Способы экологической очистки воздух

Лучшие технологии против загрязнения атмосферы

В последнее время проблема загрязнения атмосферы, как и многие другие экологические проблемы, обострилась. Содержание вредных для здоровья веществ в воздухе крупнейших городов мира и в воздухе многих промышленных районов возрастает, вместе с этим возрастают и риски для здоровья. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), загрязненный воздух представляет собой одну из основных причин роста онкологических заболеваний. В марте этого года ВОЗ обнародовала данные, в соответствии с которыми семь миллионов преждевременных смертей в 2012 году стали результатом воздействия загрязненного воздуха, что составляет одну восьмую от всех смертей по всему миру (всего в 2012 году умерло 56 миллионов людей). И эти значения более чем в два раза превышают предыдущие. Загрязнение воздуха приводит к сокращению длительности жизни людей, которые им постоянно дышат, и способствует развитию патологий у детей, которые еще только находятся в утробе матери. В Китае, где загрязнение атмосферы находится на шокирующе высоком уровне, даже продовольственные культуры страдают от низкого качества воздуха.

Источников загрязнения воздуха много, но немалую роль играет транспорт, особенно в больших городах. Поэтому во многих странах появляются инициативы, направленные на поддержание более экологичных видов транспорта. Но что еще можно сделать для борьбы с загрязнением атмосферы?

Многие дизайнеры и инженеры считают, что современные технологии могут стать очень полезными для улучшения качества воздуха.

Борьба с загрязнением атмосферы

Рекламные щиты, очищающие воздух

Ученые из Университета техники и технологии (UTEC) в Перу занимаются разработкой и созданием рекламных щитов, которые способны бороться с загрязнением воздуха. Прототип такого рекламного щита был установлен в одной из самых загрязненных частей столицы Перу в Лиме в 2013 году. Щит работает благодаря основным термодинамическим законам, загрязненной воздух пропускается через воду, которая активно собирает в себе загрязняющие вещества (например, бактерии, пыль и т.д.), после чего очищенный воздух выпускается наружу. По утверждению создателей устройства, один рекламный щит может выполнить работу 1200 деревьев, очищая ежедневно в городских условиях 100000 м3 воздуха.

Борьба с загрязнением атмосферы в помещении при помощи дезинфектора воздуха от NASA

Вероятно, это может кого-то удивить, но воздух в помещениях часто бывает более загрязненным, чем воздух на улице. Поэтому стоит задумываться и об очищении воздуха в зданиях.

Изначально дезинфектор воздуха был разработан для Международной космической станции, на которой необходимо было избавиться от этилена, вырабатываемого растениями. На его основе было разработано устройство Airocide. Дезинфектор имеет камеру, в которой содержатся стеклянные кольца, покрытые диоксидом титана. Под воздействием света в камере продуцируются гидроксилы, которые разрушают органические молекулы, находящиеся в воздухе. После успешной эксплуатации на станции, эти устройства стали использоваться на предприятиях, чья работа была связана с продуктами питания, а также в больницах. Недавно они стали доступны для обычных пользователей.

Airocide может уничтожить практически 100 % биологических загрязнителей, таких как плесень, грибок, цветочная пыльца, пылевые клещи, вирусы, бактерии и летучие органические соединения. Airocide не является фильтром, но он дезинфицирует воздух в помещении. Недостатком данного дезинфектора можно считать то, что он требует замены картриджа через год. Стоимость Airocide в интернет-магазинах составляет обычно 799 $, а стоимость картриджа 99 $.

Борьба с загрязнением атмосферы при помощи добавки к бетону

Еще одна технология, основанная на способности диоксида титана при воздействии на него света разрушать углеродные связи в молекулах, была разработана итальянским химиком Луиджи Кассаром (Luigi Cassar). Недавно ученый был удостоен международного признания и получил европейскую премию изобретателя за создание инновационного цемента, который нейтрализует загрязняющие вещества, делает их менее вредными и улучшает качество воздуха вокруг. После нейтрализации вредных веществ они просто смываются дождевой водой.
Кассар со своей командой долгое время экспериментировал с составом добавки к бетону и, в конце концов, смог получить оптимальную формулу, которая он называет «фотокатализатором». Предлагаемый им бетон выглядит более красивым и чистым, и остается намного светлее, чем обычный бетон. Впервые данная технология была применена в 1996 году при постройке Юбилейной церкви под руководством архитектора Ричарда Мейера в Риме.

