Capitolul 6 223

CAPITOLUL 6

POLUAREA ATMOSFEREI

6.1. Generalităţi Atmosferă este definita ca masa de aer ce inconjoară suprafaţa terestră incluzand şi

stratul de ozon. Poluarea atmosferică este introducerea in atmosferă de catre om, direct sau

indirect de energie şi substanţe care au acţiune nocivă, de natura să pună in pericol sănatatea omului, să altereze sursele biologice, ecosistemele, să deterioreze bunurile materiale, valorile de agrement şi alte utilitaţi legitime ale mediului inconjurator. Convenţia de la Geneva (13.11.1979) defineşte juridic poluarea transfrontalieră ca fiind poluarea atmosferică ale carei surse sunt cuprinse total sau parţial intr-o zonă supusă jurisdicţiei naţionale a unui stat şi care exercită impact de mediu intr-o zonă supusă jurisdicţiei altui stat, la o distanţă astfel incât nu este în general posibil să se distingă aportul surselor individuale sau in grupe de surse de emisie.

Poluarea semnificativă a atmosferei apare atunci cand concentraţiile de poluanţi(gaze, particule solide sau lichide corozive, toxice sau odoranti) sau numai a unui poluant, depăşesc pragurile de intensitate prezentate in reglementarile privind evaluarea poluării mediului.

Riscul ecologic potenţial este probabilitatea producerii unor efecte negative asupra mediului, care pot fi prevenite pe baza unui studiu de evaluare.

Impact asupra mediului inseamna unul sau mai multe efecte care conduc la: modificarea negativă considerabilă a caracteristicilor fizice, chimice sau structurale ale componentelor mediului natural; diminuarea diversităţii biologice; modificarea negativă considerabilă a productivităţii ecosistemelor naturale şi antropizate; deteriorarea echilibrului ecologic; scăderea considerabilă a calitaţii vieţii sau deteriorarea structurii antropizate cauzată in principal de poluarea apelor, a aerului şi a solului; supraexploatarea resurselor naturale şi gestionarea, folosirea sau planificarea teritorială necorespunzătoare a acestora, ce pot apare in prezent sau să aibă o posibilitate ridicată de manifestare in viitor.

6.2. Principalii poluanţi atmosferici

In funcţie de caracteristicile fizice, principalii poluanţi atmosferici sunt: gazele;

vaporii din evaporare; vaporii din sublimare; aerosolii; prafurile anorganice sau oragnice; fumurile; emisiile nocive sub formă de fumuri; gazele de eşapament; ceaţa de vopsitorie; ceţurile; fibrele etc. (tab.6.1).

În tabelul 6.1 se precizeaza originea emisiei, poluarea generată in mediu si câteva efecte asupra sănătătii. Dintre metalele grele sau ales trei dintre cele mai periculoase pentru om, respectiv cadmiul, mercurul si plumbul deşi, in ultima vreme sunt limite

Ecotehnologie 224

severe de emisie in aer si pentru alte metale grele ca: teluriu, cobalt, crom, cupru, cositor, mangan, nichel, stibiu, vanadium, zinc si compuşii acestora.

Tabelul 6.1. Principalii poluanţi ai aerului.

Natura

Origine

Poluarea generată în mediul

Efecte asupra sănătăţii umane

Particule

Mijloc natural (nisip, polen, praf vulcanic...); -Procedee industriale

Transport de particule a compuşilor toxici (sulfaţi, metale grele, hidrocarburi)

Alterarea funcţiilor respiratorii cu efecte: - iritante (particule acide); - alergice (spori); - cancerigene sau mutagene

Metale grele Cadmiu - Cd Mercur- Hg Plumb -Pb

Procedee industriale la înalta temperatura; Incinerare; Motoare pe benzină

Toxicitate şi acumularea in lanţurile alimentare

Efecte toxice variabile

Oxizi de sulf: SO2, SO3

Combustia produşilor fosili sulfurosi

Aciditatea; Coroziunea şi degradarea

Iritări pulmonare

Hidrogen sulfurat H2S Mercaptan

Procese industriale de rafinare, desulfurare, industria hârtiei

Aciditatea foarte mare Coroziunea construcţiilor metalice

Efecte toxice deosebite asupra pielii, ochilor Iritări pulmonare

Oxizi de azot: NO2 NO3 N2O

Combustie, in special in transporturi Fabricarea îngrăşămintelor

Aciditate; Coroziunea construcţiilor metalice Degradarea materialelor de construcţii

Iritarea mucoaselor, ochilor , si a cailor respiratorii Afectarea funcţiilor respiratorii (NO2 este mai toxic decât NO)

Oxizi de carbon CO CO2

Combustie incompletă a produşilor fosili Combustia compuşilor fosili

Participarea la efectul de seră

Formarea carboxihemoglobinei in sânge Fără efecte negative în mod natural

Natura

Origine

Poluarea generată în mediul

Efecte asupra sănătăţii umane

Aerosoli acizi: Cl;.F;SO4; NO3

Combustia sau incinerarea deşeurilor menajere

Aciditate

Iritarea mucoaselor a ochilor si a căilor respiratorii

Ozonul O3

Acţiunea radiaţilor ultraviolete asupra oxigenului in prezenta NOx şi a

Poluare fotooxidanta Aciditate

Iritarea mucoaselor, a ochilor şi a mucoaselor respiratorii .

Compuşii organici volatili(COV) Hidrocarburile saturate la eliminarea CH4 Nucleul benzenic la hidrocarburi clorate, acetone

Combustia incompleta a combustibililor fosili Industria petrolieră, staţii service, solvenţi şi vopsele.

Distrugerea stratului de ozon

Toxicitate şi proprietăţi can-cerigene sau mutagene pentru anumiţi compuşi (benzen) Mirosuri neplăcute in anumite cazuri

Capitolul 6 225

Tabelul 6.1. (continuare) Poluanţi organici persistenţi (POP) conform tabelulului 4.2.

Combustia produşilor fosili Incinerare Procedee industriale la temperatura ridicata

Distrugerea stratului de ozon

Efecte variate: - riscuri cancerigene sau mutagene (hidrocarburi aromatice policiclice) - afecţiuni dermatologice - efecte imunolgice

Tabelul 6.2. Lista poluanţilor organici persistenţi (POP) recunoscuţi de diferite

organisme oficiale. Poluantul organic persistent (POP)

Convenţia de la Oslo şi Paris

Convenţia de la Helsinki

Inventarul european al emisiilor

Propuneri ONU/CEE

Hidrocarburi aromatice

Policiclice (HAP) X X X X Policlorobifenili(PCB) X X Dioxid de furan X X X Pentaclorofenol X X X X Lindan X X Lista celor 6 pesticide X X X X Hexaclorbenzen X X X Tricloretan X X Triclormetan X X X X Triclorbenzen X X X Tricloretilen X X X Tetracloretilen X X Xilen. X X X

6.3. Limitele impuse poluantilor atmosferici Limitarea poluarii atmosferei evolueaza continuu, funcţie de cunoaşterea mai bine

a efectelor nocive ale diferitilor poluanti atmosferici (modificarile climatice si ploile acide). Din datele disponibile de la Programul Natiunilor Unite pentru mediu inconjurator (PNUE) si de la Organizatia Meteorologica Mondiala (OMM) reiese ca incalzirea atmosferei intre 1980…1990 se datorează în proporţie de 55% dioxidului de carbon (CO2), 24% clorofluorocarbonatilor, 15% metanului si 6% oxidului de azot (NO). Dispozitiile comunitare referitoare la limita admisă pentru unele substanţe poluante sunt sintetizate in tabelul 6.3.

Tabelul 6.3. Dispoziţii comunitare asupra poluării aerului.

Poluant

Limita admisă [mg/m3]

Debit de la care se aplică norma [kg/h]

Oxizi de sulf exprimaţi în SO2 300 25 Oxizi de azot NOx exprimaţi în NO2 500 25 Amoniac 50 0,1 Compuşi anorganici gazaşi ai clorului exprimaţi în HCI 50 1

Ecotehnologie 226

Tabelul 6.3. (continuare) Compuşi anorganici gazoşi ai fluorului exprimaţi în HF particule, picături

5 5

0,5 0,5

Compuşi organici (exclusiv CH4) 150 2

Praf

50 100

1 1

Metale grele totalul de Cd, Hg, TI si compuşii lor Totalul de As, Se, Te si compuşii lor Totalul de Co, Cr, Cu, Sn, Mn, Ni, Pb, Sb, V, Zn şi compuşii lor

0,2 1 0,50 0,45

1 x 10-3 5 x 10 -3 25 x 10-3

Impactul substantelor emise in atmosferă se materializeaza in cateva efecte predominante (tab. 6.4). Tabelul 6.4. Impactul substanţelor emise in atmosferă.

Categoria Emisii poluante Efecte acide SO2; NOX;HCI; NH3

Contaminarea solului şi apelor Metale grele. Poluanţi organici persistenţi (POP)Distrugerea stratului de ozon CFC Oxidări fotochimice NO; compuşi organici volatili, alţii decât metanul (COVNM)

Efectul de seră Direct prin CO2; CH4;N2O; SF6; HFC;PFC Indirect prin CO;COVNM;NOX; SO2; HCI.

Sănătatea populaţiei SO2; NOX; COVNM; CO; HCl; praf; metale grele; POPs

6.4. Tehnologii de depoluare a aerului

6.4.1. Determinarea şi cuantificarea emisiilor

În proiectarea oricărui proces tehnologic este bine să se cunoască etapa în care este

posibila aparitia poluarii si tipul poluarii pentru a se prevedea in primul rand actiuni preventive si abia apoi sa se prevadă tehnologiile de reducere a impactului asupra mediului.

Cele mai importante acţiuni sunt acţiunile preventive la sursă, la emitent. Câteva acţiuni preventive la sursă se prezintă în tabelul 6.5. Tabelul 6.5. Exemple de acţiuni preventive la sursă.

Poluanţi Acţiuni posibile asupra: Aprovizionării Stocării şi manipulării Proceselor de fabricaţie Praf

Selecţia materiei prime

Umidificarea stivelorStropirea cu materiale purvurulente

AMINE Înlăturarea aminelor Utilizarea produşilor de substituţie

Precauţie in depozitarea şi utilizarea stocurilor in scopul aprovizionării

Precauţie în tratarea produşilor de izolaţie utilizaţi

Capitolul 6 227

Tabelul 6.5. (continuare) Metale grele

Sortarea deşeurilor reciclabile (procedee de fabricaţie la înaltă tem-peratură)

Precauţie în depozitate

înlăturarea prafului de metale grele in scopul reciclării înainte de va-lorificare

Oxizi de sulf (S02, SO)

Procurarea combustibi-lului si a materiei prime cu conţinut mic de sulf Desulfurarea combusti-bilului

Depozitare controlată

Economie de energie Combustia in strat fluidizat Injecţii cu agenţi de de-sulfurare in focar

Oxizi de azot (NO, NO2)

înlăturarea anumitor produşi

Reglarea combustiei

Oxizi de carbon (CO, CO2)

O noua politica energetica

Depozitare controlată

Economie de energie Reglarea combustiei (in cazul CO)

Compuşi organici volatili (COV)

înlăturarea anumitor solvenţi

Acoperişul depozitelor de hidrocarburi Stocaj etanş

Procedee de etanşare

Dioxinne si furani

Sortarea deşeurilor reciclabile (procedee de fabricaţie la înaltă tem-peratură)

Depozitare monitorizată

Cunoaşterea buna a proceselor tehnologice

Tehnicile de depoluare cele mai des folosite in momentul actual se prezinta in

figura 6.1.

