Все направления охраны атмосферы можно объединить в четыре большие группы:

1. Группа санитарно-технических мероприятий – сооружение сверхвысоких дымовых труб, установка газопылеочистного оборудования, герметизация технического и транспортного оборудования.

2. Группа технологических мероприятий – создание новых технологий, основанных на частично или полностью замкнутых циклах, создание новых методов подготовки сырья, очищающих его от примесей до вовлечения в производство, замена исходного сырья, замена сухих способов переработки пылящих материалов мокрыми, автоматизация производственных процессов.

3. Группа планировочных мероприятий – создание санитарно-защитных зон вокруг промышленных предприятий, оптимальное расположение промышленных предприятий с учетом розы ветров, вынос наиболее токсичных производств за черту города, рациональная планировка городской застройки, озеленение городов.

4. Группа контрольно-запретительных мероприятий – установление предельно допустимых концентраций (ПДК) и предельно допустимых выбросов (ПДВ) загрязняющих веществ, запрещение производства отдельных токсичных продуктов, автоматизация контроля за выбросами.

К основным мероприятиям по охране атмосферного воздуха относится группа санитарно-технических мероприятий. В этой группе важным направлением охраны воздуха является очистка выбросов в сочетании с последующей утилизацией ценных компонентов и производством из них продукции. В цементной промышленности - это улавливание цементной пыли и ее использование для производства твердых покрытий дорог. В теплоэнергетике – улавливание летучей золы и утилизация ее в сельском хозяйстве, в промышленности строительных материалов.

При утилизации уловленных компонентов возникают два вида эффекта: экологический и экономический. Экологический эффект состоит в снижении загрязнения окружающей среды при использовании отходов по сравнению с применением первичных материальных ресурсов. Так, при производстве бумаги из макулатуры или использования металлолома в сталеплавильном производстве загрязнение атмосферы уменьшается на 86%. Экономический эффект утилизации уловленных ингредиентов связан с появлением дополнительного сырьевого источника, имеющего, как правило, более благоприятные экономические показатели по сравнению с соответствующими показателями производства из природного сырья. Так, производство серной кислоты из газов цветной металлургии по сравнению с производством из традиционного сырья (природной серы) в химической промышленности имеет более низкую себестоимость и удельные капитальные вложения, более высокую годовую прибыль и рентабельность.

К наиболее эффективным способам очистки газов от газовых примесей относятся три: абсорбция жидкостью, адсорбция твердым веществом и каталитическая очистка.

В абсорбционных способах очистки используются явления различной растворимости газов в жидкости и химические реакции. В жидкости (обычно воде) используются такие реагенты, которые образуют с газом химические соединения.

Адсорбционные методы очистки основаны на способности мелкопористых адсорбентов (активных углей, цеолитов, простых стекол и др.) улавливать из газов при соответствующих условиях вредные компоненты.

Основу каталитических методов очистки составляют каталитические превращения вредных газообразных веществ в безвредные. К этим методам очистки относятся инерционная сепарация, электрическое осаждение и др. При инерционной сепарации осаждение взвешенных твердых частиц происходит благодаря их инерции, возникающей при изменении направления или скорости потока в аппаратах, называемых циклонами. Электрическое осаждение основано на электрическом притяжении частиц к заряженной (осадительной) поверхности. Электрическое осаждение реализуется в различных электрофильтрах, в которых, как правило, зарядка и осаждение частиц происходит совместно.

Для уменьшения загрязнения атмосферы выбросами транспорта необходимо осуществлять следующие мероприятия:

1. совершенствование двигателей и создание новых двигателей;

2. применение альтернативных видов топлива (сжатого природного газа, сжиженных нефтяных газов, синтетических спиртов и т.д.) При использовании природного газа выброс автомобилями вредных компонентов сокращается в 3-5 раз, хотя расход горючего в двигателях внутреннего сгорания больше (при этом экономится нефть);

3. создание новых транспортных средств (электромобилей) и замена одних транспортных средств другими (автобуса – троллейбусом);

4. защита от шума (пассивная и активная). Автотранспорт снижает шум за счет развития шумоподавления дорог, снижения скорости в населенных пунктах, сооружения поперечных валков. Снижение шума на железнодорожном транспорте обеспечивается созданием экранов, тоннелей, улучшением аэродинамики локомотивов;

5. специальные мероприятия административного характера: ограничения на въезд, запреты на парковку, транспортные сектора и др.

Нормативной основой управления охраной атмосферы является стандарты качества воздуха. Показателями качества воздуха является ПДК вредных веществ, ПДВ. ПДК – это такое содержание вредного вещества в окружающей среде, которое при постоянном контакте или при воздействии за определенный промежуток времени практически не влияет на здоровье человека. При определении ПДК учитывается влияние загрязняющих веществ не только на здоровье человека, но и на животных, растения, микроорганизмы, а также на природные сообщества в целом.

Для санитарной оценки воздушной среды используется ПДК для рабочей зоны (ПДК р.з.), максимально разовая (ПДК м.р.) и среднесуточная (ПДК с.с.). ПДК р.з. – предельно допустимая концентрация вредного вещества в воздухе рабочей зоны. Эта концентрация не должна вызывать у работающих при ежедневном вдыхании в течение 8 ч за все время рабочего стажа каких-либо заболеваний или отклонений от нормы в состоянии здоровья. При этом рабочей зоной считается пространство высотой до 2 м над уровнем пола или площадки, на которой расположены места пребывания работающих.

ПДК м.р. – максимально разовая концентрация вредного вещества в воздухе населенных пунктов, которая не должна вызывать рефлекторных реакций в организме человека.

ПДК с.с. – среднесуточная предельно допустимая концентрация вредного вещества в воздухе населенных мест. Эта концентрация не должна оказывать прямого или косвенного влияния на организм человека в условиях неопределенно долгого круглосуточного вдыхания.

Для гигиенической оценки загрязнения воздуха используется комплексный индекс загрязнения атмосферы (ИЗА). ИЗА, учитывающий m примесей в атмосфере, рассчитывается по формуле:

ИЗА m = (gср i/ПДКс.с.i)К

Законодательные мероприятия - это мероприятия, определяющие идеологическое и юридическое обоснование мероприятий в области санитарной охраны атмосферного воздуха.

Законодательные мероприятия регулируют общественные отношения в использовании и воссоздании природных ресурсов, осуществляют экологическую политику правительства, направленную на предупреждение загрязнения воздушного бассейна вредными веществами и защиту здоровья населения. Законодательные мероприятия обеспечивают гармоничное развитие физических и духовных сил, высокий уровень трудоспособности и активное долголетие каждого члена общества, предупреждают заболеваемость и снижают ее, ликвидируют факторы и условия, которые отрицательно влияют на здоровье населения.

Законодательство состоит из актов, утвержденных государственными органами. Ретроспективный анализ данных литературы свидетельствует о том, что в 1273 г. английский парламент принял закон о запрещении использования угля как загрязнителя атмосферного воздуха. В России в 1883 г. впервые вышло положение "О разрешении и оборудовании частных заводов, мануфактурных, фабричных и других учреждений в г. Санкт-Петербурге", в котором была сделана попытка классифицировать промышленные предприятия на три категории в зависимости от причиненного вреда атмосферному воздуху. А в 1913 г.

В нашей стране Управление главного врачебного инспектора подготовило законопроект "О санитарной охране воздуха, воды и почвы", а также "Положение о санитарной охране воздуха от загрязнения дымом". Но основные принципы законодательства в области охраны атмосферного воздуха были сформулированы в период организации Народного комиссариата здравоохранения в 1918 г. В 1929-1930 гг. начали проводить научные исследования по гигиене атмосферного воздуха и был организован трест "Газоочистка по проектированию газоочистных сооружений и их внедрение на предприятиях".

В 1947 г. приняты "Санитарные нормы проектирования промышленных предприятий". В этом документе впервые были определены требования к выбору земельного участка под строительство промышленных предприятий и установлены размеры СЗЗ в зависимости от класса их опасности. В 1949 г. вышло постановление Совета Министров "О мерах борьбы с загрязнением атмосферного воздуха и улучшения санитарно-гигиенических условий населенных мест", в соответствии с которым впервые запрещалось утверждение проектов строительства, реконструкции промышленных предприятий, не предусматривающих санитарно-техни-ческих мероприятий.

