Prävention und Kontrolle der Luftverschmutzung
Seit Ewigkeiten hat der Mensch Abfälle in die Atmosphäre geworfen, und diese Schadstoffe sind mit dem Wind verschwunden.
Wir haben gesehen, dass die Hauptursachen für Luftverschmutzung sind:
(i) Kraftfahrzeuge,
ii) Industrien, insbesondere ihre Kaminabfälle,
(iii) Anlagen auf fossiler Basis (Kohle) als Wärmekraftwerke.
Es sind Maßnahmen zu ergreifen, um die Verschmutzung an der Quelle (Prävention) sowie nach der Freisetzung von Schadstoffen in der Atmosphäre zu kontrollieren. Es ist dringend notwendig, die Emissionen der oben genannten Hauptquellen der Luftverschmutzung zu verhindern.
[Fünf Punkte zur Kontrolle möglicher Emissionen von Luftschadstoffen]
Die Steuerung der Emissionen kann auf verschiedene Arten realisiert werden.
Fünf separate Steuerungsmöglichkeiten sind in Abb. 2.6 dargestellt.
Diese werden hier kurz wie folgt betrachtet:
1. Quellenkorrektur:
Dies ist die einfachste Lösung für das Problem der Luftverschmutzung, bei der wir den Schuldprozess beenden. Daher wird es auch Prävention genannt. Der Ingenieur muss die Möglichkeit in Betracht ziehen, die Emissionen durch Änderung des Prozesses zu kontrollieren. Wenn zum Beispiel gefunden wird, dass Automobile hohe Bleigehalte in der Luft freisetzen, besteht die vernünftigste Lösung darin, einfach das Blei im Benzin zu entfernen. Die Quelle wurde korrigiert und das Problem gelöst.
Neben einem Rohmaterialwechsel kann auch eine Modifikation des Prozesses verwendet werden, um ein gewünschtes Ergebnis zu erzielen. Beispielsweise stinken kommunale Müllverbrennungsanlagen. Die Gerüche können oft leicht kontrolliert werden, wenn die Verbrennungsöfen bei einer ausreichend hohen Temperatur betrieben werden, um die organischen Stoffe, die den Geruch verursachen, vollständig zu oxidieren. Als Maßnahmen werden Maßnahmen wie Prozessänderung, Rohstoffumwandlung oder Anlagenmodifizierung zur Einhaltung von Emissionsnormen bezeichnet.
Im Gegensatz dazu wird unter Verminderung der Begriff für alle Vorrichtungen und Verfahren verstanden, mit denen die Menge an Schadstoffen verringert wird, die aus der Atmosphäre austreten, wenn das Material bereits aus der Quelle ausgestoßen wurde. Im weiteren Sinne und zur Vereinfachung ist es besser, alle Verfahren als Kontrollen zu bezeichnen.
2. Sammlung von Schadstoffen:
Das schwerwiegendste Problem bei der Bekämpfung der Luftverschmutzung ist oft die Sammlung der Schadstoffe, um eine Behandlung zu ermöglichen. Automobile sind am gefährlichsten, nur weil die Emissionen nicht ohne weiteres gesammelt werden können. Wenn wir Abgase von Automobilen in einige zentrale Einrichtungen kanalisieren könnten, wäre deren Behandlung viel sinnvoller als die Kontrolle jedes einzelnen Autos.
Ein Erfolg beim Sammeln von Schadstoffen war das Recyceln blasiger Gase im Verbrennungsmotor. Durch die Wiederentzündung dieser Gase und deren Abgabe durch die Auspuffanlage des Autos kann die Installation einer separaten Aufbereitungsvorrichtung für das Auto entfallen. Ingenieure der Luftreinhaltung haben es am schwierigsten, wenn die Schadstoffe aus der Industrie nicht gesammelt, sondern von Fenstern, Türen usw. emittiert werden.
