Ngăn ngừa và kiểm soát ô nhiễm không khí
Từ lâu, con người đã thải chất thải vào khí quyển và những chất ô nhiễm này đã biến mất cùng với gió.
Chúng tôi đã thấy rằng các nguồn ô nhiễm không khí chính là:
(i) Xe cơ giới,
(ii) Các ngành công nghiệp, đặc biệt là chất thải ống khói của họ,
(iii) Các nhà máy sử dụng nhiên liệu hóa thạch (than), làm nhà máy nhiệt điện.
Các bước cần được thực hiện để kiểm soát ô nhiễm tại nguồn (phòng ngừa) cũng như sau khi thải ra các chất ô nhiễm trong khí quyển. Có một nhu cầu cấp thiết để ngăn chặn khí thải từ các nguồn ô nhiễm không khí chính nói trên.
[Năm điểm kiểm soát phát thải chất ô nhiễm không khí]
Việc kiểm soát khí thải có thể được thực hiện theo nhiều cách.
Năm khả năng riêng biệt để kiểm soát được hiển thị trong Hình 2.6.
Đây là những xem xét ngắn gọn ở đây như sau:
1. Sửa nguồn:
1 của ông là giải pháp dễ nhất cho vấn đề ô nhiễm không khí, nơi chúng tôi dừng quá trình phạm tội. Do đó, nó cũng được gọi là phòng ngừa. Kỹ sư phải xem xét khả năng kiểm soát khí thải bằng cách thay đổi quy trình. Ví dụ, nếu ô tô được tìm thấy giải phóng lượng chì cao trong không khí, giải pháp hợp lý nhất chỉ đơn giản là loại bỏ chì trong xăng. Nguồn đã được sửa chữa và vấn đề được giải quyết.
Ngoài việc thay đổi nguyên liệu thô, việc sửa đổi quy trình cũng có thể được sử dụng để đạt được kết quả mong muốn. Ví dụ lò đốt rác đô thị được biết là hôi thối. Các mùi thường có thể được kiểm soát dễ dàng nếu lò đốt được vận hành ở nhiệt độ đủ cao để oxy hóa hoàn toàn các chất hữu cơ gây ra mùi. Các biện pháp như thay đổi quy trình, chuyển đổi nguyên liệu thô hoặc sửa đổi thiết bị để đáp ứng các tiêu chuẩn khí thải được gọi là kiểm soát.
Ngược lại, abatment là thuật ngữ được sử dụng cho tất cả các thiết bị và phương pháp để giảm lượng chất ô nhiễm làm rò rỉ bầu khí quyển một khi các thứ đã được phát ra từ nguồn. Theo nghĩa rộng hơn và để đơn giản, tốt hơn là tham khảo tất cả các thủ tục như các điều khiển.
2. Thu gom chất ô nhiễm:
Thông thường, vấn đề nghiêm trọng nhất trong kiểm soát ô nhiễm không khí là việc thu thập các chất ô nhiễm để cung cấp xử lý. Ô tô là nguy hiểm nhất, chỉ bởi vì khí thải không thể được thu thập dễ dàng. Nếu chúng ta có thể chuyển ống xả từ ô tô đến một số cơ sở trung tâm, việc điều trị của họ sẽ hợp lý hơn nhiều so với việc kiểm soát từng chiếc xe riêng lẻ.
Một thành công trong việc thu thập các chất gây ô nhiễm là tái chế khí thải trong động cơ đốt trong. Bằng cách sắp xếp lại các loại khí này và thải ra chúng thông qua hệ thống xả của xe hơi, nhu cầu lắp đặt một thiết bị xử lý riêng cho xe có thể được loại bỏ. Các kỹ sư kiểm soát ô nhiễm không khí có thời gian khó khăn nhất khi các chất ô nhiễm từ một vòng cung công nghiệp không được thu gom mà phát ra từ cửa sổ, cửa ra vào, v.v.
