Preventie en beheersing van luchtvervuiling

Al eeuwenlang dumpt de mens afval in de atmosfeer en deze verontreinigende stoffen zijn met de wind verdwenen.

We hebben gezien dat de belangrijkste bronnen van luchtvervuiling zijn:

(i) Motorvoertuigen,

(ii) Industrieën, met name hun schoorsteenafval,

(iii) Op fossiele brandstoffen (steenkool) gebaseerde installaties, als thermische energiecentrales.

Er moeten stappen worden ondernomen om verontreiniging aan de bron (preventie) en na het vrijkomen van verontreinigende stoffen in de atmosfeer te beheersen. Er moet dringend worden voorkomen dat de emissies van de bovengenoemde grote bronnen van luchtverontreiniging worden voorkomen.

[Vijf controlepunten voor mogelijke uitstoot van luchtverontreinigende stoffen]

De beheersing van emissies kan op een aantal manieren worden gerealiseerd.

Vijf afzonderlijke besturingsmogelijkheden worden getoond in Fig. 2.6.

Deze worden hier als volgt kort besproken:

1. Broncorrectie:

1 Hij is de gemakkelijkste oplossing voor het probleem van luchtvervuiling, waar we het schuldige proces stoppen. Daarom wordt het ook preventie genoemd. De ingenieur moet rekening houden met de mogelijkheid om de emissies te beheersen door het proces te wijzigen. Als auto's bijvoorbeeld hoge loodniveaus in lucht afgeven, is de meest redelijke oplossing simpelweg om de leiding in de benzine te elimineren. De bron is gecorrigeerd en het probleem is opgelost.

Naast een verandering van grondstof, kan een aanpassing van het proces ook worden gebruikt om een ​​gewenst resultaat te bereiken. Het is bijvoorbeeld bekend dat afvalverbrandingsinstallaties voor gemeentelijke afvalbedrijven stinken. De geuren kunnen vaak gemakkelijk worden gecontroleerd als de verbrandingsovens op een voldoende hoge temperatuur worden gebruikt om de organische stoffen die de geur veroorzaken volledig te oxideren. Dergelijke maatregelen als procesverandering, grondstofconversie of apparatuuraanpassing om aan emissienormen te voldoen, worden controles genoemd.

Daarentegen is reductie de term die wordt gebruikt voor alle apparaten en methoden voor het verminderen van de hoeveelheid verontreinigende stoffen die de atmosfeer uitlogen zodra het spul al door de bron is uitgestoten. In ruimere zin en vanwege de eenvoud, is het beter om alle procedures te raadplegen als bedieningselementen.

2. Verzameling van verontreinigende stoffen:

Het meest ernstige probleem bij de beheersing van luchtverontreiniging is vaak het verzamelen van de verontreinigende stoffen om behandeling te bieden. Auto's zijn het gevaarlijkst, de enige omdat de emissies niet gemakkelijk kunnen worden verzameld. Als we uitlaten van auto's naar een aantal centrale faciliteiten zouden kunnen laten lekken, zou hun behandeling veel redelijker zijn dan het besturen van elke individuele auto.

Een succes bij het verzamelen van verontreinigende stoffen is het recycleren van blaasgassen in de verbrandingsmotor. Door deze gassen opnieuw aan te steken en ze uit te stoten via het uitlaatsysteem van de auto, kan de noodzaak van het installeren van een afzonderlijk behandelingsapparaat voor de auto worden geëlimineerd. Luchtverontreinigingstechnici hebben hun zwaarste tijd wanneer de verontreinigende stoffen uit een industrie niet worden verzameld, maar worden uitgestoten door ramen, deuren, enz.

3. Koeling:

De te behandelen uitlaatgassen zijn soms te warm voor de regelapparatuur en de gassen moeten eerst worden gekoeld. Dit kan op drie algemene manieren worden gedaan: verdunning, quenching of warmte-uitwisselingsspoelen (Fig. 2.7). Verdunning is alleen acceptabel als de totale hoeveelheid hete uitlaatgassen klein is. Uitdoving heeft het extra voordeel van het uitwassen van sommige van deze gassen en deeltjes. De koelspiralen zijn misschien de meest gebruikte en zijn vooral geschikt als warmte kan worden geconserveerd.

4. Behandeling:

De selectie van de juiste behandelingsinrichting vereist het afstemmen van de karakteristieken van de verontreinigende stof en de kenmerken van de besturingsinrichting. Het is belangrijk om te beseffen dat de afmetingen van luchtverontreinigende stoffen vele ordes van grootte variëren, en het is daarom niet redelijk om te verwachten dat één apparaat effectief is voor alle verontreinigende stoffen.

