Охрана воздуха и поверхностных вод от загрязнения - Илья Кутырин

На металлургических и нефтехимических заводах сооружаются сернокислотные цехи, сырьем для которых служат загрязняющие раньше небо «бросовые» газы, содержащие сернокислый ангидрид. Все чаще сообщается о гашении факелов, горевших днем и ночью на нефтехимических предприятиях. Так, сооружение эффективных каталитических установок для очистки отходящих газов от окислов азота на Невинномысском химическом комбинате привело к тому, что над трубами предприятия уже нет «лисьих хвостов».

Подобные «спутники» были у Омского нефтеперерабатывающего комбината. В результате переоборудования факельных хозяйств погасли все четыре промышленные факела. Таких примеров много. На Новолипецком металлургическом заводе газ, остающийся после конверторного производства, служит сырьем для производства удобрений. На коксохимических заводах внедряются процессы бездымного тушения кокса.

Или вот еще пример. На Запорожском титано-магниевом комбинате много сделано для того, чтобы воздух над городом стал чистым. На комбинате построены две трубы высотой 80 и 120 м для смешения вредных заводских выбросов с воздухом высоко над землей[4]. Это мероприятие сняло загазованность территории завода и прилегающей местности. На заводе завершается переход на безотходную технологию, при которой вещества, ранее выбрасывавшиеся в атмосферу, пускаются в дело.

…Тополевые аллеи шагают вдоль цехов. Пахнут свежестью только что политые клумбы. И это на территории крупного металлургического предприятия. Ни копоти, ни дыма.

Однажды на заводе появился техасский бизнесмен, президент фирмы «Америкэн магнезиум компани» Р. Уиллер. Он был крайне взволнован: фирма закрыла на неопределенный срок свой магниевый завод в г. Снайдер — предприятие отравляло атмосферу, выделяло хлор. Уиллер ознакомился с существующей технологией, приобрел лицензию, а также необходимое оборудование. Более того, запорожские специалисты ездили в Техас для оказания технической помощи в монтаже, пуске и отладке оборудования.

Безотходная технология дает возможность по-хозяйски распорядиться сырьем и вместе с тем внести вклад в защиту природы. Существующие методы очистки промышленных газов не всегда могут обеспечить достаточную степень очистки. Кроме того, до сих пор не имеется дешевых и надежных методов очистки от сернистого газа и окислов азота, необходимые исследования в этом плане проводятся.

Для очистки газов от газовых примесей применяется три основных процесса: абсорбция жидкостью, адсорбция твердым веществом и каталитическое превращение вредных веществ в другие соединения.

Абсорбционные процессы — наиболее распространенный способ очистки газов. В них используются явления различной растворимости газов, химические реакции, когда в абсорбционной жидкости (обычно вода) применяются такие реагенты, которые образуют с улавливаемым компонентом химические соединения (рис. 1).

Адсорбционные методы очистки газов основаны на способности мелкопористых адсорбентов (активные угли, силикагели, алюмогели, неолиты, пористые стекла и т. п.) улавливать из газовой фазы при соответствующих условиях те или иные вредные компоненты.

Основу каталитических методов очистки или обезвреживания газов составляют прежде всего каталитические превращения вредных газообразных веществ в безвредные вещества, непосредственно выбрасываемые в атмосферу пли используемые непосредственно в производстве.

Задача очистки газов от пыли или капель в промышленности основывается на применении инерционной сепарации, мокрой очистки (промывки) газов, фильтрации через различные пористые слои и перегородки, электрическое осаждение.

Чаще всего применяются комбинации двух или трех из перечисленных методов очистки: вначале осуществляется грубая очистка, при которой улавливаются более крупные частицы, затем — тонкая очистка с улавливанием более мелких частиц.

При инерционной сепарации осаждение взвешенных твердых частиц происходит благодаря их инерции, возникающей при изменении направления или скорости аэродисперсного потока в аппаратах, называемых циклонами (рис. 2). Эффективность осаждения частиц здесь тем выше, чем крупнее частицы и больше возникающие ускорения.

