|
|
об.. Арустамов Е.А. Безопасность жизендеятельности. Учебник Издание десятое, переработанное и дополненное Под редакцией
Ограничительная техника. К ней относятся технические средства и приспособления, ограничивающие опасную зону возможного воздействия на человека производственных факторов.
Особую конструкцию представляют устройства, ограничивающие перемещение отдельных видов оборудования или грузов, такие конструкции применяются на оптовых базах, например тупиковые ограничители перемещения электроштабелеров, мостовых кранов, ограничители массы и высоты подъема грузов.
Предохранительные устройства —- это устройства, которые предупреждают возникновение опасных производственных факторов при различных технологических процессах и работе оборудования путем нормализации параметров процесса или отключения оборудования. Предохранительные устройства обеспечивают безопасный выпуск избытков газов, пара или жидкости и снижают давление в сосуде до безопасного; предупреждают выброс материалов; отключают оборудование при перегрузках и т. д.
Средства сигнализации. К средствам сигнализации относятся устройства, предупреждающие обслуживающий персонал о пуске и остановке оборудования, нарушениях и экстремальных отклонениях технологических процессов и работы производственного оборудования, повышенных концентрациях ядовитых и взрывоопасных газов в помещении. Сигнализация может быть световой, звуковой или той и другой одновременно.
Защитные устройства ограждают человека от возможного воздействия опасных производственных факторов. Они разнообразны по назначению и конструктивному оформлению. К ним относятся различные экраны, защищающие человека или части его тела от травмирования отлетающими осколками или частицами обрабатываемых материалов; устройства, защищающие от воздействия брызг кислот, щелочей и расплавов. Например, мониторы компьютеров оборудуют защитными экранами, чтобы предотвратить вредное воздействие на организм оператора.
2. Средства индивидуальной защиты
Если безопасность работ не может быть обеспечена конструкцией оборудования, организацией производственных процессов, архитектурно-планировочными решениями и техническими средствами безопасности, то применяют средства индивидуальной защиты. В зависимости от назначения средства индивидуальной защиты (СИЗ) включают: специальную одежду и обувь, изолирующие костюмы, средства защиты органов дыхания, глаз, рук, головы, лица, органов слуха, предохранительные приспособления и защитные дерматологические средства.
Специальная одежда служит для предохранения тела работающих от неблагоприятного воздействия механических, физических и химических факторов производственной среды.
Спецодежда должна надежно защищать от вредного производственного фактора, не нарушать нормальной терморегуляции организма, обеспечивать свободу движений, удобство ношения и хорошо очищаться от загрязнений, не изменяя при этом своих свойств.
Специальная обувь должна защищать ноги работников от воздействия опасных и вредных производственных факторов. Спецобувь изготовляют из кожи и кожзаменителей, плотных хлопчатобумажных тканей с полихлорвиниловым покрытием, резины. Вместо кожаной подошвы часто применяют кожзаменитель, резину и др. В химических производствах, где применяют кислоты, щелочи и другие агрессивные вещества, пользуются резиновой обувью. Широко применяют также пластмассовые сапоги из смеси поливинилхлоридных смол и синтетических каучуков.
Для защиты стопы от повреждений, связанных с падением на нога отливок и поковок, обувь снабжают стальным носком, выдерживающим удар до 20 кг.
Средства защиты глаз и лица — это очки открытого и закрытого типов, козырьковые очки, ручные и наголовные щитки, шлемы, защищающие глаза и органы дыхания. При механической обработке материалов применяют очки закрытого типа с безосколочными стеклами. При разливке металлов и сплавов, агрессивных жидкостей рекомендуют очки закрытого типа, маски с экраном или светофильтром. Отраженный свет излучения требует применения очков закрытого типа или масок с защитным экраном и светофильтрами. Для защиты глаз от лучистой энергии применяют очки со светофильтрами. Специальные очки с металлизированными стеклами используют для защиты глаз от электромагнитных излучений в диапазонах миллиметровых, сантиметровых, дециметровых и метровых волн.
От металлических повреждений и излучения защищают специальные щитки и маски. Для защиты электросварщиков выпускается щиток-маска, щиток наголовный или маска защитная с прозрачным экраном.
Средства защиты органов дыхания подразделяются на фильтрующие и изолирующие. К фильтрующим средствам относятся противопылевые респираторы и противогазы. Для защиты от пыли применяют бесклапанные и клапанные респираторы.
Бесклапанные респираторы, обычно разового или кратковременного действия, защищают от пыли в условиях нормальной влажности и температуры окружающего воздуха.
Респираторы клапанного типа состоят из лицевой части и фильтрующего устройства. Они используются при больших концентрациях пыли в воздухе. Фильтрующие противогазы служат для защиты органов дыхания от вредных паров и газов. Они состоят из лицевой части (маски или полумаски) и фильтрующей коробки, наполненной сорбентами для очистки вдыхаемого воздуха.
В качестве поглотителей используется активированный уголь, силикагель, хемосорбенты-поглотители. Изолирующие шланговые респираторы с подачей чистого воздуха через шланг путем самовсасывания применяются при больших концентрациях газов и паров и содержании кислорода менее 16%. Для защиты маляров-пульверизаторщиков от лакокрасочного тумана при особо неблагоприятных условиях рекомендуется пользоваться шланговым респиратором РМП-62.
