technologie ochrony _rodowiska (1).docx

Technologie ochrony środowiska

Wykład 2 /22.10.2010r.

Rodzaje i źródła zanieczyszczenia środowiska

Do zanieczyszczeń środowiska należą:

-gazy i paty związków chemicznych (np. tlenki węgla CO2, CO, tlenki siarki SO, SO2, tlenki azotu, amoniak NH3), fluor, węglowodory (łańcuchowe i aromatyczne) i ich chlorowe pochodne, fenole

-cząstki stałe nieorganiczne i organiczne (pyły –np. popioły lotne, sadza, pyły z produkcji cementu, pyły metalurgiczne, związki ołowiu, związki miedzi, chromu, kadmu i innych metali ciężkich)

-mikroorganizmy –wirusy, bakterie, grzyby, których rodzaj i ilość odbiega od składu naturalnej mikroflory powietrza

-krople cieczy (kwasów, zasad, rozpuszczalników).

Wartość emisji zanieczyszczeń to ilość zanieczyszczeń wydalanych do atmosfery w jednostce czasu wyrażona:  g/s, kg/h, lub t/rok.

1)związki  siarki: SO, SO2, SO3, H2S, H2SO4, siarczany różnych metali.

SO2 –bezbarwny, silnie toksyczny gaz o duszącym zapachu. Wolno rozprzestrzenia się w atmosferze (duży ciężar właściwy 2,93kg/m3. Powstaje minimalnie w wyniku spalania paliw stałych i płynnych zanieczyszczonych siarką (węgiel, ropa naftowa).

Największy udział w emisji SO2, ma przemysł paliwowo –energetyczny.

Opalane węglem elektrownia o mocy 1000MW emituje do atmosfery w ciągu roku 140tys. ton siarki (głównie SO2)

SO2 utrzymuje się w powietrzu przez 2-4 dni i może być przenoszony na duże odległości.

SO2 utlenia się do SO3który reaguje z wodą i przechodzi w kwas siarkowy (H2SO4 ) jeden ze składników kwaśnych dreszczów.

2)związki azotu:

NO –tlenek azotu –bezbarwny i bezwonny

NO2 (dwutlenek azotu) –brunatny o duszącej woni

Obydwa mogą utrzymywać się do pięciotlenku azotu (N2O5) który w obecności pary wodnej tworzy kwas azotowy (HNO3) –jeden ze składników kwaśnych dreszczy.

3)związki węgla

Tlenek węgla (CO) powstaje w wyniku niezupełnego spalania węgla lub jego związków.

Głównym źródłem CO są:

-spaliny z silników (głównie benzynowych) pojazdów mechanicznych

-przemiany metalurgiczne, elektromaszynowe materiałów budowlanych

-elektrociepłownie, elektrownie cieplne,

-koksownie, gazownie, paleniska domowe

Tlenek węgla jest gazem silnie toksycznym, nie posiada smaku, zapachu, barwy –zmysły ludzkie nie ostrzegają przed nim.

CO2 –powstaje w procesach spalania paliw stałych, ciekłych i gazowych oraz w procesach oddychania organizmów żywych. CO2 w atmosferze nie stanowi bezpośredniego zagrożenia pod warunkiem że nie nastąpi naruszenie równowagi biologicznej spowodowanej jego nadmierna ilością. Pełni funkcję naturalnej izolacji termicznej (efekt cieplarniany) oraz bierze udział w procesie fotosyntezy.

4)WWA –związki zbudowane z węgla i wodoru zawierające w cząsteczce kilka pierścieni aromatycznych.

W powietrzu pojawiają się w wyniku:

-parowania lub spalania paliw (głównie węgla, ropy naftowej i ropopochodnych)

-palenie tytoniu

…

Źródła zanieczyszczenia powietrza:

1)źródła naturalne

-wulkany (około 450 czynnych) emitują popiół i gazy (CO2, SO2, H2S, i inne)

-Pożary lasów, sawanny, i stepów (CO2, CO i pyły)

-bagna (CH4 –metan, CO2, H2S, NH3 )

-gleby i skały ulegające erozji, burze piaskowe (globalnie do 700mln ton pyłów rocznie)

-tereny zielone z których pochodzą pyłki roślinne

2)źródła antropogeniczne

-energetyczne spalanie paliw

-przemysłowe –procesy technologiczne w zakładach, rafineriach, hutach, kopalniach i cementowniach

-komunikacja –głownie transport samochodowy, wodny lotniczy, kolejowy.

