Методы очистки газовых выбросов. Влияние загрязненного воздуха на здоровье человека

17

ГОУВПО Энгельсский технологический институт (филиал)

Саратовского государственного технического университета

Кафедра „Экология и охрана окружающей среды“

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине „Экология“

Вариант 2

Выполнил студент ВЗФ

группы ТЭП - 41 Скобенко М.А.

Проверила д.х.н., профессор

Ольшанская Л.Н.

2008г.

Содержание

1. Основные принципы выбора метода очистки газовых выбросов от твердых частиц

2. Влияние загрязненного воздуха на здоровье человека

3. Озоновый слой планеты. Причины образования озоновых дыр

Задача

Список использованной литературы

1. Основные принципы выбора метода очистки газовых выбросов от твердых частиц

Техника очистки газов весьма разнообразна как по характеру конструкций аппаратов удаления пыли и вредных газов, их масштабу, так и по методам удаления пыли и вредных газов. Очистка газов может быть механической (очистка от твердых частиц и капелек жидкости), сорбционной и основанной на химическом превращении вредных газов в безвредные (каталитическое окисление, термическое разложение и т.д.).

Выбор метода очистки газов определяется в первую очередь их химическими и физико-химическими свойствами, характером производства, свойствами участвующих в производстве веществ, объемом выбрасываемого газа и пыли, возможностью рекуперации или утилизации уловленных продуктов и т.п.

Многочисленные способы очистки промышленных газов от механических примесей основаны на применении двух групп методов: механических и физических. К механическим методам
очистки относятся гравитационная и инерционная сепарация, мокрая очистка (промывка) газов, фильтрация через различные пористые материалы. К числу физических методов относятся осаждение в электрическом поле и акустическая коагуляция.

Осуществляемую в обеспыливающих устройствах можно условно подразделить на грубую и тонкую. Для грубой очистки, обеспечивающей задержание пыли размером более 10мкм, применяются гравитационные и сухие инерционные пылеуловители, а также некоторые фильтры контактного действия. Тонкая очистка, при которой задерживаются частицы размером менее 10 мкм, выполняется инерционными пылеуловителями с применением воды, скубберами Вентури, большей частью контактных фильтров и электрофильтрами.

Гравитационная сепарация заключается в осаждении крупных, тяжелых частиц пыли в пылеосадочных камерах (рис. 1). Площадь поперечного сечения пылеосадочной камеры значительно больше площади поперечного сечения газохода, вследствие чего скорость движения газа в камере резко снижается (до 0,2-0,8 м/с). В этих условиях содержащаяся в газе пыль под действием силы тяжести выпадает из него на дно камеры.
Пыль из газового потока осаждается медленно, поэтому пылеосадочная камера должна иметь большие размеры. С целью уменьшения размеров в камере устраивают горизонтальные или наклонные полки, установленные на расстоянии 100-300 мм одна от другой и разделяющие ее на ряд небольших камер, работающих параллельно. Для создания ламинарного движения пыли камеры перегораживают вертикальными перегородками лабиринтного типа. Газ в процессе движения огибает перегородки, а пыль, ударяясь о них, теряет скорость и падает на дно камеры.

Рис. 1. Пылеосадочная камера

Несмотря на очевидные достоинства -- простоту конструкции и малое гидравлическое сопротивление -- пылеосадочные камеры - применяются (в качестве первой ступени очистки) сравнительно редко, что объясняется их громоздкостью и трудоемкостью удаления осевшей пыли, а главное -- низкой эффективностью Степень очистки пылеосадочных камер не превышает 40-50 %, причем удовлетворительно осаждаются в них лишь частицы пыли крупнее 40-50 мкм.

При инерционной сепарации взвешенных твердых или жидких примесей используется сила инерции частиц, возникающая при изменении

направления или скорости аэродисперсного потока. Пыль или капли жидкости по инерции стремятся двигаться в первоначальном направлении и в результате этого выделяются из газового потока.

