Prevenzioni e controllo dell'inquinamento atmosferico

Per secoli l'uomo ha scaricato rifiuti nell'atmosfera e questi agenti inquinanti sono scomparsi con il vento.

Abbiamo visto che le principali fonti di inquinamento atmosferico sono:

(i) Veicoli a motore,

(ii) Industrie, in particolare i loro rifiuti di canna fumaria,

(iii) Impianti a combustibili fossili (carbone), come centrali termoelettriche.

Devono essere prese misure per controllare l'inquinamento alla fonte (prevenzione) e dopo il rilascio di inquinanti nell'atmosfera. C'è un urgente bisogno di prevenire le emissioni delle suddette principali fonti di inquinamento atmosferico.

[Cinque punti di controllo di possibili emissioni di inquinanti atmosferici]

Il controllo delle emissioni può essere realizzato in diversi modi.

Cinque diverse possibilità di controllo sono mostrate in Fig. 2.6.

Questi sono brevemente considerati qui come segue:

1. Correzione della fonte:

1 la sua è la soluzione più semplice al problema dell'inquinamento atmosferico, dove fermiamo il processo di colpevolezza. Quindi, è anche chiamato prevenzione. L'ingegnere deve considerare la possibilità di controllare le emissioni cambiando il processo. Ad esempio, se si riscontra che le automobili rilasciano alti livelli di piombo nell'aria, la soluzione più ragionevole è semplicemente quella di eliminare il piombo nella benzina. La fonte è stata corretta e il problema risolto.

Oltre a un cambio di materia prima, una modifica del processo potrebbe anche essere utilizzata per ottenere il risultato desiderato. Ad esempio, gli inceneritori di rifiuti municipali sono noti per puzzare. Spesso gli odori possono essere facilmente controllati se gli inceneritori funzionano a una temperatura sufficientemente elevata da ossidare completamente i prodotti organici che causano l'odore. Misure come il cambio di processo, la conversione della materia prima o la modifica delle attrezzature per soddisfare gli standard di emissione sono noti come controlli.

Al contrario, l'abbattimento è il termine usato per tutti i dispositivi e i metodi per ridurre la quantità di inquinanti che rilasciano l'atmosfera una volta che il materiale è già stato emesso dalla fonte. In un senso più ampio e per semplicità, è meglio fare riferimento a tutte le procedure come controlli.

2. Raccolta di inquinanti:

Spesso il problema più serio nel controllo dell'inquinamento atmosferico è la raccolta degli inquinanti in modo da fornire un trattamento. Le automobili sono le più pericolose, l'unica perché le emissioni non possono essere facilmente raccolte. Se potessimo canalizzare gli scarichi dalle automobili ad alcune strutture centrali, il loro trattamento sarebbe molto più ragionevole del controllo di ogni singola vettura.

Un successo nella raccolta di sostanze inquinanti è stato il riciclaggio di gas soffiati nel motore a combustione interna. Riaccendendo questi gas e emettendoli attraverso il sistema di scarico della vettura, è possibile eliminare la necessità di installare un dispositivo di trattamento separato per l'auto. Gli ingegneri del controllo dell'inquinamento atmosferico hanno il loro momento più difficile quando gli inquinanti di un arco industriale non vengono raccolti ma emessi da finestre, porte, ecc.

3. Raffreddamento:

I gas di scarico da trattare a volte sono troppo caldi per l'apparecchiatura di controllo e i gas devono prima essere raffreddati. Questo può essere fatto in tre modi generali: diluizione, raffreddamento o scambiatori di calore (Fig. 2.7). La diluizione è accettabile solo se la quantità totale di gas di scarico caldo è piccola. L'estinzione ha l'ulteriore vantaggio di eliminare alcuni di questi gas e particolati. Le batterie di raffreddamento sono forse le più utilizzate e sono particolarmente adatte quando il calore può essere conservato.

4. Trattamento:

La scelta del dispositivo di trattamento corretto richiede l'abbinamento delle caratteristiche dell'inquinante e le caratteristiche del dispositivo di controllo. È importante rendersi conto che le dimensioni degli inquinanti atmosferici variano di molti ordini di grandezza e non è quindi ragionevole aspettarsi che un dispositivo sia efficace per tutti gli inquinanti.