Небоскребы для борьбы с загрязнением воздуха

Вероятно, технологии очистки воздуха будущего уйдут далеко от фотокаталитических покрытий на зданиях. В этом году на конкурс дизайна небоскребов Evolo были представлены несколько концепций борьбы с загрязнением воздуха, включая концепцию Алексея Умарова из России «Гипер-Фильтр». В ней, для очищения воздуха в больших городах от выбросов CO2 и других вредных газов и обеспечения поступления в атмосферу кислорода, используется структура, которая располагается между небоскребами, рядом с оживленными транспортными магистралями и заводами. Структура состоит из множества трубок, улавливающих загрязнения, которые затем могут использоваться в химической промышленности.

Очищение воздуха в помещении при помощи устройства Andrea Air

Практически все знают, что комнатные растения способны улучшать качество воздуха в помещении. Поэтому выращивать дома всевозможные растения может быть не только эстетически приятно, но и полезно. Тех людей, которые специально выращивают растения для очищения воздуха (о лучших комнатных растениях для очистки воздуха можно прочитать в этой статье), может заинтересовать новый гаджет от Lab Store, которые усиливает способности растений бороться с загрязнениями. Устройство называется Andrea Air, благодаря вентилятору оно пропускает воздух через листву растения, его корневую систему, воду и почву и выпускает воздух обратно в комнату. Таким образом, это устройство является своего рода «живым» фильтром, который задерживает вредные летучие органические соединения и токсины благодаря растению, находящемуся в ней.

Проведенные RTP Labs исследования свидетельствуют о большей эффективности такого устройства по сравнению с традиционным расположением комнатного растения в горшках. На сайте гаджета приводятся очень обнадеживающие данные о его эффективности. При выращивании растения в Andrea Air оно в 10 раз быстрее очищает воздух и в 3,6 раза более эффективно удаляет формальдегид из воздуха. По сравнению с фильтрами HEPA и углеродными фильтрами, устройство Andrea Air в 44 раза эффективнее удаляет формальдегид (поскольку сами по себе растения более эффективны, чем эти фильтры).

Борьба со смогом в Китае

Хочется упомянуть еще об одном способе борьбы с загрязнением атмосферы, предложенном в Китае. Этот способ довольно неожиданный – распыление химических веществ с дронов-парапланов (parafoil drone) корпорации AVIC. Испытания этих летательных аппаратов начались в марте этого (2014) года. Надо сказать, что дроны способны поднять в воздух достаточно внушительный вес груза – 700 кг химикатов, которые можно распылить на территории радиусом в 5 км. В результате распыления смог оседает на землю. Однако такое решение очень спорно, поскольку, во-первых, в атмосферу будут выбрасываться дополнительные химические вещества, во-вторых, все будет оседать опять-таки на землю, будет попадать в водоемы и потенциально во все живое на земле и в воде и будет продолжать отравлять их.

Для того, чтобы создать эффективную и устойчивую систему очистки воздуха, необходимо, чтобы загрязняющие вещества, собранные из воздуха, не просто оседали на землю и смывались водой, необходимо чтобы они перерабатывались в безвредные вещества и только после этого возвращались в окружающую среду. И самым лучшим способом борьбы с загрязнением атмосферы остается изменение нашего образа жизни и уменьшение выбросов загрязняющих веществ, переход на более чистые технологии.

Источник

Города будущего: как улучшить качество воздуха?

История глобального загрязнения

Всю свою промышленную историю человечество в той или иной мере загрязняло окружающую среду. Причем, не стоит думать, что загрязнение — изобретение 19-20 века. Так уже в 13-14 веке китайские литейщики серебра хана Хубилая сжигали колоссальное количество дров, тем самым загрязняя землю продуктами горения.Причем, по оценкам археологов, скорость загрязнения была в 3-4 раза больше, чем в современном Китае, который, как известно, не ставит экологичность производства на первое место.

Однако, после промышленной революции с появлением промышленного районирования, развития тяжелой промышленности, роста потребления нефтепродуктов, загрязнение природы, и в частности атмосферы стало глобальным.

Динамика выброса углерода в атмосферу

К концу 20 века, по крайней мере в развитых странах, пришло осознание необходимости очистки воздуха, и понимание того, что от экологии зависит благополучие не только отдельных стран, но и человека как вида.