Рис. 2. Инерционная камера

Наиболее простыми по своей конструкции из устройств этого типа являются инерционные пыле - и брызгоуловители, действие которых основано на ударно-инерционном эффекте при резком изменении направления движения газа, осуществляемом путем применения насадок, перегородок и т. п. На рис. 2 приведены схемы двух аппаратов такого типа. Аппарат с перегородкой (рис. 2, а), так называемый пылевой мешок, применяют для предварительной очистки газа от пыли размером крупнее 25--30 мкм. На рис. 2, б показан аппарат с вводом загрязненного газа через вертикальную центральную трубу, рекомендуемый для улавливания брызг и капель жидкости.

Более широкое применение из аппаратов инерционного типа нашли жалюзийные пылеуловители, эффективно улавливающие частицы пыли размером более 20 мкм. Пылеуловитель состоит из двух основных частей: жалюзийной решетки, в которой пыль отделяется от газового потока, и циклона, в котором пыль улавливается. Жалюзийная решетка может быть выполнена из пластин, уголка или конусных колец.

Наибольшее распространение из аппаратов сухой очистки загрязненного воздуха и газов нашли центробежные пылеуловители, являющиеся особой разновидностью инерционных пылеочистных устройств. К аппаратам это группы относятся циклоны, мультициклоны и вращающиеся пылеуловители вентиляторного типа.

Самое широкое применение для очистки от сухой неволокнистой и неслипающейся пыли в системах газоочистки и вентиляции получили циклоны. В зависимости от требовани1, предъявляемых к очистке газа, и дисперсного состава пыли циклонные аппараты используют либо самостоятельно, либо в качестве аппаратов первой и второй ступеней очистки в сочетании с другими пылегазоочистигелями. В циклонах загрязненный воздух поступает через входной патрубок 1 (рис. 3) и движется вниз по кольцевому зазору между корпусом аппарата и входным устройством 2. При этом газовый поток закручивается в устройстве 3. Твердые частицы, получив ускорение, двигаются вдоль стенки корпуса аппарата вниз в бункер 4, а очищенный воздух через выходное устройство поднимается вверх. В циклонах эффективно улавливаются только крупные частицы.

Рис. 3. Циклонный аппарат: 1-входной патрубок; 2-выход очищенного газа; 3-закручивающее устройство; 4-бункер для сбора пыли.

Во всех аппаратах инерционной и центробежной сепарации операция удаления уловленных частиц органически связанна с операцией их осаждения и осуществляется одновременно. Помимо простоты конструкции, обусловленной отсутствием подвижных частей (исключение составляют ротоклоны), к достоинствам сухих аппаратов инерционной сепарации следует отнести надежность и безотказность в работе, возможность использования при высоких температурах газов, а также для очистки химически активных газов, возможность извлечения из газов твердых нехлипких продуктов в сухом виде. Главное же преимущество сухих пылеотделителей отсутствие необходимости в использовании воды, а, следовательно, в ее очистке сложными и дорогими способами. Основной недостаток сухих аппаратов инерционной сепарации невозможность очистки газов от мелкодисперсной пыли.

Для тонкой очистки газов от пыли и тумана применяют мокрую очистку - промывку газов водой или другой жидкостью. Взаимодействие между жидкостью и запыленным газом (туманом) происходит либо на поверхности жидкой пленки, стекающей по вертикальной или наклонной плоскости (пленочные или насадочные скрубберы, демистры), либо на поверхности капель (полые скрубберы, скрубберы Вентури). Мокрую очистку газов применяют в том случае, когда допустимо увлажнение очищаемого газа.

Мокрая очистка (промывка) газов осуществляется в результате контакта загрязненного газа с жидкостью обычно водой, и представляет собой разновидность инерционного осаждения. Взвешенные в газе частицы пыли смачиваются жидкостью, утяжеляются и выпадают из газового потока либо под действием сил тяжести и инерции, в том числе центробежных сил, либо захватываются жидкостью и выводятся из аппарата в виде шлама. Таким образом, в мокрых пылеуловителях промывающая жидкость используется одновременно как для интенсификации осаждения пылевых частиц, так и для удаления осадка за пределы газового потока. При мокрой очистке газа происходит также его охлаждение.

В оросительных устройствах запыленный газ пропускается через завесу распыляемой или разбрызгиваемой воды. Сталкиваясь с каплями жидкости, частицы пыли смачиваются, укрупняются и утяжеляются и под действием сил тяжести выпадают из газового потока.

