Sposoby ograniczenia zanieczyszczeń powietrza

• Lokalizacja obiektów przemysłowych i miast, strefy ochronne

• Metody biologiczne (osłony fitosanitarne, zieleń niska i wysoka w miastach wokół tras komunikacyjnych i przemysłowych źródeł pylenia, przykłady zestawów roślin odpornych na zanieczyszczenia)

• Środki techniczne (elektrofiltry, odsiarczanie paliw i spalin, kotły fluidalne, instalacje wzbogacania węgla gazem ziemnym, katalizatory spalin w samochodach)

• Ustawodawstwo w zakresie ochrony atmosfery (normy, akty prawne)

Główne kierunki ograniczenia zanieczyszczeń powietrza

A. Ograniczenie zagrożeń ze strony konwencjonalnych technologii przez ich modernizację i udoskonalanie (profilaktyka) polega na:

• odpylaniu i unieszkodliwianiu przemysłowych gazów odlotowych przez:

- wprowadzenie urządzeń odpylających i oczyszczających gazy

- hermetyzacja procesów produkcji i transportu

- odsiarczanie paliwa

- zmiany w technologii spalania (kotły fluidalne)

• zmniejszenie uciążliwości pojazdów przez wprowadzenie:

- benzyny bezołowiowej

- paliwa gazowego (propan-butan), silników elektrycznych

- standardów europejskich w zakresie parametrów eksploatacyjnych pojazdów

Odpylacze - urządzenia do oddzielania cząstek stałych z gazów

odpylacze suche - siła ciążenia, siła bezwładności, siła odśrodkowa; zanieczyszczenia grube > 10μm

odpylacze filtracyjne - przepływ przez materiały porowate; zanieczyszczenia bardzo drobne <0,1μm, mała wydajność

odpylacze elektrostatyczne - oddziaływanie pola elektrostatycznego; zanieczyszczenia grube i drobne >1μm <1μm; duża wydajność; uniwersalność

odpylacze mokre - zjawiska na granicy; zapylony gaz - ciecz; 1-kilka μm; koszty bo gospodarka ściekowa

Oczyszczanie gazów odlotowych z urządzeń technologicznych (pyłów i gazów)

Odpylacze suche

wykorzystują zjawiska: siły ciążenia, siły bezwładności, siły odśrodkowej

komory osadnicze - opadanie ziaren pyłu w polu ciężkości. Do zanieczyszczeń grubych >60μm. Zastosowanie w wielostopniowych systemach oczyszczania.

koncentratory inercyjne - oddzielenie pyłu ze strumienia gazu zachodzi pod wpływem sił bezwładności przy zmianie kierunku strumienia gazu. Odpylacze wstępne do oddzielania dużych ziaren pyłu.

koncentratory odśrodkowe i cyklony - gaz ulega zawirowaniu - siła odśrodkowa odrzuca ziarna na zewnątrz. W wyniku siły tarcia pyłu o ścianki i wzajemnych zderzeń zmniejszenie prędkości i zsuwanie w dół

P (siła odśrodkowa) = mV² / r

- do oddzielania drobnych ziaren małe średnice cyklonu

- do ziaren o różnych średnicach - baterie cyklonów

- oczyszczanie ziaren ok. 10μm

zalety i wady odpylaczy suchych:

- są najczęściej stosowane - niski koszt, duża skuteczność dla zanieczyszczeń (grubych)

- wadą jest niska skuteczność dla ziaren <10μm

Odpylacze mokre

wykorzystują zjawiska na granicy zapylonego gazu i cieczy. Są skuteczne w stosunku do ziaren drobnych 1-kilka μm

zderzenie ziaren pyłu z kroplami cieczy siły bezwładności, ruchy Browna

adsorpcja ziaren na powierzchni cząstek cieczy

adsorpcja cieczy na powierzchni ziaren pyłu - zwilżanie pyłu

Rodzaje odpylaczy mokrych:

• płuczki bez wypełniania i wypełnianiem (wstępne oczyszczanie) sprawność 50-80%

• płuczki pianowe (zjawisko barbotarzu) i przewałowe (rozbicie cieczy na drobne krople i intensywne mieszanie cieczy z gazem) - wyższa sprawność

• płuczki wirnikowe - bardzo wysoka skuteczność 90% ok. 1μm. Są stosowane w końcowym etapie odpylania procesów metalurgicznych