При работах в условиях высокой запыленности пользуются шлемами с подачей воздуха в подшлемное пространство; при работах с веществами, раздражающими или проникающими через кожный покров, применяют пневмокостюм из полиэтиленовой пленки, также с подачей внутрь чистого воздуха. Аналогичные пневмокостюмы, но из невоспламеняемых и неплавящихся тканей (прорезиненные ткани, брезент) применяют для кратковременных работ при особо высоких температурах.
Защитные дерматологические средства служат для предупреждения заболеваний кожи при воздействии некоторых вредных производственных факторов.
Эти защитные средства выпускают в виде мазей или паст, которые по назначению подразделяются:
• на мази и пасты для защиты от нефтепродуктов, растворителей различных углеводородов, жиров, масел, лаков, красок и других органических веществ;
• на мази и пасты для защиты от воды, водных растворов кислот, щелочей, солей, охлаждающих водомасляных эмульсий.
Мази и пасты первой группы гидрофильны и содержат в основном вещества, легко смачиваемые водой и растворимые в ней. Будучи нанесены на кожу, они создают защитный слой, непроницаемый для органических веществ. К ним относятся паста ХИОТ-6, паста Селисского, ИЭР-1, "Миколан", "Ялот".
Мази и пасты второй группы гидрофобны и содержат в основном жиры и невысыхающие масла или пленкообразующие вещества. Будучи втертыми в кожу, они образуют в порах и на поверхности кожи барьер, защищающий от вредного воздействия воды, водных растворов солей, кислот, щелочей. К ним относятся цинк-стеаратная паста No 2, ИЭР-2, паста Чумакова, защитный силиконовый крем.
3. Средства защиты окружающей среды от вредных факторов (экобиозащитная техника)
Вредные факторы технических систем, технологических и производственных процессов различных объектов экономики неблагоприятно влияют не только на работающих, но и на окружающую среду современных городов. Активной формой защиты окружающей среды населенных мест от вредного воздействия промышленных предприятий является переход к малоотходным и безотходным технологиям, а в условиях сельскохозяйственного производства — к биологическим методам борьбы с сорняками и вредителями.
Вместе с тем в качестве дополнительных и достаточно эффективных средств защиты в настоящее время широко применяются как различное очистное оборудование (аппараты и системы очистки пылевых и газовых выбросов, сточных вод и др.), так и специальные технические устройства по уменьшению интенсивности различных энергетических воздействий техногенного происхождения.
3.1. Очистка газопылевых выбросов
Основной физической характеристикой примесей атмосферы является концентрация — масса (мг) вещества в единице объема (м3) воздуха при нормальных условиях. Концентрация примесей (мг/м3) определяет физическое, химическое и другие воздействия веществ на окружающую среду и человека и служит основным параметром при нормировании содержания примесей в атмосфере.
Процесс очистки газов от твердых и капельных примесей в различных аппаратах характеризуется несколькими параметрами, в частности общей эффективностью очистки:
с — с у. вх вых с вх где свх и свых — массовые концентрации примесей в газе соответственно до и после пылеуловителя;
Г) — эффективность очистки.
Если очистка ведется в системе последовательно соединенных аппаратов, то общая эффективность очистки: Л = 1 - (1 - MI) Ц " л2) - (1 - Л„), где Ч1, Г)2, цп — эффективность очистки 1, 2 и n-го аппаратов.
В ряде случаев используют понятие фракционной эффективности очистки: 4i = - с вых, С вх. где с. и с. ВЫХ] массовые концентрации i-й фракции загрязнителя до и после пылеуловителя.
Для оценки эффективности процесса очистки также используют коэффициент проскока (К) частиц через пылеуловитель: Коэффициент проскока и эффективность очистки связаны соотношением
При сравнительной оценке задерживающей способности пылеуловителей различных типов, кроме общей и фракционной эффективности очистки, используют понятие "медианной с!50 тонкости очистки". Она определяется размерами частиц, для которых эффективность осаждения в пылеуловителе составляет 0,50.
Классификация пылеулавливающего оборудования основана на принципиальных особенностях механизма отделения твердых частиц от газовой фазы. Пылеулавливающее оборудование разнообразно и может быть разделено на 4 типа.
Простыми и широко распространенными являются аппараты сухой очистки воздуха и газов от крупной неслипающейся пыли. К их числу относятся разнообразные по конструкции циклоны, принцип действия которых основан на использовании центробежной силы, воздействующей на частицы пыли во вращающемся потоке воздуха вых С вх К = 1 - Г).
Аппараты сухой очистки
Циклоны
Пылеосадительные камеры
Жалюзийные пылеуловители
Ротационные пылеуловители
Дымососы и золоуловители
Пылеулавливающее оборудование
Аппараты мокрой очистки
Полые скрубберы
Скрубберы
Вентури
Насадочные скрубберы
Барботажные и пенные скрубберы
Ударно- инерционные аппараты
Центробежные скрубберы
Скоростные скрубберы
Аппараты фильтрационной очистки
Волокнистые фильтры
Мокрые фильтры - ту- маноуловители
Воздушные фильтры
Тканевые фильтры
Зернистые фильтры
Однозонные 1
Аппараты электрофильтрационной очистки
Сухие электрофильтры
Мокрые электрофильтры
Двухзонные
Гор изонтальные
Вертикальные
Пластинчатые
Трубчатые
Однопольные
Многопольные
Газы, подвергаемые очистке, вводятся через патрубок по касательной к внутренней поверхности корпуса. За счет тангенциального подвода происходит закрутка газопылевого потока. Частицы пыли отбрасываются к стенке корпуса и по ней ссыпаются в бункер. Газ, освободившись от пыли, поворачивает на 180° и выходит из циклона через трубу. Циклон рекомендуется использовать для предварительной очистки газов и устанавливать перед фильтрами или электрофильтрами.
