Эффективные системы восстановления воздушного бассейна

      Циклон - это вертикальный аппарат, верхняя  часть которого представляет собой  цилиндр, а нижняя - конус, сужающийся к основанию аппарата. Внутри (соосно) находится еще одна труба меньшего диаметра, доходящая примерно до середины конусной части (впрочем, этой внутренней трубы может и не быть). Загрязненный газовый поток подводится тангенциально (то есть по касательной) в верхней части аппарата, закручивается спиралью и опускается вниз. Отброшенные центробежной силой взвешенные частицы ударяются о стенки и падают вниз, где под днищем аппарата обычно имеется бункер. Очищенный газовый поток в нижней части закручивается в обратную сторону и поднимается вверх, выходя из верхней части аппарата. Чем меньше диаметр циклона, тем эффективнее он очищает, но тем меньше его производительность, поэтому газовый поток можно распараллелить и пустить одновременно в несколько маленьких циклонов (батарею).

      - основанные на фильтрации (используются  фильтры из ткани, нетканого  полотна, а также жесткие фильтры  - насыпные или сита). Материал  фильтра может иметь щелочную  реакцию, тогда он помогает  очистить газовый поток также  от кислых газов (SOx, NOx). Фильтры регенерируют продувкой в обратном направлении или встряхиванием.

      - электрические методы очистки.  При этом способе очистки газовый  поток направляется в электрофильтр,  где проходит в пространстве  между двумя электродами - коронирующим и осадительным. Частицы пыли заряжаются, движутся к осадительному электроду, разряжаются на нем. Таким методом можно очищать пыли с удельным сопротивлением от 100 до 100 млн. Ом*м. Пыли с меньшим удельным сопротивлением сразу же разряжаются и улетают, а с большим - образуют плотный изолирующий слой на осадительным электроде, резко уменьшая степень очистки. Методом электрической очистки можно удалять не только пыли, но и туманы. Очистка электрофильтров производится путем смыва пыли водой, вибрацией или с помощью ударно-молоткового механизма.

      - различные мокрые методы - использование  пенных аппаратов, скрубберов.

      Возможны  комбинации всех этих методов (например, фильтроциклон - комбинация циклона  и фильтра, центробежный скруббер - практически орошаемый водой циклон и т.д.), рисунок 1.

 
 

Рисунок 1 – Технологии и методы восстановления воздуха 

      Таким образом, при выборе конкретного метода очистки руководствуются его стоимостью, объемами подлежащих очистке газовых потоков, характеристиками взвешенных частиц (дисперсионный состав, плотность пыли, смачиваемость, электропроводность).

      1.2  Методы очистки  воздушного бассейна 

      Существует  множество методов очистки воздушного бассейна, рассмотрим некоторые из них. Для очистки воздуха от газов применяют следующие методы [4]:

      - адсорбция, то есть поглощение  твердым веществом газового (в  нашем случае) компонента. В качестве  адсорбентов (поглотителей) применяют  активные угли различных марок,  цеолиты, силикагель и другие  вещества. Адсорбция - надежный способ, позволяющий достигать высоких степеней очистки; кроме того, это регенеративный метод, то есть уловленный ценный компонент можно вернуть обратно в производство. Применяется периодическая и непрерывная адсорбция. В первом случае по достижении полной адсорбционной емкости адсорбента газовый поток направляют в другой адсорбер, а адсорбент регенерируют - для этого используется отдувка острым паром или горячим газом. Затем ценный компонент можно получить из конденсата (если для регенерации использовался острый пар); для этой цели используется ректификация, экстракция или отстаивание (последнее возможно в случае взаимной нерастворимости воды и ценного компонента). При непрерывной адсорбции слой адсорбента постоянно перемещается: часть его работает на поглощение, часть - регенерируется. Это, конечно, способствует истиранию адсорбента. В случае достаточной стоимости регенерируемого компонента использование адсорбции может быть выгодным. Например, недавно (весной 2001 года) проведенный для одного из кабельных заводов расчет участка рекуперации ксилола показал, что срок окупаемости составит менее года. При этом 600 т ксилола, которые ежегодно попадали в атмосферу, будут возвращены в производство.

      - абсорбция, то есть поглощение  газов жидкостью. Этот метод основан либо на процессе растворения газовых компонентов в жидкости (физическая адсорбция), либо на растворении вместе с химической реакцией - химическая адсорбция (например, поглощение кислого газа раствором с щелочной реакцией). Этот метод также является регенеративным, из полученного раствора можно выделить ценный компонент (при использовании химической адсорбции это не всегда возможно). В любом случае вода очищается и хотя бы частично возвращается в систему оборотного водоснабжения.

      - термические методы - являются деструктивными. При достаточной теплотворной способности выбросного газа его можно сжечь напрямую (все видели факелы, на которых горит попутный газ), можно применить каталитическое окисление, или (при малой теплотворной способности газа) использовать его в качестве дутьевого газа в печах. Получающиеся в результате термического разложения компоненты должны быть менее опасными для окружающей среды, чем исходный компонент (например, органические соединения можно окислить до углекислого газа и воды - если нет других элементов, кроме кислорода, углерода и водорода). Этот метод позволяет добиться высокой степени очистки, но может стоить дорого, особенно если используется дополнительное топливо.

      - различные химические методы  очистки - как правило связанные с использованием катализаторов. Таковым, например, является каталитическое восстановление оксидов азота из выхлопных газов автотранспорта (в общем виде механизм этой реакции описывается схемой: 

CnHm + NOx + CO -----> CO2 + H2O +N2, kt 

      где в качестве катализатора kt используется платина, палладий, рутений или другие вещества). Методы могут требовать применения реагентов и дорогих катализаторов.

