Материал: Инженерные способы защиты окружающей среды. Сафонова Л.Б., Звягина Л.Н

материалы: металлические ленты или сетки, керамические соты или решетки, оксид алюминия, силикагель, изготавливают в виде гранул, зерен, таблеток различной формы.

Все шире применяются гетерогенные катализаторы для очистки выхлопных газов автомобилей от оксида углерода, оксида азота и углеводородов.

Выхлопные газы через патрубок поступают к восстановительному катализатору, где нейтрализуется оксид азота (до молекулярного азота). После восстановительного катализатора, для создания окислительной среды, к выхлопным газам подается воздух через патрубок. На окислительном катализаторе происходит нейтрализация оксида СО (до СO2) и углеводородов. В результате концентрации оксида углерода и углеводородов снижаются соответственно в 10 и 8 раз.

Характерной особенностью катализаторов является их высокая селективность, т.е. избирательность действия относительно какой-либо химической реакции. Это означает, что катализатор окисления СО, скорее всего, не может ускорять разложение NO. Однако известны случаи проявления катализаторами более широких функциональных возможностей. Например, в производстве углеграфитовых электродов отходящие газы цехов обжига содержат монооксид углерода СО, оксид азота NO и полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) СхНу. Для детоксикации каждого ингредиента

СО + 1/2O2 → СO2, NO → l/2N2 + l/2О2,

известен свой специфический катализатор, работающий в определенном температурном интервале.

Позже удалось найти новый катализатор, способный одновременно ускорять эти 3 реакции. Им оказался муллитокремнезем 3Al2O3 2SiO2. Его получают плавкой оксидов алюминия А12O3 и кремния SiO2, смешиваемых в соотношении 1 : 1 с последующим образованием волокон методом раздува. Из волокон формируют вату, фетр, рулоны. Очищаемые газы пе-

41

чей обжига, подогретые до 450 – 480 °С, поступают в реактор, где проходят через слой муллитокремнеземистого рулонного материала с общей площадью фильтрации – 100 м2. При этом степень очистки составляет: от СО ~ 96 %, ПДУ – 80%, NO – 60 %.

Одним из перспективных подходов к решению проблемы очистки газовых выбросов является применение фотокаталитических методов. Они используют принципы гетерогенного катализа, основанного на окислении широкого спектра органических веществ, а также СО и аммиака. На поверхности оксида титана TiO2 под действием мягкого ультрафиолетового излучения очищаемый газ проходит пористый катализатор с развитой удельной поверхностью 250 – 300 м2, который облучается лампой ультрафиолетового диапазона. Органические примеси окисляются до СO2 и водяных паров, СО до СO2, а NН3 до молекулярного азота и водяных паров. Метод применим при тщательной предварительной очистке газов от пыли и при сравнительно невысокой концентрации экотоксикантов в очищаемых газовоздушных выбросах.

Термическое обезвреживание или высокотемператур-

ное дожигание применяют для легкоокисляемых токсичных, а также дурнопахнущих примесей. Его преимуществами являются относительная простота аппаратурного оформления и универсальность использования, так как на работу термических нейтрализаторов мало влияет состав обрабатываемых газов. Подобные способы широко используют в лакокрасочных производствах, процессах получения многих видов химической, электротехнической и электронной продукции, в пищевой индустрии, при обезвреживании и окраске деталей и изделий. Они применимы для обезвреживания практически любых паров и газов, продукты сжигания которых менее токсичны, чем исходные вещества. В случае органических веществ продуктами сжигания являются водяные пары и диоксид углерода.

Прямое сжигание используют в тех случаях, когда концентрация горючих веществ входит в пределы воспламенения. Процесс проводят в обычных или усовершенствованных то-

42

почных устройствах, в промышленных печах и топках капельных агрегатов, а также в открытых факелах.

Конструкция нейтрализатора должна обеспечивать необходимое время пребывания обрабатываемых газов в аппарате при температуре, гарантирующей возможность достижения заданной степени их обезвреживания (нейтрализации). Время пребывания обычно составляет 0,1 – 0,5 с, рабочая температура в большинстве случаев ориентирована на температуру самовоспламенения обезвреживаемых газов (табл. 3) и превосходит ее на 100 – 150 °С.

