Категории

 

Очистка выбросов автотранспорта

Автотранспорт является главным загрязнителем городской атмосферы, в больших городах — на 60-90%. Автомобильные выхлопные газы — это смесь многих веществ (до 200). Их примерный состав (объемные проценты): газы воздуха — азота около 75% и кислорода 5-15%; газы от сгорания топлива: диоксида углерода CO2 — 5-10%, воды — 1-5%, водорода — 0-5%, загрязняющих и токсичных веществ — 1-15%. Основными компонентами смеси вредных веществ являются: оксид углерода СО — 30-70%, углеводороды — 2-20%, оксиды азота — 1-9%. Они также содержат альдегиды, сажу (дизельные двигатели), соединения свинца, бензпирен и др. Доля несгоревших углеводородов и особенно СО резко возрастает (в 10-15 раз) при малых оборотах двигателя во время разгона, торможения, при остановках у светофора, в заторах и т. п.

Мероприятия по снижению выбросов автотранспорта делят на следующие три группы.

  1. Градостроительные мероприятия: а) строительство автомагистралей в обход городов и населенных пунктов; б) изоляция зданий от дорог, тротуаров многорядными посадками кустов и деревьев; в) размещение жилых и особенно детских учреждений в глубине кварталов, подальше от дорог; г) сооружений транспортных развязок на разных уровнях, магистралей-дублеров.

  2. Организация движения городского транспорта: а) ограничение проезда грузовых машин по городу; б) организация оптимальной работы светофоров («зеленая волна») и транспортных развязок; в) оптимизация скорости движения машин (при 60 км/час наименьшие загрязнения); г) расширение перевозок пассажиров электротранспортом.

  3. Технические мероприятия: а) регулировка двигателей внутреннего сгорания, особенно состава смеси, поступающей в цилиндры; б) снижение, замена и полное исключение свинца в топливе; в) добавление в топливо присадок, снижающих содержание CO, альдегидов, сажи в выхлопных газах; г) замена бензина метанолом, сжатым и сжиженным газом, а еще лучше — водородом; д) нейтрализация (обезвреживание) выклопных газов; е) фильтрация выхлопных газов дизелей от сажи; ж) замена обыгчных автомобилей электромобилями.

Примеры. Добавки к бензину смеси спиртов уменьшают содержание CO у карбюраторных двигателей. Добавки, содержащие барий, снижают выброс сажи из дизельных двигателей на 70-90%. Горячие водяные пары способствуют более полному сгоранию топлива, уменьшают детонацию. Замена жидкого топлива на газы, которые сгорают практически полностью, уменьшает содержание CO в выклопных газах в 3-4 раза.

Очистка выхлопных газов. Очистка выютопных газов от загрязнений — наиболее реальный и перспективный путь уменьшения загазованности городской атмосферы. Применение находят два способа очистки: нейтрализация загрязнений растворами реагентов; каталитическая нейтрализация примесей выхлопных газов.

Жидкостная нейтрализация — это взаимодействие токсичных веществ с раствором сульфита Na 2SО3 или карбоната натрия Na2CO3 при пропускании через раствор выхлопных газов. Эффективность очистки составляет: от оксида серы SO2 — до 100%, альдегидов — 50-98%, оксидов азота — около 30-50%, сажи — 60-80%. Недостатки способа: большие размеры и масса нейтрализатора, нет очистки от оксида углерода CO, мала эффективность очистки от оксидов азота. Раствор надо часто менять, жидкость интенсивно испаряется.

Каталитическая нейтрализация — это восстановление и окисление примесей выхлопных газов с образованием безвредных паров воды и газов: азота, СО2. Для восстановления оксидов азота применяют катализаторы на основе меди, хрома, кобальта, никеля и их сплавов. Для окисления СО и углеводородов используются катализаторы из платиновых металлов.

На рисунке 4.46 показана схема двухкамерного каталитического нейтрализатора. В первой камере помещен восстановительный катализатор из медно-никелевого сплава (1 а), во второй камере — окислительный, платиновый (16). Сначала в восстановительной среде выхлопных газов оксиды азота (в основном NO) восстанавливаются до свободного азота:

NO + CO = 1\2N2 + CO2; NO + H2 = 1\2N2 + H2O.

Во второй части аппарата в газовый поток вводится воздух, кислород которого окисляет, с участием платинового катализатора, оксид углерода и углеводороды:

CO +1\2O2 = CO2; CnHm + (n + 1\4 m)O2 = nCO2 +1\2 mH2O.

Каталитические нейтрализаторы уменьшают содержание СО на 70-90%, углеводородов — на 50-85%, оксидов азота — на 70-85%.

Улавливание сажи. Выпуск дизельных грузовых и легковых автомобилей в мире постоянно растет. Основной недостаток дизелей, связанный с использованием высокомолекулярных углеводородов, — большое количество сажи в выхлопных газах. Для улавливания сажи используют фильтры в виде сотовой конструкции из ячеек прямоугольного сечения (рис. 4.5 а) или в виде нескольких последовательно расположенных пористых перегородок (рис. 4.56).

Рис. 4.5. Схемы сотового (а) и перегородчатого (6) фильтров сажи

Материал сотового фильтра — пористый кордиерит. Он механически прочен, химически стоек, термически стабилен, в 30-50 раз уменьшает содержание твердых частиц (эффективность очистки до 75%). Регенерацию фильтра проводят путем сжигания сажи при нагреве фильтра до 500 оС примерно через 100 км пробега, заменяют его через 10000 км пробега.

Другие методы. Это мембранные методы раздельного улавливания газов, например, водорода — палладиевой мембраной, органических растворителей из воздушных выбросов покрасочных камер — мембранным модулем из полидиметилсилооксана на полисульфоне. Для дезодорации (лат. des — уничтожать, odor — запах) дурно пахнущих газовых выбросов используют их обработку озоном, а также биохимические методы. Последние методы очистки газов основаны на способности микроорганизмов употреблять в своей жизнедеятельности различные органические и неорганические соединения, что приводит к их разрушению и преобразованию. Эти процессы будут рассмотрены в следующем разделе, посвященном очистке от загрязнений сточных вод.


Похожие статьи