В 1969 г. были утверждены "Основы законодательства СССР и союзных республик об охране здоровья", а в 1973 г. постановлением Совета Министров - "Положение о государственном санитарном надзоре" № 361, в котором определены цель, задание и права санитарно-эпидемиологической службы. В Украине в 1971 г. Верховным Советом был принят закон о здравоохранении, а в 1973 г. МЗ Украины утвердило приказ № 517"0 государственном санитарном надзоре в Украине". 25.06.1980 г. был принят "Закон об охране атмосферного воздуха", в соответствии с которым на санитарно-эпидемиологическую службу был возложен контроль за выполнением санитарно-гигиенических норм и правил в этой области.

В соответствии с постановлением Верховного Совета Украины от 24.08.1991 г. "О провозглашении независимости Украины" и принятием "Акта провозглашения независимости Украины" санитарно-эпидемиологическая служба Украины в своей деятельности руководствуется такими законодательными документами, в частности Конституцией Украины (принятой на V сессии Верховной Рады Украины 28.06.1996 г.).

Полновластие народа Украины в области охраны окружающей природной среды и использование природных ресурсов реализуется на основании Конституции Украины. В соответствии со ст. 13, земля, ее недра, атмосферный воздух, водные и другие природные ресурсы, находящиеся в пределах территории Украины, являются объектами права собственности украинского народа. В ст. 16 подчеркивается, что экологическая безопасность и поддержание экологического равновесия, сохранение генофонда украинского народа являются обязанностью государства.

1.07.1991 г. принят закон Украины "Об охране окружающей природной среды", который определяет правовые, экономические и социальные основы организации охраны окружающей природной среды в интересах настоящего и будущих поколений. Согласно ст. 52 этого документа предприятия, учреждения, организации и граждане обязаны придерживаться правил транспортировки, хранения и применения средств защиты растений, стимуляторов их роста, минеральных удобрений, токсических химических веществ с тем, чтобы не допустить загрязнения ими окружающей природной среды. При создании новых химических препаратов и веществ, других потенциально опасных для окружающей среды субстанций должны разрабатываться и утверждаться МЗ Украины допустимые уровни содержания этих веществ в объектах окружающей природной среды, методы определения их остаточного количества и утилизации после использования.

В ст. 53 указывается, что производство и использование новых штаммов микроорганизмов и других биологически активных веществ разрешается лишь после проведения комплексных исследований их влияния на здоровье людей и окружающую природную среду при согласовании с МЗ Украины. В ст. 55 подчеркивается, что предприятия, учреждения, организации и граждане должны принимать эффективные меры по уменьшению объемов образования и обезвреживания, переработки, безопасного складирования или захоронения производственных, бытовых, других отходов. Ст. 68 предусматривает дисциплинарную, административную, гражданскую и уголовную ответственность за нарушение законодательства об охране окружающей природной среды.

19.11.1992 г. постановлением Верховной Рады Украины были утверждены "Основы законодательства Украины о здравоохранении", которые направлены на обеспечение гармоничного развития физических и духовных сил, высокой трудоспособности и долголетней активной жизни граждан, устранение факторов, отрицательно влияющих на их здоровье, предупреждение болезней и снижение заболеваемости, инвалидности и смертности, улучшение наследственности. Санитарно-эпидемиологическое благополучие территорий и населенных пунктов Украины обеспечивает система государственных стимулов, соблюдение санитарно-гигиенических и санитарно-противоэпидемических правил и норм и организация государственного санитарного надзора.

16.10.1992 г. был введен в действие закон Украины "Об охране атмосферного воздуха", который направлен на сохранение и восстановление природного состояния атмосферного воздуха, создание благоприятных условий для жизнедеятельности, обеспечения экологической безопасности и предупреждения неблагоприятного воздействия атмосферного воздуха на здоровье людей и окружающую природную среду. Этот закон определяет правовые и организационные основы и экологические требования в области охраны атмосферного воздуха.

Для оценки состояния атмосферного воздуха устанавливают нормативы экологической безопасности атмосферного воздуха, предельно допустимых выбросов веществ, загрязняющих атмосферный воздух, стационарных источников, предельно допустимого влияния физических и биологических факторов стационарных источников, содержания вредных веществ в отработанных газах и влияния физических факторов передвижных источников в пределах населенных пунктов, в рекреационных зонах, в других местах проживания, постоянного или временного пребывания людей, объектах окружающей природной среды с целью обеспечения экологической безопасности граждан и окружающей природной среды.

Предприятия, учреждения и организации, деятельность которых связана с выбросами веществ, загрязняющих атмосферный воздух, неблагоприятным влиянием физических и биологических факторов, обязаны: осуществлять организационные, хозяйственные, технологические, технические, планировочные мероприятия по уменьшению объемов выбросов вредных веществ и уменьшению влияния физических факторов, организации СЗЗ, благоустройству территории промышленной площадки, осуществлению контроля за составом и содержанием веществ, поступающих в атмосферный воздух. Предприятия, учреждения и организации в соответствии с международными соглашениями обязаны сокращать и в дальнейшем полностью прекратить производство и использование химических веществ, разрушающих озоновый слой, а также выбросы углерода диоксида и других веществ, накопление которых в атмосфере может привести к изменению климата.

Выбросы вредных веществ, для которых не установлены соответствующие нормативы экологической безопасности, не разрешаются. Для аварийных ситуаций и неблагоприятных метеоусловий должны быть разработаны и согласованы с соответствующими министерствами специальные мероприятия по охране атмосферного воздуха.

В документе перечислены мероприятия по предотвращению и уменьшению загрязнения атмосферного воздуха автотранспортными и другими передвижными средствами и установками:

1) перевод транспортных средств на менее токсичные виды топлива и выполнение комплекса мероприятий по снижению выбросов, обезвреживанию вредных веществ и уменьшению физического влияния во время проектирования, производства, эксплуатации и ремонта транспортных и других передвижных средств и установок;

2) рациональная планировка и застройка населенных пунктов с соблюдением определяющих нормативов расстояние к транспортным путям;

3) выведение из густонаселенных жилых кварталов за пределы города транспортных предприятий, грузового транзитного автомобильного транспорта;

4) ограничение въезда автомобильного транспорта и других транспортных средств и установок в селитебные, курортные, лечебно-оздоровительные, рекреационные и природно-заповедные зоны, места массового отдыха и туризма; 5) улучшение содержания транспортных путей и уличного покрытия;

6) внедрение в городах автоматизированных систем регулирования дорожного движения;

7) совершенствование технологий транспортировки и хранения топлива, обеспечение постоянного контроля качества топлива на нефтеперерабатывающих предприятиях и автозаправочных станциях;

8) внедрение и совершенствование деятельности контрольно-регулировочных и диагностических пунктов и комплексных систем проверки нормативов экологической безопасности транспортных и других передвижных средств и установок. Проектирование, производство и эксплуатация транспортных и других передвижных средств и установок, содержание вредных веществ в отработанных газах которых превышает нормативы или уровни влияния физических факторов, запрещается.

Должны соблюдаться также правила и требования к транспортировке, хранению и применению пестицидов и агрохимикатов с целью предупреждения загрязнения атмосферного воздуха.

Законом определены требования к охране атмосферного воздуха в процессе добычи полезных ископаемых, проведения взрывных работ и загрязнения производственными, бытовыми и другими отходами. Запрещено складирование, хранение, размещение производственного, бытового мусора, новых терриконов и отвалов, которые могут быть источниками ухудшения качества воздушного бассейна населенных пунктов. Планировка, застройка и развитие населенных мест должны осуществляться с учетом требований к рациональному использованию и экологической безопасности атмосферного воздуха и обязательным проведением экологической экспертизы. Во время определения мест размещения новых, реконструкции действующих предприятий, неблагоприятно влияющих на состояние атмосферного воздуха, устанавливаются СЗЗ.

Контроль в области охраны атмосферного воздуха направлен на соблюдение требований законодательства по охране и использованию атмосферного воздуха всеми государственными органами и предприятиями, организациями и гражданами. МЗ Украины и его органы на местах осуществляют контроль в части соблюдения ПДК атмосферных примесей, ПДУ акустического, электромагнитного и радиационного влияния на здоровье населения. Государственному учету подлежат объекты, отрицательно влияющие на состояние воздушного бассейна. Сбор, обработка, хранение и анализ информации о качестве атмосферного воздуха осуществляются по единой системе государственного мониторинга окружающей природной среды органами МЗ Украины, Министерством экологии и перерабатывающих ресурсов и Государственной гидрометеорологической службой. Лица, виновные в нарушении законодательства об охране атмосферного воздуха, несут ответственность согласно актам законодательства Украины.