Для разделения газового потока на очищенный и обогащенный пылью газ используют жалюзийные пылеотделители.
На жалюзийной решетке поток газа, подаваемого на очистку, с расходом Q разделяется на два потока: очищенный с расходом Qj = (0,8 — 0,9) • Q и обогащенный пылью Q2 = (0,1 - 0,2) • Q.
Отделение частиц пыли от основного газового потока на жалюзийной решетке происходит под действием инерционных сил, которые заставляют частицы пыли двигаться вдоль жалюзийной решетки, а также за счет отражения частиц от поверхности решетки при соударении. Очищенный от пыли поток воздуха проходит через отверстия жалюзийной решетки.
Обогащенный пылью газовый поток направляется в циклон, где очищается от пыли, и подводится в очищенный поток газа за жалюзийной решеткой. Жалюзийные пылеотделители отличаются простотой конструкции. Они применяются для очистки дымовых газов от крупно дисперсной пыли при температуре до 450—600 °С.
Ротационные пылеуловители предназначены для очистки воздуха от частиц размером более 5 мкм и относятся к аппаратам центробежного действия, которые одновременно с перемещением воздуха очищают его от пыли. Принципиальная конструкция простейшего ротационного пылеотделителя представлена на рис. 4.4. Вентиляторное колесо обеспечивает подачу содержащего пыль воздуха или газа, причем частицы пыли, обладающие большей массой, под действием центробежных сил отбрасываются к стенке спиралеобразного кожуха и движутся вдоль нее в направлении пылеприемного отверстия, через которое они отводятся в пылевой бункер, а очищенный газ поступает в отводящий патрубок. Аппараты ротационного типа отличаются компактной конструкцией, так как вентилятор и пылеуловитель совмещены в одном корпусе и обеспечивают достаточно высокую эффективность очистки воздуха или газа, содержащих сравнительно крупные частицы пыли размером более 20
40 мкм.
Аппараты мокрой очистки газов, или скрубберы, широко распространены, так как отличаются высокой эффективностью очистки от частиц мелкодисперсной пыли размером более 0,3-1,0 мкм, а также возможностью очистки от пыли горячих и взрывоопасных газов. Принцип действия основан на осаждении частиц пыли на поверхности капель или пленки жидкости, в качестве которой используется либо вода (при очистке от пыли), либо химический раствор (при улавливании одновременно с пылью вредных газообразных компонентов).
Комплексная очистка газов — это достоинство аппаратов мокрой очистки — полых форсуночных скрубберов.
Простыми по конструкции являются полые или форсуночные скрубберы, в которых запыленный газовый поток по патрубку направляется на зеркало жидкости, на котором осаждаются наиболее крупные частицы пыли. Затем запыленный газ, равномерно распределенный по сечению корпуса, поднимается навстречу потоку капель жидкости, подаваемой в скруббер через форсуночные пояса, которые образуют несколько завес из распыленной на капли орошающей жидкости. Аппараты этого типа работают по принципу противотока.
Очищаемый газ движется навстречу распыляемой жидкости. Эффективность очистки, достигаемая в форсуночных скрубберах, невысока и составляет 0,6-0,7 для частиц размером более 10 мкм. Одновременно с очисткой газ, проходящий через полый форсуночный скруббер, охлаждается и увлажняется до состояния насыщения.
Наряду с полыми скрубберами широко используются насадочные скрубберы (рис. 4.6), представляющие собой колонны, заполненные специальными насадками в виде колец или шариков, изготовленных из пластмассовых или керамических элементов, или крупный шлак и щебень. Насадка может распределяться в виде отдельных регулярных слоев или беспорядочно.
За счет насадки скруббер обладает хорошо развитой поверхностью контакта между газом и орошающей жидкостью, пленка которой образуется на элементах насадки и постоянно разрушается, перетекая с одного элемента насадки на другой.
Насадочные скрубберы используются в основном для предварительного охлаждения газа, улавливания тумана или хорошо растворимой пыли, например сульфата натрия, присутствующего в дымовых газах содорегенерационных котлоагрегатов.
Для мокрой очистки нетоксичных или невзрывоопасных газов от пыли применяют центробежные скрубберы, в которых частицы пыли отбрасываются на пленку жидкости центробежными силами, возникающими при вращении газового потока в аппарате за счет тангенциального расположения входного патрубка в корпусе. Пленка жидкости толщиной не менее 0,3 мм создается подачей воды через распределительное устройство и непрерывно стекает вниз, увлекая в бункер частицы пыли. Эффективность очистки газа от пыли в аппаратах такого типа зависит главным образом от диаметра корпуса аппарата, скорости газа во входном патрубке и дисперсности пыли.
Наиболее распространенными аппаратами мокрой очистки газов являются скрубберы Вентури, которые состоят из орошающей форсунки, трубы Вентури и каплеуловителя. Труба Вентури состоит из сужающегося участка (конфузора), в который подаются очищаемый газ и жидкость из расширяющегося участка (диффузора). Орошающая жидкость подается при помощи форсунок, распыляющих ее на капли, движущиеся со скоростью 30-40 м/с. Этот поток капель увлекает очищаемые газы. В трубе Вентури происходит осаждение частиц пыли на каплях жидкости, которое зависит от поверхности капель и скорости частиц жидкости и пыли в диффузорной части. Степень очистки в значительной мере зависит от равномерности распределения капель жидкости по сечению конфузорной части трубы Вентури. В диффузорной части скорость потока снижается до 15—20 м/с и подается в каплеуловитель. Каплеуловитель представляет собой прямоточный иклон. Скрубберы Вентури обеспечивают высокую эффективность очистки аэрозолей (до 99%) со средним размером частиц 1-2 мкм при начальной концентрации примесей до 100 г/м3.
