Тема 5. Инженерные мероприятия по охране

ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ. СРЕДОЗАЩИТНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Задание 1. Важное место в системе природоохранных мероприятий занимает применение разнообразных средств и методов экологической защиты. Изучите схемы на рис. 36, 37, дайте характеристику и приведите примеры активных и пассивных методов и средств защиты окружающей среды, раскройте сущность важнейших инженерных мероприятий по охране биосферы.

Активные методы – _______________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Пассивные методы и средства – ____________________________________________

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Инженерные мероприятия направлены на ___________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Организационно-технические мероприятия: _______________________________

__________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Технологические мероприятия: ___________________________________________

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ

АКТИВНЫЕ

ПАССИВНЫЕ

Малоотходные ресурсосберегающие технологии

Рациональное размещение источников загрязнения

Повышение замкнутости техногенных ресурсных циклов (оборотные, циркуляционные системы)

Локализация источников загрязнения

Снижение интенсивности вредных факторов в источниках возникновения

Экологизация производства и формирование сбалансированных ПТС

Защита от вредных факторов на пути их распространения

Очистка техногенных эмиссий в биосферу

Очистка выбросов в атмосферу

Очистка сточных вод

Утилизация и обезвреживание твердых отходов

Рис. 36. Методы и средства защиты окружающей среды

(по Т. А. Акимовой, А. П. Кузьмину, В. В. Хаскину, 2007)

ИНЖЕНЕРНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ ПО ОХРАНЕ БИОСФЕРЫ

Организационно-технические мероприятия

Соблюдение технологического регламента

Очистка газов и сточных вод

Контроль и обеспечение исправности оборудования

Переход на непрерывные процессы

Укрупненные производства

Рекуперация и регенерация ценных продуктов и отходов

Замена техпроцесса и оборудования

Применение контрольно-измерительных приборов

Технологические мероприятия – управление параметрами технологических процессов

физическими характеристиками

временем протекания процессов

скоростью процесса

температурой ведения процесса

давлением в аппаратах

влажностью материалов

площадью поверхности материалов

управление химическими процессами

применение нетоксичных реагентов

обеспечение полноты протекания химических реакций

перевод химикатов в более стойкие формы

 

Рис. 37. Классификация инженерных мероприятий по охране биосферы

(по Н.С. Скуратову, И.В. Гуриной, 2007)

Очистка эмиссий включает различные механические, гидромеханические, термические, физические, физико-химические и биологические средства и методы. Основным способом снижения вредных выбросов в атмосферу до сих пор остается внедрение систем газоочистки (хотя наиболее рациональным направлением охраны воздушного бассейна от загрязнения являются технологические процессы, обеспечивающие минимальный объем газообразных отходов, локализация токсичных веществ в зоне их образования и значительная замкнутость газовых потоков). Техника газоочистки весьма разнообразна по методам улавливания и обезвреживания вредных выбросов. Наряду с пылеулавливающим оборудованием широко используют также термокаталитические реакторы и целые системы многоступенчатой очистки. Очистку промышленных вод осуществляют механическими, химическими, физико-химическими, биохимическими и комбинированными методами. Для оценки качества систем очистки воздуха и воды используют такие показатели, как коэффициент очистки, производительность, экономичность.

 

Задание 2. Изучите классификацию пылеулавливающего оборудования (рис. 38) и раскройте назначение аппаратов сухой, мокрой и фильтрационной очистки. В чем состоит сущность многоступенчатой очистки?

 

Аппараты сухой очистки __________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Аппараты мокрой очистки ________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Аппараты фильтрационной очистки ________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Многоступенчатая очистка – ______________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ПЫЛЕУЛАВЛИВАЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Аппараты сухой очистки

