Защита атмосферы. 
Основы экологии

В атмосфере, как и в других природных средах, происходят процессы самоочищения. Самоочищение атмосферы осуществляется посредством:

• — вымывания аэрозолей из атмосферы осадками;
• — турбулентного перемешивания примесей в приземном слое воздуха;
• — отложения загрязняющихх веществ на поверхности земли и т. д.

Однако способность атмосферы к самоочищению небезгранична, поэтому в настоящее время наблюдается значительное загрязнение воздуха в промышленных районах.

В табл. 9 представлены основные антропогенные источники загрязнения воздушной среды Российской Федерации в 2012 г.

Таблица 9

Основные антропогенные источники загрязнении атмосферы (данные по России, 2012 г.)

Наиболее распространенные и опасные вещества, загрязняющие воздушную среду, относят к так называемым основным загрязнителям атмосферы. В эту группу входят твердые вещества, углеводороды и другие летучие органические соединения, оксид углерода, оксиды азота, диоксид серы, аммиак.

Методы очистки загрязненных газов, выбрасываемых в атмосферный воздух, подразделяются на физико-механические и физико-химические.

Физико-механические методы применяются для очистки гетерогенных газовых систем, в которых сплошной фазой являются газ или смесь газов, а дисперсной фазой — взвешенные твердые или жидкие частицы. К данным методам очистки газов относятся гравитационное осаждение, инерционное осаждение, центробежное осаждение, фильтрование, электроосаждение и осаждение касанием.

1. Гравитационное осаждение. Этот метод очистки основан на осаждении взвешенных частиц под действием силы тяжести при прохождении запыленного газа с малой скоростью через аппарат. Схема пылсосадительной камеры, в которой реализуется данный механизм очистки, представлена на рис. 14.

Рис. 14. Пылеосадительная камера [29, т. 1, с. 444].

Здесь и на рис. 15−17 использованы следующие условные обозначения:

ЗГ — загрязненный газ; ОГ — очищенный газ; П — пыль.

2. Инерционное осаждение. Очистка данным методом происходит под действием сил инерции, возникающих при резких изменениях направления движения газового потока при прохождении через газоочистной аппарат. При этом частицы, двигаясь по инерции, отделяются от газовой среды. Схемы инерционных пылеуловителей различных конструкций показаны на рис. 15.

Рис. 15. Инерционные пылеуловители [29, т. 1, с. 448].

3. Центробежное осаждение. Очистка происходит под действием центробежной силы, возникающей при вращении очищаемого газового потока в очистном аппарате — циклоне (рис. 16).

Под действием центробежной силы частицы отбрасываются к стенкам аппарата.

Рис. 16. Циклон [29, т. 1, с. 463].

• 4. Фильтрование. Процесс очистки основан на прохождении очищаемого газа через пористую фильтровальную перегородку, задерживающую или осаждающую твердые частицы. В промышленности наибольшее распространение для удаления пыли данным методом получили рукавные фильтры (рис. 17).
• 5. Электроосаждение. В данном случае очистка осуществляется под действием сил электрического поля, действующего на заряженные частицы-загрязнители при движении газа через газоочистной аппарат — электрофильтр. В электрофильтре запыленный газ проходит через систему, состоящую из заземленных осадительных электродов и коронирующих электродов, к которым подводится электрический ток высокого напряжения (20−100 кВ) (рис. 18). В электрическом поле газ ионизируется, а от ионов газа частицы пыли получают заряд и движутся к заземленному осадительному электроду. Заряженные частицы пыли прилипают к нему и разряжаются.

Рис. 17. Рукавный фильтр [30, с. 220]

Рис. 18. Схема электродов, размещаемых в электрофильтре [29, т. 1, с. 568]:

• 1 — коронирующие электроды;
• 2 — осадительные электроды
• 6. Осаждение касанием. Выделение частиц пыли из газового потока происходит за счет поверхностных сил, возникающих при касании частицами пленок и капель жидкости. Жидкость захватывает взвешенные частицы и уносит их из аппарата в виде шлама. Аппараты, используемые для очистки данным способом, называются скрубберами (рис. 19).

Рис. 19. Скруббер [29, т. 1, с. 591].

Условные обозначения: ЗГ — загрязненный газ; ОГ — очищенный газ;

В — вода; Ш — шлам.

Физико-химические методы применяются для очистки гомогенных газовых систем, т. е. для удаления вредных газообразных или парообразных загрязнителей из потока газовой смеси. К этим методам относятся абсорбционная очистка, адсорбционная очистка, термические методы и каталитические методы.

• 1. Абсорбционная очистка. Основана на избирательном извлечении из газовой смеси жидкими поглотителями (абсорбентами) одного или нескольких загрязняющих компонентов. В качестве абсорбентов применяют воду, органические растворители, водные растворы солей и др. Схема поверхностного абсорбера изображена на рис. 20. В этом аппарате поглощение газа-загрязнителя происходит на поверхности раздела фаз. Также применяются абсорберы, конструкции которых аналогичны конструкциям скрубберов (см. рис. 19).
• 2. Адсорбционная очистка. Основана на избирательном извлечении из газовой смеси твердыми поглотителями — адсорбентами одного или нескольких загрязняющих компонентов.

Распространенными адсорбентами являются активированные угли, силикагели. Конструкция адсорбера приведена на рис. 21.

Рис. 20. Поверхностный абсорбер [29, т. 1, с. 663].

Здесь и на рис. 21−23 использованы следующие условные обозначения: ЗГ — загрязненный газ; ОГ — очищенный газ.

Рис. 21. Адсорбер для очистки газов [29, т. 1, с. 727].

3. Термические методы. Основаны на высокотемпературном окислении токсичных газов кислородом, при этом образуются менее токсичные или безвредные газовые компоненты. Процесс проводится при высокой температуре (600−1100 °С) с использованием жидкого или газообразного топлива. На рис. 22 изображена схема печи для обезвреживания токсичных газов.

Рис. 22. Печь для термического обезвреживания газов [29, т. 1, с. 759].

4. Каталитические методы. Удаление токсичных газовых компонентов происходит в результате их химических превращений (окисления или восстановления) на поверхностях твердых катализаторов. Роль катализатора заключается в увеличении скорости химических взаимодействий. В качестве катализаторов применяются платина, палладий, серебро, оксиды кобальта, хрома, железа, никеля и др. Температура, требующаяся для проведения очистки газов, составляет 200−500 °С. Схема реактора для каталитической очистки газов представлена на рис. 23.

Рис. 23. Каталитический реактор [26, с. 112].

В комплексе с физико-механическими и физико-химическими методами очистки загрязненных газов для защиты атмосферы используются архитектурно-планировочные решения, а также следующие мероприятия:

• — рассеивание газовых выбросов с помощью высотных дымовых труб;
• — создание санитарно-защитных зон вокруг источников выброса.