Bovendien zullen de soorten chemicaliën in emissies vaak het gebruik van sommige apparaten dicteren. Een gas met een hoge S02-concentratie kan bijvoorbeeld met watersproeis worden schoongemaakt, maar het resulterende H2SO4 kan ernstige corrosieproblemen veroorzaken.

Veel apparaten verschijnen op de markt, de volgende zijn de meest gebruikte:

(a) Verkoopkamers zijn niets meer dan grote plaatsen in de rookkanalen, vergelijkbaar met bezinkingsbassins in waterzuivering. Deze kamers verwijderen alleen de grote deeltjes.

(b) Cyclonen worden veel gebruikt voor het verwijderen van grote deeltjes. De vuile lucht wordt in een conische cilinder gestraald, maar van de middellijn. Dit veroorzaakt een gewelddadige werveling in de kegel en de zware vaste stoffen migreren naar de wand van de cilinder waar ze vertragen als gevolg van wrijving en die zich op de bodem van de kegel bevinden. De schone lucht bevindt zich in het midden van de cilinder en verlaat de bovenkant. Cyclonen worden veel gebruikt als voorreinigers, om het zware materiaal te verwijderen voor verdere behandeling.

(c) Zakfilters werken zoals de gewone stofzuigers. Stofzakken worden gebruikt om het stof te verzamelen dat periodiek uit de zakken moet worden geschud. De stof verwijdert bijna alle deeltjes. Zakfilters worden veel gebruikt in veel industrieën; maar zijn gevoelig voor hoge temperaturen en vochtigheid.

(d) Natte collectoren zijn er in vele vormen en stijlen. De eenvoudige sproeitoren (Fig. 2.8) is een effectieve methode voor het verwijderen van grote deeltjes. Efficiëntere scrubbers bevorderen het contact tussen lucht en water door gewelddadige actie in een smal gedeelte waarin het water wordt ingebracht. Over het algemeen geldt dat hoe gewelddadiger de ontmoeting, en dus hoe kleiner de gasbellen of waterdruppeltjes, hoe effectiever het schrobben.

(e) Elektrostatische stofvangers worden veel gebruikt in energiecentrales. De deeltjes worden verwijderd door eerst te worden opgeladen door elektronen (van de ene hoogspanningselektrode naar de andere te springen en vervolgens te migreren naar de positief geladen elektrode.) Een type zoals weergegeven in figuur 2.8 bestaat uit een pijp met een draad die in het midden hangt De deeltjes verzamelen zich op de buis en moeten worden verwijderd door de leidingen met hamers te slaan .Elektrische stofvangers hebben geen bewegende delen, vereisen elektriciteit en zijn buitengewoon effectief bij het verwijderen van submicrondeeltjes.

(f) Gaswassers zijn eenvoudig natte collectoren zoals hierboven beschreven maar worden gebruikt voor het oplossen van de gassen.

(g) Adsorptie is het gebruik van een materiaal zoals actieve kool om verontreinigende stoffen op te vangen. Dergelijke adsorbers kunnen duur zijn om te regenereren. De meeste van deze werken goed voor organische stoffen en hebben beperkt gebruik voor anorganische verontreinigende stoffen. Figuur 2.9 toont de stappen van een adsorptietoren.

(h) Verbranding is een methode voor het verwijderen van gasvormige verontreinigende stoffen door deze te verbranden tot C02, H20 en inzetstukken. Dit werkt alleen voor brandbare dampen.

(i) Katalytische verbranding omvat het gebruik van een katalysator om de verontreinigende stoffen te adsorberen of chemisch te veranderen.

Het is opnieuw belangrijk om de afhankelijkheid van de effectiviteit van een behandelingsapparaat op de deeltjesgrootte te benadrukken. Fig. 2.10 toont de geschatte bereiken van de aanpasbaarheid voor de verschillende behandelingsmethoden die hierboven zijn besproken.

5. Dispersie:

De wetenschap van meteorologie heeft grote invloed op luchtvervuiling. Een luchtverontreinigingsprobleem bestaat uit drie delen. De bron, de beweging van de vervuilende stof en de ontvanger (figuur 2.10). De concentratie van de verontreinigende stoffen bij de ontvanger wordt beïnvloed door atmosferische dispersie, of hoe de verontreinigende stof wordt verdund met schone lucht. Deze dispersie vindt zowel horizontaal als verticaal plaats.

Aardrotatie presenteert nieuwe gebieden voor de zon om op te schijnen en om warme lucht te verwarmen. Dienovereenkomstig wordt een patroon van winden opgezet rond de wereld, sommige seizoengebonden (bv orkanen) en wat permanent. Luchtvervuilingsingenieurs gebruiken vaak een variatie van de windroos (een windroos zijn grafische afbeeldingen van windsnelheid en richtingsgegevens), een vervuilingsroos genoemd om de bron van een verontreinigende stof te bepalen.

