1.Antropogeniczne źródła zanieczyszczeń powietrza
-energetyczne- spalanie paliw
-przemysłowe- procesy technologiczne chemicznych, rafineriach, hutach, kopalniach i cementowniach
-komunikacyjne- głównie transport samochodowy, wodny, lotniczy, koleje
-komunalne- gospodarstwa domowe oraz gromadzenie i utylizacja odpadów i ścieków(np. wysypiska)
Zależnie od zasięgu źródła zanieczyszczeń mogą być:
-punktowe np. komin
-liniowe np. szlak komunikacyjny,
-powierzchniowe np. otwarty zbiornik z lotna substancją
Sposoby ograniczenia emisji zanieczyszczania powietrza ze źródeł antropogenicznych:
- wzbogacenie paliw- odsiarczanie węgli energetycznych
- zmiana stosowania surowców np. Spalanie paliw o wyższej jakości w okresie niekorzystnych warunków meteorologicznych
- zmiana procesów technologicznych
- hermetyzacja procesów technologicznych i oczyszczanie gazów odlotowych
- oczyszczanie gazów spalinowych
- utylizacja odpadów przemysłowych i komunalnych wykorzystujące niekonwencjonalne źródła energii np. energia słoneczna i e. wiatru.
Oczyszczalnie przemysłowe gazów odlotowych.
Do oczyszczania gazów z zanieczyszczeń gazowych wykorzystuje się podstawowe procesy wymiany masy;
2.Metody usuwania siarki i azotu z powietrza
Metody odsiarczania dzieli się na :
-odpadowe
-regeneracyjne (bezodpadowe)
-mokre (absorpcyjne)
-suche (adsorpcyjne)
M. MOKRE (absorpcyjne)
a) odpadowe- produkt odsiarczania (mieszanina gipsu, siarczanu wapnia i popiołu) wydalany jest w całości na składowiska do wypełnień górniczych lub do morza; składowiska wymagają rekultywacji.
b) półodpadowe- produktem jest gips CaSO4 -2H2O, który można wykorzystać np. w budownictwie , ale często jest składowany (mniejsze zagrożenie dla środowiska niż produkt odsiarczania metodą odpadową)
c) bezodpadowe- absorbent zostaje zregenerowany a wydzielany SO2 wykorzystuje się do produkcji H2SO4
siarki elementarnej lub w innych gałęziach przemysłu (najkorzystniejsze rozwiązanie)
M. absorpcyjna, mokra, odpadowa
Np. metoda wapniowo- wapienna
Metoda jest oparta na absorpcji SO2 w zawiesinach wapnia
M absorpcji mokre regeneracyjne (bezodpadowa)
Metoda magnezowa
Absorpcja oczyszczane gazy muszą być odpylone; absorbentem jest woda zawiesina MgO
MgO +SO2 + nH2O = MgSO3 * nH2O
Gdzie n= 3 lub 6
Regeneracja polega na prażeniu wytrącaniu siarczanów, dwutlenku siarki kierowany do produkcji kwasu siarkowego.
M rozwojowe
-zastosowanie jako absorbentów pochodnych aniliny, glikolu etylenowego, dietyloamina i inne stopnie odsiarczania gazów powyżej 99%
-katalityczne utlenianie SO2 do SO3 wobec V2O3 jako katalizatora a następnie absorpcja tri tlenku siarki w kwasie siarkowym - sprawność oczyszczenia gazu powyżej 99%. Produktem jest 80% kwas siarkowy
-biologiczna redukcja jako metoda regeneracyjna usuwania SO2 ze spalin odlotowych
M SUCHE- odpadowa
Absorpcyjna
Absorpcja SO2 w suszarni rozpyłowej z jednoczesnym odpylaniem.
Rozpylona w atomizerach zawiesina lub roztwór absorbenta (Ca (OH)2 itp.)kontaktuje się w suszarce z gorącymi gazami spalinowymi.
