Technológie ochrany životného prostredia Základné pojmy a definície
životné prostredie
Základné pojmy a definície Životné prostredie Na význam pojmu životné prostredie existuje celý rad rozmanitých definícií. Najpoužívanejšou je definícia, ktorá bola prijatá organizáciou UNESCO v roku 1967 podľa návrhu nórskeho biológa Wika, ktorý uvádza: Životné prostredie je tá časť sveta (univerza), s ktorou je človek vo vzájomnom pôsobení (interakcii), ktorú používa, ovplyvňuje a ktorej sa prispôsobuje. životné prostredie je determinované niekoľkými zložkami, a to: - živou (biotickou) flora, fauna - neživou (abiotickou) voda, pôda, ovzdušie - antropogénnou - človek.
Základné pojmy a definície ŽP ako systém ŽP je prostredie, ktoré umožňuje základné prejavy a funkcie života organizmu. Prostredím sa všeobecne označuje určitý ohraničený priestor, v ktorom sa odohráva určitý dej = mnohozložkový systém, kt. tvorí: fyzikálny chemický biologický sociálny systém ŽP- je dynamický celok a jeho zložky vytvárajú komplexný systém, pôsobia na človeka v rôznych kombináciách
Subsystémy životného prostredia prirodzený systém (biosféra), umelé prostredie (prostredie vytvorené človekom) - technosféra sociálne prostredie človek - spoločnosť.
Základné pojmy a definície Ekosystém je priestorové a časové usporiadanie, v ktorom sú integrované životné spoločenstvá a biotop. priestorová časť biosféry zložená z funkčného celku živých organizmov (biocenóza) a z prostredia kde žijú - územie (biotop) ekosystém = biocenóza + biotop má osobitnú (statickú) a funkčnú (dynamickú) štruktúru. ekosystém je základná jednotka prírody, v ktorom prebieha trvalá výmena hmoty a energie. ekosystémy, ktoré sa vyznačujú spoločnými vlastnosťami a charakterom voláme biómy.
zložky ekosystému biotop - všetky neživé súčasti prírody, ktoré vytvárajú prostredie pre zložky biotické producenti - všetky autotrofné organizmy produkujúce hmotu a kyslík fotosyntézou, resp. chemosyntézou konzumenti - heterotrofní makrokonzumenti živiaci sa hmotou vyprodukovanou producentami reducenti (dekompozitori) - heterotrofní mikrokonzumenti rozkladajúci odumreté organické časti dotvárajúc tak kolobeh hmoty a energie
Fotosyntéza 6CO 2 + 12H 2 O + svetlo ----> C 6 H 12 O 6 + 6H 2 O + 6O 2 Rastliny prijímajú z pôdy vodu (H 2 O) a zo vzduchu oxid uhličitý (CO 2 ). Vzniká kyslík a biomasa...
Ekosystém Biotop je prírodný ohraničený životný priestor určitého existujúceho spoločenstva napr.: lúka, rieka, bažina. Spolu s biocenózou vytvárajú ekosystém
Biosféra súbor všetkých ekosystémov na Zemi - priestor, v ktorom môžu existovať živé organizmy biotické faktory +abiotické faktory= biosystémy Organizmy Hmota + energie = sustavy organizmov Populácia voda pôda teplo žiarenie populácie Spoločenstvá vzduch biogénne prvky klimat. podm. ekosystémy
ZNEČISTENIE ŽIVOTNÉHO PROSTREDIA Medzi potrebami ľudskej populácie a ŽP existuje odveký konflikt
Environmentalistika je multidisciplinárny vedný odbor zameraný na: environmentálne hodnotenie antropogénnych činností súvisiacich so spotrebou zdrojov, výrobou produktov a vnášaním nežiadúcich produktov výroby a spotreby do ŽP návrhy riešení minimalizácie negatívnych dopadov týchto činností na ŽP (prevencia) riešenie existujúceho alebo nevyhnutne vznikajúceho znečistenia (end-of-pipe technológie)
Prístupy k ochrane ŽP
Prístupy k ochrane ŽP
Prístupy k ochrane ŽP
