Forebyggelse og kontrol af luftforurening

I årevis har mennesket dumpet affald i atmosfæren, og disse forurenende stoffer er forsvundet med vinden.

Vi har set, at de vigtigste kilder til luftforurening er:

(i) Motorkøretøjer,

ii) Industrier, især deres skorstensaffald,

(iii) Fossil-brændstof (kul) baserede planter, som termiske kraftværker.

Der skal træffes foranstaltninger til at kontrollere forurening ved kilden (forebyggelse) samt efter udledning af forurenende stoffer i atmosfæren. Der er et presserende behov for at forhindre emissioner fra ovennævnte store kilder til luftforurening.

[Fem punkter med kontrol over mulig emission af luftforurenende stoffer]

Kontrol af emissioner kan realiseres på flere måder.

Fem separate kontrolmuligheder er vist i figur 2.6.

Disse beskrives kort her som følger:

1. Kildekorrektion:

1 Hans er den nemmeste løsning på luftforureningsproblemet, hvor vi stopper den skyldige proces. Derfor kaldes det også forebyggelse. Ingeniøren skal overveje muligheden for at kontrollere emissionerne ved at ændre processen. For eksempel, hvis biler er fundet at frigøre høje blyniveauer i luft, er den mest fornuftige løsning simpelthen at eliminere bly i benzinen. Kilden er blevet korrigeret og problemet løst.

Ud over en ændring af råmaterialet kan en modifikation af processen også bruges til at opnå et ønsket resultat. For eksempel er kommunale affaldsforbrændingsanlæg kendt for at stinke. Lugtene kan ofte kontrolleres let, hvis forbrændingsovnen drives med en høj nok temperatur til fuldstændig oxidation af de organiske stoffer, der forårsager lugten. Sådanne foranstaltninger som procesændring, omdannelse af råmaterialer eller ændring af udstyr til at opfylde emissionsstandarder kaldes kontrol.

I modsætning hertil er reduktion det udtryk, der anvendes til alle enheder og metoder til at reducere mængden af ​​forurenende stoffer, der udtømmer atmosfæren, når emnerne allerede er udsendt fra kilden. I bredere forstand og for enkelhed er det bedre at henvise til alle procedurer som kontrol.

2. Indsamling af forurenende stoffer:

Ofte er det mest alvorlige problem med luftforureningskontrol at indsamle forurenende stoffer for at give behandling. Biler er farligste, det eneste fordi emissionerne ikke let kan indsamles. Hvis vi kunne udstyre kannel fra biler til nogle centrale faciliteter, ville deres behandling være meget mere rimelig end at kontrollere hver enkelt bil.

En succes med at indsamle forurenende stoffer har været genbrug af blæsegasser i forbrændingsmotoren. Ved at genanlægge disse gasser og udsende dem gennem bilens udstødningssystem, kan behovet for at installere en separat behandlingsanordning til bilen elimineres. Luftforureningskontrolingeniører har deres hårdeste tid, når forurenende stoffer fra en branche ikke opsamles men udsendes fra vinduer, døre mv.

3. Afkøling:

De udstødningsgasser, der skal behandles, er sommetider for varme til kontroludstyret, og gassen skal først afkøles. Dette kan gøres på tre generelle måder: fortynding, slukning eller varmevekslingsspoler (figur 2.7). Fortynding er kun acceptabel, hvis den totale mængde varm udstødning er lille. Quenching har den ekstra fordel at skrubbe nogle af disse gasser og partikler ud. Kølespiralerne er måske den mest udbredte, og er særligt egnede, når varme kan konserveres.

4. Behandling:

Udvælgelsen af ​​den korrekte behandlingsanordning kræver tilpasning af forureningsegenskabernes egenskaber og funktionerne i styreenheden. Det er vigtigt at indse, at størrelsen af ​​luftforurenende stoffer varierer mange størrelsesordener, og det er derfor ikke rimeligt at forvente, at en enhed skal være effektiv for alle forurenende stoffer.