Reakcje główne : SO2+Ca(OH)2=CaSO3+H2O
Woda ulega odparowaniu
Powstała sucha mieszanina siarczanu i siarczanu wapnia wraz z pyłem usuwa się w odpyleniach najlepiej tkaninowych
M. sucha- bezodpadowa
Adsorpcyjne:
1 stosowane adsorbenty - tlenki metali, manganu, miedzi które reagują do odpowiednich siarczków. Regeneracja - reakcja z wodorem CO lub węglowodorami odzyskuje się SO2. sprawność oczyszczania powyżej 95%
2 węgiel aktywny- adsorbent, temp 390-420 K
Adsorpcja SO2 z reakcją chemiczną
SO2+H20+1/2 O2-> H2SO4
Regeneracja gazem obojętnym w temp ok. 670 K
M mokre
Wady
- konieczność podgrzewania gazów odlotowych powyżej punktu rosy kwasu siarkowego co znacznie podwyższa koszty oczyszczania
- konieczność usuwania wody z produktów
Zalety
-wysoka sprawność odsiarczania
-możliwość wykorzystania produktu ubocznego powstającego podczas odsiarczania w postaci dwuwodnego gipsu (spoiwo gipsowe- gips budowlany)
M suche
Wady
- mała efektywność wykorzystania ziaren sorbentu
-mała prędkość gazu
- duże straty sorbentu podczas regeneracji
Stosowane w metodach suchych sorbenty są bardziej kosztowne niż w metodach w mokrych
-duże wymiary aparatów rzędu 100 m3
Zalety
- zużycie wody jest ok. 50 % mniejsze lub woda nie jest stosowana
- zużycie energii w metodach suchych jest mniejsze
-m. suche tworzą mniej odpadów
-produkty odsiarczania są łatwe do przetwarzania na niepylący granulat
-w m. suchych nie stosuje się wielu aparatów stosowanych w m. mokrych ora nie występuje problem blokowania wnętrza aparatury osadami i korozji
3. LZO
LZO - lotne związki organiczne grupa związków organicznych, wykazujących następujące własności:
- charakteryzują się wysoką prężnością par i niską rozpuszczalnością w wodzie
- ich temperatura wrzenia mieści się w zakresie: 50-250 °C (pomiar w warunkach ciśnienia normalnego 101,3 kPa).
LZO charakteryzuje się złożonością składu chemicznego - nie ma jednej uniwersalnej metody
-utlenianie
-adsorpcję
-absorpcję
-kondensację
Utlenianie- najlepszy proces wykorzystują samą adsorpcję bądź absorpcję ze strumienia gazów odlotowych , izolowane są tylko związki organiczne z którymi potem coś trzeba będzie zrobić. Utlenianie związków organicznych można przeprowadzić kilkoma sposobami
1.spalanie w płomieniu
2.spalanie termiczne
3.utlenianie katalityczne
Produkty utleniane
-CO2
-H2O
-oraz w zależności od składu i przebiegu procesu: HCl, SO2,NOx inne LZO
1. Bezpośrednie spalanie w płomieniu
Zastosowanie- spalanie odpadowych gazó palnych:
-w rafineriach na polach naftowych
-niekiedy w oczyszczalniach ścieków
2.Spalanie termiczne
Stosuje się gdy:
-stężenie LZO jest zbyt małe aby podtrzymać płomień lub
-nie można wykorzystać metod katalitycznych
-w pierwszym przypadku aby uzyskać pożądaną temperaturę rzędu 900- 1400 K należy uzyć dodatkowego paliwa
Zastosowanie- niektóre procesy:
-lakierowanie i emaliowanie
-suszenie powłok malarskich
-żelowanie PCV
-wędzenia
-przeróbki asfaltów
3.Utlenianie (spalanie) katalityczne szybkość reakcji chemicznej można zwiększyć prowadząc reakcję w obecności katalizatorów. Najlepszymi katalizatorami są:
-metale szlachetne- VIII grupy układu okresowego
-tlenki niektórych metali
4. Metody biologiczne
w przyrodzie istnieje wielka różnorodność mikroorganizmów mających zdolność przyswajania materii organicznej . efektem tego jest m.in. oczyszczanie i odnawianie środowiska. Niektóre szczepy bakterii potrafią przystosować się do rozkładu substancji organicznych nie spotykanych w naturalnym środowisku.
Biologiczne oczyszczanie gazów odlotowych opiera się na dwóch głównych procesach:
-absorpcja zanieczyszczeń w wodzie
-biologiczny rozkład pochłoniętych zanieczyszczeń
Efekt wspólnego oddziaływania w/w procesów jest taki, że
-wskutek absorpcji gazy zostają oczyszczone
-wskutek biologicznego rozkładu zanieczyszczeń zachodzi regeneracja sorbentu.