Inoltre, i tipi di sostanze chimiche nelle emissioni spesso impongono l'uso di alcuni dispositivi. Ad esempio, un gas contenente un'alta concentrazione di S02 potrebbe essere pulito con spruzzi d'acqua, ma il conseguente H 2 SO 4 potrebbe presentare seri problemi di corrosione.

Molti dispositivi appaiono sul mercato, i seguenti sono i più usati:

(a) Le camere di vendita non sono altro che grandi spazi nei camini, simili a vasche di decantazione nel trattamento delle acque. Queste camere rimuovono solo le particelle più grandi.

(b) I cicloni sono ampiamente usati per rimuovere grandi particelle. L'aria sporca viene fatta esplodere in un cilindro conico, ma fuori dalla mezzeria. Questo crea un violento vortice all'interno del cono, ei solidi pesanti migrano verso la parete del cilindro dove rallentano a causa dell'attrito ed esistono sul fondo del cono. L'aria pulita si trova nel mezzo del cilindro ed esce dalla parte superiore. I cicloni sono ampiamente utilizzati come pre-pulitori, per rimuovere il materiale pesante prima di un ulteriore trattamento.

(c) I filtri a maniche funzionano come gli aspirapolvere comuni. I sacchetti di tessuto sono utilizzati per raccogliere la polvere che deve essere periodicamente scossa dai sacchetti. Il tessuto rimuove quasi tutte le particelle. I filtri a maniche sono ampiamente usati in molti settori; ma sono sensibili alle alte temperature e all'umidità.

(d) I raccoglitori umidi sono disponibili in molte forme e stili. La semplice torre di spruzzatura (Fig. 2.8) è un metodo efficace per rimuovere grandi particelle. Gli scrubber più efficienti promuovono il contatto tra aria e acqua mediante un'azione violenta in una sezione ristretta in cui viene introdotta l'acqua. Generalmente, più l'incontro è violento, e quindi più piccole sono le bolle di gas o le gocce d'acqua, più efficace è lo scrub.

(e) I precipitatori elettrostatici sono ampiamente usati nelle centrali elettriche. Il particolato viene rimosso caricando dapprima gli elettroni (saltando da un elettrodo ad alta tensione all'altro e poi migrando verso l'elettrodo caricato positivamente. Un tipo come mostrato in Fig. 2.8 è costituito da un tubo con un filo sospeso nel mezzo Il particolato si raccoglie sul tubo e deve essere rimosso sbattendo i tubi con i martelletti I precipitatori elettrostatici non hanno parti mobili, richiedono elettricità e sono estremamente efficaci nella rimozione di particolato sub micron.

(f) I depuratori di gas sono semplicemente collettori bagnati come descritto sopra ma vengono utilizzati per la dissoluzione dei gas.

(g) L'adsorbimento è l'uso di un materiale come il carbone attivo per catturare inquinanti. Tali adsorbitori possono essere costosi da rigenerare. Molti di questi funzionano bene per i prodotti organici e hanno un uso limitato di inquinanti inorganici. La figura 2.9 mostra le fasi di una torre di adsorbimento.

(h) L'incenerimento è un metodo per rimuovere gli inquinanti gassosi bruciandoli a C02, H20 e inserti. Funziona solo per i vapori combustibili.

(i) La combustione catalitica comporta l'uso di un catalizzatore per adsorbire o cambiare chimicamente gli inquinanti.

È ancora importante sottolineare la dipendenza dell'efficacia di un dispositivo di trattamento sulla dimensione delle particelle. La figura 2.10 mostra i range approssimativi dell'adattabilità per i vari metodi di trattamento discussi sopra.

5. Dispersione:

La scienza della meteorologia ha un grande impatto sull'inquinamento atmosferico. Un problema di inquinamento atmosferico riguarda tre parti. La fonte, il movimento dell'inquinante e il destinatario (figura 2.10). La concentrazione degli inquinanti del ricevente è influenzata dalla dispersione atmosferica o da come l'inquinante viene diluito con aria pulita. Questa dispersione ha luogo sia orizzontalmente che verticalmente.

La rotazione terrestre presenta nuove aree in cui il sole splende e riscalda l'aria. Di conseguenza, in tutto il mondo viene creato un modello di venti, alcuni stagionali (ad es. Uragani) e alcuni permanenti. Gli ingegneri dell'inquinamento atmosferico spesso usano una variazione della rosa dei venti (una rosa dei venti sono immagini grafiche di velocità del vento e dati di direzione), chiamata "rosa dell'inquinamento" per determinare la fonte di un inquinante.

