4853


Wykład 16.11.2012r

Zanieczyszczenia powierza związkami organicznymi (LZO) w postaci par i gazów staje się coraz poważniejszym problemem w inżynierii ochrony środowiska.

Szkodliwość LZO (lotne związki organiczne) wynika z tego, że często są one:

-prekursorami ozonu troposferycznego

-substancjami toksycznymi (np. węglowodory aromatyczne jedno- i wielopierścieniowe, chloroorganiczne..)

-uciążliwe zapachowo (odory)

Źródła LZO:

-powstają głównie podczas malowania i lakierowania (wykończania elementów czy produktów) preparatami na bazie rozpuszczalników organicznych

-są emitowane w gazach odlotowych różnych technologii przemysłowych, np.:

*produkcji tworzyw sztucznych

*środków farmaceutycznych

*chemii organicznej

*chemii gospodarczej

*przemyśle gumowym

*przemyśle spożywczym

Innymi źródłami LZO są:

­-przeróbka i dystrybucja paliw

-transport (spaliny silnikowe)

-składowanie, przeróbka i utylizacja odpadów i ścieków

-produkcja i stosowanie asfaltów

-spalanie paliw w paleniskach domowych

-chów zwierząt (odory!!)

Główne grupy LZO:

-węglowodory alifatyczne (alkany, alkeny, alkiny, np. etan, etylen, acetylen, izobutan)

-węglowodory pierścieniowe (cykloalkany) w/w są prekursorami ozonu, z reguły małotoksyczne

-węglowodory aromatyczne (np. benzen, toluen, etylobenzen, ksyleny=BTEX; rakotwórcze. UWAGA:WWA nie są lotne! W powietrzu występują jako aerozole)

-chlorowcowane węglowodory (np. chlorometan, trichloroetan)-toksyczne!

-nitrowane węglowodory (np. nitrobenzen)-rakotwórcze

-alkohole i fenole (metanol, etanol, propanole, butanole, fenol, krezole)

-karbonylowe pochodne (np.formaldehyd-rakotwórczy!; acetaldehyd, akroleina, aceton)

-kwasy karboksylowe i estry (np. kwas mrówkowy, octowy, masłowy, octan etylu, maślan metylu)

W/w są dość drażniące lub silnie zapachowe, są także prekursorami ozonu troposferycznego

-heterocykliczne związki organiczne zawierające m.in. azot, tlen, siarkę (np. indol, skatol, pirydyna)- ODORY

-alifatyczne związki siarki (np. merkaptany)- silne ODORY

-aminy alifatyczne (np. trietyloamina)- silne ODORY

-aminy aromatyczne (np. anilina- toksyczna)

Usuwanie LZO

LZO charakteryzują się złożonością składu chemicznego- nie ma jednej uniwersalnej metody oczyszczania

Usuwanie związków organicznych z gazów odlotowych można dokonać wykorzystując następujące procesy:

-utlenianie (głównie do CO2, H2O)

-adsorpcję

-absorpcję

-kondensacją (skraplanie par)

Utlenianie- najlepszy proces (wykorzystująca samą adsorpcję bądź absorpcję ze strumienia gazów odlotowych izolowane są tylko związki organiczne, z którymi potem coś trzeba będzie zrobić).

Utlenienie związków organicznych można przeprowadzić kilkoma sposobami:

1.spalanie w płomieniu (temp.̴1500 K)

2.spalanie termiczne (900-1400 K)

3.utlenianie katalityczne (500-900 K)

4.metody biologiczne (280-330 K, opt. 310 K)

Produkty utlenienia:

-CO2,

Oraz w zależności od układu i przebiegu procesu:

-HCL, SO2, NOX, inne LZO, sadza i in.

1.bezpośrednie spalanie w płomieniu

W praktyce stężenia zanieczyszczeń w gazach odlotowych są niewielkie, dlatego metody spalania bezpośredniego są rzadko stosowane. W takich mieszaninach powietrza z zanieczyszczeniami zawartość tlenu wielokrotnie przewyższa jego zapotrzebowanie wynikające ze stechiometrii reakcji.

Zastosowanie- spalanie odpadowych gazów palnych:

-w rafineriach

-na polach naftowych

2.spalanie termiczne

Stosuje się gdy:

-stężenie LZO jest zbyt małe, aby podtrzymywać płomień lub/i

-nie można wykorzystać metod katalitycznych (mieszanina gazów zawiera składniki, które mogą powodować szybką dezaktywację katalizatora)

*w pierwszym przypadku, aby uzyskać pożądaną temperaturę rzędu 900-1400 K, należy użyć dodatkowego paliwa, w drugim natomiast- niekoniecznie

Zastosowanie:-niektóre procesy

-lakierowania i emaliowania

-suszenie powłok malarskich

-żelowania PCV

-wędzenia

-przeróbki asfaltów (oksydacja)

3.utlenianie (spalanie) katalityczne

Szybkość reakcji chemicznej (w tym utleniania) można zwiększyć, prowadząc reakcję w obecności katalizatorów.

KATALIZA polega na obniżeniu energii aktywacji reakcji, przez co rośnie znacznie wartość stałej szybkości reakcji.

4.metody biologiczne

W przyrodzie istnieje wielka różnorodność mikroorganizmów mających zdolność przyswajania materii organicznych. 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, którymi są:

-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:

-usuwanie z gazów odlotowych zanieczyszczenia muszą być podatne na rozkład biologiczny

-zanieczyszczenia muszą być rozpuszczalne, choćby tylko słabo, w wodzie stanowiącej środowisko życia mikroorganizmów.

