Forebygging og kontroll av luftforurensning
I årevis har mennesket dumpet avfall i atmosfæren, og disse forurensningene har forsvunnet med vinden.
Vi har sett at de viktigste kildene til luftforurensning er:
(i) Motorkjøretøyer,
(ii) Industrier, særlig deres skorstein avfall,
(iii) Fossil-drivstoff (kull) -baserte planter, som termiske kraftverk.
Det skal iverksettes tiltak for å kontrollere forurensning ved kilden (forebygging) samt etter utslipp av forurensende stoffer i atmosfæren. Det er et presserende behov for å forhindre utslippene fra de ovennevnte store kildene til luftforurensning.
[Fem punkter for kontroll av mulig utslipp av luftforurensende stoffer]
Kontrollen av utslippene kan realiseres på flere måter.
Fem separate muligheter for kontroll er vist i figur 2.6.
Disse beskrives kort her som følger:
1. Kildekorreksjon:
1 hans er den enkleste løsningen på luftforurensningsproblemet, der vi stopper den skyldige prosessen. Derfor kalles det også forebygging. Ingeniøren må vurdere muligheten for å kontrollere utslippene ved å endre prosessen. For eksempel, hvis biler er funnet å slippe høye blynivåer i luft, er den mest fornuftige løsningen ganske enkelt å eliminere bly i bensinen. Kilden er korrigert og problemet løses.
I tillegg til endring av råmateriale, kan en modifisering av prosessen også brukes til å oppnå et ønsket resultat. For eksempel er kommunale avfallsforbrenningsanlegg kjent for å stinke. Luktene kan ofte kontrolleres lett hvis forbrenningsovnen drives med høy nok temperatur for å fullstendig oksidere de organiske stoffene som forårsaker lukten. Slike tiltak som prosessendring, omstilling av råmaterialer eller utstyrsmodifisering for å møte utslippsstandarder er kjent som kontroller.
I motsetning er reduksjon begrepet som brukes til alle enheter og metoder for å redusere mengden av forurensende stoffer som utluter atmosfæren når stoffene allerede er utstilt fra kilden. I en bredere forstand og for enkelhet er det bedre å referere til alle prosedyrene som kontroller.
2. Innsamling av forurensende stoffer:
Ofte er det mest alvorlige problemet med luftforurensningskontroll samlingen av forurensningene for å gi behandling. Biler er farligste, det eneste fordi utslippene ikke kan lett samles inn. Hvis vi kunne utnytte kanalen fra biler til noen sentrale anlegg, ville behandlingen være mye rimeligere enn å kontrollere hver enkelt bil.
En suksess med å samle forurensninger har vært gjenvinning av blåsegass i forbrenningsmotoren. Ved å regenerere disse gassene og sende dem ut gjennom bilens eksosanlegg, kan behovet for å installere en separat behandlingsenhet for bilen elimineres. Luftforurensningskontrollingeniører har sin tøffeste tid da forurensningene fra en industri ikke er samlet inn, men utstrålet fra vinduer, dører etc.
3. Kjøling:
Avgassene som skal behandles er noen ganger for varme for kontrollutstyret, og gassene må først avkjøles. Dette kan gjøres på tre generelle måter: fortynning, slukning eller varmevekslingsspoler (figur 2.7). Fortynning er bare akseptabelt dersom den totale mengden varm eksos er liten. Quenching har den ekstra fordelen ved å skru ut noen av disse gassene og partiklene. Kjølespolen er kanskje den mest brukte, og er spesielt egnet når varmen kan konserveres.
4. Behandling:
Valget av riktig behandlingsanordning krever samordning av egenskapene til forurensningen og funksjonene til kontrollenheten. Det er viktig å innse at størrelsen på luftforurensende stoffer varierer mange størrelsesordener, og det er derfor ikke rimelig å forvente at en enhet skal være effektiv for alle forurensende stoffer.
I tillegg vil typer kjemikalier i utslipp ofte diktere bruken av enkelte enheter. For eksempel kan en gass inneholdende en høy konsentrasjon av S02 rengjøres med vannsprayer, men den resulterende H2SO4 kan gi alvorlige korrosjonsproblemer.