Fig. 6.1. Elementele necesare bilanţului unui proces tehnologic. Pentru a putea determina si alege potentialul de depoluare a aerului trebuie

prevazute si determinate emisiile de substante poluante din aer.

Ecotehnologie 228

Determinarea emisiilor din aer se poate face prin urmatoarele metode: - măsurarea emisiilor, ce consta in determinarea, cu ajutorul unui lanţ de

măsurători adecvate, a concentraţiei de diverse substanţe din emisiile de gaze nocive. Pe instalaţie este montat un echipament de masurarea care furnizeaza informaţii foarte precise prin variaţiile de temperaturi si emisiile de substanţe in mod special pulberile, dioxidul de sulf(SO2), oxizii de azot (NOx), acidul clorhidric (HCl), compusii organici volatili (COV), acidul fluorhidric(HF), etc. Metoda este costisitoare si se foloseste mai ales in marile unitati industriale poluante.

- determinarea emisiilor prin bilanţ, care porneşte de la principiul consumarii materialelor. Din scrierea ecuatiei de bilant material deriva emisiile de poluanti in atmosferă sau ape uzate. Elementele ecuatiei de bilant se prezinta in figura 6.2.

Ecuatia bilanţului material este de forma: + + = + + + + + (6.1)

+

Ultimele patru elemente ale ecuatiei bilantului sunt intrarile de poluanti in mediu. Calculul emisiei de substante poluante se poate face cu o relatie de forma:

Qp, f = Qc* Pp, c (1- Rp)p

tp

M

M , (6.2)

în care: Qp, t este cantitatea de substanta poluanta, emisă în atmosferă in kg/s; Qc - debitul masic de combustibil, in kg/s; Pp, c – ponderea substanţei poluante p in combustibilul care intra in instlatie, in procente; Rp – retinerea in instalatie a substanţei poluante, in procente; Mp, f – masa molara a substanţei poluante p, care iese in atmosferă sub forma f, in kg; Mp – masa molara a substanţei poluante.

De exemplu, un cuptor metalurgic ce consuma 1200 de tone de carbune cu un continut de 0.65% sulf si o posibilitate de retinere a sulfului de 5% are o emisie de substante poluante (mai ales sub forma de SO2) calculata cu relatia (6.2) de valuare:

Qp, f = 1200 x 0.0065 x (1- 0.05)64/32 = 14.8 kgSO2 = = 12.3 [kg SO2/t carbine] (6.3) Metoda bilantului este limitata, in special cand emisia este foarte mica in

comparatie cu retinerea si se aplica numai pentru instalatii echipate cu dispozitive de poluare. - determinarea emisiilor pe baza unor corelatii, consta in stabilirea unei relatii intre cantitatea de poluant aruncata in atmosferă pentru acţiunea, operaţia sau produsul realizat ca urmare a desfăşurarii procesului tehnologic. Se introduce notiunea de coeficient relativde poluare Cp, care se poate aprecia cu o relatie de forma:

Materii prime Combustibili Carburant Produs final

Retineri materiale prin diverse

procedee

Emisii scapate in atmosfera Emisii canalizate in

atmosferă

Deşeuri

Capitolul 6 229

100*

1

1,

k

jnj

n

ifip

pr

P

QC [%] (6.4)

în care: Qp, fi este cantitatea de substanta poluanta p, emisa sub forma f; Pn, j – produse nepoluante imediat rezultate din proces, i – numărul de substanţe poluante - determinarea emisiilor pe baza unor factori caracteristici de emisie, ce consta in utilizarea unei functii prestabilite, caracteristica unei substante date si a restrictiilor descriptive ale sursei de poluare luata in considerare. Functia caracteristica este destul de frecvent redusa la un simplu coeficient care poate sa nu fie reprezentativ pentru sursa de poluare studiata. Ea presupune o foarte buna cunoastere a procedeelor tehnologice si fenomenelor ce apar in procesele de transformare a substanţei primare. Pe de alta parte, factorii caracteristici de emisie au o durata de viata efemera, deoarece ei reflecta starea relativa a tehnologiei respective sau a sectorului respectiv, care poate evolua rapid. Cativa factori caracateristici de emisie se dau în tabelul 6.6 şi 6.7 pentru cateva instalatii tehnologice si respectiv câteva procese tehnologice.

Activitatea emitatoare elementară descrie o activitate umană dintr-un sector economic conform anumitor caracteristici operaţionale precum natura combustibilului, natura procedeului sau chiar un fenomen natural.

Pe langa activitatile elementare prezentate în tabelele 6.6 si 6.7 se considera activităţi emiţătoare elementare şi urmatoarele: Tabelul 6.6. Exemple de factori caracteristici de emisie a NOx.

Instalaţia [gNOx/GJ]

Focar cu cărbune pulverizat şi arzătoare frontale 240-340

Focar cu cărbune pulverizat şi arzătoare tangenţiale 200-280 Focar cu arderea cărbunelui pe grătar clasic 160

Focar cu arderea cărbunelui pe grătar cu răsturnare 200

Focar cu arderea cărbunelui în pat fluidizat cald 120

Focar cu arderea cărbunelui în pat fluidizat dens 150

Focar cu arderea cărbunelui în pat fluidizat circulant 95

Focar cu combustibil lichid -păcură 130-l90

Instalatii de ardere a petrolului 60-100

Instalatii de ardere a gazului natural 30-60

Instalatii de ardere a gazului de cocserie 70

Instalatii de ardere a gazului de furnal 55

Instalatii de ardere a cocsului din petrol 300Instalatii de ardere a lemnelor 200 Turbine cu gaze cu arderea combustibilului greu în camera de ardere 350

Turbine cu gaze cu arderea gazelor naturale în camera de ardere 150

Ecotehnologie 230

Tabelul 6.6. (continuare) Motoare cu aprindere prin scânteie 1800

Motoare cu aprindere prin compresie prealimentată 600

Motoare cu aprindere prin injecţie directă 1200

Instalatii centrale de rafinare din petrochimie 135

Furnale de rafinare din petrochimie 35--75 - deplasarea cu masina proprie echipată cu un motor cu o capacitate ≥2000cm3; - evaporarea solvenţilor in timpul zugrăvirii; - degajarea compusilor organici de catre frunzele arborilor; - eruptiile vulcanice; - functionarea centralelor proprii de caldura si apa calda etc.;

Emisia referitoare la o substanta s, facuta intr-un timp t, in cadrul etapei procesului e, notata Es, t, e se poate calcula cu relatia

Es, t, e = Qe, t * Fs, e (6.5)

în care Qe,t este cantitatea de activitate referitoare la etapa e, intr-un timp t; Fs, e – factorul de emisie referitor la substanta s si la activitatea din etapa e. Tabelul 6.7. Exemple de factori caracteristici de emisie a NOx.

Instalaţia [g NOx /t] Instalaţii de ardere a deşeurilor menajere 2300 Fabricarea cimentului prin metoda uscată 2200 Fabricarea cimentului prin metoda umedă 1000 Fabricarea cimentului prin metoda semi-uscată sau semi-umedă 1700 Fabricarea ţiglei şi cărămizii 250 Fabricarea geamurilor 2500 Fabricarea sticlei obişnuite 6000 Fabricarea fibrei de sticlă 500 Fabricarea sticlei tehnice 4200 Tratamentul suprafeţelor - decapare alamă 25 Tratamentul suprafeţelor - decapare oţel inoxidabil 300 Tratamentul suprafeţelor - decapare oţel moale 100 Instalaţii siderurgice de cocserie 1000 Instalaţii siderurgice de aglomerare a minereurilor neferoase 800 Instalaţii siderurgice de aglomerare a minereurilor fosforoase 1800 Instalaţii siderurgice de fabricare a oţelului în furnal înalt 30 Instalaţii siderurgice de fabricare a oţelului în convertizor 50 Instalaţii siderurgice de fabricare a oţelului în cuptoare cu arc electric 200 Cuptoare siderurgice de reîncălzire cu combustibili lichizi 230 Cuptoare siderurgice de reîncălzire cu combustibili gazoşi 170

Pentru intreg procesul tehnologic emisiile totale Es,t,n se pot calcula cu relatia:

n

setsnts EE

1,,,,

(6.6)

Capitolul 6 231

unde: n este numarul de etape emitatoare luate in considerare. În multe cazuri pentru calculul emisiilor sunt necesare relatii complexe cu

numerosi parametrii caracteristici, de aceea de cele mai multe ori se face o modelare a procesului si se lucreaza pe modele cautandu-se functia obiectiv.

Pentru anumite substante sau etape ale unui proces tehnologic o parte importanta a emisiilor este legata direct de utilizarea energiei, astfel ca formula data de relaţia (6.6) se poate scrie sub forma:

E = E1+E2 (6.7)

în care: E1 este emisia legata de arderea energiei fosile si de biomasa; E2 – emisia legata de energia care se refera la utilizarea materiei prime, la reactii, la activitati diverse (evaporare, zdrobire, reactii chimice etc.)

Tipurile de surse de emisie din punctual de vedere al utilizarii energiei se prezinta in figura 6.2.

E2<0 E2=0 E2>0 E1=0 Procese

depoluante precum fotosinteza

Procese cu poluare nula

Procese poluante fara combustie

E1>0 Procese de combustie cu retinerea poluantilor

Procese de combustie

Procese cu combustie

Fig. 6.2. Tipologia surselor de emisie din punctul de vedere al utilizarii energiei. În functie de valorile ce le pot lua E1 si E2 se deosebesc urmatoarele cazuri

distincte: - E1=0; E2<0 in cazul proceselor de reducere a emisiilor (de exemplu, fotosinteza pentru emisiile de CO2); - E1>0; E2<0, in cazul proceselor de ardere cu retinerea poluantilor in focar;

Furnale

Surse fixe Surse mobile

Automobile; Avioane; Trenuri ; Vapoare ; Tractoare ; Combine ; Utilaje de santier;

Surse fixe

Mari instalatii energetice cu combustibili

fosili

Motoare si turbine cu gaze

Surse fixe

Alte instalatii de

ardere Sobe

Panouri radiante Incalziri diverse Bai etc

Cuptoare Etuve etc.

Ecotehnologie 232

- E1=0; E2=0, in cazul proceselor cu poluare nula sau neglijabila; - E1=0; E2>0, atunci cand nu se utilizeaza energie in process, emisiile provenind din reactii chimice, din activitati mecanice(zdrobire), sau din evaporarea materialelor; - E1>0; E2=0, in cazul cand nu exista contact intre flacari sau produsele de ardere si un al treilea produs (ardere in focarul generatoarelor de abur, motoare termice etc.); - E1>0; E2>0, in cazul proceselor care implica o ardere asociata cu alte fenomene, când există contact între materia primă sau între produs şi flăcări (cazul cuptoarelor).