Началось глобальное движение за законодательное ограничение выбросов в атмосферу, что в итоге было закреплено в Киотском протоколе (был принят в 1997), который обязывал подписавшие страны квотировать вредные выбросы в атмосферу.

Помимо законодательства совершенствуются также и технологии — сейчас благодаря современным устройствам для очистки воздуха можно улавливать до 96-99% вредных веществ.

Средства защиты атмосферы

Выделим основные меры по очистке атмосферного воздуха и защите атмосферы от вредного антропогенного влияния:

• Внедрение современных экологически безопасных технологических процессов на производстве. Создание малоотходных или замкнутых технологических циклов, которые способствуют полному исключению или же значительному снижению вредных выбросов в атмосферу. Предварительное очищение используемого сырья, для снижения в его составе вредных примесей. Переход на альтернативные источники энергии, которые вообще не имеют вредных компонентов, загрязняющих атмосферу, либо, имеют минимальное содержание вредных веществ. Переход с двигателей внутреннего сгорания, на альтернативные моторы: электродвигатели, гибридные, водородные и другие.
• Внедрение очистных сооружений. К средствам защиты атмосферы от вредного влияния жизнедеятельности человека должны относиться способы очистки воздуха при помощи очистных сооружений, которые позволят довести до минимума вредные выбросы в атмосферу на производстве и в сельском хозяйстве.
• Внедрение санитарных зон. СЗЗ – санитарно-защитная зона – полоса территории, которая разделяет промышленную зону от жилой. Ранее при строительстве промышленных и жилых объектов практически не обращали внимание на использование санитарно-защитных зон, что приводило к размещению рядом производственной и жилой зоны. Установление ССЗ, ее длина, ширина, площадь определяются исходя из количества выделяемых в атмосферу вредных примесей.
• Внедрение правильного архитектурно-планировочного разделения подразумевает правильное расположение промышленных производств и жилых сооружений: с учетом рельефа местности, направления ветра, автомобильных и других видов дорог.

Законодательное обоснование применения систем очистки воздуха на промышленных предприятиях

Основной документ, регулирующий вопросы экологии в РФ — Федеральный Закон № 7 «Об охране окружающей среды». Именно он определяет понятие правила природопользования, содержит нормы пользования окружающей средой.

Виды и меры наказания для нарушителей экологического права содержится в Гражданском и Трудовом кодексе РФ.

В случае загрязнения воздуха, следующие наказания предусмотрены для нарушителей:

• За выброс вредных веществ в атмосферу устанавливаются штрафы: для предпринимателей от 30 до 50 тысяч рублей, для юридических лиц — от 180 до 250 тысяч рублей.
• За нарушение условий специального разрешения на выброс вредных веществ устанавливается штраф для юридических лиц от 80 до 100 тысяч рублей.
• и т.д.

Области применения систем очистки воздуха

Средства для очищения воздуха в том или ином виде есть на каждом промышленном производстве. Но особенно они актуальны для:

• Предприятий металлургической сферы, которые выбрасывают в атмосферу:

черная металлургия — твердые частицы (сажа), оксиды серы, оксид углерода, марганец, фосфор, пары ртути, свинец, фенол, аммиак, бензол и т.д.

цветная металлургия — твердые частицы, оксиды серы, оксид углерода, другие токсичные вещества.

• Горно обогатительных комбинатов, которые загрязняют атмосферу сажей, оксидами азота, серы и углерода, формальдегидами;

• Нефтеперерабатывающих комплексов — в процессе работы выбрасывают в атмосферу сероводород, оксиды серы, азота и углерода;

• Химических производств, которые выбрасывают высокотоксичные отходы — оксиды серы и азота, хлор, аммиак, фторовые соединения, нитрозные газы и т.д.;

• Предприятий энергетики (тепловых и атомных электростанций) — твердые частицы, оксиды углерода, серы и азота.

Задачи, которые выполняют системы воздухоочистки

Основные задачи любой системы очистки атмосферного воздуха на предприятии сводятся к:

• Улавливанию частиц — остатков продуктов горения, пыли, аэрозольных частиц и т.д. для их последующей утилизации.
• Отсеиванию посторонних примесей — пара, газов, радиоактивных компонентов.
• Улавливанию ценных частиц — отсеивание от основной массы частиц, сохранение которых имеет экономическое обоснование, к примеру оксидов ценных металлов.