Mange enheter vises på markedet, følgende er de mest brukte:
(a) Selgerkamre er ikke noe mer enn store steder i flues, som ligner oppgjørstanker i vannbehandling. Disse kamrene fjerner bare de store partiklene.
(b) Cycloner brukes i stor grad for fjerning av store partikler. Den skitne luften sprenges i en konisk sylinder, men utenfor midtlinjen. Dette skaper en voldsom virvel i kjeglen, og de tunge faste stoffene migrerer til sylinderveggen der de senker på grunn av friksjon og eksisterer på bunnen av kjeglen. Den rene luften er midt på sylinderen og går ut av toppen. Sykloner brukes mye som forrensere, for å fjerne det tunge materialet før videre behandling.
(c) Posefilter fungerer som vanlige støvsugere. Stoffposer brukes til å samle støvet som må periodisk rystes ut av posene. Stoffet fjerner nesten alle partikler. Posefiltre er mye brukt i mange bransjer; men er følsomme for høy temperatur og fuktighet.
(d) Våte samlere kommer i mange former og stiler. Det enkle sprøytetårnet (figur 2.8) er en effektiv metode for fjerning av store partikler. Mer effektive skrubber fremmer kontakten mellom luft og vann ved voldelig handling i et smalt snitt som vannet innfører. Generelt, jo mer voldelig møtet, og dermed jo mindre gassbobler eller vanndråper, desto mer effektive skrubbe.
(e) Elektrostatiske nedbørsmaskiner er mye brukt i kraftverk. Partikkelmaterialet fjernes ved først å bli ladet av elektroner (Hopping fra en høyspenningselektrode til den andre, og deretter migrere til den positivt ladede elektroden. En type som vist i figur 2.8 består av et rør med en ledning som henger ned i midten Partiklene samles på røret og må fjernes ved å knytte rørene med hammere. Elektrostatiske nedbørsmidler har ingen bevegelige deler, krever elektrisitet og er svært effektive for fjerning av submikronpartikler. De er dyre.
(g) Adsorbsjon er bruken av et materiale som aktivert karbon for å fange forurensninger. Slike adsorporer kan være dyre å regenerere. De fleste av disse fungerer godt for organiske stoffer og har begrenset bruk for uorganiske forurensninger. Figur 2.9 viser trinnene til et adsorpsjonstårn.
(h) Forbrenning er en metode for fjerning av gassformige forurensninger ved å brenne dem til C02, H20 og innsatser. Dette fungerer bare for brennbare damper.
(i) Katalytisk forbrenning innebærer bruk av en katalysator for å adsorbere eller kjemisk forandre forurensningene.
Det er igjen viktig å understreke avhengigheten av effektiviteten av en behandlingsenhet på partikkelstørrelse. Fig. 2.10 viser de omtrentlige områdene av tilpasningsevnen for de forskjellige behandlingsmetodene som er diskutert ovenfor.
5. Dispersjon:
Vitenskapen om meteorologi har stor betydning for luftforurensning. Et luftforurensningsproblem består av tre deler. Kilden, forurensningens bevegelse og mottakeren (figur 2.10). Konsentrasjonen av forurensningene ved mottakeren påvirkes av atmosfærisk spredning, eller hvordan forurensningen fortynnes med ren luft. Denne spredning foregår horisontalt og vertikalt.
Jordrotasjon presenterer nye områder for at solen skal skinne på og varme luften. Følgelig er et vindmønster satt opp rundt om i verden, noen sesongmessige (f.eks. Orkaner) og noen permanente. Luftforurensningsingeniører bruker ofte en variant av vindrosen (en vindrosa er grafiske bilder av vindhastighet og retningsdata), kalt en forurensningsrosa for å bestemme kilden til et forurensende stoff.
Diffusjon er prosessen med å spre ut utslipp over et stort område og dermed redusere konsentrasjonen av de spesifikke forurensningene. Plume spredningen eller spredning er horisontal og vertikal. Den maksimale konsentrasjonen av forurensende stoffer ligger i plumesenterlinjen, dvs. i retning av den rådende vinden.