3. Kühlung:
Die zu behandelnden Abgase sind manchmal für die Steuergeräte zu heiß, und die Gase müssen zuerst gekühlt werden. Dies kann auf drei Arten erfolgen: Verdünnungs-, Lösch- oder Wärmeaustauschspulen (Abb. 2.7). Die Verdünnung ist nur dann zulässig, wenn die Gesamtmenge an heißem Abgas gering ist. Das Abschrecken hat den zusätzlichen Vorteil, dass einige dieser Gase und Partikel ausgewaschen werden. Die Kühlspulen sind vielleicht die am weitesten verbreiteten und sind besonders geeignet, wenn Wärme eingespart werden kann.
4. Behandlung:
Die Auswahl des richtigen Behandlungsgeräts erfordert die Abstimmung der Eigenschaften des Schadstoffs und der Merkmale des Steuergeräts. Es ist wichtig zu erkennen, dass die Größe der Luftschadstoffe in vielen Größenordnungen liegt, und es ist daher nicht vernünftig zu erwarten, dass ein Gerät für alle Schadstoffe wirksam ist.
Darüber hinaus bestimmen die Arten von Chemikalien in Emissionen häufig die Verwendung einiger Geräte. Zum Beispiel könnte ein Gas, das eine hohe SO 2 -Konzentration enthält, durch Wassersprühen gereinigt werden, aber das resultierende H 2 SO 4 kann ernste Korrosionsprobleme darstellen.
Viele Geräte erscheinen auf dem Markt, die am häufigsten verwendeten sind:
(a) Verkaufskammern sind nichts weiter als große Orte in den Schornsteinen, ähnlich wie die Absetzbecken in der Wasseraufbereitung. Diese Kammern entfernen nur die großen Partikel.
(b) Zyklone werden häufig zur Entfernung großer Partikel verwendet. Die schmutzige Luft wird in einen konischen Zylinder geblasen, jedoch außerhalb der Mittellinie. Dies erzeugt einen heftigen Wirbel innerhalb des Kegels, und die schweren Feststoffe wandern zur Wand des Zylinders, wo sie sich aufgrund von Reibung verlangsamen und am Boden des Kegels vorhanden sind. Die saubere Luft befindet sich in der Mitte des Zylinders und tritt oben aus. Zyklone werden häufig als Vorreiniger eingesetzt, um das schwere Material vor der weiteren Behandlung zu entfernen.
(c) Beutelfilter funktionieren wie die üblichen Staubsauger. Mit Stofftaschen wird der Staub aufgefangen, der regelmäßig aus den Beuteln geschüttelt werden muss. Der Stoff entfernt nahezu alle Partikel. Beutelfilter sind in vielen Branchen weit verbreitet. sind jedoch empfindlich gegen hohe Temperaturen und Feuchtigkeit.
(d) Nasskollektoren gibt es in vielen Formen und Stilen. Der einfache Sprühturm (Abb. 2.8) ist eine effektive Methode zum Entfernen großer Partikel. Effizientere Wäscher fördern den Kontakt zwischen Luft und Wasser durch gewalttätige Maßnahmen in einem engen Abschnitt, in den das Wasser eingeleitet wird. Je gewalttätiger die Begegnung ist und je kleiner die Gasblasen oder Wassertröpfchen sind, desto wirksamer ist das Waschen im Allgemeinen.
(e) Elektrofilter werden häufig in Kraftwerken eingesetzt. Das Partikelmaterial wird entfernt, indem es zuerst von Elektronen aufgeladen wird (Springen von einer Hochspannungselektrode zur anderen und dann zur positiv geladenen Elektrode. Ein Typ, wie in Abb. 2.8 dargestellt, besteht aus einem Rohr, in dessen Mitte ein Draht hängt Die Partikel sammeln sich auf dem Rohr und müssen durch Schlagen der Rohre mit Hämmern entfernt werden Elektrostatische Abscheider haben keine beweglichen Teile, benötigen Elektrizität und sind äußerst effektiv bei der Entfernung von Submikronpartikeln.
(g) Adsorption ist die Verwendung eines Materials wie Aktivkohle, um Schadstoffe einzufangen. Solche Adsorber können teuer zu regenerieren sein. Die meisten von ihnen funktionieren gut für organische Stoffe und sind für anorganische Schadstoffe nur begrenzt einsetzbar. Abbildung 2.9 zeigt die Schritte eines Adsorptionsturms.