Ochrana ŽP Ekológia (gr. oikos - dom, hospodárenie, gr. logos - veda) - veda o vzťahu medzi organizmami a prostredím a medzi organizmami navzájom. Environmentalistika je interdisciplinárna náuka - zaoberá ochranou životného prostredia nazývaná aj technológiou ŽP, skúma na ekologických princípoch vplyv antropogénnych činností na ŽP (rešpektujúc únosnú kapacitu prostredia, uvedomujúc si nevyhnutnosť vnášania znečistenia do ŽP popri monitoringu jeho množstva a koncentrácie)
Technológie ochrany ŽP Vonkajšie prostredie predstavuje interakcie 3 prírodných sfér: Atmosféry, Hydrosféry a Pedosféry. Ich znečisťovaním dochádza k celkovému znečisťovaniu ŽP Zdroje znečisťovania sú prírodné a antropogénne ich hranicu nemožno vždy presne rozlíšiť 09:00
Technológie ochrany ŽP OCHRANA ŽP: Obmedzovanie nepriaznivého vplyvu ľudskej činnosti na prostredie Riadenie, resp. obmedzovanie následkov ľudskej činnosti na ŽP prostredníctvom technológií ochrany prostredia, ktoré vedú k zachovaniu prírodných zdrojov zameriava sa na inžinierske riešenia najdôležitejších problémov a vývoj monitorovacích zariadeníenvironmentálne inžinierstvo 09:00
Podľa zaradenia do celkového výrobného cyklu možno technológie na ochranu ŽP rozdeliť: Technológie, ktoré sú doplnkom už existujúcich procesov ( zneškodňovanie odpadových produktov, odsírovanie, zneškodňovanie NOx ai.) Ochrana prostredia integráciou výroby optimalizácia jednotlivých zložiek výrobného procesu, resp. ich zmena nové technológie a techniky Celková ochrana ŽP- konečný cieľ : suroviny. Výrobky a odpady sa udržovať v uzavretom cykle (opatrenia sú podstatou auditov, t.j. zisťovanie a hodnotenie celkového vplyvu závodu, resp. 09:00
Ochrana ovzdušia Zloženie ovzdušia Znečistenie a znečisťovanie ovzdušia Technika na obmedzenie emisie ZL
Zloženie atmosféry podľa fyzikálnych vlastností troposféra (s biosférou), ohraničuje ju tenká tropopauza - stratosféra - ohraničuje ju tenká stratopauza ozónová vrstva mezosféra, (so spodnou ionosférou), ohraničuje ju tenká mezopauza termosféra (s hornou ionosférou a polárnou žiarou) exosféra (s magnetosférou), prechod v medziplanetárny priestor (často považovaná za časť termosféry)
Zloženie atmosféry ako funkcia výšky HOMOSFÉRA siaha do výšky 90 km od Zeme prevláda turbulentná difúzia jej zloženie (základné zložky s výnimkou H 2 O) je konštantné do 30 km, potom mierne klesá koncentrácia CO 2 a O 2
HETEROSFÉRA - siaha od výšky 90 km od Zeme - prevláda v nej molekulová difúzia a gravitačná separácia -delí sa na štyri vrstvy: 1. vrstva (do výšky 120 km) - obsahuje prevažne N2 - vďaka fotodisociácii v nej prevláda atómový kyslík nad molekulovým 2. vrstva (do výšky 1000 km) - obsahuje prevažne atómový kyslík 3. vrstva (do výšky 3000 km) - obohatená héliom 4. vrstva (nad 3000 km) - vodíková vrstva
Obsah jednotlivých zložiek atmosféry - chemické zloženie PLYN OBSAH [%] Doba zdržania v atmosfére Kyslík 20,9460 5000 rokov Dusík 78,0840 1 000 000 rokov Oxid uhličitý 0,0330 5 6 rokov Ozón 0,000005 2 roky Vodík 0,0005 10 dní Oxid dusičitý 0,0000005 10 dní Oxid siričitý 0,00000005 2 dni Sirovodík 0,000000005 12 hodín
Kvázistále stále zložky ovzdušia: Kyslík Dusík Oxid uhličitý Vzácne plyny Premenlivé Vodík, Oxid dusičitý, Oxid siričitý, Sirovodík...
Čas zotrvania jednotlivých zložiek
ZNEČISTENIE A ZNEČISŤOVANIE OVZDUŠIA ovzdušie - znečistenie neustále vzrastá - prudký rast výroby energie, - priemyselná činnosť, - doprava. Základné pojmy: - znečisťovanie ovzdušia znamená emisiu (vypúšťanie, vnášanie) znečisťujúcich látok do atmosféry - znečistenie ovzdušia označujeme imisiu (prítomnosť, obsah) znečisťujúcich látok v ovzduší. Znečisťovanie teda označuje činnosť alebo dej, kým znečistenie stav, ktorý je dôsledkom pôvodného deja.