Derudover vil typer af kemikalier i emissioner ofte diktere brugen af ​​nogle enheder. For eksempel kan en gas indeholdende en høj koncentration af S02 rengøres ved hjælp af vandsprayer, men den resulterende H2SO4 kan udgøre alvorlige korrosionsproblemer.

Mange enheder vises på markedet, følgende er de mest udbredte:

(a) Salgskamre er intet mere end store steder i røggården, som ligner afregningstanke i vandbehandling. Disse kamre fjerner kun de store partikler.

(b) Cycloner anvendes i vid udstrækning til fjernelse af store partikler. Den beskidte luft blæser i en konisk cylinder, men ud for midterlinien. Dette skaber en voldsom virvel indenfor keglen, og de tunge faste stoffer migrerer til cylinderens væg, hvor de sænker på grund af friktion og findes i bunden af ​​keglen. Den rene luft ligger midt i cylinderen og går ud af toppen. Cycloner anvendes i vid udstrækning som forrensere, for at fjerne det tunge materiale før yderligere behandling.

(c) Bagfilter fungerer som de almindelige støvsugere. Stofposer bruges til at samle støvet, som regelmæssigt skal rystes af poserne. Tøjet fjerner næsten alle partikler. Taskefiltre anvendes i vid udstrækning i mange brancher; men er følsomme for høj temperatur og fugtighed.

(d) Vådsamlere kommer i mange former og stilarter. Det enkle sprøjtetårn (figur 2.8) er en effektiv metode til fjernelse af store partikler. Mere effektive skrubber fremmer kontakten mellem luft og vand ved voldelig handling i en smal sektion, hvor vandet indføres. Generelt, jo mere voldelige mødet, og dermed jo mindre gasbobler eller vanddråber, desto mere effektive skrubber.

(e) Elektrostatiske præcipitatorer anvendes i vid udstrækning i kraftværker. Partikelmaterialet fjernes ved først at blive opladet af elektroner (Hopping fra en højspændingselektrode til den anden og derefter migrere til den positivt ladede elektrode. En type som vist i figur 2.8 består af et rør med en ledning, der hænger ned i midten Partiklerne samles på røret og skal fjernes ved at bøje rørene med hammere. Elektrostatiske udfældningsmidler har ingen bevægelige dele, kræver elektricitet og er yderst effektive til at fjerne submikronpartikler. De er dyre.

(g) Adsorption er brugen af ​​et materiale som aktivt kul for at opfange forurenende stoffer. Sådanne adsorberingsmidler kan være dyre at regenerere. De fleste af disse fungerer godt for organiske stoffer og har begrænset anvendelse til uorganiske forurenende stoffer. Figur 2.9 viser trinene i et adsorptionstårn.

h) Forbrænding er en metode til fjernelse af forurenende luftarter ved at brænde dem til C02, H20 og indsatser. Dette virker kun for brændbare dampe.

(i) Katalytisk forbrænding indebærer anvendelse af en katalysator til adsorption eller kemisk ændring af forurenende stoffer.

Det er igen vigtigt at understrege afhængigheden af ​​effektiviteten af ​​en behandlingsenhed på partikelstørrelsen. Figur 2.10 viser de omtrentlige områder af tilpasningsevnen for de forskellige behandlingsmetoder, der er diskuteret ovenfor.

5. Dispersion:

Videnskaben om meteorologi har stor betydning for luftforurening. Et luftforureningsproblem involverer tre dele. Kilden, forureningsbevægelsens bevægelse og modtageren (figur 2.10). Koncentrationen af ​​forurenende stoffer ved modtageren påvirkes af atmosfærisk spredning, eller hvordan forurenende stoffer fortyndes med ren luft. Denne dispersion foregår vandret såvel som vertikalt.

Jordrotation præsenterer nye områder, hvor solen skinner og varm luft. Derfor er et vindmønster oprettet rundt om i verden, nogle sæsonbestemte (f.eks. Orkaner) og nogle permanente. Luftforureningsingeniører bruger ofte en variation af vindrosen (en vindrost er grafiske billeder af vindhastighed og retningsdata), kaldet en forureningstroppe for at bestemme kilden til et forurenende stof.