(h) Die Verbrennung ist ein Verfahren zum Entfernen gasförmiger Schadstoffe durch Verbrennen zu C02, H20 und Inserts. Dies funktioniert nur für brennbare Dämpfe.
(i) Bei der katalytischen Verbrennung werden Katalysatoren verwendet, um die Schadstoffe zu adsorbieren oder chemisch zu verändern.
Es ist wiederum wichtig, die Abhängigkeit der Wirksamkeit einer Behandlungsvorrichtung von der Partikelgröße hervorzuheben. Abb. 2.10 zeigt die ungefähren Bereiche der Anpassungsfähigkeit für die verschiedenen oben diskutierten Behandlungsmethoden.
5. Dispersion:
Die Wissenschaft der Meteorologie hat einen großen Einfluss auf die Luftverschmutzung. Ein Luftverschmutzungsproblem besteht aus drei Teilen. Die Quelle, die Bewegung des Schadstoffs und der Empfänger (Abb. 2.10). Die Konzentration der Schadstoffe im Rezipienten wird durch die Ausbreitung der Atmosphäre oder durch die Verdünnung des Schadstoffs mit sauberer Luft beeinflusst. Diese Dispersion erfolgt sowohl horizontal als auch vertikal.
Die Erdrotation bietet neue Bereiche, in denen die Sonne auf die Sonne scheinen und Luft erwärmen kann. Dementsprechend ist ein Muster von Winden auf der ganzen Welt angelegt, einige saisonale (z. B. Hurrikane) und einige dauerhaft. Luftverschmutzungsingenieure verwenden häufig eine Variation der Windrose (eine Windrose sind grafische Bilder der Windgeschwindigkeit und der Richtungsdaten), die als Verschmutzungsrose bezeichnet wird, um die Quelle eines Schadstoffs zu bestimmen.
Diffusion ist der Prozess, bei dem die Emission über eine große Fläche verteilt wird und somit die Konzentration der spezifischen Schadstoffe reduziert wird. Die Ausbreitung oder Verteilung der Wolke ist sowohl horizontal als auch vertikal. Die maximale Schadstoffkonzentration liegt in der Rauchmittellinie, dh in Richtung des vorherrschenden Windes.
Wenn wir uns weiter von der Mittellinie entfernen, wird die Konzentration geringer. Wenn wir davon ausgehen, dass die Ausbreitung einer Wolke in beide Richtungen durch eine Gaußsche Wahrscheinlichkeitskurve angenähert wird, können wir die Konzentration eines Schadstoffs in einer beliebigen Entfernung X vor der Quelle berechnen.
Verschmutzungsgefahren können auf der Grundlage von Wetterdaten vorhergesagt werden, und es können Frühwarnsysteme für drohende Gefahrensituationen und Notfallpläne entwickelt werden, um die Industrie zu schließen.
Kontrolle von Schadstoffen aus sich bewegenden Quellen:
Obwohl viele der oben genannten Steuerverfahren auch auf sich bewegende Quellen anwendbar sind, verdient eine ganz besondere Bewegungsquelle, die das Automobil verdient, eine besondere Erwähnung. Der Motorbetrieb hat direkte Auswirkungen auf die Emissionen. Die Menge an CO, HC und NOx unterscheidet sich während des Leerlaufs, Beschleunigen, Cruisen und Abbremsen.
Emissionssteuertechniken für den Verbrennungsmotor umfassen Verbrennungsmotoren, katalytische Reaktoren und Motormodifikationen. Eine Abstimmung kann erhebliche Auswirkungen auf die Emissionskomponenten haben. Beispielsweise reduziert ein hohes Luft / Kraftstoff-Verhältnis (ein mageres Gemisch) sowohl CO als auch HC, jedoch mit erhöhtem NOx.