Når vi beveger oss videre fra midtlinjen, blir konsentrasjonen lavere. Hvis vi antar at spredningen av en plume i begge retninger er tilnærmet med en gaussisk sannsynlighetskurve, kan vi beregne konsentrasjonen av et forurensende stoff i en hvilken som helst avstand X nedover fra kilde.
Forurensningsfare kan forutses ut fra meteorologiske data, og tidlig varsling for forestående fareforhold og nødplaner kan utvikles for å lukke næringer.
Kontroll av forurensende stoffer fra bevegelige kilder:
Selv om mange av de ovennevnte kontrollmetodene også kan gjelde for bevegelige kilder i tillegg, er en veldig spesiell bevegelig kilde bil-fortjener spesiell omtale. Motordrift har direkte effekt på utslippene. Mengde CO, HC og NOx varierer under tomgang, akselerasjon, cruising og retardasjon.
Emisjonskontrollteknikker for forbrenningsmotoren inkluderer melodier, katalytiske reaktorer og motorendringer. En melodi kan ha betydelig innvirkning på utslippskomponenter. For eksempel vil et høyt luft / drivstoffforhold (en magert blanding) redusere både CO og HC, men med økt NOx.
Den andre kontrollstrategien, som nå er mye brukt, er den katalytiske reaktoren som oksyderer CO og HC til CO 2 og H 2 O. Den andre reaktoren reduserer NOx til N 2 . De mest populære katalysatorreaktorene har to alvorlige ulemper. Først blir de lett forkullet av bly. Infact flyttingen til ikke-bly bensin har blitt bedt om denne grunnen og ikke av bekymringen for bly nivåer i atmosfæren. Det andre problemet med reaktorene er at svovelforbindelsene i bensin oksyderes til partikkelformig SO3, og øker dermed svovelnivåene i miljøet.
Ved tredje modifikasjon av motorteknikk-motoren brukes stratifisert ladningsmotor uten katalytiske reaksjoner. I disse motorene har sylinderne to rom, med ett rom som mottar en rik blanding, antenner, og gir deretter en bred flamme for en effektiv bum i hovedcylinderkammeret. Andre modifikasjoner har også blitt utviklet. Det er vanskelig å produsere en helt ren internkombinasjonsmotor. Elektriske biler er rene, men de kan kun lagre begrenset strøm og dermed er deres spekter begrenset.
Generelle metoder for å kontrollere luftforurensinger fra biler og næringer har blitt vurdert kort over. Noen spesifikke tiltak for å kontrollere kjøretøy og industriforurensende stoffer i luft er gitt nedenfor.
Kjøretøyforurensning:
1. For å kontrollere forurensende utslipp fra kjøretøyet eksos:
Dette kan oppnås ved:
(i) Bruk av ny andel bensin og luft,
(ii) Mer nøyaktig timing av drivstofffôring,
(iii) Ved hjelp av gassadditiver for å forbedre forbrenningen,
(iv) Ved å injisere luft inn i eksosen for å konvertere eksosforbindelser til mindre giftige materialer, og ved
(v) Oppdatering av motordesign og / eller installasjonsreduksjonsutstyr (enhet) for å forbedre forbrenningen med eksisterende motordesign.
Kullmonoksyd er et resultat av lav luftinnhold i drivstoffblandingen, mens NOx-produksjonen fremmes ved høye forbrenningstemperaturer. Hydrokarboner følger mer eller mindre mønsteret av CO.
Fullstendig eliminering av disse tre forurensningene kan oppnås ved å enten oppdatere dagens motordesign (for eksempel firetaktsmotorer) eller ved å foreta hensiktsmessige endringer i anordninger for å forbedre forbrenningen.
2. For å kontrollere fordampning fra drivstofftank og karburator:
Dette kan gjøres ved å:
(i) Samling av damp med aktivert trekull når motoren er slått av og tenningen når motoren startes,
(ii) Underkastelse av bensin i tanken til lite trykk for å forhindre gass fra fordampning og
(iii) Utvikling av lavflyktig bensin som ikke fordampes enkelt.