Diffusion er processen med at sprede udledningen over et stort område og dermed reducere koncentrationen af ​​de specifikke forurenende stoffer. Plume spredningen eller dispersionen er vandret såvel som lodret. Den maksimale koncentration af forurenende stoffer ligger i plume-centerlinjen, dvs. i retning af den vindende vind.

Når vi bevæger os længere væk fra midterlinien bliver koncentrationen lavere. Hvis vi antager, at spredningen af ​​en plume i begge retninger er tilnærmet med en gaussisk sandsynlighedskurve, kan vi beregne koncentrationen af ​​et forurenende stof på en hvilken som helst afstand X nedadgående fra kilden.

Forureningsfarer kan forudsiges ud fra meteorologiske data, og tidlig varsling for forestående fareforhold og nødplaner kan udvikles til at lukke brancher.

Kontrol af forurenende stoffer fra bevægelige kilder:

Selvom mange af de ovennævnte kontrolmetoder også kan gælde for bevægelige kilder, så er en særlig speciel bevægelig kilde, der fortjener bilens fortjeneste. Motordrift har direkte effekt på emissionerne. Mængden af ​​CO, HC og NOx varierer under tomgang, acceleration, cruising og deceleration.

Emissionskontrolteknikker til forbrændingsmotoren omfatter tune-ups, katalytiske reaktorer og motorændringer. En tune-up kan have en betydelig indvirkning på emissionskomponenter. For eksempel vil et højt luft / brændstofforhold (en magert blanding) reducere både CO og HC, men med øget NOx.

Den anden kontrolstrategi, der nu i vid udstrækning anvendes, er den katalytiske reaktor, der oxiderer CO og HC til CO2 og H20. Den anden reaktor reducerer NOx til N2. De mest populære katalysatorreaktorer har to alvorlige ulemper. For det første er de let forurenet af bly. Infact flytningen til ikke-bly benzin er blevet fremkaldt af denne grund og ikke af bekymringen for bly niveauer i atmosfæren. Det andet problem med reaktorerne er, at svovlforbindelserne i benzin oxideres til partikelformigt SO3 og øger dermed svovlniveauerne i miljøet.

Ved tredje modifikation af styreteknik-motor anvendes den stratificerede ladningsmotor uden katalytiske reaktioner. I disse motorer har cylindrene to rum med et rum, der modtager en rig blanding, antændes og derefter giver en bred flamme til en effektiv bum i hovedcylinderrummet. Andre modifikationer er også blevet udviklet. Det er vanskeligt at fremstille en helt ren internkombinationsmotor. Elektriske biler er rene, men de kan kun gemme begrænset strøm og dermed er deres rækkevidde begrænset.

Generelle metoder til at kontrollere luftforurening fra biler og industrier er blevet betragtet kort ovenfor. Nedenfor gives nogle specifikke foranstaltninger til bekæmpelse af køretøjs- og industriforurenende stoffer i luften.

Vehicular forurening:

1. For at kontrollere forurenende emission fra køretøjsudstødning:

Dette kan opnås ved at:

(i) Brug af ny andel benzin og luft,

(ii) Mere præcis timing af brændstofforsyning,

(iii) Brug af gasadditiver til forbedring af forbrændingen,

(iv) Ved at injicere luft i udstødningen for at omdanne udstødningsforbindelser til mindre giftige materialer og ved

(v) Opdatering af motordesign og / eller installeringsreduktionsudstyr (enhed) for at forbedre forbrændingen med det eksisterende motordesign.

Kulmonoxid skyldes lav luftindhold i brændstofblandingen, mens NOx-produktion fremmes ved høje forbrændingstemperaturer. Kulbrinter følger mere eller mindre mønsteret af CO.

Den fuldstændige eliminering af disse tre forurenende stoffer kan opnås ved enten at opdatere det nuværende design af motorer (fx fire-taktsmotorer) eller ved at foretage passende ændringer i anordninger til forbedring af forbrændingen.