Циклоны

Пылеосадитель-ные камеры

Жалюзийные пыле-улавливатели

Ротационные пыле-улавливатели

Дымососы и золоулавители

Скоростные скрубберы

Тканевые фильтры

Аппараты мокрой очистки

Полые скрубберы

Скрубберы Вентури

Насадочные скрубберы

Барбатажные и пенные скрубберы

Ударно-инерционные аппараты

Центробежные скрубберы

Аппараты фильтрационной очистки

Волокнистые фильтры

Мокрые фильтры тумано-уловители

Воздушные фильтры

Зернистые фильтры

Аппараты электро-фильтрационной очистки

Сухие электро-фильтры

Мокрые электро-фильтры

однозонные

двухзонные

горизонтальные

вертикальные

пластинчатые

трубчатые

однопольные

многопольные

Рис. 38. Классификация пылеулавливающего оборудования

(по Н.С. Скуратову, И.В. Гуриной, 2007)

 

Задание 3. Объясните общий принцип действия некоторых аппаратов сухой очистки – пылеосадителей, пылеуловителей и циклона, изображенных на рис. 39.

Рис. 39. Пылеулавливающие аппараты сухой очистки

а – пылеосадительная камера: 1 – корпус; 2 – бункер; 3 – перегородка;

б – инерционный пылеуловитель: 1 – корпус; 2 – перегородка;

в – жалюзийный пылеуловитель: 1 – корпус; 2 – решетка;

г – циклон: 1 – корпус; 2 – входной патрубок; 3 – выходная труба; 4 – бункер

(по Т. А. Акимовой, А. П. Кузьмину, В. В. Хаскину, 2007)

 

Пылеосадительная камера (отстойник) _____________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Инерционный пылеуловитель _______________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Жалюзийный пылеуловитель _______________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Циклон ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Эффективность механических методов очистки газовых выбросов зависит от размера частиц выноса. Пылеотстойники имеют низкую степень улавливания (около 58%), они материалоемки, для их размещения требуются значительные производственные площади. Легче всего они удаляют тяжелые частицы диаметром более 40 мкм, труднее всего – частицы размером менее 5 мкм.

Циклон способен улавливать до 65% пыли с размером частиц от 5 до 40 мкм. Затраты на материалы для его изготовления меньше, чем для изготовления пылеотстойников. Чем меньше диаметр аппарата, тем больше степень кручения потока и, следовательно, тем выше эффективность циклона. Для эффективной очистки газов их подают в циклон под давлением. При больших расходах газа циклоны объединяют в мультициклоны.

Радикальным средством очистки газов от пыли являются фильтры разной конструкции. Диаметр улавливаемых частиц зависит от размера ячейки фильтра. Степень очистки даже от мелких частиц (менее 5 мкм) очень значительна (до 99,7%). При эксплуатации фильтра его необходимо постоянно очищать от налипшей пыли.

 

Рис. 40. Пылеуловители мокрой очистки:

а – полый форсуночный газопромыватель: 1 – корпус; 2 – форсунки;

б – скруббер Вентури: 1 – труба-распылитель; 2 – циклон-пылеуловитель

(по Т. А. Акимовой, А. П. Кузьмину, В. В. Хаскину, 2007)

Задание 4. Изучите общую конструкцию пылеуловителей мокрой очистки (рис. 40) и более детальную конструкцию скруббера Вентури на рис. 41. Объясните принцип действия скруббера. Какова эффективность скрубберов?

 

Принцип действия скрубберов ______________________________________________

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Эффективность скрубберов ________________________________________________

__________________________________________________________________________

Рис. 41. Скруббер Вентури

1 – труба Вентури (1а – диффузор; 1б – конфузор); 2 – распределительное устройство для подачи воды; 3 – циклонный сепаратор; 4 – отстойник для суспензии;

5 – промежуточная емкость; 6 – насос (по А.Н. Голицыну, 2007)

Задание 5. Изучите схему на рис. 42. На чем основан метод каталитической очистки? Для каких целей используют каталитическую очистку?

 

 

Рис. 42. Схема каталитической очистки газов от NOx (по А.Н. Голицыну, 2007)

 

Каталитическая очистка __________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Задание 6. Для высокотемпературного обезвреживания легкоокисляемых, токсичных и дурно пахнущих газов применяют печи различных конструкций. Характерным примером является применение факела на нефтеперерабатывающих заводах. Почему, на Ваш взгляд, это необходимо, ведь некоторые защитники природы считают факелы чуть ли не основными загрязнителями?