-temperatura oczyszczanych gazów musi się mieścić w zakresie aktywności biologicznej mikroorganizmów (0-55 oC, optimum 37-40oC)

-oczyszczane gazy nie mogą zawierać substancji trujących dla mikroorganizmów, np. związków metali ciężkich czy oparów kwasów.

W praktyce gazy są oczyszczane biologicznie przede wszystkim w takich instalacjach jak:

-biofiltry (filtry biologiczne)

-biopłuczki (płuczki biologiczne)

Biopłuczki

Specyfiką płuczek biologicznych jest to, że medium roboczym jest wodna zawiesina mikroorganizmów.

LZO rozpuszczają się w wodzie, a następnie rozkładane są przez bakterie tlenowe, podobnie jak to ma miejsce w biologicznych oczyszczalniach ścieków

Biofiltry

-głównym elementem filtra biologicznego jest warstwa materiału filtracyjnego (porowatego wypełnienia), który zasiedlony jest przez heterotroficzne mikroorganizmy tlenowe

-materiałem filtracyjnym mogą być np. torf, kompost, żyzna warstwa gleby i inne materiały organiczne

Dobry materiał filtracyjny powinien mieć:

-dużą porowatość

-duża powierzchnię właściwą

-małe opory przepływu gazu

-dużą zdolność zatrzymania wody

-słaby zapach własny

-niskie koszty pozyskania

-dostępność

-duża gęstość zasiedlenia mikroorganizmów

Zastosowanie:

-DEZODORYZACJA gazów odlotowych (kompostowanie, oczyszczalnie ścieków, zakłady przetwórstwa odpadów zwierzęcych i rybnych, chlewnie oraz fermy drobiu)

-usuwanie LZO podatnych na biorozkład w lakierowniach, odlewniach lub drukarniach

Dezodoryzacja

-inaczej-proces odwaniania (nie mylić z odwadnianiem!)

-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

Spośród metod biologicznego oczyszczania gazów odlotowych z LZO najczęściej stosowane są biofiltry ze względu na to, że są prostsze konstrukcyjne i tańsze w eksploatacji niż biopłuczki

Biofiltry

Ze względu na stan skupienia zanieczyszczeń gazów odlotowych, urządzenia do oczyszczania dzielimy na:

1.urządzenia do oddzielania z gazu rozdrobnionych zanieczyszczeń stałych (pyłu) zwane odpylaczami

2.urządzenia do oddzielania kropelek cieczy (mgieł)

3. urządzenia do redukcji zanieczyszczeń gazowych

Usuwanie pyłów i mgieł:

(Odpylacze mogą być suche i mokre)

Odpylacze dzielimy według wykorzystania w nich zjawisk:

-siły ciążenia

- siły odśrodkowej

-zjawisk elektrostatycznych

-zjawisk filtracji

Urządzenia odpylające

*Komory osadcze- wykorzystane jest tutaj zjawisko opadania ziaren w polu ciężkości

Zalety komór osadczych:

-niskie koszty wykonania

-małe opory przepływu

-małe zapotrzebowanie mocy

-możliwość zastosowania do odpylania gazów gorących bez ich uprzedniego ochładzania.

*Odpylacze odśrodkowe- cyklony

Zalety:

-prosta budowa

-niewielkie gabaryty

-niskie koszty inwestycyjne

Wady:

-znaczne opory przepływu

-stosunkowo szybkie zużywanie się wyniku erozji

-niska skuteczność w zakresie ziaren poniżej 10-20 mikrometrów

*Odpylacze elektrostatyczne (elektrofiltry)

Ilość pyłu odbierana w czasie godziny 40-140 ton (7 wagonów towarowych)

Zalety:

-wysoka skuteczność, nawet dla pyłów o rozdrobnieniu koloidalnych (99%)

-możliwość odpylania gazów gorących

-niewielkie opory przepływu oraz niskie zapotrzebowanie energii

Wady:

-wysokie koszty inwestycyjne

-duże gabaryty

-niebezpieczeństwo wybuchu pyłów palnych

*odpylacze filtracyjne- zakładają przepuszczanie strumienia zapylonego gazu przez filtry tkaninowe, papierowe, ceramiczne lub bibuły, gdzie ziarna pyłu są wychwytywane. Ich skuteczność jest duża (99,9%)

Wady: duże powierzchnie filtracji, bardzo wysoki koszt, duże opory przepływu, proces cykliczny

*odpylacze mokre (skrubery lub płuczki)- są bardzo skuteczne-sprawność 90%

Podział urządzeń odpylających ze względu na środowisko pracy: odpylacze suche, odpylacze mokre.

