RAH 0450 Защита окружающей среды в горной промышленности Mining Environmental Protection Защита атмосферы в горной промышленности Лекция 4 1 TTÜ Virumaa Kolledz Kohtla-Järve 2011 Анна Голубцова

Состав атмосферы Основные составные части атмосферного воздуха подразделяют на три группы: Постоянные Те газы, чей состав (%) в атмосфере практически неизменчив – N 2, (78%) O 2 (21%), Ar (0,93%) и другие благородные газы (Нe, Ne, Kr, Xe, Rn) Переменные В составе атмосферы есть водный пар и CO 2 (0,033%) Случайные компоненты, которые попадают в атмосферу как правило в очень разных количествах – СО, NOx, O3, СnHm, NH3, H2, SO2 jt. 2

Продолжительность жизни веществ в атмосфере ВеществоУравнениеСредняя продолжительность жизни ГелийHe10 7 лет АзотN2N ·10 7 лет КислородO2O2 5·10 3 – 10 4 лет Диоксиды углеродыCO лет ВодородH2H2 4-8 лет МетанCH лет Оксонитрид азотаN2ON2O2,5-4 лет ОзонO3O3 0,3-2 лет Монооксиды углеродаCO0,2-0,5 лет Диоксиды азотыаNO суток ВодаH2OH2O10 суток Сульфат-ионSO суток Оксиды азотаNO9 суток АммонийNH суток Нитрат-ионNO суток Диоксиды серыSO суток СероводородH2SH2S0,5-4 суток ХлороводородНСl4 суток 3

Загрязнение атмосферы Источником загрязнения атмосферы on iga looduslik является природный или техногенный процесс, который рассеивает в атмосферу загрязняющие вещества – Природные источники загрязнения: вулканы, лесные и степные пожары, деятельность живых организмов, процессы разложения органического вещества, реакции в атмосфере. – Антропогенные или техногенные источники загрязнения: теплоэлектростанции, промышленные предприятия, транспорт, сельское хозяйство, животноводство, бытовые отходы и т.д. 4

Основные загрязняющие вещества и источники Загрязня ющее вещество ТЭСТранспорт Нефте промы шленн ость Химическая промышленн ость Производство металлов Сжигание отходов Пыль Xx xX CO xx X CO 2 xx X SO 2 xxXx X NO X xxXx X VOCs xxXx X Тяжелые металлы xx xxX CFCs xX 5

Основные загрязняющие вещества Загрязняюще е вещество ПризнакиПометки SO 2 Бесцветный, с кислым запахом, в воде дает H 2 SO 3 Повреждает растения, стройматериалы, дыхательные пути SO 3 Растворим в воде с образованием H 2 SO 4 Очень корозийный Väga korrodeeriv H2SH2S При низких концентрациях с запахом тухлых яиц, при высоких – без запаха ОЧЕНЬ ЯДОВИТЫЙ! N2ON2O Без запаха, используют в аэрозоле как подающий газ Lõhnatu, kasutatakse aerosooli kandegaasina Относительно инертный, но парниковый газ NOБесцветныйВозникает в процессе горения, окисляется на воздухе до NO2 6

Загрязня ющее веществ о ПризнакиПометки NO 2 Коричневого…….оранжевого цвета Компонент фотохимического смога; ядовитый COБез запаха и цвета Продукт неполного сгорания, ядовитый CO 2 Без цвета и запахаПарниковый газ O3O3 С характерным острым запахом, химически очень активен Компонент фотохимического смога, повреждает растения и материалы CnHm Очень широкий спектр ароматики В выхлопных газах машин HFБесцветный, кислотный, реактивный Удобрения и алюминиевая промышленость. Ядовитый 7

Основные загрязняющие атмосферу вещества Летучая зола – Сланцевая летучая зола является целочной – Действует как нейтрализатор кислотных отходов – Влияет на здоровье человека и на экосистемы, PM 10, PM 2,5 – Состав летучей золы: 8