24.02.1994 г. был введен в действие закон Украины "Об обеспечении санитарного и эпидемического благополучия населения". Согласно ст. 19, качество атмосферного воздуха в населенных пунктах, на территории предприятий, заведений, организаций и других объектов должно отвечать санитарным нормам. Предприятия обязаны принимать надлежащие меры по предупреждению загрязнения атмосферного воздуха и устранению его причин.

Вместе с указанными выше законодательными документами санэпидслужба при осуществлении предупредительного и текущего государственного санитарного надзора руководствуется инструктивными, нормативно-методическими материалами, а именно:

1) ДБН 360-92 "Планировка и застройка городских и сельских поселений ";

2) ГОСТ 17.2.3.01-86 "Правила контроля качества воздуха населенных пунктов";

3) ОНД-86 "Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, которые содержатся в выбросах предприятий";

4) "Государственные санитарные правила планировки и застройки населенных пунктов" (утверждены приказом № 173 МЗ Украины от 19.06.1996 г.;

5) "Государственные санитарные правила охраны атмосферного воздуха населенных мест" (от загрязнения химическими и биологическими веществами) - ДСП-201-97.

9.02.1995 г. Верховная Рада Украины приняла закон "Об экологической экспертизе", который направлен на предупреждение неблагоприятного влияния антропогенной деятельности на состояние окружающей природной среды и здоровье людей, а также оценку степени эколого-гигиенической безопасности хозяйственной деятельности и эколого-гигиенической ситуации на отдельных территориях и объектах. В области профилактической медицины законом определены такие задачи: установление соответствия объектов экспертизы требованиям санитарных норм; оценка влияния их деятельности на популяцион-ное здоровье и эффективность мероприятий по охране здоровья населения. Главным принципом экспертизы является гарантирование безопасной для жизни и здоровья людей окружающей природной среды.

Объектами экспертизы являются проекты законодательных и других нормативно-правовых актов, предпроектные, проектные материалы, документация по внедрению новой техники, технологий, материалов, веществ, продукции, реализация которых может привести к нарушению эколого-гигиенических нормативов, отрицательному влиянию на состояние окружающей природной среды, созданию угрозы здоровью людей. Субъектами экологической экспертизы в части, касающейся экспертизы объектов, которые могут неблагоприятно влиять на здоровье людей, являются органы и учреждения МЗ Украины.

Гигиенические мероприятия являются составной частью санитарного законодательства, основой предупредительного и текущего государственного санитарного надзора".

Технологические мероприятия направленные на обеспечение экологически чистого производства.

Выбросы промышленных предприятий разделяют на технологические и вентиляционные; организованные и неорганизованные. К технологическим относятся: хвостовые выбросы технологических процессов; выбросы во время продувания технологического оборудования; выбросы котельных. Вентиляционными считаются выбросы общеобменной и местной вытяжной вентиляции. Организованными выбросами являются такие, которые отводятся системой газоотводов на пылегазоочистные установки. К неорганизованным выбросам относятся: выбросы, возникающие вследствие эксплуатации негерметичного технологического оборудования, коммуникаций, складов сырья и фабрикатов, золоотвалов, отвалов шлама.

Технологические мероприятия должны обеспечивать, во-первых, замкнутые технологические процессы, исключающие выброс в атмосферу хвостовых газов на конечных стадиях производственных процессов или газов, образующихся на промежуточных стадиях производства (абгазов). В настоящее время все шире внедряют частичную рециркуляцию, т. е. повторное использование газов. Организуют промышленное производство по принципу безотходной технологии. По этой схеме хвостовые газы и абгазы используют как ценное сырье в промышленном производстве. Примером может служить газификация высокосернистого жидкого топлива (мазута) с получением газа, используемого для энергетики. В сталеплавильном производстве пыль, содержащую 40-50% железа превращают при смешивании с силикатом натрия и цементом в продукт, используемый в технологии этого производства.

Золу уноса применяют для укрепления солончаковых почв, а в смеси с песком и гравием - для строительства дорог, изготовления портландцемента, бетона, легкого наполнителя, как добавку при изготовлении брикетов или строительных блоков, а также, при условии отсутствия токсичных ингредиентов, в качестве удобрения в сельском хозяйстве. Во-вторых, необходимо предусмотреть такие технологические процессы, которые обеспечивают:

1) замену вредных веществ безвредными или менее вредными;

2) замену сухих средств переработки сыпучих материалов мокрыми;

3) замену нагревания на пламени электрическим нагреванием, твердого и жидкого топлива - газообразным;

4) очистку сырья от вредных примесей;

5) герметизацию и максимальное уплотнение стыков и соединений в технологическом оборудовании для предупреждения выделения вредных веществ в процессе производства;

6) комплексную механизацию, автоматизацию процессов;

7) беспрерывность процессов производства;

8) накрытие механического транспорта, а также использование гидро- и пневмотранспорта для транспортировки сыпучих материалов;

9) рекуперацию вредных веществ и очистку технологических выбросов.

В последнее время внимание ученых мира привлекает бестопливная энергетика - использование солнечной, ветровой и геотермальной энергии. В Крыму самой природой созданы идеальные условия для применения этих источников энергии. На солнечном полуострове действует 50 гелиостатов, которые дают возможность сэкономить 200 т топлива. Имеется несколько десятков ветряных мельниц, в том числе и на Арабатской стрелке. Дымовые котельные заменяют гелиотермальными установками, обогревающими за счет подземного тепла служебные помещения, школы, детсады, жилые дома, теплицы, животноводческие фермы и пр. Мощным источником энергии является также море. Большой интерес представляет и возможность использования энергетических установок, которые работают от солнечных лучей. В Крыму построена первая в стране солнечная электростанция. С целью снижения загрязнения атмосферного воздуха дымовыми газами котельных считают целесообразным использование в котельных и ТЭС природного газа.

Так, изменение топливной структуры на киевских ТЭС, т. е. увеличение использования газа до 98%, уменьшило выброс золы в 3 раза, сернистого газа - в 5 раз. Перспективным направлением в развитии энергетики является переработка топлива в энерготехнологических установках с промышленным использованием продуктов, содержащихся в топливе. Процесс переработки твердого топлива состоит из: а) подсушивания измельченного топлива дымовыми газами; б) термического разложения топлива с получением полукокса, газа и смолы; в) сжигания полукокса в котле и использования продуктов термического разложения. В конечном счете получают газ и электроэнергию. Вид топлива имеет также большое значение и для ограничения токсичности выхлопных газов автотранспорта. Поиски новых видов топлива ведутся в двух направлениях: усовершенствование традиционного и создание нового.

Первое направление предусматривает производство основных видов топлива (бензина и дизельного топлива) с добавлением таких компонентов, как спирты, водород, высокооктановые вещества, присадки. Второе направление предусматривает производство синтетического топлива с применением горючих сланцев, угля, природного газа, горючих нефтяных компонентов. В последние десятилетия чаще стали использовать природный газ как заменитель нефтяного топлива. По энергетическим параметрам 1 м3 природного газа эквивалентен 1 дм3 бензина. Применение сжатого природного газа дает возможность снизить концентрацию оксида углерода в 2-3 раза, азота оксидов - в 1,2-2 раза, углеводородов - в 1,1-1,4 раза. Среди спиртового топлива преимущество отдают метиловому спирту. Перспективность метанола объясняется, во-первых, его высокой детонационной стойкостью. Добавляя метанол к низкооктановому бензину, можно значительно (до 72-95) повысить его октановое число и не применять токсичные антидетонаторы на основе свинца.

Во-вторых, мощность двигателей, работающих на чистом метаноле, на 6-7% выше, выброс углеводородов меньше на 10-12%, азота оксидов - на 8-12%, чем работающих на бензине. Поскольку в отработанных газах отсутствует сажа, отпадает необходимость в каталитическом нейтрализаторе. Перспективны также насадки из пористого термовермикулита, насыщенного растворами солей марганца и железа, и металлокомплексных соединений.