Látky znečisťujúce ovzdušie ZNEČISŤUJÚCA LÁTKA je akákoľvek látka vnášaná ľudskou činnosťou do ovzdušia, ktorá má alebo môže mať škodlivé účinky na zdravie ľudí alebo životné prostredie ÚROVEŇ ZNEČISTENIA ovzdušia je daná koncentrácia jeho jednotlivých znečisťujúcich látok KONCENTRÁCIA Vyjadruje sa: - v objemových jednotkách: obj.%, obj.ppm=cm 3.m -3 napr. 0,04% t.j. 400ppm (10-6 ) - alebo hmotnostných jednotkách: hmotn. %, g.m -3, mg.m -3 hmot.ppm=mg.kg -1
Rozdelenie ZL Podľa: 1. miesta vzniku 2. významnosti základné a ostatné ZL 3. skupenstva: T,K,P 4. chemického zloženia organické a anorganické 5. miery škodlivosti na zdravie človeka toxické, alergizujúce, arcinogénne... 6. pôvodu živé, neživé
Rozdelenie ZL z hľadiska miesta vzniku: 1. Primárne Primárne sú priamo emitované do ovzdušia zo stacionárnych, mobilných a prírodných zdrojov znečisťovania. 1. Sekundárne Majú často nepriaznivejší vplyv na zdravie človeka a ŽP ako primárne Sekundárne vznikajú na základe fotochemických reakcií primárnych ZL s inými látkami, kt. sa nachádzajú v ovzduší, napr. vodná para. V mestskom prostredí väčšina sekundárnych ZL sa objavuje ako sírany a dusičnany sformované reakciou s oxidom síričitým a oxidmi dusíka acidifikácia prostredia. Vzájomnými reakciami časticových ZL (prach, aerosol ) v ovzduší vznikajú rôzne typy smogu. tuhé - časticové látky sú považované za najkritickejšie ZL zo základných látok, zvlášť jemné častice s priemerom menším než 10 µm môžu preniknúť hlboko do pľúc, čo môže spôsobovať vážnejšie poškodenie než hrubšie častice, ktoré sú pri dýchaní prirodzeným mechanizmom odfiltrované.
Smog je medzinárodne používaný termín pre zmes rôznych škodlivín. smoke dym a fog hmla. Charakterizuje stav ovzdušia so zníženou viditeľnosťou pri vysokom znečistení ovzdušia priemyselnými exhalátmi, výfukovými plynmi motorových vozidiel a produktmi ich vzájomných reakcií. Smog má veľmi škodlivý účinok V súčasnosti rozlišujeme dva typy smogu: kyslý redukčný smog, ktorý sa vyskytoval v Londýne (londýnsky typ smogu popolček zo spaľovania uhlia pôs.kataliticky pri premene SO 2 na H 2 SO 4, kt.sa rozpúšťa v hmle -kyslosť ) fotochemický oxidačný smog, typický pre Los Angeles (losangeleský typ smogu z dopravy NOx,CxHy vzn. agresívne oxidujúce látky).
1.základné znečisťujúce látky ( v USA Criteria Air Pollutants, v Európe Primary Pollutants): - tuhé častice - oxid uhoľnatý - CO - oxidy dusíka - NOx - oxid siričitý - SO 2 ( sulphur dioxide) -- prchavé organické uhľovodíky - VOC - najnovšie aj vysokotoxické ZL nazývané spoločným názvom dioxíny - (dioxins) a - ozón - O 3 (ozone) - je to sekundárna ZL vyskytujúca sa v okolitom ovzduší
2. ostatné znečisťujúce látky sú rozdelené do viacerých skupín a podskupín: ťažké kovy, plynné anorganické ZL (HCl, HF), látky s karcinogénnym účinkom (Co, Ni, As, Cr, dioxíny), organické plyny a pary (fenol, formaldehyd, toluén, acetón a mnoho ďalších)
Časticové ZL - veľkosť Pojmom časticové znečisťujúce látky sa označuje zložitá zmes organických a anorganických látok vyskytujúcich sa v ovzduší ako častice v kvapalnej alebo tuhej forme. Podľa veľkosti sa delia na dve základné skupiny, a to: 1. hrubšie častice s priemerom od 2,5 do 10 (µm) - označované ako PM 10 - do ovzdušia dostávajú ako emisie z priemyselných zdrojov znečisťovania, mobilných zdrojov a stacionárnych spaľovacích zdrojov (elektrárne, teplárne, kotolne). 2. jemnejšie častice s priemerom menším než 2,5 (µm) - označované ako PM 2,5. -obsahujú sekundárne vytvorené aerosoly, častice zo spaľovania a skondenzované pary organických zlúčenín a kovov.