Критерии выбора очистителей

Очистка воздуха в помещении сегодня очень актуальна для многих людей, живущих в городе. Его качество оставляет желать лучшего, поэтому активное развитие получила не только промышленная очистка продуктов производства, но и бытовая очистка воздуха от запахов, вредных веществ, табака, пыли.

Чтобы получить качественное и чистое воздушное пространство в помещении, необходимо оборудование с качественными и эффективными фильтрами.

Классификация основных методов очистки воздуха

Стоит сразу отметить, что универсального способа не существует, поэтому на предприятиях нередко используются многоступенчатые методы очистки воздуха, когда применяется несколько способов для достижения лучшего эффекта.

Виды очистки воздуха можно классифицировать как по способу работы:

• Химические методы очистки загрязненного воздуха (каталитическиее и сорбционные методы очистки)
• Механические методы очистки воздуха (центробежная очистка, очистка водой, мокрая очистка)
• Физико-химические методы очистки воздуха (конденсация, фильтрование, осаждение)

Так и по тому типу загрязнения:

• Аппараты для очистки воздуха от пылевогозагрязнения
• Аппараты для очистки от газового загрязнения

Теперь рассмотрим сами методы.

Методы очистки

На сегодняшний день существуют различные методы очищения, выделим самые эффективные.

Озонный метод

Озонный метод используют для очистки атмосферного воздуха от вредных выбросов и дезодорации выбросов с промышленных предприятий. Делают это путем введения озона, который способствует ускорению окислительных реакций. Время контакта газа с озоном, для обезвреживания вредных компонентов составляет от 0,5 до 0,9 секунды.

Усредненные затраты на использование озона в качестве дезодоратора и очистителя составляют до 4,5% от мощности энергоблока. Такая очистка воздуха от вредных веществ, обычно, используется не в промышленности, а при переработке животного сырья (мясо и жирокомбинаты), а также в быту.

Термокаталитический метод

Основан на использовании в качестве очистителя — катализатора. В емкости (реакторе) с содержанием катализатора происходит очищение токсичных газообразных примесей. Катализаторами обычно выступают: минералы, металлы, которые обладают сильными межатомными полями. Катализатор должен иметь устойчивую структуру в условиях возникновения реакции.

Этим способом выполняется эффективное очищение от запахов и вредных соединений. Он довольно дорогой. Поэтому главная тенденция последних лет направлена на создание и развитие недорогих катализаторов, которые эффективно работают при любых температурах, в любых условиях, устойчивы к ядовитым соединениям, и, кроме этого, являются энергоэффективными, с минимальными затратами на их эксплуатацию. Использование катализаторов, в качестве очистителей, довольно широко применяется при очищении газов от оксидов азота.

Абсорбционный метод

Заключается в растворении в жидком растворителе газообразного компонента. Загрязнитель выделяют при помощи жидкости, которую используют один раз. Так получают минеральные кислоты, соли и другие вещества. Плазмохимический метод заключается в использовании в качестве очистителя высоковольтных разрядов, через которые пропускают загрязненную воздушную смесь. В качестве оборудования применяют электрофильтры.

Адсорбционный метод

Его можно назвать одним из самых распространенных, особенно на территории США. Очищение воздушного пространства от вредных примесей на основе адсорбции доказало свою эффективность в промышленной эксплуатации.

Специальные системы, где основные адсорбенты это сорбенты, оксиды и активированные угли, позволяют не только очистить плохо пахнущие дымовые газы от запаха, но и в разы снижают содержание в них вредных веществ, а после этого выполняют каталитическое или термическое дожигание, чтобы добиться максимального результата. Особенно данный комплекс мер часто применяют в химической, фармацевтической или пищевой промышленности.

Термический метод или термическое дожигание

Из названия понятно, что очищение вредных выбросов заключается в их термическом окислении, при температуре от 750 до 1200 °C. Этим способом достигается 99% очистка газов. Из недостатков следует отметить ограниченность применения.

Этот способ эффективный для очистки газов, содержащих твердые включения в виде: углерода, сажи, древесной пыли. Если в выбросах содержатся такие примеси, как сера, фосфор, галогены, то продукты горения при использовании термокаталитического метода по своей токсичности будут превосходить исходные.