Проблемы связанные с загрязнением атмосферы Глобальное потепление климата Уменьшение озонового слоя Кислотные дожди Смог Влияние на здоровье человека Влияние на растительность и животных Влияние на материал Эстетическое и психологическое влияние 9

10 Смог Лос-Анджелес, 2004

Смог Лондонского типа, 1952 г 11

Эвтрофикация. Балтийское море, 11 июля 2010 г 12

Балтийская Электростанция 13

Озоновая дыра 14

Трансграничный перенос загрязнений 15

Виды загрязнения окружающей среды Загрязнение окружающей среды ПриродноеАнтропогенное Двигающиеся источники загрязнения Местные источники загрязнения Неорганизованные Организованные 16

Источники загрязнения Местные (Стационарные): – Вентиляция шахт – Взрывные работы – Открытые склады полезных ископаемых, горных пород и пустых пород – Отвалы – Обогатительные фабрики – Возгорания закрытых шахт, карьеров и торфяных болот – Движущиеся – Транспорт 17

Взрывные работы 18 Harku karjäär, paekivi lõhketööd

Отвалы 19

Обогатительная фабрика 20

Гора пустых пород шахты Виру 21

Котельня 22

Возгорание торфяного болота 23

Движущиеся источники загрязнения 24

Очистка газов Удаление пыли – Осаждение (пылеосадительные камеры, пылевые мешки, циклоны) – Мокрая очистка (мокрые скрубберы, Скрубберы Вентури) – Фильтрация (мешочные фильтры, фильтры с гранулированным сыпучим материалом и др) – Электроочистка (Электрофильтры) 25

Осаждение Сущность метода: – Осаждение частиц пыли под действием силы тяжести, инерционной силы и центрифугальной силы. Аппараты – Пылеосадительные камеры – Инерционные пылеуловители (пылевые мешки) – Циклоны 26

Пылеосадительные камеры Самые старые газоочистители работают под силой тяжести и это пылеосадительные камеры или газовые проходы Пылеосадительные камеры подходят только для отделения толстой пыли ( > 20 m). Тонкую пыль ( 1 и меньше) они не отделяют. 27

Циклоны Очищают также от тонкой пыли используется центрифугальная сила ( заставляет запыленный газ вращаться) Циклоны широко используют в цементной, угольной и металлургической промышленности. 28

Циклоны Преимущества: – Простое и работоустойчивое строение – Необходмость небольшой площади – Низкое до mõõdukas напряжение (rõhukadu) – Возможность обрабатывать газы с большим содержанием пыли Недостатки: – не отделяет пыль (< 1 m) – Не очищает клейкую пыль – Чувствительны к колебаниям потока газа 29

Циклоны 30

Мокрая очистка Сущность метода: – Удаление твердых взвешенных частиц из газа при столкновении между газом и жидкостью Аппараты: – мокрые скрубберы, Скрубберы Вентури, пенные аппараты 31

Мокрая очистка Газообразные загрязняющие вещества невозможно удалить осаждением, центрифугированием или фильтрованием. Для этого (чаще для удаление твердых взвешенных частиц) используют так называемые аппараты мокрой очистки Это устройства, где содержащийся SO 2, NO X, HF и др. вводятся в контакт с раствором, с которым данный газ хорошо реагирует Растворимость в воде и в водном растворе всех газов улучшается с понижением температуры 32

Скруббер Вентури 33

Фильтрование Сущность метода: – Газ, содержащий твердые взвешенные частицы направляют через пористый материал, где улавливаются частицы пыли Аппараты: – Мешочные фильтры, фильтры с гранулированным сыпучим материалом, керамические трубки и др 34

Фильтрование Тканевые фильтры впервые начали использовать угольных теплоэлектростанциях Фильтры работают как пылесос – запыленный газ или выдувается или всасывается через плотные тканевые «пальцы» («рукава») Опавшая пыль собирается в бункер, откуда удаляется Чтобы очистить горячие дымовые газы, материалом для фильтра начали использовать синтетические материалы, стекловолокно и металлокерамику 35 Тканевой фильтр