3. Làm mát:
Khí thải được xử lý đôi khi quá nóng đối với thiết bị điều khiển và trước tiên khí phải được làm mát. Điều này có thể được thực hiện theo ba cách chung: pha loãng, làm nguội hoặc cuộn trao đổi nhiệt (Hình 2.7). Pha loãng chỉ được chấp nhận nếu tổng lượng khí thải nhỏ. Làm nguội có lợi thế bổ sung của việc loại bỏ một số các khí và hạt này. Các cuộn dây làm mát có lẽ được sử dụng rộng rãi nhất, và đặc biệt thích hợp khi nhiệt có thể được bảo tồn.
4. Điều trị:
Việc lựa chọn thiết bị xử lý chính xác đòi hỏi phải phù hợp với đặc điểm của chất ô nhiễm và các tính năng của thiết bị điều khiển. Điều quan trọng là phải nhận ra rằng kích thước của các chất gây ô nhiễm không khí có nhiều mức độ lớn và do đó không hợp lý khi hy vọng một thiết bị có hiệu quả đối với tất cả các chất gây ô nhiễm.
Ngoài ra, các loại hóa chất trong khí thải thường sẽ ra lệnh sử dụng một số thiết bị. Ví dụ, một loại khí có chứa nồng độ S02 cao có thể được làm sạch bằng nước phun, nhưng kết quả H 2 SO 4 có thể gây ra vấn đề ăn mòn nghiêm trọng.
Nhiều thiết bị xuất hiện trên thị trường, sau đây được sử dụng rộng rãi nhất:
(a) Buồng bán không có gì khác hơn là những nơi rộng lớn trong ống khói, tương tự như bể lắng trong xử lý nước. Những buồng này chỉ loại bỏ các hạt lớn.
(b) Lốc xoáy được sử dụng rộng rãi để loại bỏ các hạt lớn. Không khí bẩn được thổi vào một hình trụ, nhưng ngoài đường trung tâm. Điều này tạo ra một vòng xoáy dữ dội trong hình nón và các chất rắn nặng di chuyển đến thành của hình trụ nơi chúng chậm lại do ma sát và tồn tại ở đáy hình nón. Không khí sạch nằm ở giữa xi lanh và thoát ra khỏi đỉnh. Lốc xoáy được sử dụng rộng rãi như chất tẩy rửa trước, để loại bỏ vật liệu nặng trước khi xử lý tiếp.
(c) Bộ lọc túi hoạt động giống như các máy hút bụi thông thường. Túi vải được sử dụng để thu gom bụi phải được loại bỏ định kỳ ra khỏi túi. Vải loại bỏ gần như tất cả các hạt. Bộ lọc túi được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp; nhưng nhạy cảm với nhiệt độ và độ ẩm cao.
(d) Bộ sưu tập ướt có nhiều hình dạng và kiểu dáng. Tháp phun đơn giản (Hình 2.8) là một phương pháp hiệu quả để loại bỏ các hạt lớn. Các máy lọc hiệu quả hơn thúc đẩy sự tiếp xúc giữa không khí và nước bằng hành động bạo lực trong một khu vực hẹp mà nước được đưa vào. Nói chung, cuộc chạm trán càng dữ dội và do đó bọt khí hoặc giọt nước càng nhỏ thì việc chà rửa càng hiệu quả.
(e) Bộ lọc bụi tĩnh điện được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy điện. Các hạt vật chất được loại bỏ bằng cách đầu tiên được nạp bởi các điện tử (Nhảy từ điện cực cao này sang điện cực khác, sau đó di chuyển đến điện cực tích điện dương. Một loại như trong hình 2.8 bao gồm một ống có dây treo ở giữa Các hạt sẽ thu thập trên đường ống và phải được loại bỏ bằng cách đập các ống bằng búa. Bộ lọc bụi tĩnh điện không có bộ phận chuyển động, cần điện và cực kỳ hiệu quả trong việc loại bỏ các hạt micron phụ. Chúng rất tốn kém.
(g) Hấp phụ là việc sử dụng vật liệu như than hoạt tính để thu giữ các chất ô nhiễm. Các chất hấp phụ như vậy có thể tốn kém để tái sinh. Hầu hết trong số này hoạt động tốt cho chất hữu cơ và có hạn sử dụng cho các chất ô nhiễm vô cơ. Hình 2.9 cho thấy các bước của tháp hấp phụ.