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

Меры позащите водных объектов от промышленных загрязнений включают:

· применение безводных и маловодных технологий и замкнутых циклов водоснабжения;

· предотвращение или снижение загрязнения воды, забираемой из природных источников;

· очистку сточных вод.

Водообеспечение потребителей воды может быть прямоточным, последовательным и оборотным. При прямоточном вся забираемая вода, за исключением безвозвратных потерь, после проведения технологического процесса возвращается в водоем. При последовательной схеме вода, поступающая из источника водоснабжения, многократно используется в нескольких процессах. Оборотную воду используют в теплообменных аппаратах для отведения избыточного тепла, для промывки деталей, изделий, а также в качестве растворителя или реакционной среды. Для компенсации безвозвратных потерь воды осуществляют подпитку системы из открытых водоемов и подземных источников водоснабжения. Количество добавляемой воды, как правило, не превышает 5–10% общего ее количества, циркулирующего в системе. Применение оборотного водоснабжения позволяет уменьшить потребление свежей воды в 10–50 раз.

В замкнутой (бессточной) системе вода используется в производственных процессах многократно без очистки или после соответствующей обработки, исключающей образование каких-либо отходов и сброс сточных вод в водоем.

Различные методы очистки сточных вод подразделяют на рекуперационные и деструктивные. Рекуперация – это извлечение из промышленных сточных вод ценных веществ и их дальнейшая переработка. Деструкция – это разрушение загрязнителей путем их окисления или восстановления с последующим удалением разрушенных продуктов из воды в виде газов или осадков.

 

Задание 7. Изучите классификацию методов очистки промышленных сточных вод по типу процесса очистки (рис. 43). Дайте их краткую характеристику.

 

Механические методы – ____________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Химические методы – ______________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Биохимические методы – ___________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Физико-химические методы – _______________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

МЕТОДЫ ОЧИСТКИ ПРОМЫШЛЕННЫХ СТОЧНЫХ ВОД

Механические

Процеживание и фильтрация

Отстаивание и фильтрация

Центробежное фильтрование и отстаивание

Химические

Нейтрализация

Окисление и восстановление

Биохимические

Аэробные

Анаэробные

Физико-химические

Коагуляция, флотация

Сорбция

Ионный обмен

Гиперфильтрация

Электрохимическая очистка

Экстракция

Комбинированные

Рис. 43. Классификация методов очистки промышленных сточных вод

по типу процесса (по Т. А. Акимовой, А. П. Кузьмину, В. В. Хаскину, 2007)

Задание 8. Механическая очистка служит предварительным этапом очистки производственных сточных вод. Удаление примесей достигается отстаиванием, фильтрованием или циклонированием. Изучите устройство горизонтального отстойника, отстойника для суспензий и гидроциклона (рис. 44) и дайте краткое описание принципа их действия.

 

Рис. 44. Аппараты механической очистки сточных вод:

слева вверху: горизонтальный отстойник (1 – входной поток; 2 – отстойная камера; 3 – выходной поток; 4 – приемник); слева внизу: отстойник для суспензий (1 – цилиндрический корпус; 2 – днище; 3 – гребковая мешалка; 4 – кольцевой желоб для сбора осветленной жидкости); справа: напорный гидроциклон

(по Т. А. Акимовой, А. П. Кузьмину, В. В. Хаскину, 2007; А.Н. Голицыну, 2007)

Отстойник сбросов воды ___________________________________________________

__________________________________________________________________________

Отстойник для суспензий __________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Напорный гидроциклон _____________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Задание 9. Дайте краткую характеристику некоторых физико-химических методов очистки сточных вод. Укажите их основные достоинства и недостатки.

 

Коагуляция – ______________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Флокуляция – _____________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Флотация – _______________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Адсорбция – _______________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Ионный обмен – ___________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Экстракция – _____________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Обратный осмос – _________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Десорбция, дезодорация, дегазация – _________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Электрохимические методы – ______________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Задание 10. Дайте краткую характеристику некоторых химических методов очистки сточных вод.