Podział urządzeń odpylających ze względu na zachodzące zjawiska:

-grawitacyjne (komory osadcze),

-bezwładnościowe,

-odśrodkowe (cyklony),

-elektrostatyczne (elektrofiltry),

-filtracyjne (tkaninowe)

Elektrofiltry są jednymi z najstarszych urządzeń odpylających, których zasady działania opracował w 1910 roku Cottrell, polegają one na:

-ładowaniu elektrostatycznym cząstek z pola elektrycznego,

-wydzielania naładowanych cząstek z pola elektrycznego,

-usuwaniu cząstek pyłu z powierzchni wydzielania,

Urządzenia te wykorzystują działanie sił pola elektrycznego

-proces odpylania odbywa się w przestrzeni pomiędzy dwiema elektrodami, przez którą przepływa strumień odpylonego gazu

Zasada działania elektrofiltru:

-zapylony gaz przepływa z małą prędkością między elektrodami zbiorczymi

-po przyłączeniu do elektrod napięcia wydzielają one duże ilości elektronów

-elektrody przyciągane są przez dodatnie elektrody zbiorcze i poruszają się w ich kierunku

-w czasie swojego ruchu elektrony uderzają w neutralne cząstki gazu, wytrącając z nich dalsze elektrony, które z kolei powodują wytrącanie elektronów z innych cząstek gazu

-dochodzi do uwolnienia dużych ilości wolnych elektronów

-cząsteczki gazu zostają naładowane dodatnio

-powstałe elektrony osadzają się na neutralnych cząstkach gazu, ładując je ujemnie

-wytworzone w ten sposób ujemne jony gazowe osadzają się z kolei na zawartych w gazie ziarnach pyłu i przekazują im swój ładunek

-naładowane ujemnie ziarna pyłu poruszają się na skutek działania sił pola elektrostatycznego w kierunku dodatniej elektrody zbiorczej i osadzają się na niej

-ziarna pyłu osadzone na elektrodzie zbiorczej na skutek mechanicznego wstrząsania elektrodą opadają do zbiornika pyłu

Warunki pracy elektrofiltru:

-utrzymanie wszystkich urządzeń mechanicznych w dobrym stanie technicznym,

-utrzymanie odpowiedniego czasu miedzy cyklami,

-regularne odprowadzenie pyłu z lejów zsypowych,

-utrzymanie szczelności komory odpylania,

-utrzymanie termoizolacji w dobrym stanie,

-nie przekraczanie dopuszczalnych parametrów pracy,

-wykonywanie zgodnie z zaleceniami DTR obsług technicznych

Czynniki warunkujące skuteczność elektrofiltru:

-obciążenia gazowe,

-wielkość cząsteczek i koncentracja pyłu,

-oporność właściwa pyłu,

-wymiary pola elektrycznego i rodzaj elektrod,

-wielkości elektryczne,

-równomierność rozkładu prędkości gazu w komorze elektrofiltru,

Obecnie zainteresowanie użytkowników elektrofiltrów skupia się na następujących zagadnieniach:

-ekonomicznych aspektach różnych opcji podwyższania skuteczności odpylania,

-wpływie instalacji odsiarczania i odazotowania (w tym części palnych) na pracę elektrofiltrów,

-usuwaniu cząstek poniżej 10um oraz poniżej 2,5um w elektrofiltrze,

-usuwaniu związków toksycznych (np. rtęci),

-możliwości stosowania mokrych elektrofiltrów,

-stosowania nowych systemów zasilania energią elektryczną

(Biotechnologia , a środowisko

Zintegrowane zastosowanie wiedzy z zakresu biochemii, mikrobiologii i nauk inżynierskich w celu racjonalnego wykorzystania możliwości drobnoustrojów, hodowanych komórek zwierzęcych i roślinnych lub ich części dla celów przemysłowych, w rolnictwie, ochronie zdrowia i ochronie środowiska.

Rodzaje:

Biotechnologia zielona- zastosowanie metod w rolnictwie

Biotechnologia czerwona- zastosowanie metod w ochronie zdrowia

Biotechnologia biała- wykorzystanie systemów biologicznych w produkcji przemysłowej i ochronie środowisk.)tego nie było.

Biotechnologia: ekologia, mikrobiologia, biologia komórki, genetyka, biochemia, biologia molekularna, chemia, inżynieria, informatyka, matematyka, fizyka, ekonomia, ochrona zdrowia, ochrona środowiska, rolnictwo, przemysł spożywczy, przemysł chemiczny, surowce, nośniki energii, analityka, inne.

Metody biotechnologiczne:

  1. ochrona środowiska

A. oczyszczanie ścieków

-unieszkodliwianie odpadów

-oczyszczanie gazów odlotowych

-biomonitoring środowiska

B. procesy biohydrometalurgiczne

-Produkcja biopolimerów

-Wytwarzanie biopaliw

-„Czyste” technologie

  1. odnowa środowiska

A.bioremediacja

BIOMONITORING

Bioindykatory- organizmy używane jako wskaźniki stanu środowiska

Biomarkery- składniki materii ożywionej (najczęściej biomakromolekuły) używane jako elementy składów analizujących stan środowiska. Przykłady: 1.drobnoustroje zawierające gen kodujący GFP pod kontrolą genu, którego ekspresja jest zależna od stanu środowiska. 2. Bakterie luminescencyjne jako elementy testów toksyczności i mutagenności

Biosensory- wyizolowane biomarkery wbudowane w układy pomiarowe

Biologiczne oczyszczanie ścieków- zastosowanie drobnoustrojów do eliminacji ze ścieków związków organicznych, związków azotu (sole amonowe , azotany, azotyny) nieorganicznych związków fosforu. Oczyszczalnie działające technologią sadu czynnego.

(Oczyszczanie gazów odlotowych

Bioskrubery, biofiltry i reaktory membranowe z immobilizawaną biocenozą bakteryjno- grzybową. )- nie było tego

Bioremediacja- polega na zastosowaniu drobnoustrojów aktywnie rozkładających zanieczyszczenia (główne ropa naftowa i substancje ropopochodne) do przywracania właściwego stanu gleby i wód gruntowych.