К мокрым пылеуловителям относятся барботажно-пенные пылеуловители с провальной и переливной решетками. В таких аппаратах очищаемый газ подается под решетку и проходит через слой жидкости, очищаясь от частиц пыли. При скоростях очищаемого воздуха или газа, не превышающих 1 м/с, последний пробулькивает через слой орошающей жидкости в виде отдельных пузырьков. Такой режим работы аппарата называется барботажным. Увеличение скорости очищаемого газа в корпусе аппарата до 2-2,5 м/с приводит к возникновению пенного слоя над слоем жидкости, что повышает эффективность очистки газа за счет более интенсивного перемешивания газовой и жидкой фаз. Современные барботажно-пенные пылеуловители обеспечивают эффективность очистки газа от мелкодисперсной пыли до 0,95-0,96.
Недостатком таких аппаратов является засорение решеток, что приводит к снижению эффективности очистки газов при их неравномерной подаче под решетку, приводящей к местному сдуву с нее слоя жидкости. К недостаткам работы мокрых пылеуловителей следует отнести: образование большого количества шламосодержащих стоков, для обработки которых необходимо специальное оборудование; наличие в очищенных газах капель жидкости с частицами пыли, забивающие газоходы, дымососы и вентиляторы. Для отделения очищенного воздуха от капель и брызг жидкости все сепараторы снабжены специальными устройствами. Аппараты фильтрационной очистки предназначены для тонкой очистки газов за счет осаждения частиц пыли на поверхности пористых фильтрующих перегородок. Осаждение частиц в порах фильтрующих элементов происходит в результате совокупного действия эффекта касания, а также диффузионного, инерционного и гравитационного процессов.
Классификация фильтров основана на типе фильтровальной перегородки, конструкции фильтра и его назначении, тонкости очистки и т. д.
По типу перегородки фильтры бывают: с зернистым слоем (неподвижные свободно насыпанные зернистые материалы, псевдосжиженные слои); с гибкими пористыми перегородками (ткани, войлоки, волокнистые маты, губчатая резина, пенополиуретан и др.); с полужесткими пористыми перегородками (вязаные и тканые сетки, прессованные спирали и стружка); с жесткими пористыми перегородками (пористая керамика, пористые металлы и др.). Выбор фильтрующих материалов зависит от очистки и условий их работы: степени очистки, температуры, влажности, агрессивности газов, количества и размеров пыли. Большинство промышленных фильтрующих установок работает в двух режимах — фильтрации и регенерации, т. е. очистки от уловленной пыли. Регенерация повышает степень использования фильтрационных материалов и удешевляет процесс очистки. Она производится путем встряхивания, периодической продувкой или промывкой. В результате поры материалов освобождаются от уловленной пыли, и материал можно использовать повторно.
В системах промышленной газоочистки широкое распространение нашли рукавные фильтры непрерывного действия с импульсной продувкой, с цилиндрическими рукавами из шерстяной или синтетической ткани (рис. 4.10). Скорость прохождения газа через поры тканей, т. е. скорость фильтрации, невысока и составляет от 0,02 до 0,2 м/с.
Очистка (регенерация) фильтрационной ткани, из которой изготовлен рукав, производится периодической импульсной продувкой сжатым воздухом каждого рукава по очереди. Такие фильтры могут состоять из одной или нескольких секций, в каждой из которых может быть от 4-6 до нескольких сотен рукавов. При очистке больших объемных расходов газов при небольших скоростях фильтрации поверхность фильтрующих рукавов достаточно велика, что приводит к большим габаритам таких фильтров.
Аппараты электрофильтрационной очистки предназначены для очистки больших объемных расходов газа от пыли и тумана (масляного), в частности дымовых газов содорегенерационных котлоагрегатов. Конструкция таких агрегатов отличается большим разнообразием, но принцип действия одинаков и основан на осаждении частиц пыли в электрическом поле.
Очищаемые газы проходят через систему коронирующих и осадительных электродов. К коронирующим электродам подведен ток высокого (до 60 ООО В) напряжения, благодаря коронному разряду происходит ионизация частиц пыли, которые приобретают электрический заряд. Заряженные частицы двигаются в электрическом поле в сторону осадительных электродов и оседают на них. Осевшая пыль удаляется из электрофильтров встряхиванием электродов в сухих электрофильтрах или промывкой в мокрых. В однозонных электрофильтрах ионизация и осаждение частиц осуществляются в одной зоне. Для тонкой очистки газов более эффективными являются двухзонные электрофильтры, в которых ионизация частиц происходит в специальном ионизаторе. Электрофильтры могут состоять из одной или нескольких секций, в каждой из которых создается свое электрическое поле. Аппараты с последовательным расположением таких секций называются многопольными, а с параллельными — многосекционными или многокамерными.
