазки. К эксплуатационным загрязнениям относятся также органоминеральные, асфальто-смолистые загрязнения, нагар, накипь, продукты коррозии и другие вещества, контактирующие с изделием во время его использования и транспортировки.

Органические загрязнения с трудом поддаются разложению, замедляя в то же время биологические процессы в водоемах, имеющие решающее значение для самоочищения поверхностных вод.

Влияние нефтепродуктов, масел, жиров и ПАВ на процессы очистки сточных вод заключается в снижении эффективности отстаивания (уменьшении скорости оседания взвешенных веществ), торможении биохимических процессов в сооружениях биохимической очистки, в интенсивном пенообразовании. Попадая в водные объекты, эти вещества изменяют органолептические свойства воды (вкус, цвет, запах), затрудняя ее использование для питьевых и хозяйственных целей. Нефтепродукты и ПАВ образуют на поверхности воды пленку, которая препятствует газовому обмену между водой и атмосферой, снижая степень насыщения воды кислородом, что приводит к нарушению экосистемы в водоемах.

Применяемые в настоящее время методы обезвреживания стоков транспортных предприятий не обеспечивают достижение необходимой степени очистки и/или характеризуются сложными технологическими схемами. Наиболее перспективным представляется использование флотационных и мембранных методов, которые имеют ряд преимуществ: упрощение технологической схемы, простоту автоматизации, сокращение производственных площадей, уменьшение количества образующихся осадков.

Флотация - процесс молекулярного прилипания частиц флотируемого материала к поверхности раздела газа и жидкости, обусловленный избытком свободной энергией поверхностных пограничных слоев, а также поверхностными явлениями смачивания.

Флотацию применяют для очистки сточных вод нефтеперерабатывающих производств, искусственного волокна, целлюлозно-бумажного, кожевенного, пищевых, химических производств. Ее используют также для выделения активного ила после биохимической очистки.

Достоинствами флотации являются непрерывность процесса, широкий диапазон применения, невысокие капитальные и эксплуатационные затраты, простая аппаратура, селективность выделения примесей, большая скорость процесса по сравнению с отстаиванием, возможность получения шлама более низкой влажности, высокая степень очистки (95…98%), возможность рекуперации удаляемых веществ. Флотация сопровождается также аэрацией сточных вод, снижением концентрации ПАВ и легкоокисляемых веществ, бактерий и микроорганизмов.

Процесс очистки сточных вод, содержащих ПАВ, нефтепродукты, масла, волокнистые материалы, методом флотации заключается в образовании комплексов "частицы - пузырьки", всплывание этих комплексов и удаление образовавшегося пенного слоя с поверхности обрабатываемой жидкости.

Прилипание частицы к поверхности газового пузырька возможно только тогда, когда наблюдается несмачивание или плохое смачивание частицы жидкостью. Смачивающаяся способность жидкости зависит от ее полярности, с возрастанием которой способность жидкости смачивать твердые тела уменьшается. Внешним проявлением способности жидкости к смачиванию является величина поверхностного натяжения на границе с газовой фазой, а также разность полярностей на границе жидкой и твердой фаз. Процесс флотации идет эффективно при поверхностном натяжении воды не более 60…65 мН/м. Степень смачиваемости водой твердых или газовых частиц, взвешенных в воде, характеризуются величиной краевого угла смачивания и. Чем больше угол и, тем больше гидрофобия поверхности частицы, т.е. увеличивается вероятность прилипания к ней и прочность удержания на ее поверхности воздушных пузырьков. Такие частицы обладают малой смачиваемостью и легко флотируются.

Элементарный акт флотации заключается в следующем: при сближении поднимающегося в воде пузырька воздуха с твердой гидрофобной частицей разделяющая их прослойка воды прорывается при некоторой критической толщине и происходит слипание пузырька с частицей. Затем комплекс "пузырек-частица" поднимается на поверхность воды, где пузырьки собираются и возникает пенный слой с более высокой концентрацией частиц, чем в исходной сточной воде.

При закреплении пузырька образуется трехфазный периметр-линия, ограничивающий площадь прилипания пузырька и являющийся границей трех фаз - твердой, жидкой и газообразной (рис. 4.1).

Рисунок 4.2. Схема элементарного акта флотации.

1 - пузырек газа; 2 - твердая частица.

Касательная к поверхности пузырька в точке трехфазного периметра и поверхность твердого тела образуют обращенный в воду угол и, называемый краевым углом смачивания. Вероятность прилипания зависит от смачиваемости частицы, которая характеризуется величиной краевого угла и. Чем больше краевой угол смачивания, тем больше вероятность прилипания и прочность удерживания пузырька на поверхности частицы. На величину смачиваемости поверхности взвешенных частиц влияют адсорбционные явления и присутствие в воде примесей ПАВ, электролитов и др.

Эффект разделения флотацией зависит от размера и количества пузырьков воздуха. Оптимальный размер пузырьков равен 15…30 мкм. При этом необходима высокая степень насыщения воды пузырьками, или большое газосодержание. Повышение концентрации примесей увеличивает вероятность столкновения и прилипания частиц к пузырькам. Для стабилизации размеров пузырьков в процессе флотации вводят различные пенообразователи, которые уменьшают поверхностную энергию раздела фаз: сосновое масло, крезол, фенолы, алкилсульфат натрия, обладающие собирательными и пенообразующими свойствами.

Напорные флотационные установки имеют широкое распространение. Они просты и надежны в эксплуатации. Напорная флотация (рис. 4.2) позволяет очищать сточные воды с концентрацией взвесей до 4…5 г/л. Для увеличения степени очистки в воду добавляются коагулянты. Аппараты напорной флотации обеспечивают по сравнению с нефтеловушками в 5…10 раз меньше остаточное содержание загрязнений и имеют в 5…10 раз меньшие габариты.

Рисунок 4.2. Схема напорной флотации:

1 - емкость; 2 - насос; 3 - напорный бак; 4 - флотатор.

Процесс осуществляется в две стадии:

1) насыщение воды воздухом под давлением;

2) выделение растворенного газа под атмосферным давлением.

Напорные флотационные установки имеют производительность от 5…10 до 1000…2000 м3/ч. Они работают при давлении в напорной емкости 0,17…0,39 МПа, время пребывания в ней 14 минут, а во флотационной камере (емкости) 10…20 минут. Объем засасывания воздуха составляет 1,5…5% от объема очищаемой воды. В случае необходимости одновременного окисления загрязнений воду насыщают воздухом, обогащенным кислородом или азотом. Для устранения процесса окисления вместо воздуха на флотацию подают инертные газы.



Список использованной литературы

1. Ветошкин А.Г. Теоретические основы защиты окружающей среды. Учебное пособие. - Пенза: Изд-во ПГАСА, 2002. - с.: ил., библиогр.

2. Девясолов В. А. Охрана труда: учебник / В. А. Девясилов. - 4-е изд., перераб. и доп.. - М.:ФОРУМ, 2009. - 496 с.: ил.

Размещено на Allbest.ru

...