(h) Thiêu đốt là phương pháp để loại bỏ các chất ô nhiễm dạng khí bằng cách đốt chúng thành C02, H20 và chèn. Điều này chỉ hoạt động cho hơi dễ cháy.
(i) Quá trình đốt xúc tác liên quan đến việc sử dụng chất xúc tác để hấp phụ hoặc thay đổi hóa học các chất ô nhiễm.
Một lần nữa rất quan trọng để nhấn mạnh sự phụ thuộc vào hiệu quả của một thiết bị xử lý vào kích thước hạt. Hình 2.10 cho thấy phạm vi gần đúng của khả năng thích ứng cho các phương pháp xử lý khác nhau được thảo luận ở trên.
5. Phân tán:
Khoa học về khí tượng học có ảnh hưởng lớn đến ô nhiễm không khí. Một vấn đề ô nhiễm không khí liên quan đến ba phần. Nguồn, sự chuyển động của chất gây ô nhiễm và người nhận (Hình 2.10). Nồng độ các chất ô nhiễm tại nơi nhận bị ảnh hưởng bởi sự phân tán khí quyển hoặc cách chất ô nhiễm được pha loãng với không khí sạch. Sự phân tán này diễn ra theo chiều ngang cũng như chiều dọc.
Vòng quay trái đất thể hiện các khu vực mới để mặt trời chiếu sáng và làm ấm không khí. Theo đó, một mô hình của gió được thiết lập trên khắp thế giới, một số theo mùa (ví dụ như bão) và một số vĩnh viễn. Các kỹ sư ô nhiễm không khí thường sử dụng một biến thể của hoa hồng gió (một bông hồng gió là hình ảnh đồ họa về dữ liệu hướng và tốc độ gió), được gọi là hoa hồng ô nhiễm để xác định nguồn gây ô nhiễm.
Khuếch tán là quá trình phân tán khí thải trên một khu vực rộng lớn và do đó làm giảm nồng độ các chất ô nhiễm cụ thể. Sự lan rộng hoặc phân tán của vết loang là ngang cũng như dọc. Nồng độ tối đa của các chất ô nhiễm nằm trong đường trung tâm của chùm ngây, tức là theo hướng gió thịnh hành.
Khi chúng ta di chuyển xa hơn từ đường trung tâm, nồng độ trở nên thấp hơn. Nếu chúng ta giả sử rằng sự lan truyền của một chùm ở cả hai hướng được xấp xỉ bằng một đường cong xác suất Gaussian, chúng ta có thể tính được nồng độ của chất gây ô nhiễm ở bất kỳ khoảng cách X nào từ nguồn.
Nguy cơ ô nhiễm có thể được dự đoán dựa trên dữ liệu khí tượng và cảnh báo sớm về các điều kiện nguy hiểm sắp xảy ra và các kế hoạch khẩn cấp có thể được phát triển để đóng cửa các ngành công nghiệp.
Kiểm soát các chất ô nhiễm từ các nguồn di chuyển:
Mặc dù nhiều phương pháp kiểm soát nói trên cũng có thể áp dụng cho các nguồn di chuyển, một trong những nguồn di chuyển rất đặc biệt mà ô tô xứng đáng được đề cập đặc biệt. Hoạt động của động cơ có ảnh hưởng trực tiếp đến khí thải. Lượng CO, HC và NOx khác nhau khi chạy không tải, tăng tốc, bay và giảm tốc.
Các kỹ thuật kiểm soát khí thải cho động cơ ô tô đốt trong bao gồm điều chỉnh, lò phản ứng xúc tác và sửa đổi động cơ. Một tinh chỉnh có thể có ảnh hưởng đáng kể đến các thành phần phát thải. Ví dụ, tỷ lệ không khí / nhiên liệu cao (hỗn hợp nạc) sẽ làm giảm cả CO và HC, nhưng với NOx tăng.