2. For at kontrollere fordampning fra brændstoftank og karburator:

Dette kan gøres ved at:

(i) Indsamling af dampe med aktivt kul, når motoren er slukket og dens tænding, når motoren startes,

(ii) Underkastelse af benzin i tanken til let tryk for at forhindre gassen i fordampning og

(iii) Udvikling af lav flygtig benzin, der ikke fordampes let.

3. Brug af filtre:

Nogle gasdampe undslipper mellem vægge og stemplet, som kommer ind i krumtaphuset og derefter udledes i atmosfæren. Hydrocarboner (ca. 25%) frigives på denne måde. Anvendelse af filtre, der indfanger og genbruger disse undslippede gasser i motoren, bør således styre udledningen af ​​disse carbonhydrider.

4. Kontrol gennem lov:

Disse skal håndhæves nogle standarder gennem Motor Vehicle Act og andre love for design af motorer mv.

Industriel forurening:

For at kontrollere luftforurening fra industriaffaldets skorstensaffald skal vi udforme foranstaltninger til fjernelse af partikler og luftforurenende stoffer fra affaldet. Fjernelse af partikler indebærer deres opsamling under indflydelse af forskellige kræfter, hvorved de kontinuerligt bevæges ud af gasstrømmen.

Udstyret til fjernelse er:

(i) Cyclone samlere, og

(ii) elektrostatiske præcipitatorer (ESP'er). Således skal vi generere kontrol teknologi. På nuværende tidspunkt er der få kraftværker og industrier, der har installeret de nødvendige ESP'er.

1. Cyklon samlere:

Her udsættes de affaldsgasholdige partikler for centrifugering. De suspenderede partikler bevæger sig mod cyklonkroppens væg og derefter til bunden og til sidst udladet. Cyklonopsamlerne fjerner ca. 70% af partiklerne.

2. Elektrostatiske præcipitatorer (ESP'er):

For at fjerne partiklerne fra gasstrømmen påføres de elektriske kræfter i kammeret i bundfældningen. Suspenderede partikler bliver ladet eller ioniseret, og de tiltrækkes til opladede elektroder og fjernes derefter. ESP'er kan fjerne 99% af de partikelformige forurenende stoffer fra skorstenens udstødning

ESP'er virker meget godt i kraftværker, papirfabrikker, cementfabrikker, carbonblokplanter osv. Høj resistiv støv kan gøre adskillelse i en ESP vanskelig. For at overvinde dette anvendes stoffiltre eller posefiltre. Men stof filtre er uegnet til våd eller klæbrig partikler, ekstreme ætsende forhold og høje gas temperaturer.

Forurenende luftarter:

Disse kan fjernes ved hjælp af følgende tre metoder.

(a) Vådsystemer:

Disse anvendes som vask tårne, hvor alkali væske cirkulerer kontinuerligt. Denne væske reagerer med S02 til dannelse af et bundfald.

b) tørreanlæg:

Her får gasforurenende stoffer at reagere med et absorberende middel under en tør fase. Dolomit, lime (CaO) og kalksten (CaOH) placeres i vejen for den flydende gas (SO2). Processen er ikke særlig dyr og involverer ingen vandspray. Vand i kontakt med SO2 frembringer ætsende H ₂ SO ₄ .

c) våde tørre systemer:

Her reagerer vand i absorberen med syrekomponenterne. Dette giver et alternativ til traditionel våd proces, der anvendes til afsvovling af brændselsgasser fra kulfyrede kedler. Det absorberende calciumhydroxid spredes i den varme gasstrøm i form af små dråber. Kalk reagerer med SO2, og de varme gasser får vandet til at fordampe samtidigt.

Slutproduktet er en tør strøm, der hovedsagelig indeholder flyveaske og salte. Trækul kan også bruges som absorberende middel. Andre absorbere kan også bruges til at afhente alkoholer og benzener. Denne metode er meget effektiv i rensningsanlæg, trykkerier og malingfabrikker, fødevareforarbejdningsanlæg, bryggerier og medicinalindustrier. Forbrænding af gasser kan også anvendes til olieindustrien mv.

Kontrol gennem lov:

Ligesom motorvogne skal standarderne håndhæves af relevante love for industrier også. Der er andre betingelser, der kunne håndhæves ved lov.