Полученное на основе водорода синтетическое топливо имеет ряд преимуществ. Запасы сырья для получения такого топлива не ограничены. В процессе сжигания искусственного топлива на основе водорода образуется значительно меньше вредных веществ, чем при сжигании жидкого и газообразного, а если сжигают водород, они практически отсутствуют. Такое топливо можно применять в современных автомобилях, авиационных двигателях без значительных конструктивных изменений. В последнее время для получения жидкого или газообразного топлива рекомендуют применять биотехнологии. В качестве сырья можно использовать коммунальные и сельскохозяйственные отходы, сахарный тростник, сахарную свеклу, сорго, кукурузу, водяной гиацинт, водоросли. В процессе фотохимического превращения биомассы образуются метан, метанол, водород.

Важное значение в решении проблемы обезвреживания отработанных газов автотранспорта имеет разработка роторных, двухтактных двигателей, работающих на горючей смеси при соотношении воздуха и топлива 40:1 вместо 15:1 и одновременно уменьшающих потребление горючего на 40%, особенно на низких оборотах. При этом главным условием полного сгорания такой смеси является ее однородность, что достигается рециркуляцией части отработанных газов. Для повышения эффективности очистки отработанных газов автомобилей также усовершенствуют катализаторы: механические характеристики глиноземной подложки путем изменения плотности, размера пор, толщины и площади активной поверхности, а также оптимального распределения таких металлов, как платина, палладий, родий с применением алюминия оксида.

Для одновременного снижения содержания NOx и окисления НС, СО предложено использовать катализаторы тройного действия. Значительное сокращение выбросов NOx (свыше 60% при сгорании угля) промышленными предприятиями может быть достигнуто при применении горелок нового поколения с внутренним размещением топлива. Нестехиометриче-ское сжигание (сжигание топлива при недостаточном количестве кислорода в нижней части топки с добавлением воздуха в начальную часть потока) с образованием низкой концентрации NOx рекомендуют при использовании новых и переоборудованных систем всех видов котлов. Рециркуляция дымовых газов (10-20%) частично охлажденного газа рециркулирует в камеру сгорания) дает возможность уменьшить объем выбросов NOx при сжигании угля на 20%, мазута - 20-40%, газа - на 50%.

В последнее время широкое распространение получило селективное каталитическое восстановление азота оксидов. Преимуществами этого процесса являются высокая (90%) степень очистки газов от оксидов азота, отсутствие побочных продуктов и минимальная потеря тепла. Для сокращения объема выбросов соединений серы во время сжигания угля предусматривают предварительную обработку угля с обогащением в тяжелой среде с выделением 10-30% серы. Применяя многостадийную флотацию, электростатическое распределение и масляную агломерацию из угля можно удалить до 90% пиритной серы и до 65% общей серы. Полная очистка угля от серы возможна после удаления связанной органической серы. При этом перспективными являются микробиологические и химические методы. Микробиологические методы основаны на том, что определенные бактерии и грибы поглощают серу. Методы химической очистки предусматривают обработку угля специальными реагентами или растворителями под давлением и каталитическую гидрогенизацию.

Считают целесообразным десульфирование угля методом измельчения и промывания водой и растворами щелочей, удаление колчедана при помощи воздушных сепараторов. Среди циклических процессов удаления сернистого ангидрида с получением серосодержащих веществ наиболее распространен известковый метод удаления серы из топлива путем орошения дымовых газов известковым молоком в скрубберах. Продукты взаимодействия соединений кальция и серы в США удаляют в шлам, а в Японии перерабатывают на гипс и строительно-дорожные материалы. В процессе сжигания мазута с высоким содержанием серы для снижения концентрации ее соединений в выбросах целесообразно применять химические присадки (пиролин, дисульфу-рол, бюказин, корит и др.).

К принципиально новым методам очистки газов топок от серы диоксида и азота диоксида относятся:

1) обработка газов аммиаком или известью с дальнейшим облучением потоком электронов;

2) метод, который основан на окислении сернистого ангидрида на ванадиевом катализаторе с образованием серной кислоты и аммония сульфата;

3) сухое улавливание адсорбентами - мелкозернистым торфяным полукоксом или железа оксидами;

4) связывание серы путем вдувания в топку порошка доломита (СаС03 ¦ MgC03);

5) метод газификации под давлением; 6) окисление озоном с использованием полученных продуктов в качестве удобрений.

Уменьшения (на 93-98%) диоксиновых выбросов мусоросжигательных заводов и энергоустройств, работающих на твердых отходах, достигают при использовании модифицированного кальция гидроксида - сорбалита. Эффективность повышается при добавлении активированного угля. Разработана технология сорбции ПХДД и ПХДФ из дымовых газов с применением фильтров из буроугольного кокса, что дает возможность снизить содержание этих веществ на два порядка. Найден способ разрушения диоксинов при прохождении ГВС и летучей золы через слой катализатора при температуре 350-450 °С. Широко применяют термические технологии для удаления диоксинов из выбросов (нагревание или окисление при температуре 1000 °С): сжигание в стационарной печи, которая вращается; ликвидация при помощи инфракрасного нагревания и в электрическом реакторе.

CaHumapHO-технические мероприятия. Оборудование для очистки газов от пыли. Существует два метода очистки ГВС от пыли: сухой и мокрый. Оба метода описывают одной моделью - скоростью движения частиц относительно газового потока под действием гравитационных, центробежных, инерционных и электростатических сил в течение времени пребывания газа в камере. Поведение частиц размером до 100 мкм в газовом потоке подчиняется таким правилам турбулентного осаждения (закон Стокса):

Поведение частиц диаметром более 200 мкм в газовом потоке описывают по формуле:

Где D - диаметр частицы (м); рь р2 - плотность частицы и среды (кг/м3); g - ускорение силы свободного падения (9,8J J MJC2).

Где Dp - диаметр частицы (м); Ps - плотность частицы (кг/м3), v - скорость газового потока в камере (м/с); г) - динамическая вязкость газовой среды (Па с); U[ - скорость движения частицы (м/с); г - радиус камеры (м):

ТАБЛИЦА 89 Скорость осаждения частиц пыли разного диаметра в воздушной среде

Частицы диаметром менее 0,1 мкм подчиняются броуновскому движению. В табл. 89 приведены данные о зависимости скорости осаждения частиц от их размера. С уменьшением диаметра частиц пыли от 200 до 0,5 мкм скорость осаждения уменьшается в 171 428 раз.

В основу классификации установок по очистке газового потока от пыли положены силы, действующие на пылинки и отделяющие их от потока-носителя. К первой группе относятся механические пылеуловители, в которых пыль удаляется под действием гравитационных, центробежных или инерционных сил. Ко второй группе относятся фильтрационные устройства, в которых пыль удаляется при прохождении газового потока через пористый материал под действием сил инерции, сил Ван-Дер-Вааль-са. Третья группа - электрофильтры, в которых частицы осаждаются за счет электростатических сил, четвертая группа - акустические пылеуловители, в которых действуют акустические колебания звуковой и ультразвуковой частот, пятая группа - устройства, в которых частицы улавливаются орошающей жидкостью.

Гравитационные пылеуловители. Пылеосадительные камеры представляют собой полую камеру круглого или прямоугольного сечения с бункером для сбора пыли (рис. 88). Эффективность работы камеры зависит от площади ее основания и скорости осаждения частиц пыли. Чтобы частица пыли успела осесть на дно камеры, ее длина Lk должна составлять:

U. = Нк (УГУ(УОС),

Где Нк - высота камеры; vr - скорость газа (м/с); voc - скорость осаждения частиц (м/с). При одной и той же скорости газа в камерах с небольшой высотой газ очищается эффективнее.

Газовый поток на входе в камеру проходит через решетки с лопастями, которые повышают эффективность улавливания пыли благодаря снижению турбулентности потока. При поступлении газового потока в камеру скорость частиц резко уменьшается (до 1-1,5 м/с) и они под действием сил гравитации выпадают на дно камеры, после чего поступают в бункер с пылевым затвором (рис. 88, а).

Рис. 88. Основные конструкции пылеосадительных камер:

А - полая; б - с горизонтальными полками; в, г - с вертикальными перегородками; 1 - корпус;

2 - бункер для сбора пыли; 3 - полки; 4 - перегородки

Пылевые затворы могут быть беспрерывного ("мигалки" с плоскими и конусными клапанами, или шлюзовые затворы и шнеки) и периодического (шиберные и шаровые) действия. Для лучшего улавливания частиц увеличивают поверхность осаждения лугом оборудования в камерах горизонтальных полок (рис. 88, б) или вертикальных перегородок (рис. 88, в, г), что сокращает путь движения частиц и время их осаждения. Пыль, осевшую на полках, периодически удаляют скребками через дверцы в боковой стенке камеры или смывают водой. В гравитационных камерах улавливаются частицы диаметром 50 мкм. Эффективность очистки составляет 40-50%. Такие камеры применяют главным образом для первой ступени очистки газа от грубодисперсной пыли (например, на агломерационных фабриках, чугунолитейных заводах).