Chiến lược kiểm soát thứ hai, hiện đang được sử dụng rộng rãi, là lò phản ứng xúc tác oxy hóa CO và HC thành CO 2 và H 2 O. Lò phản ứng thứ hai khử NOx thành N 2 . Các lò phản ứng xúc tác phổ biến nhất có hai nhược điểm nghiêm trọng. Đầu tiên, họ dễ bị phạm lỗi bởi chì. Thực ra việc chuyển sang xăng không chì đã được thúc đẩy bởi lý do này chứ không phải do mối quan tâm về mức độ chì trong khí quyển. Vấn đề thứ hai với các lò phản ứng là các hợp chất lưu huỳnh trong xăng bị oxy hóa thành hạt SO 3, và do đó làm tăng mức lưu huỳnh trong môi trường.
Trong kỹ thuật điều khiển thứ ba - sửa đổi động cơ, động cơ điện tích phân tầng được sử dụng mà không có phản ứng xúc tác. Trong các động cơ này, các xi lanh có hai ngăn, với một ngăn nhận được hỗn hợp phong phú, đốt cháy, và sau đó cung cấp một ngọn lửa rộng cho một bum hiệu quả trong khoang xi lanh chính. Những sửa đổi khác cũng đã được phát triển. Rất khó để sản xuất một động cơ kết hợp bên trong hoàn toàn sạch sẽ. Xe điện sạch sẽ nhưng chúng chỉ có thể lưu trữ năng lượng hạn chế và do đó phạm vi của chúng bị hạn chế.
Các phương pháp chung để kiểm soát ô nhiễm không khí bằng ô tô và các ngành công nghiệp đã được xem xét ngắn gọn ở trên. Một số biện pháp cụ thể để kiểm soát các chất ô nhiễm công nghiệp và công nghiệp trong không khí được đưa ra dưới đây.
Ô nhiễm xe cộ:
1. Để kiểm tra phát thải chất ô nhiễm từ khí thải xe cộ:
Điều này có thể đạt được bằng cách:
(i) Sử dụng tỷ lệ mới của xăng và không khí,
(ii) Thời gian cho ăn chính xác hơn,
(iii) Sử dụng phụ gia khí để cải thiện quá trình đốt cháy,
(iv) Bằng cách bơm không khí vào khí thải để chuyển đổi các hợp chất thải thành các vật liệu ít độc hại hơn và
(v) Cập nhật thiết kế động cơ và / hoặc lắp đặt thiết bị cắt giảm (thiết bị) để cải thiện quá trình đốt cháy với thiết kế động cơ hiện có.
Carbon monoxide là kết quả của hàm lượng không khí thấp trong hỗn hợp nhiên liệu, trong khi sản xuất NOx được thúc đẩy bởi nhiệt độ đốt cháy cao. Hydrocacbon theo mô hình CO.
Việc loại bỏ hoàn toàn ba chất ô nhiễm này có thể đạt được bằng cách cập nhật thiết kế hiện tại của động cơ (ví dụ động cơ bốn thì) hoặc bằng cách thay đổi phù hợp trong các thiết bị để cải thiện quá trình đốt cháy.
2. Để kiểm soát sự bay hơi từ bình xăng và bộ chế hòa khí:
Điều này có thể được thực hiện bởi:
(i) Thu gom hơi bằng than hoạt tính khi tắt động cơ và đánh lửa khi động cơ khởi động,
(ii) Để xăng trong bình chịu áp lực nhẹ để ngăn khí bay hơi và
(iii) Phát triển xăng dễ bay hơi, không bay hơi dễ dàng.
3. Sử dụng bộ lọc:
Một số hơi khí thoát ra giữa các bức tường và pít-tông đi vào thùng và sau đó thải vào khí quyển. Hydrocarbons (khoảng 25%) được phát hành theo cách này. Do đó, việc sử dụng các bộ lọc thu và tái chế các khí thoát ra trong động cơ này sẽ kiểm soát sự phát thải của các hydrocarbon này.
4. Kiểm soát thông qua pháp luật:
Những điều này sẽ được thi hành một số tiêu chuẩn thông qua Đạo luật Xe cơ giới và các Đạo luật khác để thiết kế động cơ, v.v.