Рис. 4. Оросительное устройство.

На рис 4 показано оросительное устройство, представляющее собой ряд форсунок или брызгал 3, установленных в газоходе 1 и дымовой трубе 2 и создающих в них сплошную водяную завесу. Скорость прохождения газового потока через завесу не превышает 3 м/с во избежание уноса брызг воды. Образующийся шлам удаляется через патрубок 4.

Эффективность очистки газа в подобном устройстве невысока. Даже при улавливании частиц пыли крупнее 20 мкм степень очистки не превышает 50-60%. Объемный расход воды составляет 0,1-0,3 л/м³ в зависимости от температуры очищаемых газов и требуемой степени их охлаждения.

Более тесный контакт очищаемого газа с жидкостью, а, следовательно, и большая эффективность очистки достигается при использовании насадочных скрубберов (рис. 5).

Рис. 5. Насадочный скруббер.

Внутри корпуса 4 аппарата на колосниковой решетке помещается насадка 3, состоящая из небольших элементов, обладающих химической стойкостью, механической прочностью, малой массой и большой поверхностью единицы объема. Наибольшее распространение для химически агрессивных сред получила насадка, состоящая из керамических колец диаметром 15-50 мм, засыпаемых навалом. При нейтральных и неагрессивных к дереву промывочных жидкостях и газах с невысокой температурой применяют так называемую хордовую насадку, выполненную из сосновых или еловых досок, уложенных определенным образом.

В верхней части аппарата располагается оросительное устройство 2. Очищаемый газ вводится в нижнюю часть скруббера (под насадку) через патрубок 6. Двигаясь снизу вверх, он проходит через смоченную поверхность насадки и в верхней части - арата уже очищенным выходит через патрубок 1. Смачивающая насадку вода стекает с ее поверхности и собирается в бункере 8, откуда через гидрозатвор 9 выводится из аппарата. Если скруббер работает под повышенным давлением газа, то для подержания требуемого уровня воды в бункере устанавливают поплавковый регулятор 7. для замены насадки в корпусе скруббера имеются лазы 5.

Метод электрической очистки газа в электрофильтрах от взвешенных в нем частиц мелкодисперсной пыли и жидкости основан на явлении ионизации газовых молекул в электрическом поле высокого напряжения. Частицы получают заряд от ионов газа и осаждаются на электродах электрического фильтра, а очищенный газ выводится из аппарата

Рис. 6. Принципиальная схема электрофильтра

Принципиальная схема электрофильтра представлена - на рис. 6. Установка состоит из собственно электрофильтра, в котором газ очищается от взвешенных в нем частиц, и питающего электроагрегата, предназначенного для подачи тока высокого напряжения на электроды электрофильтра. Цепь электроагрегата включает рубильник 1, предохранители 2, регулятор напряжения 3, трансформатор 4, повышающий напряжение сети 220 или 380 В до 50-1.10 кВ, выпрямителя 5, а также аппаратуру автоматики, контроля, сигнализации и блокировки.

При помощи кабеля или шин высокое напряжение подается на электроды электрофильтра. В создаваемом при этом неоднородном электрическом поле вокруг отрицательного центрального электрода 9, называемого коронирующим, введенного в корпус электрофильтра через изолятор 6 и натянутого грузом 10, возникает коронный разряд. Получившие от коронирующего электрода отрицательный заряд частицы пыли двигаются к положительному (осадительному) электроду 7, которым являются стенки электрофильтра, соединенному с положительным контактом выпрямителя и заземлением 8.