Biotechnologiczne metody wytwarzania chemikaliów

  1. związki proste wytwarzane przez drobnoustroje

- etanol

- glicerol

- aceton

- butanol

-1,3-propandiol

- kwas mlekowy

- kwas cytrynowy

- kwas octowy

- kwas fumarowy

-akrylamid

-biosurfaktanty

  1. biopolimery

*polisacharydy

- kurdlan

- dekstran

- gellan

- pullan

- ksantan

- Skleroglukan

*Biodegradowalne tworzywa plastyczne - polihydroksykwasy

Procesy biohydrometarulgiczne:

  1. pozyskiwanie metali z rud

  2. odsiarczanie paliw

  3. ługowanie metali z popiołów i odpadów przemysłowych

  4. ługownie z osadów ściekowych.

Fermentacyjne technologie utylizacji odpadów komunalnych i przemysłowych

0x08 graphic
0x01 graphic

Czyste technologie z zastosowaniem drobnoustrojów i enzymów w procesach przemysłowych:

-odsiarczanie ropy naftowej i węgla. Usuwanie związków azotu i ropy

-zastosowanie enzymów do produkcji proszków do prania

-zastosowanie drobnoustrojów i enzymów do biotransformacji związków organicznych

-zastosowanie drobnoustrojów i białek ekstremofilnych w przemyśle spożywczym

-wykorzystanie enzymów proteolitycznych i hydrolaz polisacharydów w przemyśle tekstylnym, papierniczym i skórzanym

Zastosowanie GMO w ochronie środowiska

-wprowadzenie do organizmu genu nadającego nową cechę; Przykład: oporność roślin użytkowanych na herbicydy; zdolność drobnoustrojów do wykorzystania polisacharydów jako źródła węgla; konstrukcja drobnoustrojów zdolnych do metabolizmu ksenobiotyków;

-zmiana działania istniejącego genu na sposób który zmienia cechy organizmu; Przykład: przedłużenie trwałości pomidorów metodą technologii antysensowej (zmniejszenie aktywności genu kodującego poligalaktouronazę);

-wprowadzenie genu w celu uzyskania możliwości wytwarzania nowego produktu GMO jako bioreaktor; Przykład: produkcja białek terapeutycznych przez komórki drobnoustrojów, roślin i zwierząt trans granicznych)

ENERGIA GEOTERMALNA- energia zakumulowana w gruntach, skałach i płynach wypełniających pory i szczeliny skalne. Jest niewyczerpalna

Źródła:

Stan skupienia nośnika ciepła, a także wysokość temperatur, dzielą się na:

  1. grunty i skały do głębokości 2500m z których ciepło dla celów grzejnych z wykorzystaniem pomp ciepła pobierana jest przy pomocy specjalnych sond zwanych sondami ciepła

  2. wody gruntowe jako dolne źródło ciepła dla pomp grzejnych w zastosowaniu do celów grzejnych

  3. wody gorące i ciepłe wydobywane przy pomocy wywierconych otworów eksploatacyjnych (wtłaczane są z powrotem do złoża po ich wykorzystaniu energetycznym)

  4. para wodna wydobywana przy pomocy otworów wiertniczych (eksploatacyjnych) znajdujące zastosowanie w elektrowniach geotermalnych do wytwarzania energii elektrycznej

  5. wysady solne z których odprowadzana jest energia przy pomocy solanki lub przy pomocy cieczy obojętnych wobec soli, głównie węglowodorów

  6. gorące skały z których energia odbierana jest przez wodę cyrkulującą pod wpływem ciśnienia przez systemy szczelin naturalnych lub wytworzonych sztucznie w kompleksach skalnych na dużych głębokościach. Wykorzystywana do wytwarzania energii elektrycznej oraz celów grzejnych

Zasoby energii geotermalnej w Polsce:

- możliwość wykorzystania energii wnętrza Ziemi istnieje na ponad 60% powierzchni Polski;

- ich temperatura jest w granicach 30-120OC co czyni je przydatne raczej do pozyskania energii cieplnej niż elektrycznej;

- wg Polskiej Akademii Nauk, potencjał techniczny zasobów geotermalnych wynosi 302 000 PJ (peta dżul=1015JWh);

Ciepłownie geotermalne w Polsce: Pomimo znacznego potencjału energetycznego wód geotermalnych w Polsce dopiero 10lat temu rozpoczęła się ich techniczna eksploatacja jak ekologicznego źródła ciepła. Od początku lat 90tych XXw wody termalne wykorzystwane były przede wszystkim w balneologii i rekreacji. W latach 1993-2003 zbudowano w Polsce 6 instalacji ciepłowniczych bazujących na energii gorących wód podziemnych.

Bańska- Biały Dunajec:

-Rok uruchomienia: 1994

-Temperatura wody w złożu: 86

-Głębokość złoża [m]: 2000-3000

-Mineralizacja [g/l]:3

-Wydatek [m3/h]:120

-Całkowita moc cieplna:9

Mszczonów:

-Rok uruchomienia:1999

-Temperatura wody w złożu:40

-Głębokość złoża [m]:1600-1700

-Mineralizacja [g/l]:0,5

-Wydatek [m3/h]:60

-Całkowita moc cieplna:12

Uniejów:

-Rok uruchomienia:2001

-Temperatura wody w złożu:76-80

-Głębokość złoża [m]:2500

-Mineralizacja [g/l]:3

-Wydatek [m3/h]:550

-Całkowita moc cieplna:125

Bańska Niżna- Biały Dunajec:

-Rok uruchomienia:2001

-Temperatura wody w złożu:76-80

-Głębokość złoża [m]:2500

-Mineralizacja [g/l]:3

-Wydatek [m3/h]:550

-Całkowita moc cieplna:125

Wykorzystanie energii geotermalnej na świecie: Z zasobów geotermalnych korzysta obecnie prawie 80krajów (30w Europie). Pierwsza siłowania wykorzystująca energię geotermalną do produkcji energii elektrycznej powstała we Włoszech w 1904r. Światowym potentatem w produkcji energii elektrycznej w oparciu o geotermalne zasoby energetyczne są Stany Zjednoczone. W wielu krajach wykorzystuje się energię geotermalną do produkcji energii elektrycznej (Filipiny, Włochy, Meksyk, Japonię, Nową Zelandię i Islandię)

POMPY CIEPŁA- nowoczesne urządzenia grzewcze- wykorzystują energię cieplną (niskotemperaturową) pochodzącą ze środowiska naturalnego, przetwarza ją i oddaje energię cieplną (wysokotemperaturową) do górnego źródła , czyli układu grzewczego- centralnego ogrzewania oraz wymiennika ciepłej wody użytkowej.

Zasada działania: urządzenie transportuje energię cieplną z obiegu dolnego źródła do obiegu górnego, ciepło z dolnego przekazuje do parownika, gdzie dochodzi do wrzenia czynnika ziębniczego, w przebiegu wymiany ciepła między dolnym źródłem, a parownikiem powstaje gaz który ulega sprężeniu do odpowiedniego wysokiego ciśnienia powodując jego skraplanie.

Pomiary ze stanu gazowego wciekły wydziela się znaczna ilość ciepła która zostaje przekazana do obiegu grzewczego, ciecz przepływa przez zawór rozprężny gdzie następuje rozprężenie, w parowniku następuje ponowne rozpoczęcie procesu.

POZIOMY WYMIENNIK CIEPŁA

Wady: potrzebna duża powierzchni gruntu

Zalety: zrównoważona temperatura gruntu w ciągu roku, możliwość długiego nagromadzenia ciepła, łatwość wykonania, niski koszt

PIONOWY GRUNTOWY WYMIENNIK CIEPŁA

Wady: koszt odwiertu wysoki

Zalety: zrównoważona temperatura gruntu w ciągu roku, możliwość długiego nagromadzenia ciepła, łatwość wykonania

PODSUMIWANIE:

  1. najlepszy efekt ekonomiczny

  2. efektywność ekonomiczna źródeł geotermalnych będzie wzrastać nawet w przypadku cen paliw kopalnych

  3. okres amortyzacji (zwrot kosztów) jest krótszy niż przy wykorzystaniu innych źródeł energii czystej krótszy

ELEKTROWNIA WODNA

Wykorzystanie energii wody od bardzo dawna, kiedyś do napędzania kół wodnych w młynach, później do młotów w kuźniach czy pil w tartakach. Obecna energia głównie do produkcji energii elektrycznej.

1882r.- pierwsza elektrownia w Appleton (Wisconsin) (USA) na rzecze Fox.

1888r.- pierwsze elektrownie w Polsce: Struga na rzece Słupi oraz Kamienna na Drwie.

W okresie międzywojenny, istniało około 8000 obiektów hydroenergetycznych na terenie Polski.

Energia wodna w energetyce nazywana jest ,,białym węglem”. W Polsce wykorzystuje spadek wody na rzekach. Na świecie oprócz tego korzysta się z energii fal morskich, pływów morskich oraz energii różnic temperatur między powierzchniowymi a głębinowymi warstwami oceanu. Przepływająca woda wprawia w ruch turbiny które napędzają generator prądotwórczy i energia przesyłana jest do sieci

ENERGIA WÓD ŚRÓDLĄDOWYCH

  1. najczęściej wykorzystywana

  2. sprzyjają rzeki o dużym natężeniu przepływu i o dużym spadzie np. rzeki górskie

  3. większość elektrowni wykorzystujących tę formę energii wody powstaje jednak na terenach równinnych i w związku z tym wymaga zapory wodnej.

ENERGIA PRZYWÓW WODNYCH

  1. energia przypływów i odpływów morza lub oceanów spowodowana przyciąganiem grawitacyjnym Księżyca i mniejszym stopniem Słońca oraz ruchem obrotowym Ziemi

  2. wykorzystywana tylko w około 20 rejonach świata na między innymi angielskim, francuskim, hiszpańskim wybrzeżu Atlantyku

ENERGI FAL MORSKICH (maremotoryczna):

  1. trudne do wykorzystania ze względu na duże rozproszenie i uzależnienie od pogody

  2. zasoby energii fal są wiele tysięcy razy większe od potencjału energetycznych pływów morskich

  3. wykorzystywana we Francji, Wielkiej Brytanii i Norwegii, równierz w Rosji nad Morzem Białym i w Stanach Zjednoczonych na Alasce

ENERGIA RÓŻNIC TEMPERATUR

  1. w strefie równikowej występowanie mniej więcej stała, niezależnie od pory roku i dnia różnica temperatur między warstwami morza: warstwy powierzchniowe są ciepłe, głębinowe zimne, różnica ta wykorzystywana do wytwarzania energii

  2. wykorzystywana na Hawajach (40MW), Japonia (10MW)

  3. potencjał tego rodzaju energii jest znaczny, w Indiach mogłyby powstać instalacje o mocy 10tys. MW

Technologie w hydroelektrowniach

Zapora

Turbina wodna

Generator

PODZIAŁELEKTROWNI WODNYCH

DUŻE

MAŁE

  • przepływowa- bez zbiornika (budowana na rzekach nizinnych)