6.5. Procedee de reducere a concentratiei de praf

Praful este dat de totalitatea particulelor si microparticulelor solide suspendate in

aer, de obicei vizibile cu ochiul liber. Cele mai mici particule suspendate in aer au o marime de aproximativ 0,002µm (2,0 nm), iar cele mai mari au peste 2,5µm. In functie de diametrul lor particulele ce formeaza praful se considera fine daca au diametrul mai mic de 2,5µm si grosolane, cand au diametrul mai mare de 2,5µm.

Particulele au in compozitia lor Al, Ca, Si, si O2 sub formă de silicaţi de aluminiu, dintre care unii mai conţin si ionul de calciu.

Arderea incompletă a combustibililor pe bază de carbon precum cărbunele, păcura, benzina si combustibilul diesel produce multe particule de praf numite fumigene, care in principal este formata din cristaloizi de carbune.

Normele de protectia mediului limitează cantitatea de praf depusă într-un an la nivelul solului la 200g/m2.

Particulele materiale se îndepărtează fie prin filtrare (pentru cantitati mici) fie cu ajutorul colectoarelor de praf (pentru cantităţi mari). Alegerea metodei si a echipamentelor corespunzatoare se face ţinând cont de urmatoarele: - concentraţia de particule; - dimensiunea şi forma particulelor; - gradul necesar de reţinere a particulelor; - presiunea si debitul aerului poluat; - caracteristicile fizice si chimice ale prafului; - cerinţele utilizatorului si metoda dorită de îndepărtare a particulelor.

Reţinerea pulberilor sau prafului se face prin desprăfuire cu ajutorul unor filtre care se caracterizeaza prin: - debitul de gaze poluate care ies din proces si sunt preluate de filtre; - diametrul particulelor pe care poate sa le retina; - temperatura maxima a gazelor, aduse in filtre; - gradul de retinere sau eficienta filtrului; - pierderea de presiune in filtru; - costurile anuale de intretinere.

Principalele caracteristici de exploatare ale sistemelor de desprăfuire cel mai des utilizate sunt date in tabelul 6.8, iar domeniul specific de aplicare, functie de dimensiuni, in figura 6.3. Cele mai des intrebuintate filtre mecanice pentru desprafuire sunt: - camerele de decantare – cele mai vechi tehnologii de desprafuire, ce au la baza retinerea gravitationala. Aerul poluat 1 intra in camera 2 (fig. 6.4.) printr-un ajutaj 3, de

Capitolul 6 233

diametru mic, ridicandu-si mult viteza. Prin ridicarea vitezei, particulele de praf 4 sunt colectate datorita fortei gravitationale in colectorul 5, in timp ce aerul curat 6, iese prin ajutajul 7.

Diametrul[µm] Echipamentul tehnologic

10-3 10-2 10-1 100 101 102 103

Camera de decantare

Ciclon

Seruber

Filtru textil de tip sac

Electrofiltru uscat si umed

Fig. 6.3. Domeniul de aplicare a principalelor dispozitive de desprafuire. Tabelul 6.8. Caracteristicile de exploatare a sistemelor de desprăfuire

Metoda de reţinere

Echipamentul tehnologic

Avantaje

Inconveniente

Mecanice

Cameră de decantare Sac de praf Separator cu impact (jaluzele) Ciclon Multiciclon

Rezistenţa materialelor

Inadaptarea la particule fine(de exemplu mai mici de 5µm pentru ciclu)

Electrostatice

Electrofiltre uscate Electrofiltre umede

Scăderea consumului de energie Eficacitate in filtrare

Inadaptarea la variaţii bruşte ale rezistivităţii prafului si caracteristicilor de flux gazos

In strat poros (totale)

Filtru textil de tip sac

Eficacitate in filtrare Posibilitatea de captare a anumitor poluanţi gazoşi

Consum mare de energie. Sensibilitatea mediului filtrant la temperatura

Filtru cu nisip Domeniu de aplicare limitat

Hidraulice

Turn de spălare; Scruber de tip şoc (cu pulverizare); Scruber Venturi; Scruber uscat;

Posibilitatea de tratare a gazelor fierbinţi; Posibilitatea de captare a anumitor poluanţi gazoşi

Consum mare de energie(mai ales cu tubul Venturi). Riscul transportului poluanţilor către apă şi sol.

Principalul dezavantaj al camerelor de decantare rezulta din aceea ca eficienţa

reţinerii particulelor mici (sub 5µm) este scazuta (40...45%). Se utilizeaza pentru retinerea particulelor grosolane si constituie prima treapta de filtrare;

Ecotehnologie 234

- separatoarele cu impact – sunt camere de decantare prevăzute cu un sistem de jaluzele care deviaza particulele de praf catre colector. Eficienta medie este de 30...50% dar se ridica la 20...25% pentru particule sub 5.0 µm;

- filtrele de tip ciclon sau multiciclon – folosesc forta centrifuga pentru separarea

particulelor de praf. Aerul poluat este introdus in camera 2 tangential (fig. 6.5. a) sau axial (fig. 6.5. b) si prin centrifugare, particulele de praf sunt depuse pe peretele filtrului si colectate de colectorul 4, in timp ce aerul curat 5 paraseste camera printr-un tub central 6.

a b

Fig. 6.5. Schema de principiu a unui filtru de tip ciclon: a – tangential; b – axial:

1 – aerul poluat; 2 – camasa filtrului; 3 – traiectoria prafului; 4 – colector de praf; 5 – aer curat; 6 – tija centrala.

Fig. 6.4. Schema de principiu a unei camere de decantare:

1 – aerul poluat cu particule de praf; 2 – camera de decantare; 3 – ajutaj;

4 – particule de praf; 5 – colectorul de praf;6 – aer curat; 7 – ajutaj de evacuare;

Capitolul 6 235

Dezavantajul acestui filtru consta in aceea ca retinerea particulelor de praf se face selectiv in sensul ca se retin particulele grele si cu granulatie mare;

- filtrele electrostatice (electrofiltrele) – separarea prafului se face prin ionizarea gazelor purtatoare de particule. Prin urmare, electrofiltrul este format din electrozi de ionizare si electrozi de depunere, dupa forma electrozilor acestea putând fi tubulare sau cu placi.

Filtrele cu placi sunt ca niste condensatori plani, alcatuiti din electrozi de depunere 1 (fig. 6.6) intre ei fiind pozitionati electrozi de ionizare 2, izolati si legati la minus. Circulatia aerului poluat 3 este orientata printre placi, particulele de praf, fiind ionizate ajung pe electrozii de depunere ramanand fixate pana la intreruperea curentului, dupa care se indeparteaza prin razuire sau vibrare.

Fig 6.6. Schema de principiu a unui electrofiltru:

1 – electrozi de depunere; 2 – electrozi de ionizare; 3 – aerul poluat; 4 – particule de praf ionizate; a – distante dintre electrozii de ionizare si cei de depunere; l – lungimea activa a electrozilor de

depunere. Pentru cresterea eficientei electrofiltrelor acestea sunt prevazute cu mai multe zone

de lucru, alimentate electric independent pentru marirea fiabilitatii. De exemplu in centralele electrice se fabrica electrofiltre cu 2-3 zone, pentru huila cu 3-4 zone, pentru lignit si 5-6 zone, pentru sisturi bituminoase. Schema de principiu a unui electrofiltru cu 3 zone este prezentata in figura 6.7. Pentru retinerea combinata a prafului si a altor substante gazoase nocive se folosesc filtre electrostatice umede, la care are loc mai intai stropirea aerului poluat.

Principalele avantaje ale utilizarii electrofiltrelor sunt: - au o extrem de mica pierdere de presiune (10 – 15 Pa); - se pot utiliza la temperaturi ridicate ale gazelor purtatoare (200..250oC); - eficienta colectarii este foarte mare (94...99.5%); - sunt eficiente pentru particule mai mici de 10µm ; - costurile de intretinere mai mici.

Ecotehnologie 236

Fig. 6.7. Schema de principiu a unui electrofiltru cu trei zone: 1 – palnie difuzoare; 2 – dispozitiv de linistire si uniformizare a curgerii; 3A, 3B, 3C – electrozi de depunere grupati in cele 3 tronsoane (A, B, C);

4 – electrozi de ionizare; 5 – cadre de intindere a barelor de ionizare; 6 – camere de colectare cenusa; 7 – evacuare cenusa; 8 – izolatorii electrozilor de ionizare; 9 – dispozitiv de scuturare a electrozilor de ionizare prin ciocanire sau vibrare periodica; 10 – confuzor de evacuare a gazelor

curate. - filtrele totale sau in strat poros – fac parte din categoria filtrelor mecanice

uscate fiind cel mai eficient sistem de retinere a particulelor uscate. Cele mai utilizate sunt cele de tip sac, din tesuturi textile si cele cu pat filtrant , din fibre ingramadite sau umplutura de nisip.

Filtrele de tip sac au forma unui fagure(stratul poros) confectionat din panza de fibre textile aleasa in functie de concentratia de praf si de temperaturi. Pentru temperaturi mai ridicate se folosesc filtrele cu pat filtrant(fig. 6.8) la care pentru retinerea prafului se utilizeaza straturi de materiale granulare sau poroase alcatuite din pietris foarte fin si granule de samota. Eficienta medie a filtrelor totale este de 99.5%;

- filtrele hidraulice – se bazeaza pe spalarea aerului sau a gazului poluat cu particule de praf cu un curent de fluid(cel mai des intalnit este apa) intr-o instalatie de tip scubar. Schema de principiu a unui filtru hidraulic se prezinta in figura 6.9. Aerul poluat 1 intra prin tubul aerometric 2, unde e stropit cu apa bruta 3, si trece prin duzele 4 in coloana descendenta 5. La baza coloanei ascendente 6 este stropit din nou cu apa curata 7, din bazinul 8 si trece prin supapele 9 spre ajutajul de iesire 10. Inainte de iesire intalneste separatorul in miscare 11. Praful retinut 12, este evacuat in stare umeda sub forma de slam., 13, iar aerul curat 14 iese prin ajutajul de iesire 10.

Capitolul 6 237

Fig. 6.9. Schema de principiu a unui filtru hidraulic:

1 – gazul/aerul poluat; 2 – tub aerodinamic; 3 – apa bruta de stropire; 4 – duze; 5 – coloana descendenta; 6 – coloana ascendenta; 7 – apa curata; 8 – rezervor de apa curata; 9 – supape; 10 –

ajutajul de iesire; 11 – separator cu came; 12 – particule de praf; 13 – slam; 14 – aer curat.

Fig. 6.8. – Filtru cu pat filtrant 1 – mantaua filtrului; 2 – canalul de admisiesau colectorul de praf; 3 – cutiile de filtrare

umplute cu material filtrant; 4 – mechanism vibrator; 5 – coloana de

absorbtie; 6 – dispozitiv etans de colectare si evacuare praf; 7 – aer curat; 8 – praf;

Ecotehnologie 238

O comparatie a sistemelor de retinere a particulelor de praf in vederea realizarii desprafuirii se prezinta in tabelul 6.9.