Для очистки вентиляционных выбросов от пыли, туманов минеральных масел, пластификаторов и т. п. разработаны электрические туманоуловители типа УУП. Они состоят из корпуса, в котором установлен блок электродов ФЭ (двух- зонный электрофильтр), который питается от источника напряжением 13 кВ. Подвод питания к электродам осуществляется через высоковольтные электроизоляторы с клеммами. Загрязненный воздух через входной патрубок, распределительную решетку и сетку поступает к блоку электродов, очищается от примесей и, пройдя каплеуловитель, подается на выход. Примеси загрязнений, отделенные от воздуха, собираются в воронках и сливаются через гидрозатворы. Туманоуловители УУП отличаются высокой эффективностью и низким гидравлическим сопротивлением.
Условием эффективной работы электрофильтров является герметичность камер, исключающая подсос воздуха, приводящий к вторичному уносу загрязнений. Достоинство электрофильтров — высокая эффективность очистки при соблюдении оптимальных режимов работы, сравнительно низкие затраты энергии, а недостаток — большая металлоемкость и крупные габариты.
Очистка газовых выбросов от газо- и парообразных загрязнителей. В настоящее время существует 2 типа газо- и пароулавливающих установок. Первый тип установок обеспечивает санитарную очистку выбросов без последующей утилизации уловленных примесей, количество которых невелико, но которые даже в малых концентрациях опасны для здоровья человека. Второй тип предназначен для промышленной очистки выбросов от больших количеств вредных примесей с последующей их концентрацией и дальнейшим использованием в качестве исходного сырья в различных технологических процессах. Установки второго типа являются составляющими элементами разрабатываемых перспективных малоотходных и безотходных технологий.
Методы очистки промышленных выбросов от газообразных и парообразных загрязнителей по характеру протекания физико-химических процессов подразделяются на пять основных групп: промывка выбросов растворителя примесей (абсорбция); промывка выбросов растворами реагентов, связывающих примеси химически (хемосорбция); поглощение газообразных примесей твердыми активными веществами (адсорбция); термическая нейтрализация отходящих газов и поглощение примесей с помощью каталитического превращения.
Оборудование для очистки от газо- и парообразных загрязнителей:
Аппараты абсорбционной очистки
Насадные абсорберы
Распиливающие абсорберы
Скрубберы
Вентури
Форсуночные и центробежные скрубберы
Барботажные, ионные и др. скрубберы
Аппараты адсорбционной очистки
Периодического действия
Непрерывного действия
Аппараты термической нейтрализации
Прямого сжигания
Термического окисления
Каталитического действия
Метод абсорбции обеспечивает очистку газовых выбросов путем разделения газовоздушной смеси на составные части за счет поглощения одной или нескольких вредных примесей (абсорбатов), содержащихся в этой смеси, жидким поглотителем (абсорбентом) с образованием раствора.
Для удаления из технологических выбросов таких газов, как аммиак, хлористый или фтористый водород, в качестве жидкого поглотителя применяется вода. Растворимость этих вредных веществ в воде составляет сотни граммов на 1 кг воды. Растворимость в воде сернистого ангидрида или хлора не превышает сотых долей грамма на 1 кг воды, поэтому при обработке газовых примесей, содержащих эти вредные газы, требуются большие количества воды. В качестве абсорбентов используются и другие жидкости, например раствор сернистой кислоты для улавливания водяных паров или вязкие масла для улавливания ароматических углеводородов из коксового газа.
Контакт очищаемых газов с абсорбентом осуществляется пропусканием газа через насадочную колонну, либо распылением поглощающей жидкости, либо барботажем через ее слой. В зависимости от способа контакта "газ — жидкость" различают следующие аппараты: насадочные башни; форсуночные и центробежные скрубберы; скрубберы Вентури; барботажно-пенные, тарельчатые и другие типы скрубберов.
Конструкция широко используемых для абсорбционной очистки противопоточных насадочных башен аналогична конструкции насадочного скруббера, который может иметь несколько слоев насадки, увеличивающих площадь контакта газа с абсорбентом. Очищенный газ обычно отводится в атмосферу, а жидкость, содержащую вредные растворимые примеси, подвергают регенерации для отделения вредных веществ, после чего возвращают в аппарат или отводят в качестве отхода.
Метод хемосорбции заключается в поглощении вредных газовых и паровых примесей, содержащихся в газовых выбросах, твердыми или жидкими поглотителями с образованием малолетучих или малорастворимых химических соединений.
Этот метод применяют при небольших концентрациях вредных примесей в отходящих газах. Методом хемосорбции осуществляют очистку газовоздушной смеси от сероводорода с использованием мышьяково-щелочного, этаноламинового и других растворов. Сероводород при этом связывается в соответствующей хемосорбенту соли, находящейся в водном растворе, регенерация которого осуществляется кислородом, содержащимся в очищенном воздухе, с образованием серы, которая может быть использована как сырье.
Очистка газов с помощью хемосорбции осуществляется в насадочных башнях, пенных и барботажных скрубберах, распылительных аппаратах типа труб Вентури и в аппаратах с различными механическими распылителями.
Широко распространены скрубберы с подвижной насадкой, аналогичные по конструкции скрубберам. Насадка в виде сплошных, полых и перфорированных шаров, колец, полуколец, кубиков и элементов другой формы совершает пульсационное движение, что интенсифицирует процесс взаимодействия очищаемых газов с орошающей жидкостью, а также удаляет образующийся в результате химической реакции осадок со стенок корпуса аппарата или опорной решетки. Такие аппараты эффективно очищают газовые выбросы, производительны и имеют низкое гидравлическое сопротивление.