Инерционные пылеуловители. Принцип действия таких аппаратов основан на использовании инерционных сил. Если в аппарате по ходу движения газа установить препятствие, то газовый поток огибает его, а твердые частицы по инерции сохраняют первоначальное движение. Наталкиваясь на препятствие, они теряют скорость и выпадают из потока. Эффективность пылеулавливания повышается, если частицам сообщить дополнительный момент движения, вектор которого направлен вниз и совпадает с вектором гравитационных сил. Жа-люзийный инерционный пылеуловитель имеет форму конуса и состоит из колец, вставленных одно в другое с небольшим промежутком, который образует кольцевую щель. Он установлен в газоход основанием навстречу потоку ГВС.

Основание пылеуловителя полностью перекрывает сечение газохода, вследствие чего запыленный воздух направляется в конус (рис. 89). Процесс очистки ГВС в аппарате состоит в том, что во время прохождения дымовых газов со скоростью 5-15 м/с через щели между кольцами они разделяются на потоки, которые резко меняют свое направление и огибают кольца. Частицы пыли, продолжая по инерции двигаться вперед, отделяются от газа, ударяются о пластины и попадают внутрь входной камеры. Большая часть ГВС (80-90%) проходит через кольцевые щели, а меньшая (10-20%) направляется в циклон, а затем - в дымоход. В жалюзийных пылеуловителях газовый поток очищается от пылевых частиц диаметром 25-30 мкм на 60%. Применяют их в котельных, а также при обработке минерального сырья. Недостатками этих аппаратов являются цементация пылевых частиц на перегородках, сложность очистки, абразивное изнашивание поверхности пластин.

К инерционным пылеуловителям относится и пылевой мешок (штауб-зак). Это цилиндр диаметром Юме коническим дном (рис. 90). Газ поступает сверху по центральной трубе, которая расширяется книзу внутрь пылевого мешка.

Рис. 89. Жалюзийный инерционный пылеуловитель

Рис. 90. Штаубзак

Осаждается пыль вследствие резкого изменения направления газового потока (на 180°) при выходе из центральной трубы в корпус мешка. Очищенный газ поднимается со скоростью 1 м/с к выходному штуцеру. Штаубзак применяют для предварительной очистки (на 65-85%) газа от пылевых частиц диаметром 25-30 мкм в черной, цветной металлургии во время электротермической обработки полиметаллического сырья в печах.

Центробежные пылеуловители. Наиболее распространенные среди центробежных устройств так называемые циклоны. Это объясняется относительной простотой их конструкции, незначительным гидравлическим сопротивлением, малыми габаритными размерами и достаточной эффективностью очистки. Термин "циклон" происходит от греч. kyklon - взвихрить, крутить, перемещать по кругу. Циклон впервые был применен как сухой вихревой сепаратор 25.07.1886 г., когда СМ. Морзе получил германский патент на циклонный сепаратор. Выделяется пыль в циклонах под действием центробежных сил, возникающих вследствие вращения газового потока в корпусе аппарата.

Несмотря на разнообразие конструкций циклонов, классический вариант (рис. 91) имеет такие составные части: цилиндрическую обечайку (3) с крышкой (5) и тангенциальным патрубком (4) для введения запыленного газа; конус (2) с патрубком для отведения пыли; центральную трубу (7) с патрубком (6) для отведения очищенного газа; пылесборник (1).

Рис. 91. Циклон

Рис. 92. Батарейный циклон

Запыленный газ поступает в циклон по тангенциально расположенному патрубку, приобретая вращательное движение. После двух-трех вращений в кольцевом промежутке между корпусом и центральной трубой газ винтообразно опускается вниз, причем в конусной части аппарата вследствие уменьшения диаметра скорость вращения потока увеличивается. Под действием центробежной силы частицы пыли отбрасываются к стенкам цилиндра, благодаря чему основная их масса сосредоточивается в потоке газа, который движется непосредственно у стенок аппарата. Этот поток направлен в нижнюю часть конуса, частицы пыли при этом попадают в пылесборник, а газ, резко изменив направления, по центральной трубе выводится из аппарата.

Эффективность очистки газа от частиц пыли диаметром 5 мкм составляет 11 %, до 10 мкм - 40%, 30 мкм - 70%, 60 мкм - 90%. В различных отраслях промышленности в зависимости от условий производства и требований очистки применяют циклоны типов: НИИОгаз (ЦН-11, ЦН-15, ЦН-24, СК-ЦН-34, СК-ЦН-40); ЛИОТ; СИОТ; ЦКТИ; ЦМС-27 и др. При одной и той же производительности меньшие размеры циклонов обеспечивают более высокую степень очистки, имеют меньшее гидравлическое сопротивление, работают в широком диапазоне запыленности (до 100 г/м3), температур (до 400 °С) и давления. К таким аппаратам относятся батарейные циклоны (мультициклон, мультиклон). Высокой степени очистки ГВС достигают за счет установки в циклонах диаметром 3 м элементов (циклончиков) малого диаметра (15-25 см).

Батарейный циклон может содержать несколько десятков и даже сотен параллельно размещенных элементов, которые имеют общие коллектор для подведения газа и бункер для сбора пыли (рис. 92). Так, батарейный циклон производительностью 650 000 м3/ч содержит 792 циклончика. Но оптимальным считают содержание таких элементов в количестве 100. При большем их количестве эффективность очистки снижается. Батарейные циклоны могут работать по принципу прямо- или об-ратнопоточных циклонов. Вращательное движение ГВС в элементах совершается как за счет тангенциального подведения, так и путем аксиальной подачи газа через розетки.

Запыленный газ входит через патрубок в коническую камеру циклона, а затем аксиально - в циклончики, которые имеют винтообразный аппарат с 4-8 лопастями или спираль, установленные под углом 25°. Лопасти могут быть загнутыми вверх для безударного входа газа. Когда ГВС проходит винтообразные лопасти, твердые частицы за счет центробежной силы выпадают из потока и собираются в бункере. Очищенный газ по центральным трубам цик-лончиков направляется в верхнюю часть батарейного циклона и выводится из него по патрубку. Эффективность очистки составляет: от частиц пыли диаметром 5 мкм - 85-90%, 10 мкм - 85-90%, 20 мкм - 90-95%.

Циклоны используют главным образом для первой ступени очистки (в строительной, металлургической промышленности, на ТЭС) в комбинации с аппаратами для тонкой очистки газа, например электрофильтрами и скрубберами. К недостаткам относятся сложности в изготовлении и большая металлоемкость аппаратов. Кроме того, батарейные циклоны эффективно работают лишь при очистке газов от сухой и не слипающейся пыли.

Фильтрационные пылеуловители. В этих устройствах газовый поток проходит через пористый материал различной плотности и толщины, в котором задерживается основная часть пыли. Фильтрационные устройства в зависимости от фильтрующих материалов разделяют на 4 группы:

1) с гибкими пористыми перегородками из природных, синтетических и минеральных волокон, из тканевых, нетканевых волокнистых материалов (войлока, картона, губчатой резины, пенополиуретана, металлотканей). В последние годы натуральные ткани (шерсть, хлопок) заменяют на синтетические, химически, термически, механически стойкие к воздействию микроорганизмов, с меньшей влагоемкостью (ровил из поливинилхлорида, крилор из полиакрил-нитрила, тергаль из полиэфирной смолы), а также используют стекловолокно, обработанное силиконом, которое выдерживает температуру 300 °С;

2) с полужесткими перегородками (из стружки, сеток);

3) с жесткими перегородками (из керамики, пластмасс, прессованного порошка, металла);

4) с зернистыми слоями (из кокса, гравия, кварцевого песка).

Фильтрующий эффект пористого материала состоит в улавливании частиц, диаметр которых превышает размер отверстий (пор) материала. При этом более крупные частицы пыли располагаются поперек этих отверстий, образуя сплошной слой пыли, который задерживает тонкую пыль. Чем меньше диаметр пор, тем эффективнее улавливание аэрозолей. Частицы, достигая поверхности материала, оседают под действием сил Ван-Дер-Ваальса, электростатического притяжения. На практике широко используют рукавные фильтры. Рукавный фильтр запатентован в 1886 г. Бетом. Поэтому его еще называют бета-фильтром (рис. 93).