-komunalne –gospodarstwa domowe oraz gromadzenie i utylizacja odpadów i ścieków (np. składowiska)

Zależnie od zasięgu źródła zanieczyszczeń mogą być:

-punktowe (np. komin)

-liniowe (np. szlaki komunikacyjne)

-powierzchniowe (np. otwarty zbiornik z lotną substancją)

Zjawiska w atmosferze związane z zanieczyszczeniem powietrza:

1)smog - gromadzenie się dużych ilości zanieczyszczeń w obniżeniach terenu, na niewielkiej powierzchni przy bezwietrznej pogodzie.

2)efekt cieplarniany -zatrzymywanie w atmosferze nadmiernych ilości ciepła. Wywołują go występujące w atmosferze gazy (CO2, NH3, NO, freony)absorbujące promieniowanie podczerwone odbite od powierzchni Ziemi.

3)kwaśne deszcze –wywołują związki siarki i azotu.

4)dziura ozonowa –ubytki w warstwie ozonowej wywołane tlenkami azotu, freonu

Sposoby ograniczania emisji zanieczyszczeń powietrza ze źródeł antropogenicznych:

-wzbogacanie paliw np. odsiarczanie węgla energetycznego

-zmiana stosowanych surowców np. spalanie paliw o wyższej jakości w okresie niekorzystnych warunków metrologicznych

-zmiana procesów technologicznych

-hermetyzacja procesów technologicznych i oczyszczanie gazów odlotowych

-oczyszczanie gazów spalinowych (odpylanie i odsiarczanie spalin)

-utylizacja odpadów przemysłowych i komunalnych  -wykorzystanie niekonwencjonalnych źródeł energii (np. energia słoneczna, energia wiatru)

Jeden lot nad Atlantykiem samolotem pasażerskim pochłania 60 tys. litrów paliwa (więcej niż 1 kierowca zużyje w ciągu 50 lat). Samoloty pasażerskie niszczą atmosferę w stopniu 4 razy większym niż czynią to zakłady przemysłowe)

Porosty jako biowskaźnik zanieczyszczenia powietrza:

-porosty (Lichenes) grzyb +glon

-grzyb –dostarcza z podłoża na którym rośnie wodę i sole mineralne, chroni przed wyschnięciem.

-glon –dzięki zdolności do fotosyntezy produkuje substancję organiczną będącą pokarmem dla obydwu organizmów

-Porosty mogą pobierać substancje odżywcze prosto z atmosfery (zawarte w pyłach i gazach) a wraz z  nimi substancje trujące akumulując je w sobie.

-dzięki temu porosty mogą być organizmami określającymi poziom zanieczyszczenia atmosfery (bioindykator)

-porosty są szczególnie wrażliwe na kwaśne deszcze

W strefie umiarkowanej porosty rosną na następujących podłożach:

1)kora drzew, krzewów, krzewinek (porosty epifityczne epifity)

2)drewno (porosty epiksyliczne –epiksyle)

3)ziemia (porosty naziemne)

4)skała (porosty naskalne –epility)

-Do monitoringu zanieczyszczenia powietrza wykorzystuje się głownie porosty nadrzewne (epifityczne)

-monitoring zanieczyszczenia powietrza z wykorzystaniem porostów nie daje informacji o składzie chemicznym zanieczyszczeń ani o wpływie poszczególnych związków.

-otrzymane wyniki są świadectwem kompleksowego oddziaływania…

Substancje toksyczne w powietrzu oddziałujące bezpośrednio na porosty unieczynniają aparaty fotosyntetyczne glonów porostowych w których chlorofil ulega degradacji.

Skala porostowa monitoringu powietrza (S. Hawkswortha i ROST)

-strefa I –powierzchnia 170 µg SO2 /m3

-strefa II –powierzchnia 150 -170 µg SO2 /m3

-strefa III –powierzchnia 100- 150 µg SO2 /m3

-strefa IV –powierzchnia 70-100 µg SO2 /m3

-strefa V –powierzchnia 40-70 µg SO2 /m3

-strefa VI –powierzchnia 10 -40 µg SO2 /m3

-strefa VII –powierzchnia poniżej 10 µg SO2 /m3

Strefa I –o szczególnie silnie zanieczyszczonym powietrzu (bezwzględna pustynia porostowa) całkowity brak porostów nadrzewnych