Warunki i ograniczenia prowadzenia procesu biologicznego oczyszczania gazów:
-usuwane z gazów odlotowych zanieczyszczenia muszą być podatne na rozkład biologiczny
-zanieczyszczenia muszą być rozpuszczone choćby tylko słabo w wodzie stanowiącej środowisko życia mikroorganizmów
-temperatura oczyszczanych gazów musi się mieścić w zakresie aktywności biologicznej mikroorganizmów (op. 37-400C)
-oczyszczane gazy nie mogą zawierać substancji trujących dla mikroorganizmów np. związków metali ciężkich czy oparów kwasów.
Biopłuczki
Specyfiką płuczek biologicznych jest to że medium roboczym jest wodna zawiesina mikroorganizmów.
LZO rozpuszczają się w wodzie a następnie rozkładane są przez bakterie.
Biofiltry
- głównym elementem filtra biologicznego jest warstwa materiału filtracyjnego której zasiedlony jest przez heterotroficzne mikroorganizmy tlenowe.
-materiałem filtracyjnym mogą być np. torf, kompost, żywa warstwa gleby i inne materiały organiczn.
DEZODORYZACJA gazów odlotowych (kompostowanie , oczyszczanie ścieków, zakłady przetwórstwa odpadów zwierzęcych i rybnych, chlewnie oraz fermy drobiu)
-usuwanie LZO podatnych na biorozkład w odlewniach lub drukarniach
-inaczej- proces odwaniania
-polega na usuwaniu z gazów odlotowych substancji o charakterze zapachowym (odorów) lub przekształcenie ich w bezwonne formy
-można ewentualnie zamaskować ich nieprzyjemny zapach innym, przyjemnym
Biofiltry- spośród metod biologicznego oczyszczania gazów odlotowych z LZO najczęściej stosowane są biofiltry ze względu na to że są prostsze konstrukcyjnie i tańsze w eksploatacji niż biopłuczki.
4. Elektrofiltry - metody działania, wady, zalety.
Definicja elektrofiltru Rodzaj odpylacza, w którym usuwanie pyłu z powietrza, następuje poprzez wykorzystanie siły elektrostatycznej działającej na cząstki tego pyłu
Działanie ich polega na
-ładowaniu elektrostatycznym cząstek
-wydzielaniu naładowanych cząstek z pola elektrycznego
-usuwaniu cząstek pyłu z powierzchni wydzielania
Urządzenia te wykorzystują działanie sil pola elektrycznego. Proces odpylania odbywa sie w przestrzeni pomiędzy dwiema elektrodami, przez która przepływa strumień odpylanego gazu.
Zasada działania elektrofiltru :
-zapylony gaz przepływa z mała prędkością miedzy elektrodami zbiorczymi
-po przyłączeniu do elektrod napięcia wydzielają one duże ilości elektronów
-elektrony przyciągane są przez dodatnie elektrody zbiorcze i poruszają sie w ich kierunku
-w czasie swojego ruchu elektrody uderzają w neutralne cząstki gazu, wytrącając z nich dalsze elektrony, które z kolei powodują wytracanie elektronów z innych cząstek gazu
-powstają duże ilości wolnych elektronów oraz dodatnia o naładowane cząstki gazu
-powstałe elektrony osądzają sie na neutralnych cząstkach gazu, lądując je ujemnie
-wytworzone ujemne jony gazowe osądzają sie na zawartych w gazie ziarnach pyłu i przekazują im swój ładunek
-naładowane ujemnie ziarna pyłu poruszają sie na skutek działania sil pola elektrostatycznego w kierunku dodatniej elektrody zbiorczej i osądzają sie na niej
-ziarna pyłu osadzone na elektrodzie zbiorczej na skutek mechanicznego wstrząsania elektroda opadają do zbiornika pyłu
Zalety:
- wysoka skuteczność nawet dla pyłów o rozdrobnieniu koloidalnym
- możliwość odpylania gazów gorących do 450 [degC]
- charakteryzują się niewielkimi oporami przepływu i niskim stopniem zapotrzebowania energii
Wady:
- wysokie koszty inwestycyjne
- duże gabaryty
- niebezpieczeństwo wybuchu pyłów palnych
- wrażliwość na zmiany charakterystyki oczyszczanego gazu i pyłu.