экологизация экономики

      Успехи  биотехнологии и получение новых  форм микроорганизмов позволяют  рассчитывать на применение их в целях  экологической защиты: для нейтрализации  твердых опасных отходов, разрушения ароматических соединений газовых  выбросов, для очистки воды и почвы  от нефтяного загрязнения, для биодеструкции стойких ксенобиотиков и пластмасс. Последнему, в частности, способствует встречный процесс создания нового поколения пластиков - биоразлагаемых. Первый успех в этом направлении достигнут также с помощью микроорганизмов. Американской компанией JCJ в 1990 г. путем ферментации Сахаров бактериями получен первый в мире биоразлагаемый термопластик «биопол». Он будет использоваться в производстве пленок, бутылей, упаковочных нетканных материалов. Дальнейший прогресс в производстве биодеградабельных пластмасс связан с созданием фундаментальной биотехнологии изготовления полимерных материалов с различными свойствами, основные принципы которой разрабатываются в настоящее время крупнейшими лабораториями и фирмами ряда стран.

      Следует помнить, что каковы бы ни были усилия и старания человека защитить окружающую среду от собственной грязи с  помощью технических средств, они  ничтожны по сравнению со средорегулирующей и средоочищающей функцией биосферы. Человек должен не подавлять эти механизмы, а максимально заимствовать их принципы и «технологии» в своей практической деятельности. 

      Рис. 4. Классификация методов и средств защиты окружающей среды

4. Средозащитная техника

      Классификация средств экологической  защиты. Под средозащитной техникой понимается совокупность технических средств и технологических методов, предназначенных для защиты окружающей природной среды от промышленных загрязнений. Все методы и средства защиты среды можно разделить на две большие группы: активные и пассивные (рис. 10.4).

      Активные  методы направлены непосредственно на источник загрязнения, они позволяют свести к минимуму поступление в среду всех видов отходов. Главные из них уже рассмотрены.

      Пассивные методы и средства не оказывают прямого воздействия на источник загрязнения, они носят защитный характер и служат для ослабления негативного влияния на биосферу образовавшихся отходов и вредных физических факторов. К ним относятся рациональное размещение и локализация источников загрязнения, системы очистки газовых выбросов и сточных вод, установки для переработки, утилизации и обезвреживания отходов, глушители шума, виброизоляторы технологического оборудования, экраны для защиты от ионизирующих и электромагнитных излучений и т.п.

      Мероприятия по рациональному размещению источников загрязнения решаются на различном  уровне (общегосударственном, региональном, местном) в зависимости от масштабов, отраслевой структуры производства и экологической техноемкости территории с учетом всех факторов экологической обстановки.

      Для ослабления действия техногенных эмиссии  и вредных физических факторов применяют  частичную локализацию и изоляцию как источников загрязнения, так и технических объектов и реципиентов возможного влияния (ведение технологического процесса в специальных камерах, герметизация вспомогательного оборудования, звукоизоляция, экранизация и т.п.). Очистка эмиссии включает различные механические, гидромеханические, термические, физические, физико-химические, химические и биологические средства и методы. Для оценки систем очистки воздуха и воды используют коэффициент очистки, производительность, экономичность.

      Средства  защиты атмосферы. Наиболее рациональным направлением охраны воздушного бассейна от загрязнения являются технологические процессы, обеспечивающие минимальный объем газообразных отходов, локализацию токсичных веществ в зоне их образования и значительную замкнутость газовых потоков. Однако до настоящего времени основным способом снижения вредных выбросов в атмосферу остается внедрение систем газоочистки.