Diffusie is het proces waarbij de emissie over een groot gebied wordt verspreid en waardoor de concentratie van de specifieke verontreinigende stoffen wordt verminderd. De spreiding of spreiding van de pluim is zowel horizontaal als verticaal. De maximale concentratie van verontreinigende stoffen ligt in de middenlijn van de pluim, dwz in de richting van de heersende wind.

Naarmate we verder van de middellijn komen, wordt de concentratie lager. Als we aannemen dat de verspreiding van een pluim in beide richtingen wordt benaderd door een Gaussische kanscurve, kunnen we de concentratie van een verontreinigende stof op elke afstand X van de bron afwinden.

Verontreinigingsgevaren kunnen worden voorspeld op basis van meteorologische gegevens en vroegtijdige waarschuwing voor dreigende gevarenomstandigheden en noodplannen kunnen worden ontwikkeld om industrieën te sluiten.

Controle van verontreinigende stoffen uit bewegende bronnen:

Hoewel veel van de bovengenoemde controlemethoden ook kunnen gelden voor bewegende bronnen, verdient een zeer speciale bewegende bron, de auto, een speciale vermelding. Motorwerking heeft direct effect op de emissies. De hoeveelheid CO, HC en NOx verschilt tijdens stationair draaien, accelereren, cruisen en vertragen.

Emissiebeheersingstechnieken voor de interne verbrandingsmotor zijn onder meer tune-ups, katalytische reactoren en motoraanpassingen. Een tune-up kan een significant effect hebben op emissiecomponenten. Een hoge lucht / brandstofverhouding (een arm mengsel) zal bijvoorbeeld zowel CO als HC verminderen, maar met een verhoogde NOx.

De tweede controlestrategie, die nu veelvuldig wordt gebruikt, is de katalytische reactor die de CO en HC oxideert tot CO 2 en H 2 O. De tweede reactor reduceert NOx tot N 2 . De meest populaire katalysatorreactoren hebben twee ernstige nadelen. Ten eerste worden ze gemakkelijk vervuild door lood. Eigenlijk is de overstap naar niet-loodbenzine om deze reden gevraagd en niet vanwege de bezorgdheid over loodniveaus in de atmosfeer. Het tweede probleem met de reactoren is dat de zwavelverbindingen in benzine worden geoxideerd tot deeltjes SO 3 en dus de zwavelgehaltes in het milieu verhogen.

Bij derde regeltechniek-motormodificatie wordt de gelaagde laadmotor gebruikt zonder katalytische reacties. In deze motoren hebben de cilinders twee compartimenten, waarbij één compartiment een rijk mengsel ontvangt, ontsteking geeft en vervolgens een brede vlam verschaft voor een efficiënte zwerver in het hoofdcilindercompartiment. Andere wijzigingen zijn ook ontwikkeld. Het is moeilijk om een ​​volledig schone interne combi-engine te produceren. Elektrische auto's zijn schoon, maar ze kunnen slechts een beperkt vermogen opslaan en hun bereik is dus beperkt.

Algemene methoden om luchtvervuiling door auto's en industrieën te beheersen zijn hierboven kort besproken. Hieronder worden enkele specifieke maatregelen ter controle van voertuig- en industriële verontreinigende stoffen in de lucht gegeven.

Vervuiling van voertuigen:

1. Om de emissie van verontreinigende stoffen door uitlaatgassen van voertuigen te controleren:

Dit kan worden bereikt door:

(i) Gebruik van een nieuwe hoeveelheid benzine en lucht,

(ii) Meer exacte timing van brandstoftoevoer,

(iii) gebruik van gasadditieven om de verbranding te verbeteren,

(iv) Door lucht in de uitlaat te injecteren om uitlaatgassen om te zetten in minder giftige materialen, en door

(v) Actualisering van het motorontwerp en / of installatie van reductieapparatuur (inrichting) om de verbranding te verbeteren met het bestaande motorontwerp.

Koolmonoxide vloeit voort uit het lage luchtgehalte van het brandstofmengsel, terwijl de NOx-productie wordt bevorderd door hoge verbrandingstemperaturen. Koolwaterstoffen volgen min of meer het patroon van CO.

De volledige eliminatie van deze drie verontreinigende stoffen kan worden bereikt door ofwel het huidige ontwerp van motoren bij te werken (bijv. Viertaktmotoren) of door passende wijzigingen aan te brengen in apparaten om de verbranding te verbeteren.