Тканевые фильтры изготавливают в форме цилиндрических труб (рукавов), расположенных параллельно в несколько рядов, что обеспечивает большую площадь поверхности. Вентилятор через входной газоход нагнетает газ в камеру, затем он проходит через тканевые рукава, нижние концы которых закреплены хомутами на патрубках распределительной решетки. Пыль оседает на внутренней поверхности рукава, а очищенный газ проходит через поры ткани и выводится в атмосферу.

Рукавные фильтры очищают газ от тонкодисперсной пыли, т. е. от частиц диаметром 0,001-0,5 мкм. Частицы диаметром более 1 мкм задерживаются в основном путем соударений и прямого захвата, в то время как частицы диаметром 0,001-1 мкм улавливаются вследствие диффузии и электростатического взаимодействия. После образования достаточно толстого слоя пыли с перепадом давления 40-70 мм вод. ст. эффективность очистки ГВС возрастает до 99%. Когда перепад давления достигает 120-150 мм вод. ст., фильтр необходимо очищать. Это достигается механической вибрацией или встряхиванием, обратным продуванием пульсирующими потоками, обратным потоком воздуха, звуковыми волнами.

1) когда необходима высокая эффективность улавливания пыли;

2) когда пыль является ценным продуктом, который необходимо собрать сухим;

3) когда температура газа выше чем его точка росы;

4) когда объемы ГВС небольшие;

5) в цветной металлургии, цементной, мукомольной промышленности.

Недостатки рукавных фильтров:

1) для их размещения необходимы значительные производственные площади;

2) невозможность работать с гигроскопичными материалами.

Фильтры с полужесткими пористыми перегородками состоят из ячеек-кассет, между стенками которых расположен слой стекловолокна, шлаковаты, металлической стружки, насыщенной маслом. Собранные в секции кассеты установлены перпендикулярно к газовому потоку или под углом к нему (рис. 94).

Рис. 94. Фильтр с полужесткими пористыми перегородками

Эффективность очистки при использовании таких фильтров составляет 99%. Их применяют для улавливания пылевых частиц всех размеров, при разных объемах выбросов и концентрации пыли на производстве технического углерода, пестицидов, красителей, сталелитейном, цементном, во время измельчения полевого шпата, графита.

Электрофильтры впервые были применены в 1903 г. Принцип очистки ГВС в электрофильтрах состоит в следующем. Если напряженность электрического поля между электродами превышает критическую величину, которая равна 30 KB/СМ, то молекулы воздуха ионизируются у негативно заряженного коронирующего электрода и приобретают отрицательный заряд. Во время движения негативно заряженные ионы воздуха встречают пылинки и передают им свой заряд. В свою очередь пылинки направляются к положительно заряженным осадительным электродам, достигают их поверхности и теряют свой заряд. Слой образовавшейся пыли удаляется при помощи вибрации и поступает в бункер. Очищенный газ через верхний конфузор поступает в дымовую трубу.

Электрофильтры могут быть с трубчатыми (рис. 95, а) или пластинчатыми (рис. 95, б) электродами.

Рис. 95. Электрофильтр с трубчатыми (а) и пластинчатыми (б) электродами

Электрофильтр с трубчатыми электродами представляет собой камеру, в которой расположены осадительные и коронирующие электроды. Осадительные электроды - это трубки из графита, стали или пластмассы диаметром 15-30 см и длиной 3-4 м, расположенные параллельно, заземленные и соединенные с положительным полюсом выпрямителя. По оси труб натянуты коронирующие электроды из нихромовой или фехралевой проволоки диаметром 1,5-2 мм, подвешенные к раме и соединенные с отрицательным полюсом.

Электрофильтр с пластинчатыми электродами - это камера, в которой между осадительными пластинами высотой 10-12 м и шириной 8-10 м подвешены коронирующие электроды. Ионизирующие электроды натягиваются в центре между осадительными электродами, а газовый поток движется параллельно к осадительным электродам. Эффективность очистки ГВС от частиц пыли диаметром 0,05-200 мкм составляет 98-99,99%. Осевшую пыль удаляют с осадительных электродов путем встряхивания или вибрации. Встряхивание применяют в том случае, если толщина слоя пыли достигает 3-6 мм.

Акустический ультразвуковой пылеулавливатель. Степень очистки ГВС может быть повышена путем увеличения размеров пылевых частиц за счет акустической коагуляции, возникающей вследствие действия на загрязненный газ акустических колебаний звуковой и ультразвуковой частот. Звуковые и ультразвуковые колебания вызывают интенсивную вибрацию частиц, что приводит к резкому увеличению количества случаев их столкновения и увеличения диаметра.

Промышленная установка имеет вид резонансного цилиндра (рис. 96) с источником ультразвука.

Рис. 96. Акустический ультразвуковой пылеуловитель

Газ поступает в сепарационную камеру. Озвучивание газа при 150 дБ и 50 кГц приводит к коагуляции частиц пыли с дальнейшим выпадением под действием их массы. Установки для "мокрой" очистки. В этих установках сочетается очистка ГВС от пыли и вредных газов путем сорбции. Процесс сорбции предусматривает адсорбцию и абсорбцию. Адсорбцией называется концентрирование любого вещества в поверхностном слое сорбента. Адсорбционное равновесие определяется двумя процессами: притяжением молекул или частиц к поверхности сорбента под действием межмолекулярных сил и тепловым движением. Адсорбция наблюдается на поверхности раздела фаз, например, твердое вещество - жидкость, твердое вещество - газ.

Твердое вещество, на поверхности которого происходит адсорбция, называют адсорбентом, а вещество, которое концентрируется на границе раздела фаз, - адсорбатом. Абсорбцией называется поглощение пара, газа или растворимых веществ сорбентом. При этом осуществляется переход вещества из газовой фазы в жидкую, выборочное поглощение газа жидкостью без реакции. Процесс протекает в том случае, если парциальное давление абсорбированного компонента в газовой фазе выше равновесного парциального давления этого компонента над данным раствором. Чем больше разница между величинами давления, тем с большей скоростью протекает абсорбция. При хемосорбции абсорбированный компонент вступает в химическую реакцию с поглотителем, образуя новые химические соединения.

Наиболее распространенными твердыми сорбентами являются активированный уголь и силикагель, которые для интенсификации процесса очистки обрабатывают катализаторами - медью, серебром, палладием, платиной и др. Из жидких сорбентов чаще всего используют воду (вместе с маслами, органическими растворителями, растворами солей, кислот, щелочей и спиртов, которые должны иметь высокую поглотительную способность, термическую стойкость, не вызывать коррозии, обладать способностью к регенерации). Во время разработки установок стараются обеспечить максимальную площадь контакта газового потока с поверхностью адсорбента. Этого достигают в первом случае путем использования сорбентов соответствующей, т. е. наименьшей фракции, во втором - с помощью пленок абсорбента (жидкости), который стекает по стенкам перегородок, или распыления жидкости в виде мелких капель.

Поверхность контакта может быть разной. Это может быть пленка, как в скруббере с насадкой, пузырек - как в барботажных скрубберах с решетками, капли - как в форсуночных скрубберах, газопромывателях Вентури. Очистку ГВС путем сорбции применяют в том случае, если загрязненный газ сложно или невозможно сжечь, необходима гарантированная рекуперация примеси вследствие ее значительной стоимости или концентрация загрязняющего вещества в газовом потоке незначительна.

По способу действия аппараты для "мокрой" очистки распределяют на полые и насадочные газопромыватели; скоростные турбулентные газопромыватели; аппараты барботажные и ударно-инерционного действия.

Полые и насадочные газопромыватели. Одним из наиболее простых газоочистных устройств "мокрого" типа является круглая или прямоугольная брыз-гопромывная колонна (рис. 97) с форсунками или водораспределительной установкой, через которую распыляется жидкая фаза для обеспечения эффективного контакта с улавливаемыми частицами.

Газовый поток подводят через трубу, которая расположена тангенциально (рис. 97, а). Благодаря этому ГВС приобретает вращательное движение, поднимается вверх, и частицы пыли отбрасываются к стенкам камеры, орошаемым водой из водораспределителя, который вращается с большой скоростью. Захваченные водной пленкой частицы пыли выводятся в виде шлама через трубу в нижней части установки.