Strefa II –o bardzo silnie zanieczyszczonym powietrzu (względna pustynia porostowa). Występują tylko najbardziej odporne porosty o plechach …

Strefa III – o silnie  zanieczyszczonym powietrzu (wewnętrzna strefa osłabionej wegetacji )

Strefa IV –o średnio zanieczyszczonym powietrzu (środkowa strefa osłabionej wegetacji)

Strefa V – o względnie mało zanieczyszczonym powietrzu (zewnętrzna strefa osłabionej wegetacji)

Strefa VI – o nieznacznie zanieczyszczonym powietrzu (wewnętrzna strefa normalnej wegetacji)

Strefa VII –o powietrzu czystym  lub ze znikomą zawartością zanieczyszczeń (typowa strefa normalnej wegetacji w której czynnikiem ograniczającym są naturalne warunki siedliskowe)

Oczyszczanie gazów odlotowych z zanieczyszczeń gazowych.

Metody oczyszczania gazów (nie tylko odlotowych):

1)Absorpcyjne

2)Adsorpcyjne

3)Spalanie

4)Katalityczne

-Absorpcja –proces pochłaniania gazów przez absorbent (ciecz rzadko ciało stałe) zachodzący w całej jego objętości .

-Absorbat –składnik gazowy który usuwany jest w drodze absorpcji

-Absorber –aparat do przeprowadzania procesu absorpcji

-Adsorpcja –proces wiązania składników (tzw. adsorbatu) z płynu (mieszaniny gazowej lub ciekłej) na powierzchni porowatego ciała stałego (adsorbenta)

-Adsorber –aparat do prowadzenia procesu adsorpcji

-Cząsteczki absorbatu lub adsorbatu mogą być wiązane siłami przyciągania między cząsteczkowego natury fizycznej (sorpcja fizyczna) lub oddziaływaniami natury chemicznej (chemisorpcja)

-Absorbery są podobne konstrukcyjnie do …

Zastosowanie metod absorpcyjnych:

1)odsiarczanie spalin (usuwanie tlenków siarki SOX)

2)usuwanie tlenków azotu ze spalin oraz z przemysłowych gazów odlotowych (np. z produkcji HNO3)

3)jednoczesne usuwanie NOX i SOx z gazów spalinowych

4)absorpcja gazów przemysłowych (np. HF, HCl, Cl, NH3)

5)dezodoryzacja gazów odlotowych (usuwanie odorantów ):

-metoda absorpcyjna fizykochemiczna,

-metoda absorpcyjna połączona z biodegradacją  (tzw. płuczki biologiczne)

Zastosowanie metod adsorpcyjnych:

1)ochrona dróg oddechowych

2)oczyszczanie powietrza napływającego z zewnątrz do wewnątrz pomieszczeń

3)odzyskiwanie składników

Przegląd absorpcyjnych metod odsiarczania spalin –podział:

1)proste odpadowe –produkt odsiarczania (mieszanina gipsu, siarczanu wapnia i popiołu) wydalany jest w całości na składowisko do wypełnień górniczych lub do morza.

2)półodpadowe –produktem jest gips CaSO4 -2H2O który można wykorzystać np. w budownictwie

3)bezodpadowe –absorbent zostaje zregenerowany a wydzielony SO2 wykorzystuje się do produkcji H2SO4, siarki elementarnej lub w innych gałęziach przemysłu.

Technologie ochr. Środowiska wykład  05.11.2010

Ad 2. Metody półodpadowe:

Wapienna z produkcją gipsu oraz

Wapniakowa z produkcją gipsu- reakcje podobne jak w poprzednich metodach tylko, że utlenianie przeprowadza się niemal całkowicie w dodatkowym reaktorze, przez co otrzymuje się tylko gips CaSO4 .x 2H20 Wymagane jest dokładniejsze odpylenie gazów.