Tabelul 6.9. Comparatie între sistemele de reţinere a particulelor de praf. Tipul de colector

Domeniul particulelor

retinute

Eficienţa reţinerii

particulelor

Temperatura maximă admisă

[oC]

Pierderea de

presiune [Pa]

Spaţiul de amplasare

necesar

Cost anual

[$/m3an]

0,1 ...1,0 Slabă 80 10 Mare 14,0

1,0...10,0 Bună 80 10 Mare 14.0

Filtru sac din bumbac

10,0...50,0 Excelentă 120 10 Mare 14,0

0,1...1,0 Slabă 120 12 Mare 17,0

1, 0...10,0 Bună 120 12 Mare 17,0

Filtru sac din fibre sintetice

10,0...50,0 Excelentă 80 12 Mare 17,0

0,1...1,0 Slabă 290 10 Mare 21,0

1,0...10,0 Bună 290 10 Mare 21,0

Filtru sac din fibre de sticlă

10,0...50,0 Bună 290 10 Mare .21,0

0,1...1,0 Slabă 260 20 Mare 23,0

1.0...10.0 Bună 260 20 Mare 23,0

Filtru sac din teflon

10,0...50,0 Excelentă 260 20 Mare 23,0

0,14-1,0 Excelentă 400 1 Mare 21,0

1,0...10,0 Bună 400 1 Mare 21.0

Filtru electrostatic

10,0...50,0 Bună 400 1 Mare 21,0 0,1...1,0 Foarte slabă 400 5 Mare 7,0

1,0...10,0 Foarte slabă 400 5 Mare 7,0

Filtru ciclon standard

10,0...50,0 Bună 400 5 Mare 7,0

0,1...1,0 Foarte slabă 400 12 Moderată 11,0

1,0...10,0 Slabă 400 12 Moderată 11,0

Filtru ciclon perfecţionat

10,0...50,0 Bună 400 12 Moderată 11,0

0,1...1,0 Slabă 540 5 Marc 25,0 1,0...10,0 Bună 540 5 Mare 25,0

Turn de spălare 10,0...50,0 Bună 540 5 Mare 25,0

0,1...1,0 Slabă 540 10 Moderată 23,0

1,0...10,0 Bună 540 10 Moderaţi 23,0

Filtru umed combinat

10,0...50,0 Bună 540 10 Moderată 23,0

0,1...1,0 Bună 540 90 Redusă 56,0

1,0...10,0 Excelentă 540 90 Redusă 56,0

Scrubăr Venturi 10,0...50,0 Excelentă 540 90 Redusă 56,0

0,1...1,0 Slabă 500 10 Mare 21,0

1,0...10,0 Bună 500 10 Mare 21,0

Filtru sac din teflon 10,0...50,0 Bună 500 10 Mare 21,0

Capitolul 6 239

6.6. Procedee de reducere a oxizilor de azot

6.6.1. Generalităţi Oxizii de azot, denumiţi în mod general NOx sunt consideraţi poluanţi importanţi

prin efectele pe care le au atât asupra ecosistemelor cât şi asupra sănătaţii oamenilor. Oxizii de azot cuprind: monoxidul de azot (NO); dioxidul de azot (NO2) sau hipoazotida; protoxidul de azot (N2O); trioxidul de azot (N2O3); tetraoxidul de azot (N2O4) şi pentaoxidul de azot (N2O5).

Dintre acestia cel mai periculos este NO2, care este toxic pulmonar şi NO, care este instabil şi în timp se oxidează formând tot NO2.

6.6.2. Sursele de emisii a oxizilor de azot

Oxizii de azot se formează în timpul arderilor. Toate procedeele ce utilizează arderea (cuptoare, cazane, generatoare cu abur,

turbine cu gaze, motoare termice) şi unele procese de fabricaţie (elaborarea de metale şi aliaje, producerea de acid azotic, producerea de amine, procesele de sudare etc.) formează oxizi de azot.

Emisiile, la nivel planetar, de NO2, în 1993 erau de aproximativ 48 milioane tone, dintre care 0,87 milioane tone reveneau României. Din punct de vedere calitativ, principalul producător de NOx îl constituie circulaţia automobilelor şi transporturile rutiere (transporturile emit 50% din totalul cantităţii de oxizi de azot degajaţi în atmosferă, iar celelalte 50% revin industriei grele: siderurgia, chimia, metalurgia metalelor neferoase etc.).

Oxidul de azot se combină cu oxigenul molecular pur sau în aer, într-o reacţie rapidă, dând dioxidul de azot, după relaţia:

2NO + 2O2 2NO2 (6.8) Oxizii de azot au un impact important asupra mediului înconjurator, astfel: - contribuie la formarea de ploi acide care au efecte asupra ecosistemelor; - participă la poluarea fotochimică şi la formarea de ozon troposferic; - favorizează bolile pulmonare şi au efect ilariant ( protoxidul de azot). Datorită acestui impact, emisiile de oxizi de azot sunt reglemetate strict aşa cum se

vede în tabelul 6.10. Dioxidul de azot (NO2) care este singurul stabil la temperatură joasă se combină cu

apa din atmosferă şi formează acizi, după reacţiile: 2NO2 + H2O → HNO2 + HNO3 (6.9) HNO2 + NO2 → HNO3 + NO (6.10) Aceşti compuşi acizi, căzând pe pământ, măresc concentraţia de acizi a lacurilor şi

a anumitor medii fragile.

Ecotehnologie 240

Tabelul 6.10. Valorile limită a emisiilor de oxizi de azot. Tipul de echipament şi

puterea termică P t

Combustibili Valori limiă ale emisiilor de

NO 2 [mg/m3N]

Generatoarele de abur cu puterea termică>50 MW

Combustibili solizi; Combustibili lichizi; Combustibili gazoşi;

650 cu 6 % oxigen 450 cu 3 % oxigen 350 cu 3 % oxigen

Generatoarele de abur cu

puterea termică, P t ,

10MW < P t < 50MW

Gaze natural; Gaze de petrol lichefiate; Gaze menajere; Alţi combustibili lichizi; Combustibili solizi; Biomasă;

100 cu 3 % oxigen 150 cu 3 % oxigen 150 cu 3 % oxigen 500 cu 3 % oxigen 550 cu 6 % oxigen 500 cu 11 % oxigen

Generatoarele de abur cu

puterea termică, P t ,

2MW < P t < 10MW

Gaze natural; Gaze de petrol lichefiate; Gaze menajere; Alţi combustibili lichizi; Combustibili solizi; Biomasă

150 cu 3 % oxigen 200 cu 3 % oxigen 200 cu 3 % oxigen 550 cu 3 % oxigen 550 cu 6 % oxigen 500 cu 11 % oxigen

Cuptoare, uscătoare etc. Combustibil lichid; Combustibil gazos;

500 cu 3 % oxigen 400 cu 3 % oxigen

Turbine cu gaz Gaze natural; Alţi combustibili;

150 cu 11 % oxigen 200 cu 11 % oxigen

Motoare cu ardere Gaze naturale, gaze petroliere lichefiate; Alţi combustibili;

350 cu 5 % oxigen 1500...1900 cu 5% oxigen, funcţie de viteza de rotaţie

Cuptoare din industria sticlei

- Obiectiv: 500 cu 8% oxigen sau 1 kg/t de sticlă

Sub efectul radiaţiei solare, dioxidul de azot (NO2), în prezenţa compuşilor organici

volatili (COV) şi a oxidului de carbon (CO), participă la formarea unui exces de ozon (O3) în troposferă, după reacţiile:

NO2 + hν → NO + O (6.11) O2 + O → O3 (6.12)

în care: hν este energia elementară emisă de radiaţia solară pentru o anumită lungime de undă dată; h – constanta lui Planck ( h = 6,626 · 10-3 J/s); ν – frecvenţa radiaţiei solare.

Poluarea fotochimică conduce la formarea de ceturi oxidante ( smog oxidant), cu diverse efecte dăunatoare, mai ales în zilele înnorate de vară, în regiuni sau tări în care nu se constată vânturi puternice.

Valorile prevazute de OMS pentru concentraţia maximă de NO2 în aer sunt: - 400μg/m3, pentru o durată de expunere de o oră; - 150μg/m3, pentru o durată de expunere de 8 ore. Oxizii de azot se formează în timpul procesului de ardere existând factori de

emisie corespunzători (tab.6.11), temperatura având un efect deosebit de important asupra formării de NOx (fig. 6.10).

Capitolul 6 241

Tabelul 6.11. Factorii de emisie a oxizilor de azot, în g echivalent NO 2 / GJ energie

intrată. Puterea termică intrată

Combustibil şi tipul focarului < 50 MW t

50 ...100

MW t

100 ...300

MW t > 300 MW t

Cărbune praf Arzătoare frontale Arzătoare tangenţiale Evacuarea zgurii în stare lichidă

340 280 neaplicabil

340 280 neaplicabil

340 280 neaplicabil

340 280 440

Cărbune ars pe grătar clasic cu răsturnare

160 200

neaplicabil 200

neaplicabil 200

neaplicabil neaplicabil

Arderea cărbunelui în pat fluidizat cald 120 120 120 neaplicabil

Arderea cărbunelui in pat fluidizat dens 150 neaplicabil neaplicabil neaplicabil

Arderea cărbunelui in pat fluidizat circulant

95 95 95 95

Arderea păcurii 170 190 180 180

Arderea combustibilului menajer 100 neaplicabil neaplicabil neaplicabil

Arderea gazului natural 60 60 75 75

Arderea gazului de cocs 70 70 70 70

Ardere gaz furnal înalt 55 55 55 55

Ardere cocs de petrol, în amestec de cărbune

300 300 300 neaplicabil

Ardere lemne de foc 200 neaplicabil neaplicabil neaplicabil

Ardere emulsii negre din industria hârtiei

160 160 160 neaplicabil

1,2

100

0 0,4 0,8

NOx[p.p.m.]

200

300

1,6 2 t[s]

T=1850K

T=1800K

T=1900K

Fig. 6.10. Efectul temperaturii asupra formării de oxizi de azot.

Ecotehnologie 242

Reducerea emisiei de NO termic (NO T ) se poate obţine prin: - scăderea temperaturii din cazan sau din camera de ardere; - minimizarea timpului de rezidenţă în zona temperaturilor ridicate; - minimizarea excesului de aer pentru micşorarea concentraţiei atomilor de oxigen. Oxizii de azot din combustibili, denumiţi frecvent NOc , se formează plecând de la

azotul conţinut în combustibilii lichizi ( 0,25…0,94%) şi solizi (1,2%...1,6%).

6.6.3. Tehnologii de limitare a formării oxizilor de azot în timpul arderii Limitarea formării oxizilor de azot în timpul arderii se poate face prin aşa numitele

măsuri primare de reducere a NOx (tab. 6.12) care au ca scop: - scăderea temperaturii de ardere; - evitarea vârfurilor de temperatură, prin uniformizarea şi amestecarea rapidă a

reactanţilor în flacără; - reducerea timpului de rezidenţă la temperaturi înalte; - reducerea oxigenului în zona de reacţie; - reducerea, la sfârşitul flăcării, a oxizilor de azot deja formaţi. Tabelul 6.12. Măsuri primare de reducere a NOx.