Электроочистка Сущность метода: – Твердые взвешенные частицы удаляют из газа под действием электростатической силы Аппараты: – Электрофильтры 36

Электрофильтры Достоинства: Очень небольшая сопротивляемость (потеря энергии) Температура газов может быть до °C. Также можно удалять из газов капельки жидкости (мокрые электрофильтры) Недостатки: Относительно высокая цена Низкая эффективность в случае капелек жидкости и твердых взвешенных частиц с низкой электропроводностью Вопросы повышенной безопасности работающих аппаратов с высоким напряжением 37

Электрофильтры 38 Пластинчатый и трубчатый электрофильтры

Очистка газов Удаление газообразных примесей – Абсорбция (скрубберы, тарелочные скрубберы, абсорберы) – Адсорбция (адсорбенты: уголь активированный, силикагель, алюмогель, цеолиты, соединения кальция) – Каталитическая очистка (катализаторы; металлы (платину, палладий, медь) или их соединения (оксиды меди, марганца и др.)) – Термическое дожигание (печи с факельными горелками) – Биохимическая очистка (при помощи микроорганизмов) 39

Абсорбция Сущность метода: – Очищаемый газ обрабатывают растворителем, затем одна или несколько примесей поглощаются в нем Аппараты: – скрубберы, тарелочные скрубберы, абсорберы Область использования: – В данном растворителе удаление хорошо растворяющихся газов (NH 3, HCl, H 2 S, SO 2 др) 40

Адсорбция Сущность метода: – Метод основан на свойстве пористых веществ (уголь активированный, силикагель, алюмогель, цеолиты) связывать на своей поверхности выборочно определенные вещества Аппараты: – Адсорберы с недвижимым и движимым наполнителем – Адсорбенты: уголь активированный, силикагель, алюмогель, цеолиты, соединения кальция) Область применения: – Удаление летучих растворителей, паров, сероводорода, аммиака, углеводородов и др. 41

Адсорбция Гранулированный активированный уголь адсорбирует примерно 8 кг ацетона (растворитель используемый в электронике и фармацевтической промышленности) на 100 кг свежего угля 42 Система адсорберов со слоем активированного угля

Каталитическая очистка Сущность метода: – В неочищенном газе содержащиеся вредные компоненты изменяются в катализаторе на менее вредные или безвредные вещества Аппараты: – Каталитические реакторы – Катализаторы: металлы (платину, палладий, медь) или их соединения (оксиды меди, марганца) Область применения: – Окисление углеводородов и CO, очистка выхлопных газов 43

Каталитическая очистка Катализаторы могут понижать температуру сгорания Катализатор обычно в виде цилиндрических или шарообразных гранул диаметром 1,5-15 мм. Каталитическое сжигание это процесс без «пламени», лежит в промежутках температур °F (260 – 600°C) 44

Термическое дожигание Сущность метода: – Сжигание газа Аппараты: – Печи с факельными горелками Область применения: – применяют главным образом при высокой концентрации примесей (превышающей пределы воспламенения) и значительном содержании в газах кислорода 45

Печи с факельными горелками Метод можно использовать, если в газе есть кислород (основной газ – воздух) Примесь окисляется Примеси так мало, что утилизация не оправдывается Количество воздуха слишком большое для применения другого метода очистки 46

Биохимическая очистка Сущность метода: – Разложение при помощи микроорганизмов Аппараты: – Биоскрубберы Применение: – Удаление дурнопахнущих органических веществ 47

Биофильтр Для очистки газов можно использовать также биологический метод, где происходит биохимическое окисление загрязняющих веществ через метаболизм микроорганизмов Для проведения процесса необходимо, чтобы газ контактировал с биомассой Наполнительным материалом может быть инертный, нейтральный или дешевый материал – торф, сено, стружки, компост и др 48

Использованная литература: Lembit Nei, Aksel Koorits Sissejuhatus keskkonnakeemiasse Rein Munter Keskkonnatehnoloogia alused ja õhk, материалы 49