2. Влияние загрязненного воздуха на здоровье человека

Загрязненный атмосферный воздух воздействует на здоровье человека и на окружающую природную среду медленно постепенно разрушая различные системы жизнеобеспечения организма. Так, диоксид серы, соединяясь с влагой, образует серную кислоту, которая разрушает легочную ткань человека и животных. Пыль, содержащая диоксид кремния, вызывает тяжелое заболевание легких -- силикоз. Оксиды азота раздражают, а в тяжелых случаях и разъедают слизистые оболочки, например глаз, легких, участвуют в образовании ядовиты туманов и т. д. Особенно опасны они, если содержатся в загрязненном воздухе совместно с диоксидом серы и другими токсичными соединениями. В этих случаях даже при малых концентрациях загрязняющих веществ возникает эффект синергизма, т. е. усиление токсичности всей газообразной смеси. Широко известно действие на человеческий организм оксида углерода (угарного газа). При остром отравлении появляются общая слабость, головокружение, тошнота, сонливость, потеря сознания, возможен летальный исход (Даже спустя 3-7 дней). Однако из-за низкой концентрации СО в атмосферном воздухе он, как правило, не вызывает массовых отравлений, хотя и очень опасен для лиц, страдающих анемией и сердечно-сосудистыми заболеваниями. Среди взвешенных твердых частиц наиболее опасны частицы размером менее 5 мкм, которые способны проникать в лимфатические узлы, задерживаться в альвеолах легких засорять слизистые оболочки.

Весьма неблагоприятные последствия, которые могут сказываться на огромном интервале времени, связаны и с такими незначительными, по объему выбросами, как свинец, фосфор, кадмий, мышьяк, кобальт и др. Они угнетают кроветворную систему, вызывают онкологические заболевания, снижают сопротивление организма инфекциям и т. д. Пыль, содержащая соединения свинца и ртути, обладает мутагенными свойствами и вызывает генетические изменения в клетках организма. Последствия воздействия на организм человека вредных веществ, содержащихся в выхлопных газах автомобилей, весьма серьезны и имеют широчайший диапазон действия от кашля до летального исхода.

Бензол является потенциальным возбудителем рака. Высокие концентрации бензола можно обнаружить в воздухе городов, и они могут увеличить количество заболеваний раком. Обнаружение этого источника затруднено из-за значительной роли других источников бензола для людей, например табачного дыма. Другим ароматическим соединением, присутствующим в больших концентрациях в бензине, является толуол (С₆Н₅СН₃).Толуол с меньшей вероятностью, чем бензол, может вызывать рак, но он имеет ряд нежелательных качеств. Возможно, наиболее важной является его реакция с образованием соединения типа ПАН, пероксибензилнитрата, который служит потенциальным раздражителем глаз.

Таблица 1 - Влияние выхлопных газов автомобиля на здоровье человека

3. Озоновый слой планеты. Причины образования озоновых дыр

Стратосферный озоновый слой защищает людей и живую природу от жесткого ультрафиолетового и мягкого рентгеновского излучения в ультрафиолетовой части солнечного спектра. Каждый потерянный процент озона в масштабах планеты на 2,6% увеличивает число раковых заболеваний кожи. Установлено, что жесткий ультрафиолет подавляет иммунную систему организма.

Озон -- трехатомные молекулы кислорода -- рассеян над Землей на высоте от 15 до 50 км; озоновая защитная оболочка очень невелика: всего 3 млрд. т газа, наибольшая концентрация -- на высоте от 20 до 25 км. Если гипотетически сжать ту оболочку при нормальном атмосферном давлении, получится слой всего в 2 мм, однако без него жизнь на планете невозможна.

Запуск мощных ракет, ежедневные полеты реактивных самолетов в высоких слоях атмосферы, испытания ядерного и термоядерного оружия, ежегодное уничтожение природного озонатора - миллионов гектаров леса -- пожарами и хищнической рубкой, массовое применение фреонов в технике, парфюмерной и химической продукции в быту -- главные факторы, разрушающие озоновый экран Земли.

В последние годы над Северным и Южным полюсами возникли «озоновые дыры» площадью свыше 10 млн. км^» каждая, появились громадные «озоновые дыры» над многими странами Европы, над Россией. Разрушение озонового экрана Земли сопровождается рядом опасных явных и скрытых негативных воздействий на человека и живую природу.

Прорыв через «озоновые дыры» солнечных рентгено- и ультрафиолетовых лучей, энергия фотонов которых превышает энергию лучей видимого спектра в 50-100 раз, увеличивает число мощных лесных пожаров. В 1996 г. в России сгорело 2 млн. га леса, горели леса в Австралии, Северной и южной Америке, Африке, Европе, в Юго-Восточной Азии. Индонезийский лесной пожар 1997г., бушевавший почти пять месяцев, покрыл дымом не только Индонезию, но и Малую Азию, Сингапур, достиг Южно-Китайского моря. Люди задыхались от дыма, потерпел катастрофу авиалайнер.