Tuhé častice ČASTICA = tuhá alebo kvapalná látka rozptýlená v plynnej látke Dym častice vznikajúce pri zváraní, tavení kovov, nedokonalom spaľovaní o veľkosti 0,1 až 0,5 µm Popolček častice, ktoré unikajú pri spaľovaní palív o veľkosti 1 100 µm Aerosol jemná disperzia je zmes častíc pevnej alebo kvapalnej látky v plynnej látke. Veľkosť častíc je od 10 nm do 100 μm Prach častice, ktoré vznikajú pri drvení, mletí a iných mechanických postupoch
Ozón O3 Zložka fotochemického smogu Dráždi oči, dýchací aparát Stresový faktor lesných ekosystémov
Kyotský protokol bol prijatý v decembri 1997. Obsahuje legálne ciele v emisiách, ktoré produkujú vyspelé krajiny na obdobie po roku 2000. EÚ a jej členské krajiny ratifikovali Kyotský Protokol koncom mája 2002 Vyspelé krajiny si dali záväzok kolektívne znížiť emisie šiestich hlavných skleníkových plynov najmenej o 5 percent: CH 4 CO 2 N 2 O CFCs- freóny: hydrogenované fluorovodíky (HFCs) polyfluorovodíky (PFCs) fluorid sírový (SF 6 ).
Umelé zdroje emisie skleníkových plynov Fugitívne emisie- množstvo nezachytených rozpúšťadiel uvolnených do ovzdušia
Samočistiaca schopnosť ovzdušia Závisí od: Rázu krajiny Meteorologických faktorov Fyzikálnych a chemických vlastností škodlivín
Rozptyl ZL po úniku zo zdroja Znečisťujúce látky po úniku zo zdroja nezostávajú v ovzduší bez zmeny. Prebiehajú fyzikálne (pohyb a šírenie v priestore, turbulentná difúzia, zmeny koncentrácie riedením a iné) a chemické zmeny. Ovzdušie má rovnako ako voda a pôda samočistiacu schopnosť. Samočistiace procesy závisia od troch základných faktorov, a to od: - konfigurácie krajiny, - meteorologických podmienok, - fyzikálno-chemických vlastností škodlivín. Vďaka týmto činiteľom má ovzdušie schopnosť regenerovať sa, ale iba do určitej miery, napr. zložkou samočistiacich procesov sú zrážky.
Fyzikálne zmeny znečisťujúcich látok Charakter zemského povrchu (členitosť terénu, jeho celkové geografické usporiadanie hory, údolia, rieky, jazerá atď.) - významne ovplyvňuje teplotu ovzdušia. - v dôsledku rozdielnych teplôt nastáva horizontálne a vertikálne prúdenie vzduchu. - nerovnosti zemského povrchu spôsobujú vírenie prúdiaceho vzduchu, tzv. mechanickú turbulenciu - ovplyvňujú prenos a rozptyl škodlivín v ovzduší ako aj ich usadzovanie Najnebezpečnejšie situácie v rozptyle škodlivín vznikajú pri teplotných inverziách, pri ktorých sa teplota s narastajúcou výškou neznižuje, ale naopak zvyšuje. (v uzavretých, neprevetrávajúcich sa kotlinách a údoliach) Škodliviny sa hromadia pod inverznou vrstvou a nerozptyľujú sa do väčších vzdialenosti od zdroja
Princíp vzniku inverzií
Dym, dymová vlečka Dym má spravidla vyššiu teplotu ako okolitý vzduch, preto za bezvetria stúpa kolmo nahor a lievikovite sa rozptyľuje okolo zdroja. Čím je dym teplejší, vietor na úrovni slabší a ovzdušie labilnejšie, tým vyššie sa dostane dymová vlečka nad vrchol komína. Vietor odkláňa dymovú vlečku a zanáša škodliviny rôzne ďaleko od zdroja (v závislosti od hmotnosti škodlivín) Tvar dymovej vlečky závisí od fyzikálnych podmienok v atmosfére (meteorologická situácia).