      Техника газоочистки весьма многообразна как  по методам улавливания и обезвреживания вредных примесей, так и по конструкции  газоочистных устройств. Классификация  методов и аппаратов очистки технологических и вентиляционных газовых выбросов приведена на рис. 5. Для улавливания аэрозолей (пылей и туманов) используют аппараты сухой, мокрой и электрической очистки. Работа сухих пылеулавливающих аппаратов основана на различных механизмах осаждения взвешенных частиц: гравитационном (под действием силы тяжести), инерционном, центробежном или фильтрационном. В мокрых пылеуловителях осаждение происходит вследствие контакта взвешенных частиц с жидкостью, чаще всего водой. Метод электрической очистки основан на ионизации газа в электрическом поле высокого напряжения и осаждении заряженных частиц пыли на электродах электрофильтра. Для очистки газов от содержащихся в них газообразных и парообразных примесей применяют методы абсорбции, адсорбции, каталитические и термические методы.

      Способы очистки газовых потоков характеризуются  составом используемого оборудования, необходимыми ресурсами для его  работы, параметрами входного и выходного  потоков, влиянием на основной рабочий  процесс. На выбор метода влияют состав, физико-химические свойства и концентрация извлекаемых компонентов, температура газа, наличие сорбентов, требуемая степень очистки, возможность рекуперации уловленных веществ. 

      Рис. 5. Классификация методов и аппаратов для очистки промышленных выбросов 

      С экологической точки зрения, основным показателем работы очистного оборудования является эффективность очистки:

      где С_вх и С_вых - массовые концентрации примесей в газе до и после очистки.

      Важной  характеристикой аппарата очистки  служит величина аэродинамического  сопротивления, которое определяется как разность давлений газового потока на входе и выходе. От этой величины зависят качество очистки, мощность побудителя движения газов, необходимые  энергозатраты, а, следовательно, и расходы по эксплуатации газоочистного агрегата.

      Для очистки от пыли необходимо учитывать физико-химические характеристики пыли: плотность, фракционный состав, адгезивные свойства, смачиваемость, гигроскопичность, электрические свойства частиц и слоя пыли, способность пыли к самовозгоранию и образованию взрывоопасных смесей. Для улавливания пыли сухим способом используют пылеосацительные камеры, инерционные пылеуловители, жалюзийные аппараты, циклоны, ротационные и вихревые пылеуловители, фильтры и электрофильтры (рис. 6). 

      Рис. 6. Пылеулавливающие аппараты сухой очистки:

      А - пылеосадительная камера: 1 - корпус, 2 - бункер, 3 - перегородка; Б - инерционный пылеуловитель: 1 - корпус, 2 - перегородка; В - жалюзийный пылеуловитель: 1 - корпус, 2 - решетки; Г - циклон: 1 - корпус, 2 - входной патрубок, 3 - выходная труба, 4- бункер 

      Для тонкой очистки газовых выбросов широко используют различные типы фильтров. Фильтрующими элементами могут быть гибкие и жесткие пористые перегородки  из разнообразных материалов - от тонких тканей до перфорированных металлических стенок и керамики. Наибольшее распространение получили рукавные фильтры из тканевых материалов. В процессе эксплуатации рукава периодически встряхиваются и продуваются для восстановления фильтрующей способности. Эффективность очистки от пыли в рукавных фильтрах достигает 99%.

      Аппараты  мокрой очистки газов отличаются высокой эффективностью улавливания мелкодисперсных пылей, возможностью очистки от пыли горячих и взрывоопасных газов. В качестве газопромывающей жидкости обычно используется вода. Существуют разнообразные конструкции таких аппаратов. Схемы наиболее распространенных показаны на рис. 10.7. 

      Рис. 7. Пылеуловители мокрой очистки:

      А - полный форсуночный газопромывагель: 1 - корпус, 2 - форсунки; Б - скруббер Вентури: 1 - труба-распылитель, 2 - циклоп-пылеуловитель 

      Электрическая очистка - один из наиболее совершенных методов очистки газов от мелкодисперсной пыли. Установка электрической очистки состоит из собственно электрофильтра и питающего устройства, предназначенного для подачи тока высокого напряжения на электроды электрофильтра. Отрицательно заряженные аэрозольные частицы под действием электрического поля движутся к осадительному электроду, а относительно небольшая масса положительно заряженных частиц оседает на коронирующем электроде.