• odpylacz ze zwężką Venturiego ok. 0,1μm

Zalety i wady odpylaczy mokrych:

- duża skuteczność dla ziaren drobnych - pyły koloidalne

- brak pylenia wtórnego przy opróżnianiu zasobów

- zastosowanie ograniczone do pyłów o dużej zwilżalności

- wysokie koszty - zapotrzebowanie na wodę, gospodarka ściekowa

Odpylacze filtracyjne

oddzielenie pyłu podczas przepływu zapylonego gazu przez materiały porowate

- warstwy z kształtek ceramicznych lub metalowych

- naturalne materiały włókniste (tkaniny, filce, bibuły)

- syntetyczne materiały (stylon, elana, nylon, torlen)

są bardzo skuteczne - pomieszczenia dla przemysłu elektrotechnicznego, pyły radioaktywne (<0,1μm)

wymagają wstępnego oczyszczania gazów

kosztowne mała wydajność

Odpylacze elektrostatyczne (elektrofiltry)

zasada działania polega na oddziaływaniu pola elektrostatycznego na cząstki pyłu zawieszone w gazie

do odpylania spalin w procesach spalania przemysłowego, metalurgia, cementownie, przemysł chemiczny

połączenie dużej wydajności z bardzo dużą skutecznością (99%), 1μm i mniejsze o rozdrobnieniu koloidalnym

wysokie koszty inwestycyjne, duże wymiary, wrażliwość na charakterystykę pyłów

METODY USÓWANIA ZANIECZYSZCZEŃ GAZOWYCH

• metody absorpcyjne

absorpcja - przenoszenie masy z fazy gazowej do ciekłej rozpuszczanie gazów w cieczach rośnie ze spadkiem temperatury i wzrostem ciśnienia

- procesy dyfuzyjne powierzchnia zetknięcia gazu z cieczą

- chemiczne właściwości absorbenta i zanieczyszczeń

Rodzaje absorbentów:

- oparte na przepuszczaniu gazu nad powierzchnią cieczy (absorbenty powierzchniowe)

- przepuszczanie gazu przez przestrzeń zawierającą rozpyloną ciecz (kolumny natryskowe, absorbenty mechaniczne, kolumny absorpcyjne-półkowe, z wypełniaczem)

• metody adsorpcyjne

adsorpcja - proces nagromadzania zanieczyszczeń gazowych na powierzchni ciała stałego (adsorbenta)

- o skuteczności decyduje powierzchnia czynna

- adsorbenty węgiel aktywowany, silikażel

- usuwa lotne substancje organiczne i nieorganiczne (chlor, estry, węglowodory itp.)

- stosowane w przemyśle chemicznym, lakiernie, drukarnie

• metody katalitycznego utleniania i redukcji

reakcje przyśpieszonego przekształcania gazów szkodliwych w nieszkodliwe

- katalizator samochodowy (platyna, pallad)

CO + ½ O₂ CO₂

2NO + 2CO N₂ + CO₂

RH + xO₂ yCO₂ + zH₂O

- przemysł chemiczny

SO₂ SO₃ H₂SO₄ + 2NH₃ (NH₄)₂SO₄

• metody spalania płomieniem bezpośrednim

spalanie par węglowodorów w wysokiej temperaturze (700-1200°C)

- likwidacja odorów

B. Zmniejszenie skutków emisji w środowisku

lokalizacja obiektów przemysłowych i miast z uwzględnieniem bonitacji urbanistycznej, warunków bioklimatycznych (topoklimatu)

wysokie kominy, strefy ochronne wokół zakładów, np.zakłady azoto w Puławach

projektowanie bioklimatu miast aby zapewnić warunki przewietrzenia, które są determinowane:

- naturalną rzeźbą terenu (kotliny: nowosądecka, kłodzka, jeleniogórska

- układem architektonicznym (nie tworzyć zabudowy zwartej na obszarach spływu powietrza)

- wprowadzenie pasów zieleni w celu ograniczenia zanieczyszczeń. Wysoka skuteczność w ograniczeniu przepływu zanieczyszczeń, np. powietrze zanieczyszczone H2S i CO2 po przejściu przez 500m odcinek 20-letniego lasu traci 2/3 zawartości tych gazów

- dobór zieleni - rośliny liściaste, a nie iglaste

- ukształtowanie zieleni miejskiej tak, aby nie tworzyć zastoin powietrza, a zwiększać przewiewność

Sposoby zmniejszenia emisji SO₂

1. Odsiarczenie gazów kominowych

2. Fluidalne spalanie C pod ciśnieniem - dodawanie wapieni wiążących SO₂ bezpośrednio w procesie spalania. Jako odpady, gips i popiły. Technologia tańsza niż odsiarczanie.