 

Нейтрализация – _____­_____________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Окисление – _______________________________________________________________

__________________________________________________________________________

Восстановление – _________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Удаление ионов тяжелых металлов – ________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Задание 11. Биологические методы очистки сточных вод основаны на способности некоторых микроорганизмов использовать вещества, содержащиеся в воде, для своего питания и других процессов жизнедеятельности. Контактируя с вредными веществами и включая их в свой метаболизм, микроорганизмы частично разрушают их, превращая в воду, диоксид углерода, сульфат-, нитрит-ионы и др. Такая биохимическая очистка может осуществляться в природных условиях (поля орошения, биологические пруды) или в искусственных сооружениях (метатенках, аэротенках, биофильтрах). Поясните, что такое аэробная и анаэробная биохимическая очистка сточных вод.

 

Аэробная очистка сточных вод – ____________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Анаэробная очистка сточных вод – __________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Задание 12. Дайте краткую характеристику таких термических методов очистки сточных вод, как выпаривание и сжигание.

Выпаривание – ____________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Сжигание – _______________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Задание 13. На рисунках 45, 46 показана общая схема обработки сточных вод. Дайте характеристику этого процесса. Включите в пояснения понятия «песколовка», «метатенки», «аэротенки», «активный ил», «биогаз».

 

Рис. 45. Общая схема обработки сточных вод до этапа вторичной очистки

(по Б. Небелу, 1993)

Рис. 46. Схема гидромеханической и биологической очистки воды

(по А.Н. Голицыну, 2007)

Описание процесса очистки воды ____________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Задание 14. Техногенное волновое загрязнение имеет более локальный характер по сравнению с химическим, радиационным и тепловым загрязнением среды. Особую остроту оно приобретает в крупных промышленных городах, где сосредоточены мощные источники электромагнитного и акустического загрязнения. Дайте краткую характеристику основных методов защиты от вредных физических воздействий – шума, вибрации, инфразвуковых колебаний, электромагнитных излучений.

 

Защита от шума __________________________________________________________

__________________________________________________________________________

Допустимые и эквивалентные уровни звука ________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Основные методы защиты от шума ______________________________________

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Защита от вибраций ______________________________________________________

__________________________________________________________________________

Виброгашение _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Виброизоляция _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Вибродемпфирование _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Защита от инфразвуковых колебаний _______________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Защита от электромагнитных излучений ___________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ПРИЛОЖЕНИЯ К ТЕМЕ 5

 

Рис. 47. Общая схема обработки, утилизации и сброса отводимых вод для основных отраслей хозяйства:

ВО – водный объект; КХ – коммунальное хозяйство; ПП – промышленное производство; ЭЭ – электроэнергетика; ОРЗ – орошаемое земледелие; СОП – система оборотного и повторного использования вод; ЛОС – локальные очистные сооружения;

ЦОС – централизованные очистные сооружения; ОСП – очистные сооружения предприятий; ОДПС – система обработки дренажного и поверхностного стока

(по Т. А. Акимовой, А. П. Кузьмину, В. В. Хаскину, 2007)

Перспективным направлением водообеспечения и защиты водных объектов от загрязнения является создание межотраслевых водохозяйственных систем, учитывающих взаимосвязанное развитие технологий производства, водопользования, обработки и утилизации отводимых вод. В представленной на рис. 47 схеме предусматриваются оборотное и повторное использование вод, локальная и общая очистка стоков на предприятиях промышленности и энергетики. Часть промышленных сточных вод, прошедших локальную очистку, и стоки коммунального хозяйства обрабатываются совместно на централизованных (региональных, городских) очистных сооружениях. Межотраслевые водохозяйственные системы позволяют использовать очищенные бытовые и промышленные сточные воды для орошаемого земледелия, а тепло сбросных вод электроэнергетики – для интенсификации сельскохозяйственного производства (например, обогрева теплиц) и рыбного хозяйства. При этом одновременно решаются и природоохранные проблемы, так как экономятся водные ресурсы, уменьшается сброс сточных вод в водоемы.

Таблица 14