Dwualkaiczna z prod. Gipsu-wykonuje się rozdzielenie procesów absorpcji i wytrącania osadów

absorpcja: NaOH+SO2=NaHSO2

2NaOH+ SO2=Na2SO3+H2O

Na2SO3+SO2+H2O=2NaHSO2

Utlenianie siarczynu i wytrącanie gipsu( w osobnym zbiorniku-reaktorze):

2NaHSO3+CaCO3=Na2SO3 + CaSO3+CaSo3+H2O+CO2 lub

2NaHSO3+Ca(OH)2=Na2SO3

D. Metoda z absorpcją w roztworze kwasu siarkowego- SO2 dobrze rozpuszcza się w tym roztworze reagując z wodą:SO2+ H2O=H2SO3 powstały kwas siarkawy utlenia się  do kwasu siarkowego H2SO3+ ½  O2 +/Katalizator/=H2SO4 a ten zobojętnia się do gipsu H2SO4 + CaCO3 + H2O=Ca SO4 x 2H2O+CO2

E. Metoda półsucha- (Met. Nowatorska oparta na wykorzystaniu tzw. Suszarki rozpyłowej) rozpylona w atomizerach zawiesina lub roztwór absorbentu kontaktuje się w suszarce z gorącymi gazami spalinowymi: reakcje zachodzą szybko (głównie SO2+Ca(OH) 2 = CaSO3), a woda ulega odparowaniu. Powstałą suchą mieszaninę poreakcyjną wraz z pyłem usuwa się w odpylaczach, najlepiej tkaninowych.

Ad.3 Met. Bezodpadowe(regeneracyjne)

Wallmana – Lorda –oczyszczane gazy muszą być dokładnie odpylone, sorbentem jest wodny roztwór Na2SO3(Ph=6-7)

Na2SO3+SO2+H2O=2NaSO3

Regeneracyjna polega na termicznym rozkładnie wyparkach:2Na = Na2SO3+So2+H2O (w r-rze wodnym). Uzyskany SO2 wykorzystuje się np. do produkcji H2SO4.

Magnezytowa- idea podobna tylko absorbentem jest wodna zawiesina MgO.

MgO + SO2+nH2O=MgSO3+ nH2; n= 3 lub 6. Regeneracja polega na prażeniu wytrąconych siarczynów MgSO3 x nH2O=MgO+SO2+nH2O(800-1000 Stp. C.)

Amoniakalna-odpylone gazy przepłukuje się wodą amoniakalną, zachodzą głownie reakcje SO2+2NH3+H2O=(NH4) 2 SO2

(NH4) 2SO3 + ½  O2=(NH4)SO4

CO2+2NH4+H2O=(NH4)2CO3

Powstały siarczan amonu jest cennym nawozem azotowym. Zawiera ok. 3-5% węglanu amonu.

Wtórne metody ograniczania emisji NOx. (oczyszczanie gazów odlotowych)

Metody te polegają na:

Utlenianiu NO do NO2 i wiązaniu NO2 metodami absorpcyjnymi np. metoda amoniakalna odsiarczania połączona z utlenianiem NO2 ozonem:

Skruber  nr. 1- odsiarczanie jak w pkt. 3C/met. Amoniakalna

Skruber  nr. 2- NO+O3= NO2

2NO2+2NH3+H2O=NH4NO2+NH4NO3

Skruber  nr. 3- dodatkowe oczyszczanie

Produkt końcowy: siarczan amonu i saletra amonowa (nawozy)

2. redukcji niekatalitycznej np. amoniakiem w komorze spalania

4NO+4NH3+O2=4N2+6H2O

2NO2+4NH3+O2=3N2+6H2O

3. Redukcji katalitycznej- zachodzi wiele reakcji  przyśpieszanych katalizatorami min.: 2NO+CO=2CO2+N2.

SKRUBERY- aparaty do usuwania z ciał mieszaniny gazowej zanieczyszczających ciał stałych lub cieczy.

Zanieczyszczenia wód:

-bezpośrednie szkodliwe (np. fenole, kw. Cyjanowodorowy, kw. Siarkowy, siarczany)

-pośrednie szkodliwe (prowadzą do obniżenia zawartości tlenu w wodzie poniżej poziomu niezbędnego do utrzymania w niej życia biologicznego).

Nieorganiczne znaczenie wód:

-ścieki kopalne i przemysłu chemicznego o dużym zasoleniu zawierające chlorki i siarczany (VI) wapnia i magnezu i związki żelaza i jony sodu, wapnia i chlorkowe dostają się do wód, również zimą z soli, którą posypuje się ulice

-ścieki przemysłu nawozów sztucznych zawierające znaczne ilości azotanów (V), siarczanu (VI) amonu, także fosforanów (V). są one przyczyną eutrofizacji zbiorników wodnych

-jony metali ciężkich zawarte w ściekach z hut metali kolorowych i innych zakładów, przedostające się do wody wraz z zanieczyszczeniami powietrza  np. Pb

-azotany (V) – najniebezpieczniejsze trucizny, blokują zdolność hemoglobiny do przenoszenia tlenu.