Таблица 3

Температуры самовоспламенения te наиболее распространенных загрязнителей промышленных выбросов

Однако обычно содержание горючих примесей в отходящих газах значительно меньше нижнего предела воспламенения, что вызывает необходимость существенных затрат дополнительного топлива и утилизации тепла процесса сжигания с целью сокращения этих затрат.

Столь простые технологические схемы составляют большинство, хотя существуют исключения. Они касаются, в частности, обезвреживания так называемых стойких органических загрязнителей, к которым относятся и полихлорбифенилы (ПХБ). Все они попадают под юрисдикцию Стокгольмской Конвенции по стойким органическим загрязнителям биосферы (май, 2004 г.) и должны быть обезврежены. Высокая химическая и термическая стойкость ПХБ, обусловливающая ценные

43

потребительские свойства их при изготовлении и эксплуатации электротехнического оборудования, становится затем препятствующим фактором при организации термической детоксикации. В процессе горения хлорорганических соединений возможно образование хлороводорода НС1, хлора С12, фосгена СОС12 и диоксина – веществ весьма токсичных. Поэтому процедура обезвреживания ПХБ – сложная, многоступенчатая и дорогостоящая.

Пары ПХБ поступают в реактор, в котором подвергаются термоокислительной деструкции при температуре ~ 1250 °С. Время пребывания обезвреживаемых газов в реакторе должно быть не менее 2 с. В этих условиях предотвращается образование фосгена, а весь хлор практически переходит в НС1. Для предотвращения промежуточного синтеза диоксинов предусмотрена химическая сорбция НСl и остаточного хлора, ранее образовавшихся в ходе термического дехлорирования ПХБ. Подобная хемосорбция осуществляется в аппарате, куда подаются щелочные реагенты. Кроме того, необходимо быстро пройти температурный коридор 300 – 340 °С газам, покидающими реактор (именно указанный коридор оптимален для синтеза диоксинов). С этой целью в распыливающий скруббер подается вода, и газы быстро охлаждаются до 250 – 300 °С. Очищенные от мелкодисперсных частиц хлорида натрия, они выбрасываются в атмосферу. Выбросные газы содержат диоксид углерода, водяные пары, азот и кислород.

ЛЕКЦИЯ 4. АНТРОПОГЕННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ГИДРОСФЕРУ

На современном этапе развития техносферы значительно усилилось антропогенное воздействие на гидросферу. На промышленные, сельскохозяйственные и бытовые нужды в настоящее время человечество расходует приблизительно 3000 км3 пресной воды в год, из них примерно 1700 км3 безвозвратно. Для осуществления производственной деятельности вода имеет огромное значение: она применяется в качестве сырья,

44

теплоносителя, хладагента, растворителя, источника получения водорода и кислорода. Водный транспорт является одним из важнейших средств перевозки сырья и материалов. К основным видам загрязнения гидросферы можно отнести следующие:

1.Химическое загрязнение вод может быть органическим (фенолы, пестициды) и неорганическим (соли, кислоты, щелочи), а также токсичным (соединения ртути, свинца, кадмия) и нетоксичным. Например, морские экосистемы подвергаются антропогенному воздействию посредством токсичных веществ, которые поглощаются морскими организмами, передаются по трофической цепи и могут вызвать гибель консументов даже высоких порядков. Среди химических веществ наиболее опасными для морских организмов и человека являются нефтяные углеводороды, пестициды и тяжелые металлы: ртуть, свинец, кадмий и др.

2.Биологическое загрязнение представляет собой появление в воде патогенных бактерий, вирусов, простейших и грибов.

3.Радиоактивное загрязнение наносит огромный вред даже при малых концентрациях радиоактивных веществ. Наиболее опасными являются «долгоживущие» радиоактивные элементы (стронций–90, уран, радий–226, цезий и др.)

4.Механическое загрязнение выражается в попадании в воду механических примесей (песок, шлам, ил). Механические примеси серьезно ухудшают органолептические характеристики воды. Под органолептическими свойствами воды понимают совокупность элементов, воспринимаемых рецепторами человека (запах, вкус и т. д.).

Поверхностные воды подвергаются еще засорению твердыми отходами, остатками лесосплава, что негативно сказывается на состоянии экосистем. Древесное волокно само по себе не ядовито, но, попадая на жабры рыб и фильтрующие органы других гидробионтов, приводит к их гибели.

5.Тепловое загрязнение характеризуется повышением температуры вод в результате их смешивания с более нагреты-

45