2. Om de verdamping van de brandstoftank en de carburateur te regelen:

Dit kan gedaan worden door:

(i) Verzameling van dampen met geactiveerde houtskool bij het afzetten van de motor en het ontsteken ervan bij het starten van de motor,

(ii) het onderwerpen van benzine aan de tank tot lichte druk om te voorkomen dat het gas verdampt en

(iii) Ontwikkeling van laag-vluchtige benzine die niet gemakkelijk verdampt.

3. Gebruik van filters:

Sommige gasdampen ontsnappen tussen de wanden en de zuiger die in het carter komt en vervolgens in de atmosfeer terechtkomt. Koolwaterstoffen (ongeveer 25%) worden op deze manier vrijgemaakt. Het gebruik van filters die deze ontsnapte gassen in de motor opvangen en recyclen, zou dus de emissie van deze koolwaterstoffen moeten beheersen.

4. Controle door middel van wetgeving:

Deze moeten worden afgedwongen enkele normen door middel van Motor Vehicles Act en andere wetten voor het ontwerp van motoren etc.

Industriële vervuiling:

Om de luchtverontreiniging door schoorsteenafval van fabrieksinstallaties te controleren, moeten we maatregelen treffen voor het verwijderen van de deeltjes en verontreinigende gassen uit de afvalstoffen. Verwijdering van deeltjesmateriaal omvat de verzameling ervan onder invloed van verschillende krachten, waardoor ze continu uit de gasstroom worden verplaatst.

De apparatuur die wordt gebruikt voor de verwijdering ervan zijn:

(i) Cycloonverzamelaars, en

(ii) Elektrostatische precipitatoren (ESP's). We moeten dus de besturingstechnologie genereren. Op dit moment zijn er maar weinig energiecentrales en industrieën die de vereiste ESP's hebben geïnstalleerd.

1. Cycloon verzamelaars:

Hier wordt de afvalgas bevattende deeltjes onderworpen aan centrifugatie. De gesuspendeerde deeltjes verplaatsen zich naar de wand van het cycloonlichaam en vervolgens naar de bodem en worden uiteindelijk uitgestoten. De cyclooncollectoren verwijderen ongeveer 70% van de deeltjes.

2. Elektrostatische precipitatoren (ESP's):

Om de deeltjes uit de gasstroom te verwijderen, worden de elektrische krachten in de kamer in de precipitator aangebracht. Gesuspendeerde deeltjes worden geladen of geïoniseerd en ze worden aangetrokken door geladen elektroden en vervolgens verwijderd. ESP's kunnen 99% van de deeltjesvormige verontreinigende stoffen uit schoorsteenuitlaat verwijderen

ESP's werken heel goed in energiecentrales, papierfabrieken, cementfabrieken, koolstofblokfabrieken, enz. Stof met hoge weerstand kan scheiding in een ESP moeilijk maken. Om dit te ondervangen, worden doekfilters of zakfilters gebruikt. Maar doekfilters zijn niet geschikt voor natte of plakkerige deeltjes, extreme corrosieve omstandigheden en hoge gastemperaturen.

Gasvormige verontreinigende stoffen:

Deze kunnen op de volgende drie manieren worden verwijderd.

(a) Natte systemen:

Deze worden gebruikt als wastorens waarin alkalische vloeistof continu circuleert. Deze vloeistof reageert met S02 om een ​​precipitaat te produceren.

(b) Droge systemen:

Hier mogen de gasverontreinigende stoffen reageren met een absorbens onder een droge fase. Dolomiet, kalk (CaO) en kalksteen (CaOH) worden in de weg van het stromende gas (SO2) geplaatst. Het proces is niet erg duur en omvat geen waternevel. Water in contact met SO2 produceert corrosieve H 2 SO 4 .

(c) Natte droge systemen:

Hier reageert water in het absorbens met de zure componenten. Dit biedt een alternatief voor het traditionele natte proces dat wordt gebruikt voor de ontzwaveling van brandstofgassen van kolengestookte ketels. Het absorberende calciumhydroxide wordt uitgespreid in de hete gasstroom in de vorm van kleine druppeltjes. Calcium reageert met SO 2 en de hete gassen zorgen ervoor dat het water tegelijkertijd verdampt.

Het eindproduct is een droge kracht die voornamelijk vliegas en zouten bevat. Houtskool kan ook als absorptiemiddel worden gebruikt. Andere absorbers kunnen ook worden gebruikt om alcohol en benzeen op te nemen. Deze methode is zeer effectief in stomerijen, drukkerijen, verffabrieken, voedselverwerkende bedrijven, brouwerijen en farmaceutische industrieën. Verbranding van gassen kan ook worden gebruikt voor de petroleumindustrie, enz.

Controle door wet:

Net als motorvoertuigen moeten normen ook worden afgedwongen door toepasselijke wetten voor industrieën. Er zijn andere voorwaarden die kunnen worden afgedwongen door de wet.