  • regulacyjna z dużym zbiornikiem

  • zbiornikowa z małym zbiornikiem

  • pompowo- szczytowa

  • kaskadowa z wieloma zbiornikami

  • Podział ze względu na moc

- mikro-energetyka >70kW

- makro-energetyka >100kW

- mała energetyka <50 MW

  • Podział ze względu na wielkość spadku wód

- derywacyjne

- pływające po rzece

- nisko-spadowe 2-20[m]

- średnio- spadowe <150[m]

- wysoko-spadowe >150[m]

Elektrownia przepływowa

Elektrownia zbiornikowa (regulacyjna)

Elektrownia szczytowo- pompowa

Elektrownia pływowa

DUŻE ELEKTROWNIE WODNE

ZALETY I WADY ELEKTROWNI WODNYCH

ZALETY

  • Brak zanieczyszczeń środowiska

  • Oszczędność paliw naturalnych

  • Niższe koszty eksploatacji niż w rozwiązaniach konwencjonalnych

  • Niższe koszty wytwarzania energii elektrycznej (ok. 8x)

  • Większa sprawność niż w elektrowniach konwencjonalnych

WADY

  • Ingerencja w środowisko

  • 2-3razy większe koszty inwestycyjne z elektrowniami konwencjonalnymi

  • Zmiany struktury biologicznej w rzekach

  • Zamulanie zbiorników

MAŁA ELEKTROWNAI WODNA

Zalety:

W Polsce zasoby hydroenergetyczne szacuje się na 13,7 TWh rocznie, z czego 45,3% przypada na Wisłę, 43,6% na dorzecza Wisły i Odry, 9,8% na Odrę i 1,8% na rzeki Pomorza.

Obecnie w Polsce wykorzystuje się zasoby hydroenergetyczne w 12% co stanowi 7,3% mocy zainstalowanej w krajowym systemie elektroenergetycznym

Większe elektrownie wodne w Polsce:

Energia wodna na świecie:

Największą pod względem ilości produkowanej energii elektrownia na świecie jest wybudowana w 1983 roku elektrownia na zaporze Itaipu na Paranie na granicy państw Brazylii i Paragwaju. Elektrownia ma maksymalną moc 14GW a jej największa produkcja roczna wynosiła 94,7TWh (w 2008r.). Zapora Trzech Przełomów na rzece Jangcy w Chinach (ok. 85 TWh rocznie) i zapora Guri na rzece Caroni w Wenezueli (ok. 47TWh rocznie).

Energia wodna- czysta energia? Do lat 80 ubiegłego wieku panował powszechny pogląd, że elektrownie wodne są źródeł „czystej” energii. Ostatnie badania pokazują, że zbiorniki zaporowe mogę być źródłem emisji metanu. Ilość emitowanego metanu w zależności od lokalnych warunków może się znacznie różnić. Jezioro Turawskie emituje ok. 42 mg metanu w przeliczeniu na powierzchnię 1m2 podczas gdy Jezioro Włocławskie ponad 400mg. Zbiorniki elektrowni wodnych uważane są za istotne źródło gazów cieplarnianych. Uznaje się, że emisja metanu jest duża w nowo powstałych zbiornikach, gdzie znajduje się dużo materii organicznej z zalanej roślinności, a następnie wraz z jej wyczerpywaniem się na skutek rozkładu spada.

Gaz łupkowy:

.

.

.

.

.

.

.

Wykład

Biomasa do produkcji energii

Redukcja CO2

Swiat 5, 2 %

Europa 8%

*Krajowe zasoby biomasy potrzebna do procesów wspołspalania

Źródła biomasy:

-leśnictwo

-rolnictwo: odpady i półodpady z produkcji rolniczej, uprawy energetyczne

-inne :przemysł chemiczny , papierniczy, osady ściekowe

-Biomasy jako paliwo -bale, palety, pył, osad papierniczy, trociny, zrębki

-wierzba energetyczna

-słoma pozyskiwana z uprawy zbóż

*Problemy związane z produkcją energii z biomasy

Problemy wymagają rozwiązania aby biomasę użyć jako paliwo wynikają z jej właściwości fizyko chemicznej tj, niska gęstość i wilgotność stwarzają problemy ekonomiczne z transportem i magazynowaniem

-Problem wymaga rozwiązań - rozdrobnienie biomasy i doprowadzenie jej do kotłów lub generatorów.

*Krajowe zasoby biomasy potrzebne do procesu półspalania

1. Konkurencja o biomase

*zapotrzebowanie na biomase przez różne sektory

-transport

-przemysł, elektroenergetyka, ciepłownictwo

*złożoność problematyki

-strona podażowa : leśnictwo i rolnictwo

-konkurencja po stronie popytu

-uwarunkowanie :środowisko, przestrzeń produkcyjna , infrastruktura techniczna

*konieczność indywidualnego ( regiolanlego)…

2.uprawy energetyczne

-wieloletni charakter upraw

-skład fizyko-chemiczny (uprawy lignocelulozowe)

-rentowność produkcji (priorytet dla produkcji

-polityka rolna(dopłaty, wspólna polityka UE)

-wykorzystanie gruntów

- grunty nie uprawiane (odłogi i ugory)

- struktura własnościowa

-warunki (klasy bonitacyjne, rolnicza, przestrzeń produkcyjna)

-produktywność

-Podejście wielofunkcyjne

rekultywacja

- ochrona wód (fitoremadiacja, strefy buforowe)

3. Zagadnienia organizacyjne

-łańcuch dostaw

- skup (standaryzacja, pomiar)

-przetworzenie( technologia współspalania)

- przechowywanie

4. organizacja producentów

-rozproszona, scentralizowana

- grupy producenckie

-mechanizacja producenckie

*Fermentacja Biogazu

Techniczny potencjał biogazu, obliczny dla wartości opałowej 23 MJ/m3 gazu w beztlenowej fermentacji odchodów zwierzęcych wynosi 37, 5 PJ

- W Polsce funkcjonuje ok. 1,8 przemysłów, 1, 470 komunalnych oczyszczalni ścieków a ich liczba stale rośnie.