Măsura primară Efectul său este asupra Reducerea excesului de aer NOx termic + NOx combustibil Preîncălzirea redusă a aerului NOx termic Reducerea sarcinii NOx termic Reducerea în trepte:

etajarea arderii combustibilului; etajarea aerului;

arzătoare cu NOx redus; aer multiplu

NOx termic+ NOx combustibil NOx termic+ NOx combustibil NOx termic+ NOx combustibil

Proiectarea cazanului: localizarea arzătoarelor; strat fluidizat

NOx termic NOx termic

Recircularea gazelor de ardere NOx termic Injecţie de abur / apă NOx termic

6.6.3.1. Reducerea excesului de aer. Se face cu ajutorul unor arzătoare perfecţionate care să conducă la o ardere completă şi uniformă, cu un reglaj fin al raportului aer/combustibil şi îmbunatăţirea amestecului în zona de reacţie; 6.6.3.2. Preîncălzirea redusă a aerului. Se bazează pe faptul că prin preîncălzirea redusă se reduce rata de formare a NOx termic. Variaţia producţiei de NOx

termic, cu temperatura de preîncălzire t, a aerului este dată de relaţia:

NOT [p·p·m] = 34 + 0,0667·t [°C] (6.13)

6.6.3.3. Reducerea sarcinii de funcţionare. Funcţionarea la sarcini parţiale are de asemenea ca rezultat reducerea de NOx.

Capitolul 6 243

Această metodă nu se poate lua în considerare decât pe termen scurt, când este necesară limitarea momentană a emisiei de NOx. 6.6.3.4. Etajarea arderii combustibilului. Această ardere constă în întârzierea injectării unei părţi din combustibil în flacără, astfel ca în flacără să existe o zonă săracă în combustibil, urmată de o zonă cu temperatură mai înaltă în care se face injectarea cu restul combustibilului. Un arzator cu arderea etajata a combustibilului gazos se prezintă în figura 6.11 şi a combustibilului solid (praf de carbune) în figura 6.12.

Fig 6.11. Arzător cu ardere etajată a combustibilului gazos.

Fig 6.12. Arzător cu ardere etajată a prafului de cărbune.

Ecotehnologie 244

Arderea etajată de combustibili, permite reducerea cu 50…60% a cantităţii de NOx degajat. În general, aerul primar este introdus odată cu combustibilul, în aerul secundar şi sunt supuşi turbionării. 6.6.3.5. Etajarea aerului. Procedeul este asemănător cu cel precedent, dar crearea de zone de ardere distincte se face în acest caz prin etajarea injectării de aer necesar arderii. Se foloseşte mai ales pentru combustibili solizi dar şi pentru alţii, deosebindu-se:

- etajarea în arzător; - etajare în focar.

Fig 6.13. Arzătoare de cărbune cu etajarea aerului necesar arderii.

Fig . 6.14. Dispunerea tangenţială a arzătoarelor

Capitolul 6 245

Una dintre cele mai folosite scheme este cea care utilizează arzătorul de cărbune pulverizat aşezat frontal (fig. 6.13). În cazul cărbunelui pulverizat, dispunerea în colţuri a arzătoarelor şi introducerea aerului secundar tangenţial (fig. 6.14) limitează frontul flăcării şi crează o zonă bogată în combustibil în centrul focarului. Această schemă permite reducerea cu până la 40% a emisiilor de NOx.

6.6.3.6. Recircularea gazelor de ardere. Are drept obiectiv scăderea temperaturii arderii prin micşorarea temperaturii flăcării cu gaze arse sau fum.

Recircularea externă constă în captarea gazelor de ardere de către un ventilator de gaze aflat în aval de echipament şi injectarea fumului fie direct în arzator (calea I)fie să-l amestece cu aerul de ardere (calea II) înainte de introducerea acestuia în arzător (fig.6.15).

Scăderea emisiilor de NOx depinde de debitul de fum reciclat (poate ajunge până la 50…60% din valoarea fără reciclare).

Recircularea internă are acelaşi obiectiv ca şi recircularea externă, dar pentru a evita o reţea foarte complicată de conducte foarte scumpă, se face micşorarea flăcării cu gazele arse care se găsesc în camera de ardere. Îmbunătăţirea amestecului între jetul primar şi gazele reciclate se face cu arzătoare speciale (fig.6.16,a) care divizează jetul. Aceste arzătoare permit reducerea emisiilor de NOx cu 25…30%.

Fig 6.15. Principiul recirculării gazelor arse. I – circuitul de captare a gazelor arse şi injectarea direct în arzător; II – captarea înainte de arzător

6.6.3.7. Arderea la temperatură scăzută. Temperaturile adiabatice obţinute la arderea combustibililor sunt cuprinse între 1800°C şi 2000°C, dar majoritatea aplicaţiilor industriale necesită temperaturi mult mai mici (turbinele de gaze sub 1300°C; generatoarele de abur sub 600°C; retelele de distribuţie a căldurii sub 200°C etc.). Cu cât temperatura de ardere este mai scazută cu atât formarea de NOx este mai scăzută.

Ecotehnologie 246

Fig 6.16. Diferenţa dintre arzătorul cu recirculare internă şi cel convenţional

a – arzător cu flacără divizată; b – arzător convenţional 6.6.3.8. Arderea în pat fluidizat. Un pat fluidizat se compune, în general, dintr-un material granulat inert sau care are acţiune desulfurantă ( de exemplu, calcar). Se folosesc două tipuri de paturi fluidizate: patul fluidizat fix sau în fierbere (bubbling beds), prezentat în figura 6.17,a şi patul fluidizat circulant, prezentat în figura 6.17,b.

Fig 6.17 Schema unui pat fluidizat:

a – fix; b – circulant. Paturile fluidizate sunt folosite în principal pentru combustibilii solizi. În acest caz,

conţinutul de NOx emis se situează în mod obişnuit între 200 şi 300 mg/cm3N (la o proporţie de 6% O2), adică la (0,5…0,3) din valorile obţinute cu un combustibil asemănător ars sub formă pulverizată. 6.6.3.9. Combustia catalitică. Un catalizator permite, în principiu, scăderea considerabilă a temperaturii la care este întreţinut fenomenul de autocombustie. De

a b

Capitolul 6 247

exemplu, folosirea unui arzator radiant (fig.6.18), la care temperatura de ardere este limitată de masa refractară în care are loc această ardere, reduce la valori de 20…40mg/m3N (la o proporţie de 3% O2 ), valori mult mai mici decât în cazul arzătoarelor clasice.

Fig 6.18. Arzător cu flux radiant.

În cazul turbinelor cu gaz unde arderea se face sub presiune cu flux termic

volumetric mare, sunt necesare temperaturi de ardere mult mai ridicate (deci producerea de NOx termic într-o măsură mai mare), scăderea temperaturii maxime de ardere se obţine prin:

- amestecul gazelor produse prin combustie cu vapori de apă, cu apă lichidă, sau chiar cu azot;

- tehnologii de etajare a arderii; Principiile arderii etajate au permis scăderea sensibilă a cantitaţilor de acizi de azot

produşi, folosind arzătoare hibride (fig. 6.19), care pot fi: cu putere mare, caz în care flacăra este preamestecată în prealabil cu combustibil şi cu aer; cu putere redusă, la care flacăra este difuzată.

Această metodă permite aducerea emisiilor de NOx la 25…50 p·p·m, în cazul combustibililor gazoşi la 50…75 p·p·m, în cazul combustibililor lichizi.

În cazul motoarelor termice, limitarea formării de oxizi de azot se face prin (fig.6.20):

- atingerea cât mai mult posibil a unui amestec de carburant-aer apropiat de cel stoichiometric adică un amestec bogat în carburant;

Ecotehnologie 248

Fig 6.19. Secţiune printr-un arzător “hibrid” pentru turbinele cu gaze.

- sporirea maximă a aerului în exces, adică un amestec sărac în carburant, ceea ce

conduce la reducerea emisiilor de NOx sub 500mg/m3N (la o concentraţie de 5%O2). În prezent, constructorii de motoare termice se orienteaza spre o ardere în amestec

slab, cu scopul de a scădea şi mai mult emisiile de oxizi de azot. 6.6.3.10. Reducerea oxizilor de azot formaţi. Tehnicile de reducere a oxizilor de azot în avalul arderii prin procedee post combustie se împart în trei categorii:

- reducerea selectivă necatalitică (SNCR- selective non catalytic reduction), care se face folosind reducători ca: amoniacul (NH3), urea (CO(NH2)2) şi acidul izocianuric ((HOCN)3). Acestea conţin molecule foarte reactive care puse în contact cu moleculele de NO si NO2, în prezenţa oxigenului, reduce NO şi NO2 cu formare de azot gazos (N2) şi vapori de apa, asa cum se vede în schema Miller-Bowman (fig.6.21). Reacţiile de denoxare cu amoniacul, de exemplu, pot fi descrise de ecuaţiile:

Capitolul 6 249

Fig 6.20. Emisiile de NOx, CO şi nearse la un motor, funcţie de raportul aer-combustibil.

NO2 + NO + 2NH3 – 2N2↑ + 3H2O2 (6.14) 4NO + 4NH3 + O2 = 4N2↑ +6H2O (6.15) 2NO2 + 4NH3 + O2 = 3N2↑ + 6H2O (6.16) Reducerea selectivă necatalitică se produce între 850°C şi 1000°C. Randamentul denoxării prin tehnica SNCR este limitat de: - imperfecţiunile amestecului dintre reactivi şi NOx conţinuţi în fum; - efectele pereţilor, care crează în focar zone la o temperatură prea joasă pentru ca

denoxarea să se facă în mod corect. Pentru a elimina aceste neajunsuri se poate folosi un generator de abur auto-

depoluant (fig.6.22.), care este prevăzut din construcţie cu o zonă relativ importantă în care pătrunde fumul care iese din camera de ardere;

- reducerea selectivă catalitică (SCR – selective catalytic reduction), este asemanatoare SNCR, cu excepţia faptului că se petrece la o temperatură joasă. Pentru a nu dura un timp îndelungat se folosesc catalizatori precum:

- metalele preţioase (Pt, Rh), care acţionează la 240…280°C; - oxizii metalici (V2O5, WO3, TiO2), care sunt activi în gama de temperaturi

300…450°C; - zeoliţii, care pot lucra la temperaturi mult mai mari. Catalizatorii se depun pe

suporturi metalice de ceramică, sub formă de faguri, plăci sau granule. Dacă se iau anumite măsuri, randamentul de denoxare poate ajunge până la 70…90%. - reducerea prin recombustie (ardere repetată – reburning), constă în reducerea oxizilor de azot cu ajutorul hidrocarburilor într-un mediu uşor oxidant. De exemplu, cu ajutorul metanului, reducerea se bazează pe ecuaţia:

Ecotehnologie 250

Fig 6.21. Schema Miller Bowman.

2NO + CH4 + O2 → N2↑ + CO2↑ + 2H2O (6.17) Aplicarea procedeului se face în trei etape explicitate în figura 6.23 unde: - arderea combustibilului principal se face cu minimum posibil de exces de aer; - injectarea în aval de această ardere principală a unui combustibil (hidrocarbura) şi

a unei cantităţi insuficiente de aer pentru arderea totală a hidrocarburii, astfel ca rezidurile de hidrocarburi nearse sa reacţioneze cu NOx reducandu-l;

- injectarea înca şi mai în aval, a aerului care are drept scop oxidarea deşeurilor nearse ce provin din excesul de hidrocarburi injectat în cel de-al doilea etaj.