3. Bruk av filtre:
Noen gassdamp rømmer mellom vegger og stempel som kommer inn i vevhuset og deretter slippes ut i atmosfæren. Hydrokarboner (ca 25%) frigjøres på denne måten. Derfor bør bruk av filtre som fanger og resirkulerer disse rømte gassene i motoren, kontrollere utslippene av disse hydrokarbonene.
4. Kontroll gjennom lov:
Disse skal håndheves noen standarder gjennom Motor Vehicle Act og andre handlinger for design av motorer etc.
Industriell forurensning:
For å kontrollere luftforurensning av industrielt anleggs skorstein avfall, må vi utforme tiltak for fjerning av partikler og gassformige forurensninger fra avfallet. Fjerning av partikler innebærer at de samles inn under påvirkning av forskjellige krefter og derved beveger dem kontinuerlig ut av gasstrømmen.
Utstyret som brukes til fjerning er:
(i) Cyclone samlere, og
(ii) Elektrostatiske utfellere (ESPer). Dermed må vi generere kontrollteknologien. For tiden er det få kraftverk og næringer som har installert de nødvendige ESPene.
1. Cyclone samlere:
Her blir avgassholdige partikler utsatt for sentrifugering. De suspenderte partiklene beveger seg mot veggen av syklonlegemet, og deretter til bunnen og til slutt utladet. Syklonsamleren fjerner omtrent 70% av partiklene.
2. Elektrostatiske nedbør (ESP):
For å fjerne partiklene fra gasstrømmen, blir de elektriske kreftene påført i kammeret i utfellingen. Suspenserte partikler blir ladet eller ionisert, og de tiltrekkes til ladede elektroder og fjernes deretter. ESPer kan fjerne 99% av partikulære forurensninger fra skorsteinens eksos
ESP fungerer veldig bra i kraftverk, papirfabrikker, sementfabrikker, karbonblokkplanter osv. Høyt resistivitetsstøv kan gjøre separasjon i en ESP vanskelig. For å overvinne dette benyttes tekstilfiltre eller posefiltre. Men tekstilfiltre er ikke egnet for våt eller klebrig partikler, ekstreme korrosive forhold og høye gass temperaturer.
Gassforurensende stoffer:
Disse kan fjernes ved følgende tre metoder.
(a) Våte systemer:
Disse brukes som vaske tårnene der alkali væske sirkulerer kontinuerlig. Denne væsken reagerer med S02 for å fremstille et bunnfall.
(b) Tørrsystemer:
Her får gassforurensningene å reagere med et absorberingsmiddel i en tørr fase. Dolomitt, lime (CaO) og kalkstein (CaOH) plasseres i veien for den flytende gassen (SO2). Prosessen er ikke veldig dyr og innebærer ingen sprøyting av vann. Vann som er i kontakt med SO2, gir et korrosivt H 2 SO 4 .
(c) Våtørrsystemer:
Her reagerer vann i absorberingsmiddelet med syrekomponentene. Dette gir et alternativ til tradisjonell våt prosess som brukes til avsvovling av drivstoffgasser fra kullfyrte kjeler. Det absorberende kalsiumhydroksydet spres i den varme gasstrømmen i form av små dråper. Kalsium reagerer med SO 2 og de varme gassene får vannet til å fordampe samtidig.
Sluttproduktet er en tørr kraft som hovedsakelig inneholder flyveaske og salter. Kull kan også brukes som absorberende middel. Andre absorbere kan også brukes til å plukke opp alkoholer og benzener. Denne metoden er svært effektiv i renserier, trykkerier og malingfabrikker, matvareverk, bryggerier og farmasøytisk industri. Forbrenning av gasser kan også brukes til petroleumsindustrien mv.
Kontroll gjennom lov:
Som motorvogner skal normer håndheves av relevante lover for næringer også. Det er andre forhold som kan håndheves ved lov.