-metan 55-70%

-wodór 1-3%

-tlen 0,5-1%

-CO2-do 40%

-różne gazy 1-5%

Fermentacja metanowa wykazuje dwa razy większą wydajność gazu przy temp 30-35ºC-bakterie mezofile

52-55ºC-bark bakteri termofilnych

*gaz wysypiskowy

* elektrownie wiatrowe

Elektrownie wiatrowe buduje się w Polsce:

-wyspa Wolin

-Suwalszczyzna

-Środkowa Wielkopolska

-Mazowsze

-Beskid Śląski i Żywiecki

-Bieszczady i Pogórze Dynowskie

W Polsce w latach XX nastąpił dynamiczny rozwój energetyki wiatrowej. W 2002 Polska znajduje się na 13 miejscu pod względem mocy elektrowni wiatrowych.

-skupienie turbin pozwala na ograniczanie kosztów

*Wady elektrowni wiatrowej

-halas

-integracja w środowisko

-zależność od pogody

-wysoki koszt budowy

-zagrożenia dla ptaków

-zakłócenie fal radiowych i telefonicznych

*zalety

-czyste źródło energi

*energetyka jądrowa

Budowa elektrowni jądrowej - ciepło to produkcja rozproszenia jąder uranu zachodzą w reaktorze

*rodzaje reaktorów

1. PWR- wodno-ciśnieniowy - moderatorem jest zwykła Woda pod ciśnieniem 15 MPa. Woda stanowi również chłodziwo . Te reaktory są bezpieczne i najbardziej rozpowszechnione. Ok. 65% energii wytwarzana w efekcie powstaje w tym typie

2. WWER

Zagadnienia:

  1. Antropogeniczne źródła zanieczyszczeń powietrza . możliwości ich ograniczania i eliminacje

  2. Metody usuwania z powietrza azotu, siarki, i pyłu.(metody, redukcja, , rodzaje filtrów->skuteczność

  3. Lotne związki organiczne. ( charakter, w jaki sposób niebezpiecznie wpływają, jak eliminować

  4. Wykorzystywane źrodła energii (jakie możliwości, wady , zalety, przeciwwskazania)

Wykład RODZAJE I ŹRÓDŁA ZANIECZYSZCZEŃ POWIETRZA.

Do zanieczyszczen powietrza naleza:

-gazy i pary zwiazkow chemicznych (np. tlenki węgla -CO, CO2; siarki- SO i SO2; azotu; amoniak (NH3); fluor; węglowodory (łańcuchowe i aromatyczne) i ich chlorowe pochodne ; fenole.

-czastki stale nieorganiczne i organiczne (pyły- np.popiół lotny, sadza, pyły z produkcji cementu, pyły metalurgiczne, zwiazki ołowiu, zwiazki miedzi, chromu, kadmu i innych metali ciezkich.

-mikroorganizmy- wirusy, bakterie, grzyby, których rodzaj i ilosc odbiega od skladu naturalnej mikroflory powietrza;

-kropelki cieczy (kwasow, zasad, rozpuszczalnikow).

Wartosc emisji zanieczyszczen to ilosc zanieczyszczen wydalana do atmosfery w jednostce czasu, wyrazona w g/s, kg/h lub t/rok.

Charakterystyka poszczególnych zwiazkow chemicznych zanieczyszczajacych atmosfere:

-zwiazki siarki: SO, SO2, SO3, H2S, H2SO4, siarczany różnych metali. SO2 -bezbarwny, silnie toksyczny gaz o duszacym zapachu. Wolno rozprzestrzenia się w atmosferze (duzy ciezar wlasciwy 2,93 kg/m3). Powstaje miedzy innymi w wyniku spalania paliw stalych i plynnych zanieczyszczonych siarką (wegiel, ropa naftowa). Najwiekszy udzial w emisji SO2 ma przemysl paliwowo- energetyczny. Opalana węglem elektrownia o mocy 1000 MW emituje do atmosfery w ciagu roku 140 tys. ton siarki (głównie SO2). Dwutlenek siarki utrzymuje się w powietrzu przez 2-4 dni i może być przenoszony na duze odleglosci. SO2 utlenia się do SO3, który reagujac z woda przechodzi w kwas siarkowy (H2SO4)- jeden ze skladnikow kwaśnych deszczy.

-związki azotu: NO (tlenek azotu) -bezbarwny i bezwonny. NO2 (dwutlenek azotu)- brunatny o duszacej woni. Obydwa mogą utleniac się do pięciotlenku azotu (N2O5), który w obecnosci pary wodnej tworzy kwas azotowy (HNO3) -jeden ze skladnikow kwasnych deszczy.