CaCO3 + SO2 + H2O CaSO3 + CO2

CaSO3 + O2 + 4H20 2CaSO4 * 2H20 szlam gipsowy

przykład: największa w Europie elektrownia Drax w Wielkiej Brytanii o mocy 4000 MW.

- 11mln. węgla spala rocznie

- produkuje 2mln. ton popiołów, 1mln ton gipsu

- zużywa 1mln. ton wody do oczyszczenia

- emituje 350-400 ton SO2

- po odsiarczeniu spalin emituje 35-40 ton SO2

3.Odsiarczanie paliw (węgla i ropy)

- węgiel zawiera 0,6-6,0% siarki - średnio 3%

- połowa w formie FeS2

Odsiarczanie polega na rozdrabnianiu węgla i usunięcie FeS2 metodą separacji oraz rafinacji ropy

(wysoki koszt)

4. Stosowanie paliwa niskosiarkowego o zawartości poniżej 1% siarki, np. gaz ziemny, alternatywne

źródła

5. Rekultywacja nadmiernie zakwaszanych rzek, jezior i gleb przez ich wapnowanie CaCO2

C. Poszukiwanie nowych technologii bardziej bezpiecznych dla środowiska - głównie nowych źródeł energii

wykorzystanie nadprzewodników

- dotąd 20% energii przesyłanej to straty

- nadprzewodniki to możliwość zaopatrzenia miast w energię bez elektrociepłowni

- problem to znalezienie materiałów umożliwiających efektu nadprzewodnictwa w temperaturze pokojowej

energetyka termojądrowa

- jest to przyszłość gospodarki światowej w XXI w.

- paliwem termojądrowym są: deuter i tryt

- jeden gram paliwa tyle energii co 10 t ropy, są bezpieczniejsze niż elektrownie atomowe wykorzystujące uran. Sytuacja jak w Czarnobylu jest niemożliwa. Reakcja syntezy w odróżnieniu od rekcji rozszczepienia jąder przerywa się sama

- brak odpadów

- trudność: problem kontroli reakcji termojądrowej o temperaturze 100mln°C

wykorzystanie energetyczne wodoru

- idealne paliwo, nie zanieczyszcza środowiska (H2O), łatwo się magazynuje i przesyła

- problem: obecne metody otrzymywania wodoru nieopłacalne

- wiek XXI będzie prawdopodobnie wiekiem wodoru

ogniwa paliwowe

- rozkład paliwa węglowodorowego gaz bogaty w wodór doprowadzony do anody

- tlen doprowadzony do katody

- elektrolitem jest kwas fosforowy

- zamiana energii chemicznej paliwa na energię elektryczną wysoka sprawność, brak zanieczyszczeń

- zbudowano eksperymentalną elektrownię

USTAWODAWSTWO DOTYCZĄCE OCHRONY POWIETRZA

krajowe akty prawne

konwencje międzynarodowe

kwestia zmniejszenia emisji gazów cieplarnianych uważanych za główną przyczynę prognozowanych zmian klimatu

- ramowa konwencja NZ w sprawie zmian klimatu.

Polska ratyfikowała konwencję w 1994r. wraz ze 170 krajami. Zobowiązała się do stabilizacji emisji CO2 do roku 2000 na poziomie 1988 roku (w roku 1994 emisja CO2 stanowiła 78% emisji roku 1988)

- III Konferencja Ramowej Konwencji NZ w sprawie zmian klimatu (Kioto 1997r.). Dotyczył dalszej redukcji emisji CO2. Polska do lat 2008-2012 zobowiązała się do redukcji gazów cieplarnianych (ekwiwalent CO2) i dalsze 6% w stosunku do 1988 roku.

ograniczenie antropogenicznych czynników przyspieszających naturalne procesy rozpadu ozonu

- Konwencja wiedeńska o ochronie warstwy ozonowej (1985r.)

- Protokół montrealski w sprawie substancji zubażający warstwę ozonową (1987r.)

- Poprawki londyńskie i kopenhaskie do protokołu montrealskiego dotyczące ograniczenia obrotu towarowego z zagranicą substancji niszczących warstwę ozonową

Wykład 4

- 1 -

---