Această metodă se foloseşte mai ales la: instalaţiile de incinerare a deşeurilor; generatoarele de abur din centralele electrice; cuptoarele din industria sticlăriei; arzătoarele de precalcinare din procesul de fabricare a cimentului etc.

La procedeele de reducere a oxizilor de azot, analizate mai sus, pot apare unele fenomene nedorite ca:

- scurgerile de amoniac pe coş; - apariţia de sulfaţi şi biosulfaţi de amoniu, care sunt foarte corozivi; - apariţia nitratului de amoniu care este exploziv; - apariţia unui supraconsum energetic; - costul ridicat al catalizatorului; Oricum, aceste tehnici de limitare a emisiilor de NOx sunt absolut necesare în

vederea reducerii impactului asupra mediului a proceselor de ardere.

Capitolul 6 251

Fig 6.22. Generatorul de abur autodepoluant – AUDE.

6.7. Procedee de reducere a oxizilor de sulf şi a hidrogenului sulfurat

6.7.1.Generalităţi Arderea combustibililor fosili conduce la evacuarea în atmosferă a unor volume

importante de oxizi gazoşi de sulf. Într-o primă fază, bioxidul de sulf dă naştere acidului sulfuros care, prin oxidare sub acţiunea radiaţiilor solare, se transformă în acid sulfuric.

Sup

raîn

călz

itor

inte

rmed

iar

Sup

raîn

călz

itor

prim

ar

Vap

oriz

ator

Ieşire gaze arse

Zon

a iz

oter

mă

de d

enox

are

(den

itrif

icar

e)

Focar sau camera de

ardere

Arzăt

oare

Ecotehnologie 252

Acţiunea poluatoare a H2SO4 se manifestă sub forma ploilor acide, principalul factor al “morţii pădurilor” în ţările industrializate sau cu o puternică poluare.

Fig 6.23. Montarea recombustiei la un generator de abur vertical, cu arzătoare frontale.

6.7.2. Tehnologii de reducere a emisiilor de bioxid de sulf (SO2) Tehnologiile de reducere a emisiilor de bioxid de sulf au la bază trei căi principale

şi anume: - desulfurarea combustibililor; - alegerea corespunzatoare a combustibililor; - desulfurarea gazelor de ardere.

6.7.2.1. Reducerea emisiilor de SO2 prin injecţia de calcar în focar. Metoda constă în introducerea în focar a unei pudre de calcar, unde este calcinat la CaO, care reacţionează ca SO2 rezultând SO4; Eficienţa reducerii poate ajunge la 50…70%. Injecţia de calcar are o serie de avantaje (proces simplu, realizare rapidă, costul investiţiei scăzut, consum mic de energie, disponibilităţi ridicate ale instalaţiei) dar şi o serie de dezavantaje (grad de desulfurare limitat, tendinţe de zgurificare în focar, manipularea dificila a cenuşii).

Capitolul 6 253

6.7.2.2. Reducerea emisiilor de SO2 prin procedee de desulfurare. Normele foarte severe de emisiune, care coboară de la 2..3,5g/m3 la numai 0,4g/m3 (Japonia, Germania, SUA) impun neapărat folosirea unor instalaţii de desulfurare a gazelor, la toate cazurile de ardere.

S-au dezvoltat mai multe procedee de desulfurare, cele mai importante fiind: - procedeul umed, în care se introduce ca agent activ o soluţie de hidroxid de calciu

şi carbonat de sodiu; - procedeul semiuscat, în care se introduce ca agent activ o soluţie concentrată de

amoniac sau hidroxid de calciu; - procedeul catalitic, cu producere de sulf aplicat la o temperatură ridicată a

gazelor de ardere.

Tabelul 6.13. Procedee comerciale de desulfurare a gazelor de ardere. PROCEDEUL TEHNICA (metoda) Produse secundareVAR/CALCAR CaO/CaCO3

Absorbţia SO2 cu var stins (nămol de var) sau calcar

Nămol de epurare sau gips

SODĂ DE RUFE NaOH

Absorbţia SO2 cu soluţie de sodă caustică sau de carbonat de sodiu (Na2CO3)

Apă reziduală sau soluţie pentru spălat rufe

SOLUŢIE ALCALINĂ

Absorbţia SO2 cu o soluţie pe bază de Na rezultată dintr-o soluţie alcalină calcică

Nămol sau gips (CaSO4)

AMONIAC Procedeu WALTHER

Absorbţie de SO2, apoi oxidare în sulfat de amoniu

Îngrăşământ pe bază de sulfat de amoniu

OXID DE MAGNEZIU

SO2 intră în reacţie cu un amestec de oxid şi hidroxid de magneziu; reciclarea reactivului după deshidratare şi regenerare

Sulf elementar sau acid sulfuric

EPURARE PRIN METODA UMEDĂ

SULFIT DE SODIU (WELLMAN-LORD) Na2SO4

Absorbţia de SO2 cu o soluţie de sulfit de sodiu, care este apoi reciclata şi regenerată

Sulf elementar sau H2SO4+ cantităţi mici de sulfat de sodiu Na2SO3

CITRAT Absorbţia de SO2 cu o soluţie de citrat de Na. Absorbantul este regenerat si produşii secundari transformaţi in S2 prin reducţie în fază lichidă cu H2S

Sulf elementar

CARBONAT APOS Absorbţia de SO2 cu o soluţie de carbonat de sodiu deshidratat prinpulverizare, regenerare + reciclare

Sulf elementar

USCARE PRIN PULVERIZARE

PULVERIZARE ŞI USCARE

Reacţia unui nămol de absorbţie pulverizat cu SO2 şi uscare simultană

Deşeuri uscate

PROCEDEU USCAT

ABSORBŢIE PE CĂRBUNE ACTIV

Absorbţia şi desorbţia SO2 pecărbune activ

Sulf elementar

În tabelul 6.13 sunt prezentate principalele procedee comerciale de desulfurare a gazelor de ardere, iar cateva sisteme de desulfurare a gazelor de ardere se prezintă în

Ecotehnologie 254

figura 6.24. În absorbţia uscată, agentul de absorbţie este dirijat să întâlnească gazele ce trebuie desulfurate, apoi este reactivat în regenerator şi este trimis înapoi în procesul de absorbţie (fig. 6.24.,a).

Fig. 6.24. Sisteme de desulfurare a gazelor de ardere a – procedeul uscat; b – procedeul semiuscat; c – procedeul umed.

a

b

c

Capitolul 6 255

În procedeele semiuscate, o suspensie alcalină sau alcalino-pământoasă este adusă în contact cu gazele de ardere de desulfurat. În gazele de ardere fierbinţi se formează un produs uscat de reacţie, care este colectat apoi în filtru de particule (fig. 6.24,b). Desulfurarea umedă a gazelor de ardere are loc în turnuri de injecţie numite scrubere, unde o suspensie alcalină sau alcalino-pământoasă este dispensată în gazul de desulfurat. O altă metodă de desulfurare uscată a gazelor de ardere, bazată pe absorbţie fizică constă în utilizarea de aditivi solizi. Aditivii pot fi injectaţi în diferite puncte ale arderii sau în diferite puncte ale traseului gazelor de ardere (fig.6.25). Gradul de absorbţie a SO2, corespunzator diferiţilor aditivi uscaţi, în funcţie de temperatură se prezinta in figura 6.26. Eficienţa absorbţiei de SO2 cu ajutorul aditivilor uscaţi se face în diferite etape ale procesului de absorbţie (fig.6.27.). Absorbţia SO2 pe particulele de calcar poate fi îmbunătăţită prin umidificarea acestora.

1- Desulfurare directă prin dozare în combustibil cu Ca(OH) 2 ; (CaCO 3 ); 2 - Desulfurare directă

prin dozare în aerul de ardere cu Ca(OH) 2 ; (CaCO 3 ); 3 - Proces de înaltă temperatură,

neregenerativ cu Ca(OH) 2 ; (CaCO 3 ); 4 - Proces de joasă temperatură, neregenerativ cu

Ca(OH) 2 ; 5 - Proces de joasă temperatură, neregenerativ cu cocs activ

Fig. 6.25. Posibilităţi de injecţie a aditivilor în cazane.

Fig. 6.26. Dependenţa de temperatură a absorbţiei de SO 2 pentru diferiţi aditivi uscaţi.

Gra

dul d

e ab

sorbţi

e a

SO2

[%

]

Temperatura [ºC]

Ecotehnologie 256

În aceste procese, agentul de absorbţie (o suspensie de var, carbonat de sodiu, sau leşie de sodă caustică) este pulverizat în gazele de ardere fierbinţi într-o dispersie extrem de fină. Reacţiile si mecanismele care au loc in acest caz sunt date în figura 6.28.

Procesele de desulfurare umedă prin absorbţie pot utiliza diverşi absorbanţi alcalini, alcalino-pământoşi, sau de altă natură. Cele mai folosite sunt scruberele Venturi integrate în turnuri de spalare (fig.6.29).

Fig. 6.27. Etapele reacţiei de calcinare, hidratare şi sulfatare a dolomitei.

Fig. 6.28. Mecanismul reţinerii SO 2 în procesul semiuscat de absorbţie prin pulverizare.

Un astfel de turn este alcătuit din trei zone:

Capitolul 6 257

- zona inferioră de drenaj, unde suspensia rezultată din spălare este selectată, amestecată, ventilată şi îmbogăţită cu absorbant proaspăt. - zona de contact gaz – lichid, unde gazele sunt aduse în contact cu suspensia de spălare, în contracurent şi sunt spălaţi;

Fig. 6.29. Turn de absorbţie prin pulverizare pentru desulfurarea umedă a gazelor.

- zona de gaze de ardere curate, unde gazele de ardere trec printr-un separator de

picături în care se reţin picăturile fine de lichid pe care le-au antrenat. Schema unei instalaţii moderne de desulfurare a gazelor de ardere cu ozidare

integrată folosind calcarul drept absorbant se prezintă în figura 6.30. În acest caz rezultă ca produs secundar gipsul.

Ecotehnologie 258

Fig. 6.30. Schema unei instalaţii de desulfurare a gazelor în cazul unui proces cu oxidare integrală.

6.7.3. Tehnologii de desulfurare a hidrogenului sulfurat (H2S) Principalele procedee de tratare a hidrogenului sulfurat sunt: - extragerea şi concentrarea hidrogenului sulfurat, care se poate face prin procedee

bazate pe o absorbţie chimică, fizică sau fizico-chimică. Absorbţia chimică se bazează pe o reacţie de tipul:

H2S + R ↔ R – SH2 + q (6.18)

în care: q este o anumită constantă de căldură dezvoltată prin reacţie; R – reactivul utilizat.