Die zweite, nun weitgehend angewendete Steuerungsstrategie ist der katalytische Reaktor, der CO und HC zu CO 2 und H 2 O oxidiert. Der zweite Reaktor reduziert NOx zu N 2 . Die beliebtesten Katalysatorreaktoren haben zwei gravierende Nachteile. Erstens werden sie leicht von Blei verschmutzt. Tatsächlich wurde der Wechsel zu Nicht-Blei-Benzin aus diesem Grund und nicht aus der Sorge um den Bleigehalt in der Atmosphäre angeregt. Das zweite Problem bei den Reaktoren besteht darin, dass die Schwefelverbindungen in Benzin zu teilchenförmigem SO 3 oxidiert werden und somit die Schwefelgehalte in der Umgebung erhöhen.
Bei der dritten Modifikation der Steuertechnik wird der Schichtladungsmotor ohne katalytische Reaktionen verwendet. Bei diesen Motoren haben die Zylinder zwei Abteile, wobei ein Abteil ein fettes Gemisch aufnimmt, zündet und dann eine breite Flamme für einen effizienten Brand im Hauptzylinderfach bereitstellt. Andere Modifikationen wurden ebenfalls entwickelt. Es ist schwierig, einen völlig sauberen internen Verbrennungsmotor herzustellen. Elektroautos sind sauber, können jedoch nur eine begrenzte Leistung speichern und sind daher nur in begrenztem Umfang verfügbar.
Allgemeine Methoden zur Bekämpfung von Luftverschmutzungen durch Kraftfahrzeuge und Industrie sind oben kurz betrachtet worden. Nachfolgend sind einige spezifische Maßnahmen zur Bekämpfung von Fahrzeug- und Industrie-Schadstoffen in der Luft aufgeführt.
Fahrzeugverschmutzung:
1. Um die Schadstoffemission von Fahrzeugabgasen zu überprüfen:
Dies kann erreicht werden durch:
(i) Verwendung eines neuen Benzin- und Luftanteils
(ii) genauerer Zeitpunkt der Kraftstoffzufuhr,
(iii) Verwendung von Gasadditiven zur Verbesserung der Verbrennung,
(iv) durch Einblasen von Luft in das Abgas, um Abgasverbindungen in weniger toxische Materialien umzuwandeln, und durch
(v) Aktualisierung der Motorkonstruktion und / oder Installation einer Minderungsausrüstung (Vorrichtung) zur Verbesserung der Verbrennung mit der vorhandenen Motorkonstruktion.
Kohlenmonoxid resultiert aus einem geringen Luftgehalt des Kraftstoffgemisches, während die NOx-Produktion durch hohe Verbrennungstemperaturen gefördert wird. Kohlenwasserstoffe folgen mehr oder weniger dem Muster von CO.
Die vollständige Beseitigung dieser drei Schadstoffe kann erreicht werden, indem entweder das gegenwärtige Design von Motoren (z. B. Viertaktmotoren) aktualisiert wird oder indem geeignete Änderungen an Vorrichtungen zur Verbesserung der Verbrennung vorgenommen werden.
2. Um die Verdampfung von Kraftstofftank und Vergaser zu kontrollieren:
Dies kann geschehen durch:
i) Sammeln von Dämpfen mit Aktivkohle bei abgestelltem Motor und Zündung beim Starten des Motors,
(ii) Benzin im Tank einem leichten Druck aussetzen, um das Verdampfen des Gases zu verhindern
(iii) Entwickeln eines leichtflüchtigen Benzins, das nicht leicht verdampft.
3. Verwendung von Filtern:
Einige Gasdämpfe entweichen zwischen den Wänden und dem Kolben, der in das Kurbelgehäuse eintritt, und entweichen in die Atmosphäre. Auf diese Weise werden Kohlenwasserstoffe (ca. 25%) freigesetzt. Die Verwendung von Filtern, die diese ausgetretenen Gase im Motor auffangen und wiederverwerten, sollte daher die Emission dieser Kohlenwasserstoffe steuern.
4. Kontrolle durch das Gesetz:
Diese sind durch das Kfz-Gesetz und andere Gesetze für die Auslegung von Motoren usw. durch einige Normen durchzusetzen.