Podział zanieczyszczeń wód zależnie od ich trwałości:

- rozkładalne wszystkie substancje organiczne potencjalnie trujące podlegające przemianom chemicznym  do prostych związków nieorganicznych

- nierozkładalne- substancje nie ulegają …

-trwałe

Czynniki wpływające na degradację wód zależnie od ich pochodzenia dzieli się na:

-naturalne (np. zasolenie, zasolenie, zanieczyszczenie humusem, związkami siarki)

-sztuczne (pochodzące z działalności człowieka np. odpady lotne, ciekłe, stałe środki chemizacji rolnictwa, odpady hodowlane- obornik, gnojowica w tym podgrzane wody chłodnicze- stanowią 80% ścieków przemysłowych w Polsce.

Negatywny wpływ na środowisko podgrzanych wód chłodniczych sprowadza się do:

-zaburzenia równowagi ekosystemu do którego są wprowadzane

-zmiany składu flory i fauny ekosystemu

-ograniczenie zdolności do samooczyszczania

Wszelkie zanieczyszczenia wody zmniejszają klasę czystości wody.

Rozróżnia się 3 klasy czystości wód:

KLASA I- rzeki – woda nadaje się do picia i hodowli ryb łososiowatych

Klasa II- wykorzystuje się do hodowli zw. Gospodarskich i ryb

Klasa III- wody do upraw rolniczych i ogrodniczych

ŚCIEKI:

Do parametrów charakteryzujących ścieki surowe i oczyszczone należą:

-ilość
-barwa

-gęstość

-mętność

-zasolenie

-temperatura

-pH

-potencjał oksydacyjny

-napięcie powierzchniowe

-zawartość tlenu

-zawartość fosforu i azotu

-zaw. Związków organicznych (ChZT, BZT, utlenialność)

-zawartość zawiesin

-zawartość subst. Toksycznych

-zaw. niektórych jonów

-zaw. Metali ciężkich

-liczba komórek pałeczki okrężnicy (Escherichiia coli)

Skład ścieków:

-składniki organiczne: białko, węglowodany, tłuszcze, oleje, żywice, barwniki, fenole

-składniki nieorganiczne: zasady, kw. Nieorganiczne, metale ciężkie

-inne (arsen, chlor, siarczan, siarkowodór).

Ze względu na pochodzenie i skład chemiczny ścieki dzieli się na:

- bytowo- gospodarcze- powstałe z wód wykorzystywanych w gospodarstwach domowych- do utrzymywania higieny osobistej.

Ścieki bytowo- gospodarcze dzieli się na:

-szara wodę tzw. Odciek ze wszystkich urządzeń domowych (poza toaletą) o małym zanieczyszczeniu bakteriologicznym

-czarna wodę- odpływ z toalet skażony

Problem ścieków w szczególności dotyczy:

-koksowni

-zakładów petrochemicznych

-garbarni

-celulozowni

-mleczarni

-cukrowni

Drobnoustroje chorobotwórcze ( w postaci wegetatywnej lub zarodnikowej) mogą zawierać ścieki z przemysłu spożywczego.

Rodzaje ścieków:

-ścieki rolnicze

-wody opadowe

-wody podgrzewane

Określenie stopnia zanieczyszczenia cieków:

BZT- oznacza ilość tlenu rozpuszczonego w wodzie, zużytą przez bakterie aerobowe (tlenowe w ciągu określonego czasu.

Metody oczyszczania ścieków:

-mechaniczne

-biologiczne

-chemiczne.

Mechaniczne – I stopień oczyszczania

-mają na celu usunięcie ze ścieków ciał stałych pływających i grubych.

Polegają na rozdrabnianiu, cedzeniu, sedymentacji, flotacji, wymieszaniu i odwirowaniu.

Metody mechaniczne mogą zapewniać redukcję zawiesin w granicach 60-70%, BZT do 20%.

Urządzenia wykorzystywane w mechanicznym oczyszczaniu ścieków:

Kraty

Sita

Piaskowniki

Osadniki

Flota tory

Technologie ochrony środowiska 19.11.2010

Urządzenia wykorzystywane w mechanicznym oczyszczaniu ścieków:

Karty –

Sito – ciała stałe o rozmiarach 0,150 do 2 mm, duża wydajność i skuteczność oraz bezobsługowa praca

Piaskownik – do oczyszczania ...