Разрушителями озона являлись синтезированные человеком химические вещества, получившие название хлорфторуглероды (ХФУ). Инертные, негорючие, неядовитые, несложные в производстве, они получили широкое распространение -- в баллончиках с аэрозолями различного назначения, а также как охлаждающие жидкости в холодильниках и в кондиционерах, как растворители. Бромистый метил используется в качестве дезинфицирующего вещества для почв и товаров (включая карантинную обработку некоторых продуктов, предназначенных для международной торговли), применяется в качестве добавки к автомобильному топливу. Из бромистого метила высвобождается бром, который в 30-60 раз разрушительнее для озона, чем хлор. Другие химические соединения, разрушающие озоновый слой, используются в баллонах для тушения пожара, при изготовлении полистироловых стаканчиков и современных упаковок для фасовки продуктов и полуфабрикатов.

Механизм действия фреонов таков: попадая в верхние слои атмосферы, эти вещества, инертные у земной поверхности, преображаются. Под воздействием ультрафиолетового излучения химически связи в молекулах ХФУ нарушаются. В результате выделяется хлор, который при столкновении с молекулой озона вышибает из нее один атом. Озон перестает быть озоном, превращается в обычный кислород. Хлор же, соединившись временно с кислородом, вскоре опять оказывается свободным и «пускается в погоню» за следующей «жертвой». Его активности хватает, чтобы разрушит десятки тысяч молекул озона.

В 1997 г. постановлением правительства РФ создана Межведомственная комиссия по охране озонового слоя, отвечающая за реализацию принятой программы:

- организацию наблюдений, учета и контроля изменений состояния озонового слоя под влиянием хозяйственной деятельности иных процессов;

- установление и соблюдение нормативов предельно допустимых выбросов веществ, воздействующих на состояние озонового слоя;

- регулирование производства и использования веществ, разрушающих озоновый слой,

- применение мер ответственности за нарушение указанных требований.

Список химических веществ и отходов производства, вредно воздействующих на состояние озонового слоя атмосферы, утверждается специально уполномоченными государственными органами Российской федерации в области охраны окружающей среды.

Задача

Рассчитать коэффициент негерметичности (m, ч^-1) емкости газообразного хлора объемом 120 м³, имеющей рабочую температуру Тр = 800 К. Испытание емкости на герметичность проводили с использованием воздуха и установили G = 8 кг/ч; Рн=2,5*10⁶ Па, коэффициент запаса з=1,5. Сделать вывод о герметичности, если m_{нормативный} =0,07*10^-2 ,ч^-1.

Решение. Молекулярная масса хлора М_р = 71. По формуле (1) находим коэффициент негерметичности:

m = 8,3*10³G (1)

где 8,3*10³ - коэффициент, учитывающий время испытания (1 ч, Т = 293 К) и газовую постоянную воздуха Rв = 286,5 Дж/(кг_*К),

з - коэффициент запаса,

Тр - рабочая температура,

К; Мр - молекулярная масса рабочего газа.

m = 8,3*10³*8= 0,5*10^-3 ч^-1.

Вывод: Так как рассчитанный коэффициент негерметичности m меньше m_{нормативного} =0,07*10^-2 ,ч^-1 следовательно ёмкость имеет требуемую герметичность.

Список использованной литературы

1. Ансенов Ю.М., Дунев В.Л. Машиностроение и охрана окружающей среды. - Л.: Машиностроение. Ленинградское отделение. 1979. -224.,ил.

2. Коробкин В.И., Переделкин Л.В. Экология. Изд. 4-е, доп. И перераработ. - Ростов на Дону: изд-во «Феникс», 2003.- 576 с.

3. Новиков Ю.В. Экология, окружающая среда и человек: Учеб. пособие для вузов.- М.: Агентство «ФАИР», 1998.-320 с.

4. Путилов А.В., Копреев А.А., Петрухин Н.В. Охрана окружающей среды: Учеб. пособие для техникумов. - М.: Химия, 1991. - 224.,ил.