Рис. 1. Схема скруббера для очистки газа от загрязняющих веществ

А — газ; Б — очищенный газ; В — раствор газа в жидкости

Рис. 2. Циклон — аппарат для осаждения взвешенных частиц

А — газ; Б — очищенный газ; В — пыль

Мокрая очистка (промывка) газов является разновидностью инерционного осаждения. Промывная жидкость используется для удаления частиц из газового потока.

Очистка газа от твердых или жидких взвесей осуществляется путем просасывания его через ту или иную твердую пористую среду, образованную из нитей, волокон, зерен и самой осажденной пыли. Кроме инерции, здесь могут играть роль броуновская диффузия частиц, эффект касания, иногда ситовой эффект. Особое место занимают фильтрационные устройства, использующие ультратонкие полимерные волокна с электростатическим зарядом (ткани Петрянова). Эти фильтры приближаются к абсолютным, однако, к сожалению, не регенерируются и поэтому применяются в основном для фильтрации очень слабо запыленных газов.

Рис. 3. Электрофильтр

А — газ; Б — очищенный газ; В — пыль; 1 — осадочный электрод; 2 — коронирующий электрод; 3–4 — провода

Электрическое осаждение основано на электрическом притяжении к заряженной осадительной поверхности частиц. Электрическое осаждение реализуется в различных электрофильтрах, в которых, как правило, зарядка и осаждение частиц происходят совместно (рис. 3).

Аппаратами газоочистки, электрическими и рукавными фильтрами ежедневно улавливается огромное количество обогащенных руд черных и цветных металлов, обожженного клинкера, цемента и золы. Вот один из характерных примеров. Пыль, казалось бы, — непременный спутник цементного производства. На заводе «Большевик» в г. Вильске были усовершенствованы пылеулавливающие фильтры; коэффициент их полезного действия возрос с 65 до 99 %. Прежде на заводской территории не приживались ни деревья, ни цветы. Сейчас корпуса утопают в зелени.

Применяются и многие другие технические приемы, позволяющие заметно оздоровить воздух городов. В этом направлении огромное значение имеет внедрение на предприятиях новых технологических процессов, исключающих загрязнение атмосферного воздуха. Так, в Москве такая работа ведется на многих промышленных предприятиях.

Существенное значение в решении проблемы снижения загрязнения атмосферы городов имело также установление санитарных предельно допустимых концентраций более чем для 160 вредных веществ. Предельно допустимые концентрации для некоторых из них приведены в табл. 4.

В стране осуществляется санитарный контроль за эффективностью работы газоочистных сооружений путем отбора санитарно-эпидемиологическими станциями проб атмосферного воздуха и последующего их анализа на загрязняющие ингредиенты. В случае выявления загрязнения атмосферного воздуха, превышающего предельно допустимые концентрации, санитарно-эпидемиологические станции предъявляют предприятиям требования для устранения загрязнения атмосферы.

Таблица 4

Загрязняющие вещества Формула Предельно допустимая концентрация, мг/м3 Класс опасности максимально-разовая среднесуточная Окись углерода СО 3,0 1,0 4 Окислы азота N2O5 0,085 0,085 2 Пыль нетоксичная — 0,5 0,15 3 Сернистый ангидрид SO2 0,5 0,05 3 Сероводород H2S 0,008 0,008 2 Сероуглерод CS2 0,03 0,005 2 Сажа (копоть) — 0,15 0,05 3 Серная кислота H2SO4 0,3 0,1 2 Свинец и его соединения (кроме тетраэтилсвинца) Pb — 0,0007 1 Фенол C6H5—OH 0,01 0,01 3 Хлор Cl2 0,1 0,03 2

На ряде производств выбросы в атмосферу носят нерегулярный, иногда «залповый», т. е. кратковременный, характер. Это особенно опасно при неблагоприятных метеорологических условиях. Сейчас разработана методика прогноза опасных условий загрязнения воздуха. В тех городах, где прогнозирование осуществляется сравнительно длительное время, уже заметно эффективное снижение загрязнения воздуха. Так, в Дзержинске предприятия систематически регулируют выброс в соответствии с прогнозами погоды, и повторяемость повышенных концентраций хлора в течение года уменьшилась почти в 2 раза. Здесь снизились максимальные концентрации и двуокиси азота.