Метод хемосорбции широко применяют для очистки отходящих газов от окислов азота, образующихся при сжигании топлива, выделяющихся из ванн для травления и в других технологических процессах. Очистка осуществляется в скрубберах с использованием в качестве хемосорбента известкового раствора. Эффективность очистки от окислов азота составляет 0,17-0,86 и от паров кислот — 0,95. Достоинство методов абсорбции и хемосорбции заключается в непрерывности ведения технологического процесса и экономичности очистки больших количеств газовых выбросов.
Недостаток — громоздкость оборудования и необходимость создания систем жидкостного орошения. В процессе очистки газы подвергаются охлаждению, что снижает эффективность их рассеяния при отводе в атмосферу. В процессе работы абсорбционных аппаратов образуется большое количество отходов, состоящих из смеси пыли, поглощающей жидкости и вредных примесей, которые подлежат транспортировке и утилизации, что усложняет и удорожает процесс очистки.
Адсорбционный метод очистки газов основан на поглощении содержащихся в них вредных примесей поверхностью твердых пористых тел с ультрамикроскопической структурой, называемых адсорбентами. Эффективность процесса адсорбции зависит от пористости адсорбента, скорости и температуры очищаемых газов.
Чем больше пористость адсорбента и выше концентрация примеси, тем интенсивнее протекает процесс адсорбции. В качестве адсорбентов для очистки газов от органических паров, поглощения неприятных запахов и газообразных примесей, содержащихся в небольших количествах в промышленных выбросах, широко применяют активированный уголь, удельная поверхность которого составляет 102-103 м2/г. Кроме активированного угля используются активированный глинозем, селикагель, активированный оксид алюминия, синтетические цеолиты или молекулярные сита, которые наряду с активированным углем обладают высокой адсорбционной способностью и избирательностью поглощения определенных газов, механической прочностью и способностью к регенерации.
Последнее свойство очень важно, так как при снижении давления или повышении температуры оно позволяет удалять из адсорбента поглощенные газы без изменения их химического состава и тем самым повторно использовать адсорбент и адсорбируемый газ.
Аппараты адсорбционной очистки работают периодически или непрерывно и выполняются в виде вертикальных, горизонтальных или кольцевых емкостей, заполненных пористым адсорбентом, через который проходит поток очищаемого газа. Выбор конструкции определяет расход очищаемого газа, размер частиц адсорбента, степень очистки и другие факторы. Вертикальные адсорберы отличаются небольшой производительностью. Производительность горизонтальных и кольцевых адсорберов достигает десятков и сотен тысяч м3/ч. Наиболее распространены адсорберы периодического действия, в которых период очистки газов чередуется с периодом регенерации твердого адсорбента.
Адсорберы непрерывного действия представляют вертикальную многосекционную колонну с движущимся сверху вниз адсорбентом, который проходит зоны охлаждения, поглощения, ректификации, нагрева и десорбции и вновь возвращается в исходное положение. Газ поступает в зону поглощения и движется навстречу адсорбенту. На рис. 4.14 представлена схема адсорбционной установки для удаления сернистого ангидрида (S02) из горячих топочных газов. В качестве адсорбента в установке используют активированный уголь, которым заполняют адсорбер. Горячие топочные газы проходят через теплообменник, подогревая воздух, поступающий в топку и для обогрева десорбера, и подаются в нижнюю часть адсорбера, где при температуре 150-200 °С происходит улавливание S02. Очищенный дымовой газ выбрасывают в атмосферу через дымовую трубу. Адсорбент после насыщения переводится в десорбер, где с помощью нагретого в теплообменнике воздуха поддерживается температура 300-600 "С, при которой из адсорбента выделяется сернистый ангидрид, отводимый из десорбера и полезно используемый. Регенерированный адсорбент поступает в бункер, из которого подается в верхнюю часть адсорбера.
Установки периодического действия отличаются конструктивной простотой, но имеют низкие скорости газа и большие энергетические затраты на его прокачку. В установках непрерывного действия с подвижным слоем адсорбента полнее используется адсорбционная способность адсорбента, обеспечивается процесс десорбции, однако имеются значительные его потери за счет ударов частиц адсорбента друг о друга и истирания о стенки аппарата.
Термическая нейтрализация обеспечивает окисление токсичных примесей в газовых выбросах до менее токсичных при наличии свободного кислорода и высокой температуры газов. Этот метод применяется при больших объемах газовых выбросов и значительных концентрациях загрязняющих примесей.
Различают три схемы термической нейтрализации газовых выбросов: прямое сжигание в пламени, термическое окисление при температурах 600-800 °С и каталитическое сжигание при 250-450 "С. Выбор схемы нейтрализации зависит от химического состава загрязняющих веществ, их концентраций, начальной температуры, газовых выбросов, объемных расходов и предельно допустимых выбросов вредных веществ.
Прямое сжигание следует использовать только в тех случаях, когда отходящие газы содержат достаточно тепла, необходимого для осуществления процесса и составляющего более 50% общей теплоты сгорания. В процессе прямого сжигания температура пламени может достигать 1300 °С, что при наличии достаточного избытка воздуха и продолжительном времени нахождения газа при высокой температуре приводит к образованию окислов азота. В результате при прямом сжигании одних вредных примесей образуются другие загрязняющие вещества.
Прямое сжигание может осуществляться как непосредственно в открытом факеле, так и в замкнутых камерах. Системы прямого сжигания обеспечивают эффективность очистки 0,9-0,99, если время пребывания вредных примесей, органических отходов, окислов азота, токсичных газов, например цианистого водорода, в высокотемпературной зоне 0,5 с, а температура газов, содержащих углеводороды, не менее 500-650 "С, содержащих оксид углерода — 660-750 "С.