La diffusione è il processo di diffusione dell'emissione su una vasta area e quindi riducendo la concentrazione degli inquinanti specifici. La diffusione o dispersione della piuma è sia orizzontale che verticale. La concentrazione massima di inquinanti è nella linea centrale del pennacchio, cioè nella direzione del vento prevalente.

Mentre ci allontaniamo dalla linea centrale, la concentrazione diventa più bassa. Se supponiamo che la diffusione di un pennacchio in entrambe le direzioni sia approssimata da una curva di probabilità gaussiana, possiamo calcolare la concentrazione di un inquinante a qualsiasi distanza X sottovento dalla sorgente.

I pericoli di inquinamento possono essere previsti sulla base di dati meteorologici e l'allarme precoce per le condizioni di rischio imminente e piani di emergenza possono essere sviluppati per chiudere le industrie.

Controllo degli inquinanti dalle fonti mobili:

Anche se molti dei suddetti metodi di controllo possono essere applicati anche alle sorgenti mobili, una fonte mobile molto speciale all'automobile merita una menzione speciale. Il funzionamento del motore ha un effetto diretto sulle emissioni. La quantità di CO, HC e NOx varia durante il minimo, l'accelerazione, la crociera e la decelerazione.

Le tecniche di controllo delle emissioni per il motore dell'automobile a combustione interna comprendono la messa a punto, i reattori catalitici e le modifiche del motore. Una messa a punto può avere un effetto significativo sui componenti delle emissioni. Ad esempio, un rapporto aria / carburante elevato (una miscela povera) ridurrà sia CO che HC, ma con un aumento di NOx.

La seconda strategia di controllo, ora ampiamente utilizzata, è il reattore catalitico che ossida il CO e HC a CO 2 e H 2 O. Il secondo reattore riduce NOx a N 2 . I reattori catalizzatori più diffusi presentano due gravi inconvenienti. In primo luogo, sono facilmente imputabili al piombo. Infatti il ​​passaggio alla benzina non di piombo è stato motivato da questo motivo e non dalla preoccupazione per i livelli di piombo nell'atmosfera. Il secondo problema con i reattori è che i composti di zolfo nella benzina vengono ossidati in particelle SO 3 e quindi aumentano i livelli di zolfo nell'ambiente.

Nella terza tecnica di controllo-modifica del motore, il motore di carica stratificato viene utilizzato senza reazioni catalitiche. In questi motori i cilindri hanno due scomparti, con uno scompartimento che riceve una miscela ricca, che accende e quindi fornisce un'ampia fiamma per un barbone efficiente nel compartimento del cilindro principale. Sono state anche sviluppate altre modifiche. È difficile produrre un motore a combustione interna completamente pulito. Le auto elettriche sono pulite ma possono immagazzinare solo una potenza limitata e quindi la loro portata è limitata.

I metodi generali per controllare gli inquinamenti atmosferici da parte di automobili e industrie sono stati esaminati brevemente sopra. Di seguito sono riportate alcune misure specifiche per il controllo degli inquinanti veicolari e industriali nell'aria.

Inquinamento dei veicoli:

1. Per controllare l'emissione di inquinanti dallo scarico del veicolo:

Questo può essere ottenuto da:

(i) Usando una nuova proporzione di benzina e aria,

(ii) Tempi più esatti di alimentazione del carburante,

(iii) Uso di additivi per gas per migliorare la combustione,

(iv) Iniettando aria nello scarico per convertire i composti di scarico in materiali meno tossici e entro

(v) Aggiornamento del design del motore e / o installazione di dispositivi di abbattimento (dispositivo) per migliorare la combustione con il design del motore esistente.

Il monossido di carbonio deriva dal basso contenuto d'aria della miscela di carburante, mentre la produzione di NOx è promossa da alte temperature di combustione. Gli idrocarburi seguono più o meno il modello di CO.

La completa eliminazione di questi tre inquinanti può essere ottenuta aggiornando il design attuale dei motori (ad esempio motori a quattro tempi) o apportando le opportune modifiche ai dispositivi per migliorare la combustione.

2. Per controllare l'evaporazione dal serbatoio del carburante e dal carburatore:

Questo può essere fatto da:

(i) raccolta di vapori con carbone attivo quando il motore è spento e la sua accensione quando il motore viene avviato,

(ii) Sottoporre la benzina nel serbatoio a una leggera pressione per evitare che il gas si disperda e

(iii) Sviluppo di benzina a bassa volatilità che non evapora facilmente.