Reactivii utilizaţi trebuie să aibă o putere de absorbţie mare, să fie regenerabili cu costuri reduse, să nu fie toxici sau corozivi. Cei mai utilizaţi reactivi sunt aminele (MEA, DEA, MDEA, DIPA) şi carbonatul de potasiu. Absorbţia H2S în soluţia de amine are loc la temperatura de 20…50°C şi se bazează pe reacţiile:

2R2NH + H2S ↔ (R2NH2)2S (6.19) (R2NH2)2S + H2S ↔ 2R2NH2HS (6.20) K2CO3 + CO2 + H2O ↔ 2KHCO3 (6.21) K2CO3 + H2S ↔ KHS + KHCO3 (6.22)

Capitolul 6 259

În cazul absorbţiei fizice, solventul extrage hidrogenul sulfurat din gaze prin contact fizic şi-l eliberează printr-o detenta ulterioară la presiune joasa. Principalii solvenţi utilizaţi sunt:

- metanolul, în procedeul Rectisol; - tri – n – 2 - pirolidon, în procedeul Purisol; - carbonatul de propilena, în procedeul Fluor Solvent; - dimetil eter de polietilena glicol, în procedeul Selexol; - metal-izopropil eter de polietilena glycol, în procedeul Sepasolv. Procedeele bazate pe absorbţie fizico-chimica sunt intermediare între absorbţia

fizică şi chimică utilizându-se ca solvenţi: - sulfolan + amine, în procedeul Sulfinol; - metanol + amine, în procedeul Amisol. - conversia hidrogenului sulfurat în sulf, care se poate face prin urmatoarele

metode: - pe cale termică şi cuplare cu o cataliză heterogenă gaz-solid, prin procedeul

Claus; - prin procedee bazate pe spălare chimică oxidantă cunoscute ca procedeele Redox; - tratarea catalitică, ce poate fi heterogenă (gaz /solid), aplicată în cazul

procedeului Sulfreen sau în mediul lichid, la procedeul Clauspol. - procedee diverse, prin utilizarea cărbunelui activ, a spălării cu sodă şi carbonat de

sodă şi schimb molecular. Reducerea H2S se face după reacţiile: H2S + ½ O2 → H2O + S (6.23) H2S + NaOH → Na2S + H2O (6.24) H2S + Na2CO3 → Na2S + H2O + CO2 (6.25) CO2 + 2NaOH → Na2CO3 + H2O (6.26) H2S + NaOH → NaHS + H2O (6.27) Rata de reducere a H2S depăşeşte 95% dar apare un consum substanţial de sodă şi

carbonat de sodium. Reducerea H2O prin schimb molecular se bazează pe utilizarea zeoliţilor

(aluminosilicaţi cu o structură microporoasă care permite formarea unor canale regulate la scară molecular de: ZnO, ZnTiO2 si TiO2.

6.8. Procedee de tratare a compuşilor organici volatili (COV)

6.8.1. Generalităţi

Compuşii organici volatili (COV) sunt substanţe organice (excluzand metanul),

care conţin carbon şi hidrogen, care este substituit parţial sau total de alţi atomi şi care se găsesc în stare gazoasă sau de vapori în condiţiile funcţionale din diferitele instalaţii (au

Ecotehnologie 260

capacitate de evaporare după utilizarea lor). Normativele europene adauga la această definiţie şi faptul că au o tensiune a vaporilor mai mare sau egală cu 10Pa la 273.15K.

Principalele familii de solvenţi asimilaţi COV sunt: - alifatici (heptan, hexan, pentan, benzine minerale etc.); - aromatici (etanol, butanol, methanol, alcool izopropianic etc.); - eteri (acetate de atil, de butyl, de izopropil, tetrahidrofenon etc.); - cloruri (percloretilena, tricloretilena, diclormetan etc.); - plastifianţi (dioctilphalat etc.) - cetone (cetona, metiletilcetona, metilizobutilcetona, ciclohexanona etc.) - compuşi azotaţi (amine, nitriţi etc.); - compuşi sulfuraţi (mercaptani, dimetilsulfura etc.). COV sunt utilizaţi în industrie pentru capacitatea lor de evaporare după utilizare, la

sfârşitul operaţiilor de curaţire, de amestecare, de aplicare de pigmenţi etc. Principalele familii de COV şi domeniile lor de aplicare se prezintă în tabelul 6.14. Tabelul 6.14. Familia de COV şi domeniul lor de utilizare.

Sectorul de activitate Familia de solvenţi Tratament de suprafaţă; (Aeronautic, automobile şi mobilier) Degresare; Pictură

Solvenţi cloruraţi; Alifatici, aromatici si alcooli

Tipografie; Imprimare

Toluen

Imprimare pe ambalajele tuturor suprafeţelor Imprimare

Esteri, cetone, alcooli

Chimie / farmacie / petrochimie; Extragere; Uscare; Stocare de produse

Cloruri (diclormetan); Cetone, alcooli;Diverse

Fabricarea vopselelor / cernelurilor / cleiurilor; Extragere; Amestecare

Solvenţi aromatici

Industria de cauciuc / pneumatică / garniture; Extragerea din malaxor; Lipire, vulcanizare

Cloruri (tricloretilenă); Alifatici

Textile ; Curaţare fără apă; Acoperire; Tipărire

Cloruri ( percloretilenă); Alifatici, aromatici, plastifianţi; Aromatici, cetone, alcooli

Agroalimentare Uscare Amestecare de produse Extragere

Cloruri (diclormetan) Alcooli Amine

COV pot avea efecte directe asupra sănătăţii şi asupra mediului, prin nocivitatea

intrinsecă şi unele proprietăţi fizice şi chimice sau efecte indirecte, prin degradarea aerului ( poluarea fotochimică, efectul de seră etc.).

Capitolul 6 261

Câteva valori orientative ale unor substanţe COV cu risc cancerigen se prezintă în tabelul 6.15 (conform OMS), când substanţa respectivă se găseşte în atmosferă într-o concentraţie de 1μg/m3.

Tabelul 6.15. Valori de ghidare pentru substanţele cancerigene.

Compuşi Riscul [%] Poziţia tumorilor Acetonitril Benzene Aromatici policiclici Clorură de vinil

2*10 5

4*10 6

9*10 2

1*10 6

Plămân Plămân Plămân Plămân

Valorile maxime ce nu trebuie depăşite pentru apărarea sănătăţii populaţiei sunt

date în tabelul 6.16. Tabelul 6.16. Valorile maxime pentru substanţele cu risc de iritarea mucoaselor

respiratorii. Compuşi Valori de ghidare OMS Durata de expunere

1,2, dicloretan Dicloretan Formaldehidă Stiren Tetracloretilenă Toluen Tricloretilenă

0,7 mg/m3 3 mg/m3

100g/m3 800g/m3 5 mg/m3 8 mg/m3 1 mg/m3

24 h 24 h 30 min 24 h 24 h 24 h 24 h

Poluarea fotochimică accelerează degradarea materialelor, în special plasticul şi

contribuie la scăderea vizibilităţii atmosferice, prin particulele foarte fine pe care le generează. Principalul poluant fotochimic este ozonul, gaz a cărui producere este însoţită de alte substanţe cu proprietăţi acide şi oxidante (aldehide, nitraţi organici, acid citric, peroxid de hidrogen etc.). Ozonul intrat în aparatul pulmonar poate afecta căile respiratorii datorită proprietăţilor sale oxidante, perturbă activitatea de fotosinteză a plantelor şi are repercursiuni climatice deoarece determină efectul de seră. Acţiunea radicalului hidroxil asupra COV declanşează un lanţ complex de reacţii al cărui bilanţ poate conduce la producerea mai multor molecule de ozon plecând de la o singură moleculă de carbonat (fig.6.31).

6.8.2. Tehnologii de reducere a emisiilor de COV

Se deosebesc două categorii de tehnologii: de recuperare, care permit valorificarea

solvenţilor în cantităţi de materie primă pentru alte procese industriale şi de distrugere, care permit valorificarea solvenţilor sub formă energetică. 6.8.2.1. Tehnologii de recuperare. În principal, se folosesc trei tehnologii de recuperare şi anume:

- condensarea pentru debite mici (sub1000m3/h), cu concentraţii mari, care permit recuperarea compuşilor fără modificarea compoziţiei chimice. Principalele domenii de

Ecotehnologie 262

aplicare sunt la stocarea hidrocarburilor în chimie, petrochimie, farmacie şi anumite aplicaţii de degresare (pulverizarea). Se disting două tehnici de condensare:

Fig. 6.31. Perturbaţia ciclului Chapman în prezenţa COV.

- condensarea mecanică propriu- zisă (fig.6.32) care este utilizată pentru

scăderea concentraţiei prin recuperare şi detenţie, necesitând utilizarea unui compresor şi încălzitor (temperatura ajunge până la -30…-40°C;

Fig. 6.32. Schema de principiu a recuperatorului de solvenţi prin condensare mecanică.

Capitolul 6 263

- condensarea criogenică, care permite scăderea temperaturii până la -180°C prin utilizarea azotului lichid ca sursă de frig.

Pentru procedeele de tratare a monosolvenţilor şi solvenţilor nemiscibili în apă se foloseşte absorbţia cărbunelui activ în granule (absorbţia este un fenomen fizic prin care un solid fixează pe suprafaţa sa moleculele altui corp, sub acţiunea unor forţe Van der Waals). În figura 6.33 se prezintă schema de principiu pentru absorbţia pe carbune activ, utilizată în special în degresare, pentru recuperarea toluenului şi în chimie/farmacie, pentru recuperarea diclormetanului. Pentru o funcţionare continuă, o instalaţie conţine cel putin doi absorbanţi, unul fiind în absorbţie, în timp ce al doilea este în desorbţie sau în aşteptare. Principiul metodei constă în a face aerul să treaca, să se trateze si să traverseze încărcăturile de carbon activ de adsorbant în funcţiune. Carbonul activ reţine moleculele de solvent până la saturaţie (când un absorbant este saturat el se regenerează prin spălare cu vapori la 0,5 bar).

Fig. 6.33. Schema de principiu a adsorbţiei pe carbon active.

Adsorbţia se poate face şi pe zeoliti şi constă în captarea compuşilor organici pe

suprafaţa unei reţele cristaline constituite din tetraedre de SiO4 şi AlO4 asamblată prin punerea în comun a atomilor de oxigen.

Ecotehnologie 264

O altă metodă utilizată pentru reducerea efectului COV este adsorbţia în strat fluidizat de polimeri (fig.6.34). Absorbţia se bazează pe polimeri care circulă între camera de absorbţie şi camera de desorbţie.

Fig. 6.34. Adsorbţia pe straturi de polimeri şi desorbţia prin contact indirect cu vapori.

6.8.2.2. Tehnologii de distrugere. Acestea sunt utilizate pentru tratarea amestecurilor de compuşi sau pentru recuperarea lor, fiind complexe şi costisitoare. Cele mai des folosite sunt:

- distrugerea prin oxidare termică, constă în tratarea moleculelor sub formă de CO2 şi H2o (puţin dăunătoare mediului înconjurător), prin utilizarea aerului ca oxidant, după reacţiile:

CmHn + (m+4

n)O2 → mCO2 +

2

nH2O (6.28)

De exemplu, pentru xilen, ecuaţia de oxidare este: C6H5 – CH3 + 9O2 → 7CO2 + 4H2O (6.29) Iar pentru benzen este:

C6H6 + 2

15O2 → 6CO2 +3H2O (6.30)

Totuşi în prezenţa altor compuşi (azot, clor, sulf etc.) va forma poluanţi secundari

(NO, HCl, SO2), astfel încât va fi necesar să se prevadă un tratament complex de neutralizare.