Typy dymových vlečiek
Fyzikálne princípy zariadení na obmedzenie časticových ZL Sedimentácia, filtrácia, odstredivé sily, elektrostat.sily, ultrazvuk,
Zariadenia na čistenie vzduchu/odplynu PREVÁDZKOVÝ PROCES Odvádzacie potrubie Zdroj škodlivín ODLUČOVACIE ZARIADENIE Vonkajšie prostredie
Časti odlučovačov: 1. vstupné hrdlo alebo komoru na prívod škodlivinovej vzdušniny; 2. vlastná pracovná komora, v ktorej prebieha odlučovací proces; 3. výstupné hrdlo alebo komora premenenej vzdušniny zbavenej znečisťujúcich látok; 4. zberná komora pre odlúčené znečisťujúce látky (výsypka, kalová nádrž, zberná nádrž, usadzovacia nádrž); 5. zariadenie na odvod odlúčených škodlivín alebo látok, do ktorých prešli znečisťujúce látky.
ODLUČOVAČ - SEPARÁTOR Pod pojmom odlučovače obecne rozumieme zariadenia, v ktorých dochádza k odstráneniu disperzií tuhých, kvapalných alebo plynných látok zo znečisteného prúdu odpadného plynu na základe využitia fyzikálnych zákonov a chemických vlastností.
Zariadenia- odlučovače Mechanické odlučovače Elektrické odlučovače Filtre špeciálne
Využitie fyzikálnych princípov a síl pri separácii Využitie gravitácie - sedimentácia - usadzovanie je fyzikálny dej, pri ktorom dochádza k usadzovaniu tuhých častíc suspenzií vplyvom gravitácie Rozdiel v odstredivej sily dispergovaných častíc a nosného plynu Využitie koagulácie Rozdiel v hybnosti, zotrvačných síl Filtrácia Elektrostatických síl Ultrazvuku
Účinnosť odlučovania (separácie) O c C p Odlučovač C v M p Odlučovač M v C z M z O c.. M M z p 100 %
Schéma odlučovača M v M p M p [kg.h -1, g.s -1 ] hmotnostný tok na vstupe do odlučovača, M v [kg.h -1, g.s -1 ] hmotnostný tok na výstupe z odlučovača, M z [kg.h -1, g.s -1 ] hmotnostný tok zachytávanej znečisteniny. M z
Mechanické suché odlučovače Prašníky usadzovacie prachové komory usadzováky- sedimentačné komory Žalúziové odlučovače Cyklóny (vírové odlučovače) Rotačné (ventilatorové odlučovače)
Sedimentačné komory 2 1 3 4 4 5 5 6 6 1 - vstup znečisteného plynu 4 zásobníky prachu 2 prepážka 5 podávače 3 výstup vyčisteného vzduchu 6 odvod odlúčeného prachu
Sedimentácia Sedimentačné komory tzv. usadzovacie využívajú gravitačný princíp odlučovania prachu. K usadeniu prachu dochádza znížením rýchlosti plynu k hodnote pádovej rýchlosti častice v dôsledku rozšírenia vstupného potrubia D 1 na priemer D 2 v usadzovacej komore.
Suché mechanické odlučovače Prašníky Princíp rozdiel hybnosti dispergovaných častíc a vzduchu
Prašník kombinácia gravitačného a zotrvačného odlučovacieho princípu Gravitačný princíp môžeme kombinovať so zotrvačným. Príkladom týchto odlučovačou sú potom tzv. prašníky.
Suché mechanické odlučovače Žalúziové Princíp rozdiel zotrvačných síl dispergovaných častíc a vzduchu
Suché mechanické odlučovače Cyklóny (vírový separátorodstredivé sily )
Suché mechanické odlučovače Rotačné (ventilátorové) Princíp rozdiel zotrvačných a odstredivých síl dispergovaných častíc a vzduchu
Mechanické mokré odlučovače Pračky vzduchu (sedimentačné scrubre) Mokré cyklóny (vírove scrubre) Prúdové odlučovače (Venturi) Vzduchové práčky (dezintegrátory) Penové odlučovače Hladinové odlučovače Ultrazvukové odlučovače
mokré mechanické odlučovače Princíp funkcie Zvýšená zmáčavosť Zvýšená lepivosť Zvýšená koagulácia
mokré mechanické odlučovače pračky vzduchu
mokré mechanické odlučovače Pračky vzduchu (dezintegrátory)
mokré mechanické odlučovače Mokré cyklóny (vírove scrubre)
mokré mechanické odlučovače Mokré cyklóny (vírove scrubre)
mokré mechanické odlučovače Prúdové odlučovače (venturi)
mokré mechanické odlučovače Penové odlučovače
mokré mechanické odlučovače Hladinové odlučovače
mokré mechanické odlučovače Ultrazvukové odlučovače Ultrazvuk spôsobuje -Zrážky medzi časticami -Stenový efekt -Tlakové žiarenie
elektrické odlučovače sú vysoko účinné a spoľahlivé zariadenia vhodné k odlučovaniu tuhých prímesí z odpadových a technologických plynov. Svojou vysokou odlúčivosťou zaručujú nízke úlety tuhých častíc znečisťujúcich látok do ovzdušia a úplne vyhovujú najprísnejším zákonom na ochranu ovzdušia.