Термическое окисление применяется, когда отходящие газы имеют высокую температуру, но в них нет достаточного количества кислорода, либо когда концентрация горючих примесей настолько низка, что не обеспечивает подвод теплоты, необходимой для поддержания пламени.
Если отходящие газы имеют высокую температуру, то процесс дожигания происходит в камере с подмешиванием свежего воздуха. Так осуществляется дожигание оксида углерода и углеводородов, образующихся при работе автомобильного двигателя. Если отходящие газы имеют недостаточную для процесса окисления температуру, то они предварительно подогреваются в теплообменнике, а затем поступают в рабочую зону, в которой сжигают природный или другой высококалорийный газ. При этом горючие компоненты отходящих газов доводят до температуры, превышающей точки их самовоспламенения, и они сгорают в среде кислорода, присутствующего в отходящих газах. Основное преимущество термического окисления — относительно низкая температура процесса, что позволяет сократить расходы на изготовление камеры сжигания и исключить образование оксидов азота.
Каталитический метод предназначен для превращения вредных примесей, содержащихся в отходящих газах промышленных выбросов, в вещества безвредные или менее вредные для окружающей среды с использованием специальных веществ — катализаторов. Катализаторы изменяют скорость и направление химической реакции, например реакции окисления. В качестве катализаторов используют платину, палладий и другие благородные металлы или их соединения (окислы меди, марганца и т. п.). Катализаторная масса располагается в специальных реакторах в виде насадки из колец, шаров, пластин или проволоки, свитой в спираль, из нихрома, никеля, окиси алюминия с нанесенным на поверхность этих элементов слоем благородных металлов микронной толщины. Каталитические методы широко используютдля очистки от вредных примесей, содержащихся в газовоздушных выбросах цехов окраски, а также для нейтрализации выхлопных газов автомобилей.
3.2. Очистка промышленных и бытовых стоков
Исторически сложившееся размещение производственных комплексов в районах жилой застройки населенных мест не оптимально. Системы водоснабжения и водоотведения в таких агломерациях также являются совместными для жилой и промышленной зоны. На крупных предприятиях, как правило, имеется собственная система водного хозяйства с полным технологическим циклом от забора воды до ее очистки, обезвреживания и утилизации твердой фазы.
Основные элементы водного хозяйства населенного пункта и их взаимосвязь с окружающей природной средой:
1 — водозаборные сооружения; 2 — насосная станция первого подъема; 3 — очистные сооружения; 4 — резервуары; 5 — насосная станция второго подъема; 6 — водопроводная сеть; 7 — канализационная сеть; 8 — канализационная насосная станция; 9 — механическая очистка; 10 — биологическая очистка; 11 — дезинфицирование вод; 12 — биологические пруды; 13 — сброс очищенной воды; 14 — дождевая сеть, артезианские скважины; 15 — очистные сооружения; 16 — промышленное предприятие; 17 — водооборотные циклы; 18 — охладители
Водозаборные сооружения забирают природную воду из поверхностного водоисточника. Насосная станция первого подъема по напорным трубопроводам подает ее на очистные сооружения. Здесь вода очищается до питьевого качества и из резервуаров насосной станцией второго подъема подается в населенный пункт, как правило, имеющий кольцевую водопроводную сеть. Вода используется на питьевые, хозяйственные нужды, полив улиц и насаждений, на предприятиях местной промышленности.
Использованную воду (сточные воды) по закрытой канализационной сети отводят за пределы города и главной канализационной насосной станцией подают на городские очистные сооружения.
Здесь сточные воды проходят механическую и биологическую очистку, дезинфицируются и подаются на биологические пруды, где очищаются в естественных условиях. После прудов вода по своим качествам незначительно отличается от воды естественного водоема и может сбрасываться в реку, озеро и т. д.
Атмосферные воды, которые отводятся дождевой сетью, проходят очистку от взвешенных веществ и нефтепродуктов на сооружениях, также сбрасываются в биологические пруды или непосредственно в приемник вод (водоем). Город может также снабжаться питьевой водой и из подземных источников — артезианских скважин.
Промышленное предприятие потребляет питьевую и техническую воду. Техническая вода чаще всего применяется в водооборотных циклах. Для охлаждения вода используется повторно после снижения температуры в охладителях. Сточные воды от промпредприятий, содержащие специфические загрязнения, а также дождевые и талые воды с территорий промплощадок могут сбрасываться в систему водоотведения населенного пункта и подвергаться биологической очистке совместно с городскими сточными водами после прохождения локальных очистных сооружений.
Системы водоснабжения промышленных предприятий в зависимости от водных и технологических процессов могут быть прямоточным, повторным (последовательным) и оборотным. В зависимости от технологического назначения вода в системе оборотного водообеспечения может быть подвергнута различной обработке. В системах оборотного водоснабжения безвозвратные потери воды (производство, испарение, выветривание, разбрызгивание, шлам, продувочный расход) компенсируют дополнительным, т. е. подпиточным, количеством свежей воды из источника.
Балансовые схемы расходования воды, сырья, загрязнений служат одним из исходных материалов при составлении экологических паспортов предприятия по ГОСТ 17.0.04-90 в разделе характеристики водопотребления, водоотведения и очистки вод, а также паспорта водного хозяйства населенных пунктов.
Совместные схемы водообеспечения и водоотведения промышленных предприятий и населенных мест разрабатываются при проектировании на основе технико-экономического сравнения вариантов с целью комплексного решения водохозяйственных проблем района, города или региона. Очистка сточных вод обеспечивается путем внедрения следующих технических решений и мероприятий.