Industrielle Verschmutzung:
Um die Luftverschmutzung durch Kaminabfälle aus Industrieanlagen zu überprüfen, müssen Maßnahmen zur Entfernung der Partikel und gasförmigen Schadstoffe aus den Abfällen erarbeitet werden. Bei der Entfernung von Feinstaub werden sie unter dem Einfluss verschiedener Kräfte gesammelt und bewegen sich dadurch kontinuierlich aus dem Gasstrom.
Die für ihre Entfernung verwendeten Geräte sind:
(i) Zyklonsammler und
(ii) Elektrofilter (ESPs). Also müssen wir die Steuerungstechnik generieren. Derzeit gibt es nur wenige Kraftwerke und Industrien, die die erforderlichen ESP installiert haben.
1. Zyklonabscheider:
Hier wird das partikelhaltige Abgas einer Zentrifugation unterzogen. Die suspendierten Teilchen bewegen sich in Richtung der Wand des Zyklonkörpers und dann zu seinem Boden und werden schließlich ausgestoßen. Die Zyklonsammler entfernen etwa 70% der Partikel.
2. Elektrofilter (ESP):
Um die Partikel aus dem Gasstrom zu entfernen, werden die elektrischen Kräfte in der Kammer im Abscheider aufgebracht. Suspendierte Teilchen werden aufgeladen oder ionisiert, und sie werden von geladenen Elektroden angezogen und dann entfernt. ESPs können 99% der partikelförmigen Schadstoffe aus dem Kaminabzug entfernen
ESPs funktionieren sehr gut in Kraftwerken, Papierfabriken, Zementmühlen, Kohleblockanlagen usw. Staub mit hohem Widerstand kann die Trennung in einem ESP schwierig machen. Um dies zu überwinden, werden Gewebefilter oder Taschenfilter eingesetzt. Gewebefilter sind jedoch nicht für feuchte oder klebrige Partikel, extreme Korrosionsbedingungen und hohe Gastemperaturen geeignet.
Gasförmige Schadstoffe:
Diese können mit den folgenden drei Methoden entfernt werden.
(a) Nasssysteme:
Diese werden als Waschtürme verwendet, in denen Alkalifluid kontinuierlich zirkuliert. Diese Flüssigkeit reagiert mit SO 2 und bildet einen Niederschlag.
(b) Trockensysteme:
Hier können die gasförmigen Schadstoffe in trockener Phase mit einem Absorptionsmittel reagieren. Dolomit, Kalk (CaO) und Kalkstein (CaOH) stehen dem strömenden Gas (SO2) im Weg. Das Verfahren ist nicht sehr teuer und beinhaltet keinen Wasserstrahl. Wasser, das mit SO2 in Kontakt kommt, erzeugt ätzendes H 2 SO 4 .
(c) Nass-Trockensysteme:
Hier reagiert Wasser im Absorptionsmittel mit den Säurekomponenten. Dies bietet eine Alternative zu herkömmlichen Nassverfahren, die zur Entschwefelung von Brenngasen aus Kohlekesseln verwendet werden. Das absorbierende Calciumhydroxid wird in Form kleiner Tröpfchen in den heißen Gasstrom verteilt. Calcium reagiert mit SO 2 und die heißen Gase bewirken, dass das Wasser gleichzeitig verdampft.
Das Endprodukt ist eine Trockenkraft, die hauptsächlich Flugasche und Salze enthält. Holzkohle kann auch als Absorptionsmittel verwendet werden. Andere Absorber können auch zum Aufnehmen von Alkoholen und Benzolen verwendet werden. Diese Methode ist in Trockenreinigungsanlagen, Druckereien und Lackfabriken, Lebensmittelverarbeitungsanlagen, Brauereien und in der pharmazeutischen Industrie sehr effektiv. Die Verbrennung von Gasen kann auch für die Erdölindustrie usw. verwendet werden.
Kontrolle durch das Gesetz:
Ebenso wie Kraftfahrzeuge müssen Normen auch für die Industrie durch entsprechende Gesetze durchgesetzt werden. Es gibt andere Bedingungen, die gesetzlich durchgesetzt werden können.