Рис. 97. Полые скрубберы

На рис. 97, б изображен форсуночный абсорбер, в котором поверхность между фазами формируется за счет распыления жидкости в камере при помощи форсунок, расположенных в два ряда. ГВС поступает снизу и поднимается навстречу водяному дождю. Частицы пыли приближаются к каплям, захватываются ими и попадают в нижнюю часть камеры. При этом частицы пыли испытывают действие двух основных сил: собственно силы инерции и силы сопротивления омывающего газа.

В нижней части камеры уровень воды должен быть постоянным и образовывать водяной затвор. Над ним расположен распределительный экран для равномерного движения ГВС по сечению установки. В верхней части колонны устанавливают брызгоотбойник, предназначенный для отделения избыточных капель как чистой воды, так и загрязненных, которые слишком малы и не могут опускаться в потоке поднимающегося газа. Используют такие установки для предварительной очистки газа в черной и цветной металлургии, где одновременно необходимо снизить температуру и увлажнить горячие газы. Эффективность очистки ГВС от пылевых частиц диаметром 1 мкм составляет 60%, 5 мкм - 94%, 25 мкм - 99%. Применение перегородок для увеличения продолжительности контакта между газом и жидкостью приводит к повышению эффективности очистки от частиц диаметром 5 мкм до 97%, 10 мкм - до 100%.

Насадочные абсорберы, или пылеуловители со смоченными поверхностями. Широко применяют в промышленности колонные аппараты, наполненные насадкой. Контакт ГВС с жидкостью в таких аппаратах происходит обычно на смоченной поверхности насадки, по которой стекает жидкость-ороситель. От выбора типа насадки и ее загрузки зависят гидравлический режим и эффективность работы абсорбера. Насадки должны иметь малую насыпную массу, большую удельную поверхность и значительный свободный объем, хорошо смачиваться, не забиваться осадком, равномерно распределять жидкость, отличаться высокой механической прочностью и коррозионной стойкостью.

В промышленности используют следующие типы насадок. Кольцевые насадки:

1) кольца Ра-шига (тонкостенные тела из керамики, фарфора, реже - из металлов, углегра-фитовых и пластичных масс);

2) кольца Лессинга (с одной или двумя крестообразными перегородками);

3) спиральные кольца (имеют одну, две или три спирали);

4) кольца Палля (с перфорированными стенками).

Седла Берля и Ин-талокс из керамики загружают насыпью высот от 6 до 25 мм. Такие насадки имеют большую удельную поверхность и свободный объем, лучше смачиваются и обусловливают меньшее гидравлическое сопротивление. Плоскопараллельные насадки имеют вид вертикальных пакетов высотой 400-800 мм из плоских или волнистых металлических пластин, которые устанавливают с интервалом 10 мм. Контакт между жидкостью и газом достигается за счет пленочного сте-кания жидкости по стенкам пластин. Плавающая насадка: полые или цельные пластмассовые шары, которые при достаточно высокой скорости газа переходят во взвешенное состояние. Блочная насадка: большие пустотелые керамические блоки прямоугольной формы. Имеются также насадки в виде кусков материалов (кокс, кварц), проволочных спиралей, розеток, перфорированных металлических полос, пластмассовых и стекловолокнистых материалов {пропеллерная насадка).

Насадочный абсорбер (рис. 98) - вертикальная колонна с опорной (колосниковой) решеткой в нижней части.

Рис. 98. Насадочный абсорбер

На решетку навалом или рядами укладывают насадку. Оросительную жидкость подают на насадку сверху при помощи оросительных устройств. В нижней части аппарата имеются штуцера для подачи газа и отведения жидкости. Запыленный газ движется снизу вверх со скоростью 0,8-1,5 м/с и орошается водой из форсунок, или брызгал (с диаметром отверстий 1-10 мм), которые устанавливают по всей высоте аппарата. При этом сечение скруббера перекрывается распыленной жидкостью. Частицы пыли захватывает пленка жидкости, и они выводятся из газового потока. Степень очистки ГВС от пыли составляет 75-85%.

Скоростные турбулентные газопромыватели, или скрубберы Вентури. Скрубберы Вентури (рис. 99) применяют для тонкой очистки газов от пыли.

Рис. 99. Скруббер Вентури

Этот процесс состоит в том, что запыленный газ через конфузор, встроенный в газопровод для разгона газового потока, попадает в горловину (диаметром 250-1000 мм), где газ движется с наибольшей скоростью - 50-70 м/с. Через отверстия в горловине под давлением со скоростью 70-100 м/с поступает вода, которая, сталкиваясь с газовым потоком, разбрызгивается на мелкие капельки (диаметром 10 мкм). При столкновении с частицами пыли капельки жидкости поглощают их и коагулируют. Эти капли вместе с газом проходят через диффузор, в котором скорость газового потока снижается до 25 м/с, и поступают в циклонный сепаратор.

В циклоне скорость газожидкостной смеси составляет 5 м/с, и капли под действием центробежной силы отделяются от газа, и вместе со шламом попадают в отстойник. В отстойнике воду отделяют от шлама и вновь подают насосом в скруббер. Эффективность очистки от частиц пыли диаметрм 0,2-2 мкм составляет 99%.

В скруббере Вентури также эффективно улавливаются продукты сублимации или туман, который образуется при производстве серной кислоты.

Барботажные абсорберы применяют для очистки очень загрязненных газов. Принцип работы таких абсорберов основывается на прохождении (барбо-таже) пузырьков газа через слой жидкости. Поверхность массообмена в этом случае, когда жидкость является сплошной фазой, а газ - дисперсной, эквивалентна суммарной поверхности пузырьков газа или пены, которая образуется вследствие барботажа. В зависимости от способа образования межфазной поверхности (поверхности массообмена) различают барботажные абсорберы со сплошным барботажным слоем, тарельчатого типа, с плавающей насадкой, с механическим перемешиванием жидкости.

Абсорбер со сплошным барботажным слоем имеет вид камеры с круглым или прямоугольным сечением, внутри которой установлена перфорированная плита для разбивания потока газа на струи. Вода или другая жидкость поступает на плиту через штуцер, а загрязненный газ подается в аппарат через патрубок со скоростью 6-13 м/с. Он проходит в направлении снизу вверх через отверстия в плите, барботирует жидкость и превращает ее в слой подвижной пены. В этом слое пены пыль поглощается жидкостью, основная часть которой (80%) удаляется вместе с пеной через регулированный порог; 20% жидкости сливаются через отверстия в плите и улавливают в пространстве под плитой частицы пыли.

Эта суспензия удаляется через штуцер (рис. 100).

Рис. 100. Абсорбер со сплошным барбо-тажным слоем

Для повышения степени очистки газов применяют аппараты, в которых по высоте устанавливают не одну, а несколько ступеней (тарелок). Широко распространены колпачковые тарелки. В таких аппаратах ГВС проходит через центральное отверстие и прорези в колпачках, барботирует в виде пузырьков через жидкость, образуя слой пены, после чего попадает на расположенную выше тарелку. Жидкость перекрестным потоком перемещается по тарелке и затем переливается сверху вниз. С увеличением количества колпачков улучшаются условия контакта газа с жидкостью. В абсорберах с подвижной насадкой достигается большая скорость массопере-дачи. В аппаратах может быть несколько секций с перфорированными решетками. На каждой решетке имеется слой насадки, которая под действием газа переходит в подвижное (псевдосжижен-ное) состояние, что способствует увеличению контакта пылинок с водяной пленкой и повышению эффективности очистки (причем движение насадки хаотично). После этого газ попадает в атмосферу.

Циклонно-ротационные пылеуловители. В этих аппаратах воплощен принцип двухступенчатого распределения неоднородных пылегазовых систем в поле центробежных сил: на первой ступени газ очищается в циклоне, а на второй - в ротационном пылеуловителе.

К установкам ударно-инерционного типа относится ротоклон (роторный сепаратор), который состоит из статоров и роторов. Жидкость подается сквозь сопла в ротор и разбивается на капельки. Запыленный газ проходит через зону распыленной воды, в которой частицы пыли смачиваются, отбрасываются на лопатки ротора, покрытые пленкой воды, и выносятся из аппарата в шламона-копитель.