      Улавливание туманов. Для очистки газовых выбросов от туманов кислот, щелочей, масел и других жидкостей применяют волокнистые и сеточные фильтры-туманоуловители и мокрые электрофильтры. Их действие основано на захвате частиц жидкости волокнами при пропускании туманов через фильтрующий элемент с последующим отеканием жидкости. Для улавливания грубодисперсных примесей используют брызгоуловители, состоящие из пакетов металлических сеток. Часто применяют двухступенчатые установки, включающие фильтр для улавливания крупных капель и фильтр для очистки от тумана. Мокрые электрофильтры, применяемые для улавливания туманов, по принципу действия аналогичны сухим электрофильтрам.

      Для очистки газов от газо- и парообразных загрязнителей применяют четыре основных способа: промывку выбросов и поглощение примесей жидкостью (абсорбция), поглощение примесей твердыми активными веществами (адсорбция), поглощение примесей за счет каталитических превращений и термическая нейтрализация отходящих газов. Для улавливания паров летучих растворителей используют также метод конденсации, в основе которого лежит уменьшение давления насыщенного пара растворителя при понижении температуры. Очистка выбросов методом абсорбции состоит в разделении газообразной смеси на составные части путем поглощения некоторых газовых компонентов жидким поглотителем (абсорбентом). Для контакта газового потока с абсорбентом газ пропускают через абсорберы - насадочные башни, форсуночные, барботажнопенные скрубберы и другие аппараты. Отработанный раствор подвергают регенерации, десорбируя загрязняющее вещество, и возвращают его в процесс очистки либо выводят в качестве побочного продукта.

      Адсорбционные методы очистки газов основаны на способности некоторых твердых пористых тел - адсорбентов - селективно извлекать и концентрировать на своей поверхности отдельные компоненты газовой смеси. Различают физическую и химическую адсорбцию (хемосорбцию). При физической адсорбции поглощаемые молекулы газа удерживаются на поверхности твердого тела межмолекулярными силами притяжения. В основе хемосорбции лежит химическое взаимодействие между адсорбентом и адсорбируемым газом. В качестве адсорбентов применяют пористые материалы с развитой поверхностью: активные угли, силикогель, алюмогель, цеолиты. Процесс очистки проводят в адсорберах, которые выполняются в виде вертикальных, горизонтальных или кольцевых емкостей, заполненных адсорбентом. Наиболее распространены адсорберы периодического действия, в которых отработанный поглотитель по мере необходимости заменяют либо регенерируют. Адсорбированные вещества удаляют десорбцией инертным газом или паром, иногда проводят термическую регенерацию.

      Каталитические  методы очистки основаны на химических превращениях токсичных компонентов в нетоксичные или менее токсичные в присутствии катализаторов. Катализаторы существенно ускоряют химические взаимодействия удаляемых веществ с одним из компонентов газовой смеси или со специально добавляемым веществом. Очищаемые газы не должны содержать катализаторные яды. В качестве катализаторов используют металлы (платину, палладий, медь) или их соединения (оксиды меди, марганца и др.), нанесенные тонким слоем на основу из относительно недорогого металла. Наиболее многочисленную группу аппаратов составляют термокаталитические реакторы, объединяющие в одном корпусе рекуператор теплоты, подогреватель и контактный узел. Термокаталитические реакторы с электроподогревом применяют для очистки газовых выбросов сушильных камер окрасочных линии и других производств от органических веществ.

      Термические методы основаны на свойстве горючих токсичных компонентов окисляться до менее токсичных при наличии кислорода и высокой температуры газовой смеси. Эти методы применяют для освобождения газов от легкоокисляемых токсичных примесей при больших объемах выбросов и высокой концентрации загрязняющих веществ. Используют три основных схемы термонейтрализации промышленных выбросов: прямое сжигание в пламени, термическое окисление и каталитическое сжигание. Область применения термических методов ограничена характером образующихся при окислении продуктов реакции.