3. Uso dei filtri:

Alcuni vapori di gas fuoriescono tra le pareti e il pistone che entra nel carter e quindi si scaricano nell'atmosfera. Gli idrocarburi (circa il 25%) vengono rilasciati in questo modo. Quindi l'uso di filtri che catturano e riciclano questi gas sfuggiti nel motore dovrebbero controllare l'emissione di questi idrocarburi.

4. Controllo attraverso la legge:

Questi devono essere applicati alcuni standard attraverso la legge sui veicoli a motore e altri atti per la progettazione di motori, ecc.

Inquinamento industriale:

Per controllare l'inquinamento atmosferico da rifiuti di ciminiere di impianti industriali, dobbiamo escogitare misure per la rimozione del particolato e degli inquinanti gassosi dai rifiuti. La rimozione del particolato comporta la loro raccolta sotto l'influenza di diverse forze, spostandole in modo continuo fuori dal flusso di gas.

Le attrezzature utilizzate per la loro rimozione sono:

(i) Collezionisti di cicloni e

(ii) precipitatori elettrostatici (ESP). Quindi dobbiamo generare la tecnologia di controllo. Al momento ci sono poche centrali elettriche e industrie che hanno installato gli ESP necessari.

1. Collezionisti di cicloni:

Qui le particelle contenenti gas di scarico sono sottoposte a centrifugazione. Le particelle sospese si spostano verso il muro del corpo del ciclone, quindi sul suo fondo e alla fine vengono scaricate. I collettori a ciclone rimuovono circa il 70% delle particelle.

2. precipitatori elettrostatici (ESP):

Per rimuovere le particelle dalla corrente di gas, le forze elettriche sono applicate all'interno della camera nel precipitatore. Le particelle sospese si caricano o ionizzano e vengono attratte dagli elettrodi caricati e quindi rimosse. Gli ESP possono rimuovere il 99% degli inquinanti particellari dallo scarico del camino

Gli ESP funzionano molto bene nelle centrali elettriche, nelle cartiere, nei cementifici, negli impianti a blocchi di carbone, ecc. La polvere ad alta resistività può rendere difficile la separazione in un ESP. Per ovviare a ciò, vengono utilizzati filtri di tessuto o filtri a maniche. Ma i filtri di tessuto non sono adatti per particelle bagnate o appiccicose, condizioni corrosive estreme e temperature elevate del gas.

Inquinanti gassosi:

Questi possono essere rimossi con i seguenti tre metodi.

(a) Sistemi bagnati:

Questi sono usati come torri di lavaggio in cui il fluido alcalino circola continuamente. Questo liquido reagisce con SO 2 per produrre un precipitato.

(b) Sistemi a secco:

Qui gli inquinanti gassosi sono autorizzati a reagire con un assorbente in fase secca. Dolomite, calce (CaO) e calcare (CaOH) sono posti sulla via del gas che scorre (SO2). Il processo non è molto costoso e non comporta spruzzi d'acqua. L'acqua a contatto con SO2 produce corrosivo H 2 SO 4 .

(c) Sistemi a secco umido:

Qui l'acqua nell'assorbente reagisce con i componenti acidi. Questo offre un'alternativa al tradizionale processo a umido utilizzato per la desolforazione dei gas combusti da caldaie a carbone. L'idrossido di calcio assorbente si diffonde nella corrente di gas caldo sotto forma di piccole goccioline. Il calcio reagisce con SO 2 e i gas caldi fanno evaporare l'acqua simultaneamente.

Il prodotto finale è un potere secco contenente principalmente ceneri e sali volatili. Il carbone di legna può anche essere usato come assorbente. Altri assorbitori possono anche essere usati per raccogliere alcoli e benzeni. Questo metodo è molto efficace in impianti di lavaggio a secco, tipografie e industrie di verniciatura, impianti di trasformazione alimentare, birrifici e industrie farmaceutiche. La combustione di gas può essere utilizzata anche per le industrie petrolifere, ecc.

Controllo attraverso la legge:

Come i veicoli a motore, anche gli standard devono essere applicati da leggi appropriate per le industrie. Ci sono altre condizioni che potrebbero essere applicate per legge.