Каталитические методы очистки ГВС являются наиболее перспективными. Они основываются на превращении вредных примесей в нейтральные вещества, которые легко удалить из газа (экологический катализ). При этом вещества, принимающие участие в химической реакции (катализаторы), не изменяются. Во время гомогенного катализа и катализатор, и реагирующее вещество находятся в одной фазе, например в газовой, а во время гетерогенного катализа - в разных фазах. Для очистки газов от примесей в качестве катализаторов применяют твердые вещества (металлы группы рутения, палладия, родия, платины), которые наносят на основу из сплава никеля, меди, марганца и алюминия. Чтобы произошла химическая реакция между атомами, молекулами или ионами, необходимо их взаимодействие (столкновение) при наличии энергии (активации). При температуре 500 °С в 1 см3 рекреационной смеси происходит 1028 столкновений частиц в 1 с.

Катализ на твердых катализаторах проходит такие стадии: внешней диффузии веществ к поверхности катализатора; внутренней диффузии в порах катализатора; активированной - химической адсорбции компонентов на поверхности катализатора; перегруппировки атомов (химическая реакция).

На предприятиях нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности ГВС обезвреживают термическими методами. Однако при этом необходимо учитывать токсичность продуктов, образующихся в процессе окисления. Аппараты термического обезвреживания ГВС имеют: камерные печи, печи с использованием циклонного принципа смешивания газов, печи со струйным смешиванием газов.

Планировочные мероприятия в градостроительстве определяются схемами районных планировок, генпланом города, санитарными нормами и правилами. К ним относятся:

1) рациональное расположение селитебной территории по отношению к промышленной зоне с учетом розы ветров, опасной скорости ветра, микроклимата данной местности, неблагоприятных метеорологических ситуаций для рассеивания промышленных выбросов, рельефа местности, температурной инверсии, образования туманов, фоновых концентраций вредных веществ в атмосферном воздухе, перспективы развития районов города;

2) озеленение города;

3) организация СЗЗ для объектов, являющихся источниками загрязнения атмосферного воздуха.

СЗЗ устанавливают непосредственно от источников загрязнения до границ селитебной территории в зависимости от количества газо- и пылеобразных выбросов, концентрации вредных веществ и веществ с неприятным запахом в атмосферном воздухе, уровня шума, вибрации ультразвука, интенсивности электромагнитных излучений, с учетом реальной санитарной ситуации (фонового загрязнения, особенностей рельефа, метеоусловий). В тех случаях, когда расчетами не подтверждается размер СЗЗ или невозможна ее организация в конкретных условиях, необходимо изменение технологии производства для снижения выбросов вредных веществ в атмосферу, его перепрофилирование или закрытие.

В соответствии с санитарной классификацией, для предприятий, производств и сооружений IA класса размер СЗЗ составляет 3000 м, ІБ класса - 1000 м, II класса - 500 м, III класса - 300 м, IV класса - 100 м, V класса - 50 м. Для предприятий и объектов, которые проектируются с внедрением новой технологии или реконструируются, при необходимости и надлежащем технико-экономическом и гигиеническом обосновании СЗЗ может быть увеличена, но не более чем в 3 раза, при: отсутствии способов очистки выбросов; невозможности уменьшить поступление в атмосферный воздух химических веществ, ограничить влияние электромагнитного и ионизирующего излучения и других вредных факторов до пределов, установленных нормативами; расположении жилой застройки, оздоровительных и других приравненных к ним объектов с подветренной стороны по отношению к предприятиям в зоне возможного загрязнения атмосферы.

При организации новых, не изученных в санитарно-гигиеническом отношении производств и технологических процессов, а также строительстве или реконструкции предприятий I и II класса опасности и их комплексов, которые могут неблагоприятно влиять на качество атмосферного воздуха и здоровье населения, размеры СЗЗ определяют в каждом конкретном случае. На внешней границе СЗЗ, обращенной к жилой застройке, концентрация и уровень вредных веществ не должны превышать их гигиенических нормативов (ПДК, ПДУ), на границе курортно-рекреационной зоны - 0,8 от значения норматива.

В СЗЗ не допускается строить жилые здания с приусадебными территориями, общежития, гостиницы, дома для приезжих, детские дошкольные заведения, общеобразовательные школы, лечебно-профилактические и оздоровительные учреждения общего и специального назначения со стационарами, наркологические диспансеры, спортивные комплексы, разбивать сады, парки, организовывать садоводческие товарищества, охранные зоны источников водоснабжения, водозаборные сооружения исооружения водопроводной распределительной сети.

Запрещено использовать земли СЗЗ для выращивания сельскохозяйственных культур, пастбищ, которые загрязняют окружающую среду высокотоксичными веществами и веществами, оказывающими отдаленное воздействие (соли тяжелых металлов, диоксины, радиоактивные вещества, пестициды и др.). К территориально-производственным, отделенным от селитебной территории СЗЗ шириной более 1000 м, не следует относить предприятия с СЗЗ размером до 100 м, особенно пищевой и легкой промышленности. На территории СЗЗ не должно быть отвалов, шламонакопителей, хвостохранилищ отходов и мусора. Запрещено размещать предприятия I и II класса на площадках с высоким потенциалом загрязнения атмосферного воздуха, длительным застоем примесей при сочетании слабых ветров с температурными инверсиями в глубоких котлованах, в районах, где часто бывают туманы, смог. На территории, где средняя величина повторяемости ветра по 8-румбовой системе отсчета превышает 12,5%, необходимо корригировать размер и конфигурацию СЗЗ по такой формуле:

Где L0 - величина СЗЗ, по санитарной классификации производства (м); Р - повторяемость ветра в конкретном направлении, согласно среднегодовой розе ветров; Р0 - средняя повторяемость ветра при круговой розе ветров.

В СЗЗ допускается размещать пожарные депо, бани, прачечные, гаражи, склады (кроме общественных и специализированных продовольственных), здания управлений, конструкторских бюро, учебные заведения, производственно-технические училища без общежитий, магазины, предприятия общественного питания, поликлиники, научно-исследовательские лаборатории, обслуживающих указанные и прилегающие предприятия, помещения для дежурного аварийного персонала при суточной охране, стоянки для общественного и индивидуального транспорта, местные и транзитные коммуникации, электростанции, нефте- и газопроводы, скважины и сооружения для технического водоснабжения, канализационные насосные станции, сооружения оборотного водоснабжения, рассадники для озеленения СЗЗ и территории предприятия. Территория СЗЗ должна быть четко распланированной и упорядоченной. Минимальная площадь озеленения СЗЗ в зависимости от ее ширины должна составлять: при ширине СЗЗ до 300 м - 60%, от 300 до 1000 м - 50%, свыше 1000 м - 40%.

Со стороны селитебной территории необходимо предусмотреть полосу древесно-кустарниковых насаждений шириной не менее 50 м, а при ширине зоны до 100 м - не менее 20 м. Для озеленения территории промышленных предприятий и их СЗЗ, обочины дорог следует выбирать древесные, кустовые, цветочные и газонные растения в зависимости от климатического района, характера промышленного производства и эффективности зеленых насаждений для очистки воздуха, с учетом их газостойкости. Например, к воздействию S02 устойчивы вяз, береза, клен, тополь белый, верба, липа, каштан, дуб; к воздействию N02 - каштан, липа, ясень, рябина; к воздействию аммиака - береза, вяз, каштан. В зонах с высоким уровнем загрязнения рекомендуют высаживать: белую акацию, шелковицу, клен, лещину, тополь и вербу; среднего уровня загрязнения - ясень, дуб, боярышник; низкого уровня загрязнения - можжевельник, липу, сосну. Имеет значение и тип посадок.

По характеру защитного действия посадки разделяют на изолирующие и фильтрующие. Изолирующими называются посадки с плотной структурой, которые образуют на пути загрязненного воздушного потока механическую преграду и снижают содержание газо- и парообразных примесей на 25-35%. Эти посадки шириной 22-25 м состоят из 8 рядов деревьев и кустарников, расположенных на расстоянии 1-2 м один от другого. Они рекомендуются для СЗЗ предприятий с малотоксичными выбросами. Фильтрующими называются посадки, продуваемые ветром и ажурные по структуре. Они выполняют роль механического и биологического фильтра на пути прохождения загрязненного воздуха сквозь зеленый массив. Такие посадки являются основными для СЗЗ. Они занимают 90%о всей территории. Ширина ажурных полос составляет 26-32 м; 7-10 рядов деревьев и кустарников высаживают на расстоянии 4-12 м один от другого.