Ô nhiễm công nghiệp:
Để kiểm tra ô nhiễm không khí bởi chất thải của ống khói nhà máy công nghiệp, chúng ta phải đưa ra các biện pháp để loại bỏ các hạt vật chất và chất ô nhiễm khí từ chất thải. Loại bỏ các hạt vật chất liên quan đến việc thu thập chúng dưới tác động của các lực khác nhau, do đó di chuyển chúng liên tục ra khỏi dòng khí.
Các thiết bị được sử dụng để loại bỏ chúng là:
(i) Người thu gom lốc xoáy và
(ii) Bộ lọc bụi tĩnh điện (ESP). Do đó chúng ta phải tạo ra công nghệ điều khiển. Hiện tại có rất ít nhà máy điện và các ngành công nghiệp đã cài đặt các thiết bị điện tử cần thiết.
1. Người sưu tầm lốc xoáy:
Ở đây, khí thải chứa các hạt phải chịu sự ly tâm. Các hạt lơ lửng di chuyển về phía bức tường của cơ thể lốc xoáy, và sau đó đến đáy của nó và cuối cùng thải ra ngoài. Các nhà sưu tập lốc xoáy loại bỏ khoảng 70% các hạt.
2. Bộ lọc bụi tĩnh điện (ESP):
Để loại bỏ các hạt khỏi dòng khí, các lực điện được áp dụng trong buồng trong bộ lọc bụi. Các hạt lơ lửng trở nên tích điện hoặc bị ion hóa, và chúng bị hút vào các điện cực tích điện và sau đó được loại bỏ. ESP có thể loại bỏ 99% các chất ô nhiễm dạng hạt từ khí thải ống khói
ESP hoạt động rất tốt trong các nhà máy điện, nhà máy giấy, nhà máy xi măng, nhà máy khối carbon, v.v ... Bụi có điện trở suất cao có thể làm cho việc phân tách trong máy ESP trở nên khó khăn. Để khắc phục điều này, bộ lọc vải hoặc bộ lọc túi được sử dụng. Nhưng bộ lọc vải hồ quang không phù hợp cho các hạt ướt hoặc dính, điều kiện ăn mòn khắc nghiệt và nhiệt độ khí cao.
Các chất ô nhiễm dạng khí:
Chúng có thể được loại bỏ bằng ba phương pháp sau.
(a) Hệ thống ướt:
Chúng được sử dụng như tháp rửa trong đó chất lỏng kiềm lưu thông liên tục. Chất lỏng này phản ứng với SO 2 tạo ra kết tủa.
(b) Hệ thống khô:
Ở đây các chất ô nhiễm khí được phép phản ứng với chất hấp thụ dưới pha khô. Dolomite, vôi (CaO) và đá vôi (CaOH) được đặt theo cách của khí chảy (SO2). Quá trình này không quá tốn kém và không liên quan đến việc phun nước. Nước tiếp xúc với SO2 tạo ra H 2 SO 4 ăn mòn.
(c) Hệ thống khô ướt:
Ở đây nước trong chất hấp thụ phản ứng với các thành phần axit. Điều này cung cấp một giải pháp thay thế cho quy trình ướt truyền thống được sử dụng để khử lưu huỳnh khí nhiên liệu từ nồi hơi đốt than. Các canxi hydroxit hấp thụ được lan truyền vào dòng khí nóng dưới dạng các giọt nhỏ. Canxi phản ứng với SO 2 và khí nóng làm cho nước bay hơi đồng thời.
Sản phẩm cuối cùng là một năng lượng khô chứa chủ yếu là tro bay và muối. Than cũng có thể được sử dụng như một chất hấp thụ. Các chất hấp thụ khác cũng có thể được sử dụng để lấy rượu và benzen. Phương pháp này rất hiệu quả trong các nhà máy giặt khô, cửa hàng in và nhà máy sơn, nhà máy chế biến thực phẩm, nhà máy bia và các ngành công nghiệp dược phẩm. Đốt cháy khí cũng có thể được sử dụng cho các ngành công nghiệp dầu khí, vv
Kiểm soát thông qua pháp luật:
Giống như xe cơ giới, các tiêu chuẩn cũng được thi hành bởi Đạo luật thích hợp cho các ngành công nghiệp. Có những điều kiện khác có thể được thực thi bởi pháp luật.