-związki węgla: CO (tlenek węgla) - powstaje w wyniku niezupelnego spalania węgla lub jego zwiazkow. Glownym zrodlem CO sa: *spaliny z silnikow (glownie benzynowych) pojazdow mechanicznych; *przemysl metalurgiczny, elektromaszynowy, materialow budowlanych; *elektrociepłownie, elektrownie cieplne; *koksownie, gazownie, paleniska domowe. Tlenek wegla jest gazem silnie toksycznym, nie posiada smaku, zapachu ani barwy- zmysly ludzkie nie ostrzegają przed nim. CO2 (dwutlenek wegla) - powstaje w procesach spalania paliw stalych, cieklych i gazowych oraz w procesach oddychania organizmow zywych. CO2 w atmosferze nie stanowi bezpośredniego zagrożenia pod warunkiem ze nie nastapi naruszenie równowagi biologicznej spowodowanej jego nadmierna iloscia. Pelni funkcje naturalnej izolacji termicznej (efekt cieplarniany) oraz bierze udzial w procesie fotosyntezy.

-wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA): zwiazki zbudowane z wegla i wodoru, zawierajace w czasteczce kilka pierscieni aromatycznych. W powietrzu znajduja się w wyniku: *parowania lub spalania paliw (glownie wegla, ropy naftowej i ropopochodnych); *palenia tytoniu. Jednym z najbardziej niebezpiecznych jest 3-4-benzopiren kancerogenny.

Źródła zanieczyszczen powietrza:

  1. Zrodla naturalne :

  1. Źródła antropogeniczne (powstaja w wyniku dzialalnosci czlowieka) :

Zalezne od zasiegu źródła zanieczyszczeń mogą być: punktowe (komin), liniowe (szlak komunikacyjny), powierzchniowe (otwarty zbiornik z lotna substancja).

Zjawiska w atmosferze zwiazane z zanieczyszczeniem powietrza:

*smog -gromadzenie się duzych ilosci zanieczyszczen w obnizeniach terenu, na niewielkiej powierzchni, przy bezwietrznej pogodzie.

* efekt cieplarniany- zatrzymywanie w atmosferze nadmiernych ilosci ciepla; wywoluja go wystepujace w atmosferze gazy (CO2, NH3, NO, freony) absorbujace promieniowanie podczerwone odbite od powierzchni Ziemi;

* kwasne deszcze- wywoluja zwiazki siarki i azotu;

*dziura ozonowa- ubytki w warstwie ozonowej wywolane tlenkami azotu, freonu.

Sposoby ograniczenia emisji zanieczyszczen powietrza ze źródeł antropogenicznych:

-wzbogacanie paliw, np.odsiarczanie węgla energetycznego;

-zmiana stosowanych surowców, np.spalanie paliw o wyzszej jakosci w okresie niekorzystnych warunkow meteorologicznych;

-zmiana procesow technologicznych;

-hermetyzacja procesow technologicznych i oczyszczanie gazow odlotowych;

-oczyszczanie gazow spalinowych (odpylanie i odsiarczanie spalin);

-utylizacja odpadow przemyslowych i komunalnych, wykorzystanie niekonwencjonalnych źródeł energii (np.energia słoneczna, energia wiatru);

Jeden przelot nad Atlantykiem samolotu pasażerskiego pochlania 60 tys. litrow paliwa (wiecej niż 1 kierowca zuzyje w ciagu 50 lat). Samoloty pasażerskie niszczą atmosfere w stopniu 4 razy wiekszym niż czynia to zaklady przemysłowe.

Metody oczyszczania gazow odlotowych:

1procesy fizyczne: adsorpcja, absorpcja, kondensacja, separacja membranowa

2procesy chemiczne - procesy, w których przebiegają reakcje chemiczne;

* procesy spalania bezpośredniego i termicznego ,

*Metody katalityczne - spalanie (utlenianie katalityczne), redukcja katalityczna, rozkład katalityczny

3metody biologiczne

Podstawowe pojecia:

Adsorber- aparat do przeprowadzania procesu adsorpcji

Etapy procesu adsorpcji:

Zwiększenie czynności adsorpcji:

- zwiększenie powierzchni międzyfazowej

-zwiększenie burzliwości przepływu

Adsorbenty

Absorpcja zastosowanie:

Absorbenty: woda, roztwory kwasów, zasad, soli o właściwościach utleniających lub redukujących, zw. Organiczne

Punkt absorpcji:

1 zwiększenie powierzchni międzyfazowej

2 zwiększenie szybkości dyfuzji

3absorpcja z reakcją chemiczną np. z reakcją utleniania- roztwory utl tj: chlor, dwutlenek chromu, podchloryn sodowy, nadmanganian potasu oraz obecnie najbardziej popularny ozon

4.wprowadzane do układu absorpcyjnego gaz-ciecz, cząstek stałych; elementy obojętne chemicznie zwiększające burzliwość układu, katalizatory, subst. Reaktywne chemicznie, sorbenty naturalne i syntetyczne orazsubst biologicznie czynne.

Ścieki

Odpady płynne

Odpady ściekowe

Odpady komunalne

Odpady z przemysłu rolno- spożywczego

Fermentacja

metanowa

Ścieki oczyszczone

Osady ustabilizowane

BIOGAZ



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
4853
4853
4853
lambrecht barometr 4853
4853
04 przestrzen wektorowaid 4853 Nieznany (2)
4853
4853
D (Luft)T 4853 (1944) DMG 3a G SB RX A1 Anl 2 (schemat)
D (Luft)T 4853 (1944) DMG 3a G SB TX A1 Anl 1 (schemat)

więcej podobnych podstron