ELEKTROSTATICKÉ odlučovanie Aktívny priestor elektrického odlučovača tvorí sústava vysokonapäťových - a usadzovacích + elektród Na vysokonapäťové elektródy sa privádza veľmi vysoké jednosmerné záporné napätie 30 100 kv, usadzovacie elektródy sú uzemnené. Napojením na vysoké napätie vzniká medzi elektródami silné elektrické poľe a koronový výboj. Častice prachu nachádzajúce sa v prúde plynu prechádzajúce aktívnym priestorom medzi elektródami sú nabíjané zápornými iónmi a získavajú záporný náboj. Pôsobením silného elektrického poľa sú nabité častice priťahované na povrch usadzovacích elektród, kde sa vplyvom prítlačných síl elektrického poľa usadzujú. Mechanickým oklepávaním sa prach z usadzovacích elektród uvoľňuje a padá do výsypky, odkiaľ je kontinuálne odvádzaný k ďalšiemu využitiu alebo uloženiu.
Elektrické odlučovače
Elektrické odlučovače
Filtre častice sa zachytávajú na povrchu filtra Spôsoby regenerácie Oklepom Prefúkaním Vibráciami Spätným preplachom Kombináciou
Princíp povrchovej filtrácie
druh odlučovača veľkosť častíc odlúčivosť prietok poznámka [μm] [%] [m -3 / h] suché mechanické odlučovače prašníky veľmi hrubý 60-80 10 000 predodlučovače žalúziové 300-500 60-80 100 000 predodlučovače cyklóny 10-100 90 1 500 200 000 [m -3 / h] v zostave rotačne viac 10 90 500 000 fungujú ako čerpadlo, hluk mokré mechanické odlučovače scrubre stredne hrubý vzduch práčky menej ako 5 95 spotreba vody 0,5-1,5 lit. m -3 vírové scrubre 10-100 99 100 000 spotreba vody 0,21 lit/ m -3 venturi od 1 99,9 500 000 spotreba vody 0,6-2,5 lit / m -3 penové viac ako 2 5 95 25 000 schopné odlučovať aj plyn hladinové 5 95 1 200-90 000 elektrostatické odlučovače suché aj submikrónové 99,9 do 7 10 6 tlaková strata max 250 MPa
Princípy procesov obmedzujúcich emisie plynných ZL absorpcia adsorpcia reakčné technológie kondenzácia vymrazovanie - kryokondenzácia biotechnológie
základné princípy Na odlučovanie škodlivých plynov pár odvádzaných zo zdrojov týchto škodlivín sa využívajú tieto základné princípy: Absorpcia- pohlcovanie plynov a pár kvapalinami - absorbéry adsorpcia plynov a pár na povrchoch zrnitých tuhých látok - adsorbéry reakčné technológie - termická oxidácia alebo redukcia, termické a katalytické spaľovanie - reaktory kondenzačné technológie - kondenzátory, kryokondenzátory biotechnológie- biofiltrácia - biofiltre
Rozdelenie absorpcie: 1. Fyzikálna - plyn sa rozpúšťa v kvapaline, uvoľňuje sa kondenzačné prípadne zmiešavacie teplo, pre nízke koncentrácie zložky -malé tepelné efekty, napr. rozpúšťanie kyslíka vo vode 2. Chemická - plyn (jeho zložka) chemicky reaguje a uvoľňuje sa reakčné teplo, napr. zachytávanie CO 2 v roztoku NaOH: 2 NaOH + CO 2 = Na 2 CO 3 + H 2 O Absorpčné zriadenia Efektívna absorpcia = veľká styčná plocha plynnej a kvapalnej fázy Absorbéry: náplňové, bez náplne Podľa tvorby styčnej plochy : - Povrchové, prebublávajúce, mechanické, kolónové, rozprašovacie, kaskádové, rúrkové.