Плазмокаталитический

Новый метод, объединяющий в себе методы очистки воздуха от вредных веществ: каталитический и плазмохимический. Эти мероприятия по очистке воздуха от вредных веществ хорошо изучены и широко применяются на практике, а данный метод, является новым и высокоэффективным. Происходит двухступенчатая очистка через реакторы:

1. Плазмохимический реактор, в котором происходит озонирование.
2. Каталитический реактор. На первом этапе вредные примеси проходят через высоковольтный разряд, где, взаимодействуя с продуктами электросинтеза, переходят в экологически безопасные соединения. На втором этапе происходит финишная очистка при помощи синтеза на молекулярный и атомарный кислород. Остатки вредных веществ окисляются кислородом.

Недостатком этого метода является его дороговизна и обязательная предварительная очистка воздуха от пыли. В особенности, при ее большом содержании.

Фотокаталитический

Фотокаталитический метод очистки воздуха от вредных веществ также относится к современным, инновационным, которые применяются все чаще. Применяется аппарат для очистки воздуха на основе катализаторов из TiO2 (оксид титана), которые облучаются ультрафиолетом. Этот метод широко используется в бытовых очистительных приборах и является одним из самых эффективных путей очищения поступающего воздуха.

Основные способы очистки воздуха от взвешенных частиц

Осаждение — посторонние частицы отсеиваются от основной массы газа за счет воздействия определенной силы:

• Силы тяжести в пылеосадительных камерах.
• Инерционных сил в аппаратах-циклонах, в инерционных пылеуловителях в механических сухих пылеуловителях.
• Электростатические силы, которые используются в электрофильтрах.

Примеры пылеосадительных камер

Фильтрование — посторонние частицы отсеиваются при помощи специальных фильтров, которые пропускают основную массу воздуха, но задерживают взвешенные частицы. Основные типы фильтров:

• Рукавные фильтры — в корпусе таких фильтров расположены рукава из ткани (чаще всего используется орлон, байка или стекловолоконная ткань), через которые проходит поток загрязненного воздуха из нижнего патрубка. Грязь оседает на ткани, а чистый воздух выходит из патрубка в верхней части фильтра. В качестве профилактики, рукава периодически встряхиваются, грязь с рукавов падает в специальный отстойник.

• Керамические фильтры — в таких устройствах используют фильтрующие элементы из пористой керамики.

• Масляные фильтры — такие фильтры представляют собой набор отдельных ячеек-кассет. Внутри каждой ячейки располагаются насадки, которые смазываются специальной смазкой с высокой вязкостью. Проходя через такой фильтр, частицы грязи прилипают к насадкам.

Пример рукавного фильтра

• Электрические фильтры — в таких устройствах газовый поток проходит через электрическое поле, мелкодисперсные частицы получают электрический заряд, после чего оседают на заземленных осадительных электродах.

Пример электрического фильтра

Мокрая очистка — посторонние частицы в газовом потоке осаждаются при помощи водяной пыли или пены — вода обволакивает пыльи с помощью силы тяжести стекает в отстойник.

Чаще всего для мокрой очистки газа используются скрубберы — в этих устройствах поток загрязненного газа проходит через поток мелкодисперсных капель воды, они обволакивают пыльи под действием силы тяжести оседают и стекают в специальный отстойник в виде шлама.

Существует около десяти типов скрубберов, различающихся по конструкции и принципу работы, отдельно стоит выделить:

1. Скрубберы Вентури — имеют характерную форму в виде песочных часов. В основе работы таких скрубберов — уравнение Бернулли — увеличение скорости и турбулентности газа вследствие уменьшение площади потока. В точке максимальной скорости, в центральной части скруббера, газовый поток смешивается с водой.

2.Форсуночные полые скрубберы — конструкция такого скруббера представляет полую цилиндрическую емкость, внутри которой расположены форсунки для распыления воды. Капли воды захватывают частицы пыли и под действием силы тяжести стекают в отстойник.

Схема форсуночного полого скруббера

3.Пенно-барботажные скрубберы — внутри таких скрубберов расположены специальные барботажные насадки в форме решетки или тарелки с ответсвиями, на которой находиться жидкость. Поток газа, проходя через жидкость на большой скорости (более 2 м/с), образует пену, которая успешно очищает поток газа от посторонних частиц.

4.Насадочные скрубберы, они же башня с насадкой — внутри таких скрубберов расположены различные насадки (седла Берля, кольца Рашига, кольца с перегородками, седла Берля и т.д.), которые увеличивают площадь соприкосновения загрязненного воздуха и очищающей жидкости. Внутри корпуса также расположены форсунки для орошения потока загрязненного газа.

Источник