Обзор методов очистки промышленных выбросов

Загрязнение атмосферного воздуха вредными выбросами – одна из основных глобальных экологических проблем современного человечества. Международный стандарт определяет вредные выбросы как любое загрязнение атмосферы веществами, которые вредны для здоровья или опасны по другим причинам, независимо от их агрегатного состояния.

По оценкам Всемирной организации здравоохранения, приведенным в докладе в мае 2018 года, каждые 9 из 10 человек на планете дышат загрязненным воздухом, а загрязнение атмосферного воздуха твердыми частицами ежегодно приводит к гибели около 7 миллионов человек во всем мире.

Источники и состав промышленных выбросов.

Все вещества, загрязняющие атмосферу, в зависимости от условий их образования делятся на вещества естественного (природного) и искусственного (антропогенного) происхождения.

Основными источниками поступающих в атмосферу загрязняющих веществ выступают:

• источники природного происхождения, такие как извержение вулканов, ветровая эрозия, лесные пожары и пр.
• сжигание ископаемых видов топлива транспортом;
• промышленные производства, такие как металлургия, нефте- и газохимия;
• сжигание бытовых отходов;
• сельскохозяйственное производство;
• добыча полезных ископаемых открытым способом.

Выбросы промышленных производств являются наиболее опасными по составу загрязняющих веществ и, поскольку данные выбросы подвижны, они могут влиять на окружающую среду на больших площадях.

Методы очистки промышленных выбросов в атмосферный воздух весьма разнообразны. На выбор того или иного метода очистки в первую очередь влияют химический состав и концентрация загрязняющих веществ в выбросах. К наиболее вредным для здоровья и окружающей среды загрязняющим веществам антропогенного происхождения относятся следующие вещества:

• твердые частицы (PM);
• диоксид азота (NO2);
• озон (O3);
• окись углерода (СО);
• диоксид серы (SO2);
• свинец (Pb);
• летучие органические соединения (бензопирен).

Токсичные свойства загрязняющих веществ и, как следствие, причиняемый ими вред, привели к принятию ряда нормативно-правовых актов, которые обязывают осуществлять контроль их содержания и концентрации в газообразных отходах различных промышленных производств. Один из основных правовых актов в области охраны окружающей среды - Федеральный закон от 10 января 2002 года N 7-ФЗ "Об охране окружающей среды", определяющий «правовые основы государственной политики в области охраны окружающей среды, обеспечивающие сбалансированное решение социально-экономических задач, сохранение благоприятной окружающей среды, биологического разнообразия и природных ресурсов…».

В целях предотвращения негативного воздействия на окружающую среду хозяйственной и (или) иной деятельности данным законом устанавливаются нормативы допустимого воздействия на окружающую среду, в том числе нормативы выбросов в атмосферный воздух, количественные значения которых, как для стационарных, так и для передвижных источников, определяются в порядке, установленном Правительством РФ, и с использованием методов, утвержденных Приказом Минприроды России.

Методы очистки промышленных выбросов в атмосферный воздух: основные принципы.

Основными принципами использования методов очистки промышленных выбросов являются:

1. Превентивность, что предполагает: изменение технологического процесса; использование другого сырья, содержащего меньшее количество вредных компонентов (например, замена стандартных реагентов безопасными вариантами); изменение организации труда и внедрение экологических принципов на всех этапах производства.
2. Вторичность, подразумевающая использование промышленных установок для очистки газовых производственных выбросов.

Реализация первого принципа сопровождается высокими временными и материальными затратами. Очевидно, что сложнее изменить технологию производства, чем использовать устройство для сокращения выбросов, которое является побочным для производственного процесса. Но, в конечном итоге, по ряду причин превентивные решения являются более перспективными. Что касается реализации второго принципа, то он как раз лишен недостатков первого, и зачастую является единственно возможным.

Очистка промышленных выбросов: методы вторичного сокращения количества загрязнений

Для очистки содержащих парообразные и газообразные загрязнители промышленных выбросов в атмосферу используются следующие методы:

• Адсорбция на активированном угле. Это универсальный метод с широким спектром применения. Метод адсорбции предназначен для очистки отработанных газов от органических растворителей с относительно низкими или переменными концентрациями во времени. Установки, реализующие этот метод, разработаны и изготавливаются в широком диапазоне мощностей - от 100 до 100 000 м3/ч и концентрации органических соединений от 0,5 до 100 мг/м3. Эффективность очистки высокая от 90% и до 98% в зависимости от типа загрязняющих веществ. Проблема применения этого метода для экологии состоит в том, как использовать отработанный активированный уголь.
• Сжигание в каталитическом слое. Очистка газовых промышленных выбросов сжиганием в каталитическом слое применима к отработанным газам, не содержащим хлористых соединений. Благодаря низкому энергопотреблению технология, основанная на этом методе, особенно подходит для обеззараживания загрязнителей, выбрасываемых промышленностью в воздух. Такие установки предназначены для очистки газов, образующихся при работе таких производств, как, например, мебельных, химических и пищевых фабрик, фармацевтических предприятий и других промышленных объектов. При концентрациях соединений выше заданных стандартом, установка работает автотермически (без подачи энергии на нагрев реактора).
• Адсорбция и десорбция теплого воздуха и каталитическое сгорание. Газоочистные установки, использующие адсорбционный метод с десорбцией и окислением газов на каталитическом слое, предназначены для очистки отходящих газов от примесей с относительно низкими или переменными концентрациями во времени. Установки этого типа используются в широком диапазоне мощностей от 2000 до 100000 м3/ч и концентрациях соединений от 30 мг/м 3 до 500 мг/м3. Эффективность очистки в зависимости от типа загрязняющих веществ достигает 98%. Это метод, аналогичный по своему принципу методу адсорбции на активированном угле, с той разницей, что десорбированная смесь конденсируется, затем из нее отделяется растворитель, который возвращается в рабочий процесс. Эффективность метода зависит от параметров оборудования и составляет около 95%.
• Термическое сгорание. Этот метод очистки промышленных выбросов в атмосферу включает различные процедуры. При использовании метода термического сгорания газы направляются в трехкамерный реактор (дожигатель). В нем происходит процесс термического разложения паров растворителя, и тепло, выделяемое во время этой реакции, используется для нагрева входных газов, а его избыток - для технологических целей. Благодаря трехступенчатому процессу дожигания эффективность снижения загрязнения составляет 99%. При низких концентрациях органических соединений в отходящем газе необходимо обеспечить энергию, которая используется для сжигания природного газа в газовой горелке. Дымовая составляющая может подаваться в форсажную камеру с содержанием выбросов в пределах 2-5 г/м3 .
• Биофильтрация. Очистка выбросов на предприятии - эффективный способ для нейтрализации запахов и органических соединений. Условием служит подходящая температура (выше 5 °C) и влажность выбросов (от 40 до 70%). Основным элементом биофильтра вступает слой пористого фильтрующего материала, заселенного микроорганизмами, способными к биологическому разложению загрязняющих воздух веществ. Во время медленной продувки газа через слой фильтрующего материала загрязняющие вещества поглощаются, а затем разрушаются микроорганизмами.

Другие методы очистки промышленных выбросов

Очистка вредных выбросов также может осуществляться:

• Поглощением. С использованием эфира полиэтиленгликоля в качестве абсорбента в колонне со структурным заполнением в противоточной системе удаляются выхлопные газы. Процесс протекает при температуре около 5°С. Десорбция осуществляется из постабсорбционной жидкости. Пары растворителя собираются в сепараторе и собираются для дальнейшей обработки, а чистый абсорбент рециркулируется. Такая система позволяет сократить выбросы примерно на 93%.
• Конденсацией. Когда газ охлаждается до достаточно низкой температуры, большинство летучих органических соединений конденсируется. Такой метод относится к одним из самых дорогостоящих, так как для достижения температуры конденсации необходимо использовать более одной ступени охлаждения.
• Горением в факелах. Метод включает сжигание вредных соединений непосредственно в потоке газовой или масляной горелки. Получаемое тепло может быть использовано для отопления или технологических целей. Важным моментом является использование достаточного объема воздуха для полного сжигания летучих органических загрязнителей (ЛОС). Эффективность метода составляет до 99%, но в настоящее время его применяют редко по причине значительных затрат на энергоносители.
• Мембранным разделением. Технология основана на селективной проницаемости газовой смеси через мембраны. Фильтры обычно изготавливают из полидиметилсилоксана - силиконовой резины в виде полых волокон. Такие системы лучше всего подходят для удаления загрязнений из концентрированных потоков промышленных выбросов. Стоимость разделения увеличивается пропорционально расходу газа, но не зависит от концентрации ЛОС. Мембранное разделение часто сочетается с конденсацией, что обеспечивает более эффективную очистку, чем при использовании одного метода. Другим способом снижения выбросов соединений диоксинов и фуранов, а также ртути и других летучих металлов является технология сухой адсорбции (введение порошкообразного активированного угля в поток выхлопных газов с последующей очисткой газов в фильтре).

Заключение

Представленные методы сокращения промышленных газовых выбросов в атмосферный воздух используются при проектировании как новых очистных систем, так и при модернизации существующего оборудования. Их задача состоит в том, чтобы уменьшить влияние производственных процессов на состояние экологии.

Компания «Экоэнерготех» специализируется на проектировании технологического оборудования и установок для очистки промышленных выбросов методом каталитической очистки. В каталоге предприятия вы можете ознакомиться с нашими предложениями в этой области.