Absorbér na odsírenie spalín Sprchová komora- veža Typy: Sprchové komory, absorpčné veže Absorbéry so sitami alebo roštami Absorbéry s náplňou
Legenda: 1- plášť 2-nosný rošt 3-náplň 4-zberná nádoba 5-rozstrekovacie zariadenie Náplňový absorbér
Adsorpcia Je schopnosť tuhých látok (aktívne uhlie, oxid hlinitý, bauxit, silikagél, molekulové sitá, prírodné zeolity) koncentrovať na svojom povrchu plyny, pary a kvapaliny. Tento proces prebieha v adsorbéroch. Sú to komorové zariadenia, v ktorých je: 1. nehybne vo vrstve na rošte uložený zrnitý materiál = Adsorbéry s nehybnou náplňou - pri ktorých sa strieda adsorpcia a regenerácia, alebo 2. cez ktoré sa vedie zrnitý materiál - Adsorbéry s pohyblivou náplňou, ktoré sa označujú aj ako adsorbéry kontinuálnou (nepretržitou) prevádzkou. Z hľadiska mechanizmu rozlišujeme dva základné typy adsorpcie: - fyzikálnu adsorpciu, - chemisorpciu.
Adsorbenty
Adsorpcia Adsorbér s nehybnou náplňou
Reakčné technológie Oxidáciou alebo redukciou škodlivých plynov vznikajú vo vzdušnine nové plyny, pôvodná vzdušnina sa pretvára na spaliny termického spaľovania (redukovania) - na sekundárne spaliny, ktoré sa následne odvádzajú do vonkajšieho ovzdušia, alebo sa procesom zniknuté teplo využíva. Pre termickú oxidáciu alebo redukciu plynov a pár treba odvádzanú vzdušninu so škodlivými plynmi či parami ohrievať na potrebnú teplotu. Ohrev na požadovanú teplotu sa realizuje v osobitných komorách, v ktorých môžu byť vložené katalyzátory tak, že vzdušnina prúdi okolo nich.
Zariadenia termické oxidátory alebo termické reduktory. - komory, v ktorých sa škodlivinové vzdušniny vystavujú podmienkam, za ktorých sa škodlivé plyny a pary vo vzdušninách ľahko oxidujú kyslíkom v termických spaľovačoch, alebo ľahko redukujú -uvoľňujú kyslík, v termických reduktoroch.
Termická oxidácia kyslík Pri termickej oxidácii treba pri nedostatku kyslíka v odpadovej vzdušnine zabezpečiť dostatočný prívod kyslíka (vzduchu), do reakčnej, v tomto prípade spaľovacej komory. Aj tento vzduch treba ohrievať na reakčnú teplotu - musí byť 650-1200 o C. Čistené vzdušniny sa teda zohrievajú na vysokú teplotu a podrobujú sa v nich uvedeným chemickým procesom v reakčných (odlučovacích) komorách.
Termická redukcia redukčný plyn Pri termickej redukcii treba zaviesť do reakčnej, v tomto prípade redukčnej komory pracovný plyn (palivo), ktorý zredukuje škodlivý plyn. Ako redukčný plyn na redukciu zmesi oxidov dusíka NO x býva čpavok NH 3.Vstrekovanie čpavku alebo močoviny priamo do kotla pri teplote dymového plynu umožňuje spontánnu reakciu čpavku s NO x, pričom vzniká dusík a voda. Bod vstrekovania je v blízkosti stropu pece s teplotou cca 870-1150 o C. Aby sa dosiahlo odstránenie NO x v prevádzkovom rozsahu kotla, sú potrebné viacnásobné vstrekovacie body. Na redukciu oxidu dusnatého NO 2 sa používajú uhľovodíkové plyny.
Selektívna nekatalytická redukcia
Katalytické spaľovanie Aby oxidácia alebo redukcia škodlivých plynov prebiehala pri najnižšej možnej teplote, a to kvôli ušetreniu paliva potrebného na ohrev škodlivinovej vzdušniny, alebo na zmenšenie strát tepla sekundárnymi spalinami, vkladajú sa do reakčných komôr aktívne tuhé látky - katalyzátory a škodlivinová vzdušnina sa vedie okolo nich alebo cez vrstvy granúl týchto látok. Na čistenie tekavých VOCna CO 2 +H 2 0
Katalytické termické spaľovacie zariadenia Hlavné čast: spaľovacia komora prídavného paliva, zmiešavacia komora škodlivinovej vzdušniny s primárnymi spalinami (spalinami prídavného paliva), reakčná komora s katalyzátorom (vlastná spaľovacia komora), výmenník tepla sekundárnych spalín, rekuperátor alebo kotol. Aby sa ušetrili drahé materiály pri potrebných väčších plochách katalyzátorov, nevyrábajú sa katalyzátorové telesá celé z drahých kovov, ale tieto drahé kovy sa dávajú iba na povrch menejhodnotných materiálov, tzv. nosičov katalyzátorov, a to v tenkej vrstve. Nosiče bývajú buď kovové, alebo keramické. Katalyzátorové telesá s nosičmi sa vyhotovujú v tvare tyčí, sietí (mreží), špirál alebo granúl.