      - биологическая очистка - для разложения  загрязняющих веществ используются  специально подобранные культуры микроорганизмов. Метод отличается низкими затратами (реагентов используется мало и они дешевые, главное - микроорганизмы живые и размножаются сами, используя загрязнения как пищу), достаточно высокой степенью очистки, но в нашей стране, в отличие от Запада, широко распространения, к сожалению, пока не получил.

      - конденсация, компримирование - физические  методы очистки, применимые лишь  при значительных концентрациях  ЗВ в выбросе [5].

      В заключение хотелось бы отметить следующее: на многих функционирующих сейчас предприятиях системы очистки не позволяют добиться концентраций в приземном слое ниже ПДК (да и сами величины ПДК постоянно пересматриваются в сторону снижения). Часть элементов системы очистки выбросов не работает, часть работает в нештатном режиме, на закупку нового оборудования нет денег, а если бы даже и нашлись деньги, его эксплуатация сильно повысит себестоимость продукции. Так что никакая технология сама по себе для охраны природы ничего не сделает. Нужны «правила игры», которые сделают выгодным затраты на природоохранные мероприятия. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      2 Анализ современного состояния и проблемы восстановления воздушного бассейна по городу Астане 

      2.1 Современное состояние и разработка мер по восстановлению воздуха 

      Решение экологических проблем является важнейшей задачей государственных органов управления и общественных организаций, конституционным долгом и обязанностью для всех жителей города Астаны и Акмолинской области.

      Программа «Здоровая окружающая среда города Астаны на 2005-2008 годы» определяет современное состояние окружающей среды и проблемы в области охраны окружающей среды по городу Астане [6].

      Документ  определяет основные направления и  аспекты, связанные с охраной  окружающей среды, снижением уровня воздействия на воздушную среду, пропагандой экологических знаний.

      Цели и задачи Программы. Целью Программы является создание экологического равновесия города Астаны и благоприятной среды для проживания населения, максимальное обеспечение восстановления воздушного бассейна.

      Поставленная  цель будет достигнута путем решения следующих задач:

      1) снижение уровня антропогенного  воздействия на окружающую природную  среду:

      -сокращение  вредных выбросов (автотранспорт,  теплоэнергетика, промышленные предприятия);

      -совершенствование  системы водоснабжения и водоотведения; 
совершенствование системы сбора и хранения промышленных и бытовых отходов;

      -посадка  и охрана зеленых насаждений;

      -охрана  и рациональное использование  земель;

      2) совершенствование системы экономического  стимулирования природопользования;

      3) создание единой системы наблюдения и контроль за состоянием окружающей природной среды;

      4) повышение экологической культуры  и образования населения.

      Основные направления и механизм реализации Программы.

      Основными направлениями Программы являются:

      -предотвращение загрязнения атмосферного воздуха;

      -обеспечение  качества водных ресурсов;

      -предотвращение  загрязнения земельных ресурсов;

      -озеленение  и благоустройство города;

      -развитие  экологической культуры, образования  и просвещения населения.

      Произведем анализ современного состояния и проблемы очистки воздушного бассейна по городу Астане. Природные условия, ресурсы и экологическая ситуация. Город Астана расположен на приречной равнине и частично в долине. Рельеф территории в целом характеризуется отсутствием заметных уклонов и выраженных форм.

      Климат  резко континентальный и крайне засушливый. Характерные черты климата  – продолжительная холодная с  устойчивым снеговым покровом зима, умеренно жаркое лето, большие годовые и  суточные колебания температуры  воздуха, высокая активность ветрового режима в течение всего года.

      Инженерно-геологические  условия города Астаны определяют ряд  геолого-морфологических особенностей. Повсеместно распространен плоскоравнинный  рельеф с уклонами менее 2%. Грунтовые  условия – повсеместно распространенная толща коры выветривания, представленная преимущественно глинами. На них лежит покров рыхлых отложений, мощность которого редко превышает пять метров.

      Водной  артерией города является река Есиль, протекающая в его южной части. Река Есиль берет начало из родников в горах Ниаз (северная окраина Казахского мелкосопочника) в Карагандинской области. Общая длина реки от истока до устья составляет 2450 км. Сток реки Есиль формируется почти исключительно за счет талых вод.

      Уровень грунтовых вод на территории города залегает на глубине 0-2 метра, за исключением небольших участков с залеганием 5 метров и более. Это требует инженерной подготовки территории в части организации поверхностного стока и дренажа грунтовых вод.

      Расположение  города Астаны создает равновероятные условия, как для рассеивания примесей, так и для их накопления. Большая подвижность воздуха создает условия для интенсивного проветривания территории застройки, снижает вероятность возникновения застойных ситуаций, при которых происходит сосредоточение выбросов промышленных предприятий и автотранспорта с опасными концентрациями.

      Более благоприятные условия для рассеивания  вредных примесей в атмосфере  отмечаются в холодный период года. Однако в это время года существенное влияние на ухудшение самоочищающей способности в атмосфере оказывают туманы. В летний период года снижение самоочищающей способности атмосферы происходит за счет повышенной природной запыленности воздуха.  

      2.2 Проблемы загрязнения воздушного бассейна  

      В городе Астане насчитывается несколько сот действующих предприятий, выбрасывающих в атмосферу до 40 видов загрязняющих веществ (предприятия теплоэнергетики, стройматериалов, автотранспортные, строительные и строящиеся объекты, расположенные по территории города).