Механическая очистка — совершенствование гидродинамических режимов существующих отстойных сооружений; применение вместо отстойников сетчатых установок; предварительная обработка сточных вод перед осветлением коагулянтами; расширение применения технологических процессов очистки вод, использующих центробежные силы для разделения суспензии и эмульсий, взамен гравитационных; совершенствование существующих и разработка новых фильтровальных установок.
Химическая очистка — применение более активных коагулянтов; совершенствование гидродинамических и массообменных характеристик, обеспечивающих полноту гидролиза, смешения, реакции; повторное использование шлаков и осадков химической очистки вод; выделение и утилизация в основном или вторичном производстве продуктов реакции; организация рациональной системы водоотведения производственных сточных вод, обеспечивающей их взаимоочистку после объединения на локальных очистных сооружениях.
Физико-химическая очистка —расширение и совершенствование процессов гипер-, ультрафильтрации, экстракции, адсорбции, ионообмена, позволяющих выделять и возвращать в основное производство продукты, а очищенные воды после корректировки состава до нормативных величин использовать в оборотном водоснабжении; разработка и создание новых селективных типов сорбентов из сточных вод для вторичного использования, широкое использование жидких и твердых промышленных отходов в технологических процессах; развитие энергетически малоемких эффективных процессов, к числу которых можно отнести использование в очистке вод электроэнергии, получаемой из биолиза, а также гальванокоагуляцию; развитие передвижной сервисной сети обслуживания абонентов по регенерации сорбентов, электрохимическому выделению тяжелых металлов на катодах специальных установок, что позволит возвратить в технологию продукты, произвести с получением вторичного сырья регенерацию сорбентов и их же возвратить в цикл очистки вод; разработка методов предварительных физического и химического воздействий на очищаемые воды; физическая обработка (омагничивание, ультразвуковая, высокочастотная), приводящая к изменению физико-химических характеристик и, соответственно, к более глубокой степени выделения загрязнений из вод.
Биологическая очистка — применение метода предварительной анаэробной подготовки сточных вод; использование искусственных носителей биомассы; широкое применение биосорбционных методов; регулирование соотношения групп микроорганизмов; применение высшей водной растительности (эйхорния водная или водяной гиацинт, пистия, аир и проч.) в качестве самостоятельного фитореактора для очистки сточных вод сельскохозяйственных комплексов с получением биомассы и с использованием ее на корм скоту или в производстве биогаза; использование симбиотического альгобактериального сообщества (водоросли + бактерии) в очистке и доочистке сточных вод с искусственным освещением в темный период суток интенсивностью 120 лк/м. Продуцируемый бактериями при окислении органических веществ диоксид углерода усваивается водорослями, а выделяемый в результате фотосинтеза кислород используется микроорганизмами как акцептор электронов в метаболизме. При этом достигается глубокая очистка сточных вод и не требуется воздуходувок, компрессоров для биоокислителей.
В настоящее время наибольшую технологическую и экологическую сложность представляет не очистка сточных вод, а проблема обработки и утилизации их твердой фазы. Количество образующейся твердой фазы на очистных сооружениях зависит от генезиса исходного состава и расхода сточных вод, метода их очистки и составляет в среднем 0,01-3% объема. Влажность твердой фазы колеблется от 85 (предприятия стройиндустрии) до 99,8% (активный ил). Основные задачи обработки шламов и осадков сточных вод — обезвоживание, обеззараживание и утилизация.
В зависимости от зольности они могут быть трех типов:
• преимущественно минеральные (зольность более 70%);
• преимущественно органические (зольность менее 30%);
• смешанные (зольность 30-70%).
В настоящее время имеется промышленный опыт возврата в основное производство шламов очистки сточных вод стекольных, оптико-механических, металлургических предприятий, заводов по выпуску строительных изделий, некоторых химических производств, а также в качестве добавок во вспомогательные производства — мясокомбинаты; молокозаводы (технические жиры, ланолин, жирозаменители); гидролизные заводы (белково-витаминные концентраты); целлюлозно-картонно-бумажные комбинаты (производство древесно-волокнистых плит, картона, целлюлозы).
Утилизация шламов — это сложная многовариантная проблема, основным вопросом которой является предотвращение вторичного загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами. Наиболее распространенным способом утилизации шламов очистки сточных вод является складирование их на полигонах промышленных отходов (шламы обрабатывают цементом, битумом, стеклом или полимерными связующими). Имеется опыт утилизации шламов тяжелых металлов в производстве строительной керамики, кирпича, черепицы.
Современные экологические подходы к формированию системы водоотведения гальванических производств учитывают цели утилизации. При очистке сточных вод, в том числе и гальванических, надо увеличить единовременные затраты на полное разделение потоков, что в конечном итоге повысит экологичность технологии. В странах с рыночной экономикой подобные подходы реализованы уже 12-15 лет назад.
Учитывая существующий опыт ряда стран, в перспективе следует ожидать появления очистных сооружений с улавливанием и обезвреживанием аэрозолей от аэрационных биоокислителей, а также размещения очистных сооружений в подземных выработках.
Вопросы для самоконтроля
1. Охарактеризуйте основные производственные средства безопасности.
2. Укажите назначение и виды средств индивидуальной защиты, применяемые в различных отраслях экономики.
3. Перечислите способы очистки вредных выбросов от пыли и газообразных веществ.
|
|
|
Скачать 0.56 Mb.