Capitolul 6 265

Printre tehnicile de oxidare termică se disting două familii diferite: - oxidarea termică recuperativă; - oxidarea termică regenerativă. Distrugerea prin oxidare termică recuperativă se aplică pentru concentraţii

înalte (5…20g/m3N), dar la debite ale efluenţilor inferioare de 30000m3N/h, pentru limitarea dimensiunilor camerei de combustie şi încalzitoarelor ( fig.6.35.). Prin aplicarea acestei metode se obţine eliminarea COV sub 20mg/m3N, a CO sub 100mg/m3N şi NOx sub 100mg/m3N.

Fig. 6.35. Schema de principiu a oxidării termice recuperative.

Distrugerea prin oxidare recuperativă catalitică implică prezenţa unui catalizator,

pus într-un strat subţire pe un suport din bile de aluminiu poros sau pe un suport metalo-ceramic (fig.6.36) şi pentru obţinerea unor reacţii de oxidare la temperatură joasă (200…250°C).

Se folosesc două categorii de catalizatori: catalizatori bazaţi pe metale preţioase (platină, rhadium, paladiu) şi catalizatori bazaţi pe metale oxidante (Cr, Fe, Mo, W, Mn, Co, Cu, Ni)

Epurarea catalitică permite înlăturarea COV sub 20mg/m3N. Distrugerea prin oxidare termică regenerativă se aplică concentraţiilor mici şi

pentru debitele afluenţilor cuprinse între 1000 şi 300000m3N/h. Schema de principiu a unei instalaţii cu un pat (strat) filtrant este prezentată în

figura 6.37 şi constă în inversarea regulată a sensului debitului de aer la sfârşitul încărcării şi descărcării căldurii pe straturile schimbătorului.

Ecotehnologie 266

Fig. 6.36. Schema de principiu a oxidării catalitice recuperative.

Fig. 6.37. Schema de principiu a oxidării termice regenerative cu un pat.

Are o eficacitate de maxim 70%. Creşterea eficacităţii până la 90…98% se face

dacă se folosesc trei straturi (fig. 6.38). Aplicată în condiţii bune, purificarea termică regenerativă permite înlăturarea COV sub 20mg/m3N, a CO sub 50mg/m3N şi NOx sub 50mg/m3N.

III

Capitolul 6 267

Distrugerea prin oxidare regenerativă catalitică se foloseşte pentru concentraţii sub 1g/m3N pentru debite mai mici de 100000m3N/h.

Fig. 6.38. Schema de principiu a oxidării termice regenerative în trei straturi.

Distrugerea pe cale biologică este bazată pe degradarea COV şi CO2 şi H2O de

către bacteriile ce trăiesc în suspensie in lichide, sau depuse pe un suport solid constituit din turbe, aschii de lemn etc. Acest principiu se foloseşte mai ales pentru tratarea apei uzate pe cale aerobică sau anaerobică, a deşeurilor solide (resturile menajere) şi în depoluarea solului. Se disting biofiltre cu suport biologic (turba sau altele), filtre cu

II

Ecotehnologie 268

suport mineral (zeolit, samota sau altele) constituite sub forma unor suviţe ca în figura 6.39. Tipurile de COV; debitul de aer de tratat; concentraţia de COV în debitul de aer. Algoritmul pentru alegerea unei tehnici de tratament se prezintă în figura 6.40.

Fig. 6.39. Dezodorizarea prin fitre biologice cu şuviţe.

6.9. Tehnologii de reţinere a picăturilor şi vaporilor

6.9.1. Generalităţi

Termenul de valori se referă la picături de lichid de mărime microscopică (sub

10μm). Dacă diametrul este mai mare se consideră aerosol pulverizat sau pur şi simplu picături.

Eliminarea ceţii este larg folosită în sistemele de control a poluării aerului, pentru prevenirea amestecării libere la intrarea în atmosferă.

Desi vaporii şi picăturile diferă semnificativ, pentru curentul purtător gazos, reţinerea particulelor umede se bazează pe mecanisme asemănătoare acelora folosite la reţinerea particulelor uscate.

Tehnologiile de reţinere a picăturilor şi vaporilor s-au dezvoltat şi se dezvoltă în continuare ţinând cont de importanţa lor. Cele mai des întrebuinţate metode se prezintă în continuare:

Capitolul 6 269

Fig 6.40. Algoritmul pentru alegerea unei tehnici de tratament.

6.9.2. Filtre electrostatice umede

Filtrele electrostatice umede se folosesc pentru eliminarea umiditaţii gazelor. Un

astfel de filtru se prezintă în figura 6.41 şi are un precipitator cu curăţare umedă cu electrozi colectivi tubulari. Irigarea suprafeţei colectoare se face pe la partea superioară a tubului.

Ecotehnologie 270

Un filtru electrostatic cu electrozi colectivi de tip plan se prezintă în figura 6.42, unde electrozii suplimentari sunt adăugaţi deasupra pulverizatoarelor, pentru garantarea spălării întregii suprafeţe. Utilizarea acestor filtre are eficienţa foarte bună (peste 99%).

Fig. 6.41. Filtru electrostatic umed.

Fig. 6.42. Filtru electrostatic cu plăci plane.

Capitolul 6 271

6.9.3. Colectorii inerţiali pentru vapori

Aparatele inerţiale pot fi folosite ca sisteme colectoare primare, precurăţătoare pentru alte aparate şi eliminatori de ceaţă. Pentru pulverizare sunt larg utilizate sisteme în V, W sau alte tipuri. Eficienţa unui singur aparat poate fi de 40…60%, dar prin înseriere se poate obţine o eficienţa apropiată de 100%.

6.9.4. Scrubere pentru vapori şi picături

Se folosesc mai ales pentru reţinerea vaporilor de acid sulfuric sau acid fosforic.

Contactul în scruber are loc în palnia Venturi, unde sunt pulverizate picături foarte fine din lichidul de reţinere, de obicei apă. Pentru realizarea unei eficienţe apropiate de 100% este necesară o presiune a vaporilor de 600…9000Pa, transversal pe scruber.

6.9.5. Filtru cu nisip umed Este rezultatul adaptării tehnologiilor de depoluare a apei la depoluarea aerului.

Pentru reţinerea picăturilor sunt utilizate linii de curăţare care pot fi de nisip, cu granulaţie uniformă. Reţinerea vaporilor concentraţi are loc în apă, care îi transportă prin stratul de nisip. Filtrul umed cu pat de nisip are o eficienţa de selectare de 90% pentru aerosoli cu mărimea sub 1μm, fiind folosit şi pentru reducerea capacităţii aerului sau gazului.

6.10. Tehnologii de reducere a odorizanţilor

6.10.1.Generalităţi Reducerea odorizanţilor este necesară ca un răspuns fiziologic la acţiunea simţului

mirosului. Senzaţia neplăcută poate fi produsă de un compus chimic, ca de exemplu hidrogenul sulfurat (H2S) sau un amestec de compuşi. Controlul odorizanţilor devine o problemă de reducere a lor prin reducerea concentraţiilor, prevenirea eliminării în atmosferă sau conversia acestora în substanţe care au un prag de sesizare a mirosului mult mai mare. Nu se recomandă mascarea mirosului prin alte substanţe!

6.10.2. Reducerea odorizanţilor prin diluţie Se aplică atunci când odorizantul nu este o substanţa toxică şi nu are efect dăunător

asupra organismului. Diluarea poate fi efectuata prin adăugare de aer sau prin folosirea unui coş înalt pentru dispersie.

6.10.3. Captarea odorizanţilor Se folosesc sisteme care fac posibilă captarea odorizanţilor înainte de eliminarea în

atmosferă. De exemplu în loc de vaporizator cu efect multiplu se poate folosi un condensator de contact direct. Se poate folosi, de asemenea, filtre totale având ca strat poros o substanţă răşinoasă pe bază de formaldehidă care să reţină odorizantul. Alţi odorizanţi sunt reţinuţi prin utilizarea unor substanţe solide de absorbţie.

Ecotehnologie 272

6.10.4. Conversia odorizanţilor Anumiţi compuşi odorizanţi pot fi convertiţi în compuşi cu un prag mai mare de

odorizare sau în substanţe neodorizante. De exemplu, hidrogenul sulfurat (H2S) cu prag de odorizare de 0,0005ppm.poate fi convertit prin oxidare in dioxid de sulf (SO2), cu prag de oxidare de 0.5ppm. Schema de principiu a instalaţiei de conversie a H2S in SO2 se prezintă în figura 6.43. O altă soluţie de conversie în substanţă neodorizantă este prin postardere, aplicabilă de exemplu la gazele ce conţin butilaldehide (CH3CH2CH2CHO).

Fig. 6.43. Schema de principiu a instalaţiei de conversie a H2S în SO2

(1 – duză separare; 2 – ciclon separator; 3 – filtru sac; 4 – incinerator; 5 – coş evacuare gaze; 6 – schimbător; 7 – ventilator).

6.11. Tehnologii de purificare a aerului

6.11.1. Generalităţi

Natura poluanţilor din gazele evacuate în atmosferă este deosebit de diversa.

Reglementările tot mai severe privind poluarea aerului în ultimii ani cer o purificare totală a gazelor, care asigură respectarea riguroasă a limitelor de emisii. Un astfel de sistem combină o serie de tehnologii descrise mai înainte, într-o instalaţie unitară, cu certe avantaje ecologice.

Cele mai uzuale sisteme de purificare totala sunt cele pentru desprăfuire utilizând electrofiltre, cele de denoxare, în special cele catalitice şi cele de desulfurare.

6.11.2. Dispunerea relativă a sistemelor specializate Echipamentele care ard combustibili solizi sau lichizi poluează aerul atât cu praf

cât şi cu oxizi de azot şi sulf astfel încât se vor dispune pe traseul gazelor de ardere, unităţi specializate de purificare. De exemplu, unitatea de reducere selectivă catalitică a NOx poate fi amplasată imediat după economizor (fig.6.44,a), după electrofiltru (fig.6.44,b) sau înainte de coş ( fig.6.44,c).

Capitolul 6 273

Fig. 6.44. Amplasarea unităţii de reducere selectivă catalitică a NOx:

a – amplasarea SCR imediat dupa economozor; b – Amplasarea SCR după electrofiltru; c – amplasarea SCR înainte de coş.

Ecotehnologie 274

6.11.3. Sisteme de purificare totală Natura poluanţilor se diversifică, apărând pe lângă cenuşă, oxizi de azot, sulf şi

acid clorhidric, fluoruri, mercur, dioxine, plumb, zinc, cadmiu etc. Pentru acestea au apărut sistemele de purificare totală. Un sistem de purificare totală cuprinde cel puţin: un separator electrostatic şi ventilator, o instalaţie de absorbţie, o instalaţie de filsorbţie şi o instalaţie de denoxare (fig.6.45). Filsorbţia este combinaţia dintre filtrare şi adsorbţie, implicând reacţii complexe dintre impurităţile din gaze şi adjuvanţii fini din ţesătura filtrului sac.

Fig. 6.45. Schema sistemului de purificare totală

Avantajul filtrării prin filsorbţie, în raport cu filtrele electrostatice umede, rezidă

din faptul că le separa aproape total nu numai particulele solide cele mai fine, dar şi numeroase substanţe gazoase poluante.

Este de aşteptat ca să apară noi tehnologii de depoluare mai mai ales de prevenire a poluarii aerului pe masura ce exigentele privind impactul asupra mediului cresc de la an la an.