Kondenzácia Aby sa v škodlivinových vzdušninách skondenzovali škodlivé pary, uskutočňuje sa podchladzovanie v osobitných chladičoch kondenzátoroch, cez ktoré sa vzdušnina prepravuje. Na využitie kondenzácie škodlivých pár treba odvádzanú vzdušninu so škodlivou parou podchladiť na rosný bod tejto pary. Toto odlučovanie sa uskutočňuje v zariadeniach označovaných ako kondenzátory : a) Povrchové - nekontaktné, s nepriamym chladením b) Zmiešavacie resp. vstrekovacie kontaktné, s priamym chladením
Technologia vymrazovania - kryokondenzácia - čistenie odplynov chladením Zariadenia - kryokondenzátory - vymrazenie látky či zmesí látok z odplynu - chladiace médium kvapalný dusík, nízke teploty chladenia (až -180 C) - vhodné pre tekuté organické látky ako halogenované, alifatické, aromatické rozpúšťadla, produkty a suroviny chem. výrob atd.) - anorganické látky možno odstrániť v kombinácii s odstránením vody predchladením - možná recyklácia odstránených látok - svetové antropogenne emisie VOC sú cca 500 miliónov ton/rok veľká záťaž životného prostredia
Technologia vymrazovania
Biologické čistenie odpadových plynov je moderný spôsob čistenia plynu využívajúci enzymatické vybavenie mikroorganizmov na rozklad organických látok, obsiahnutých v plyne. Prostredníctvom metód sa môžu zásadne čistiť len také odpadové plyny, ktoré obsahujú mikrobiálne rozložiteľné zložky (na čistenie najmä organických a zapáchajúcich znečisťujúcich látok) a neobsahujú toxické zložky, napr. SO 2. Termín biologické čistenie sa vzťahuje na použitie biologických filtrov (biofiltrov) a biologických pračiek plynov (bioskrubrov).
Biofiltre Biofiltre sú určené na zneškodňovanie biologicky odbúrateľných látok pre koncentrácie do cca 1 g.m -3. Zbytková koncentrácia škodlivín organických látok je pod 50 mg. m -3. Princíp činnosti spočíva v nasýtení prídavnej vzdušniny vodnou parou na takmer 100%-nú relatívnu vlhkosť. K vlastnému zneškodňovaniu škodlivín potom dochádza vo vrstve substrátu pomocou biologickej oxidácie tam existujúcej kultúry viacerých druhov mikroorganizmov. Účinnosť biofiltrov je 80-95 %. V biofiltroch sa látky odbúravajú mikroorganizmami, nachádzajúcimi sa na filtračnom prostriedku na pevnom nosiči.
Biofiltrácia Adaptačná fáza mikroorganizmov trvá 2 až 3 týždne. Návrh biofiltra sa uskutočňuje pre každý prípad individuálne. V zásade sa navrhujú dva typy biofiltrov - kontejnerový a betónový. Kontajnerový biofilter je samostatnej oceľovej alebo plechovej konštrukcie s tepelnou izoláciou. Jeho konštrukcia umožňuje inštaláciu až troch kontejnerov nad sebou. Betónový filter je vhodný tam, kde je dostatok priestoru pre jeho výstavbu.
Bioskrubre -biopráčky Bioskrubre sú absorbéry, v ktorých prebieha intenzívna látková výmena medzi znečisteným plynom a absorbentom (zbernou kvapalinou so selektívnym pôsobením). Mikroorganizmy sú buď jemne rozptýlené v zbernej kvapaline, alebo nanesené ako tenká vrstva na konštrukcii absorbéru (skrápaného biologického filtra). Za absorbérom je zaradený lapač kvapiek pre oddelenie plynnej a kvapalnej fázy. V nasledujúcom kroku regenerácie absorbéru sa zložky odpadového plynu, absorbované do kvapalnej fázy z absorbentu odstraňujú. Odpadové plyny, unášajúce väčšie podiely tuhých častíc sa musia najprv zachytiť lapačom prachu.
Pôdne filtre Pôdne lôžko bolo predchodcom dnešných moderných biofiltrov - pozostáva z vrstvy pórovitej pôdy, pod ktorou je uložená sieť trubiek, ktorými preteká prúd vzduchu, ktorý má byť spracovaný. Pôdne lôžko sa vytvára pod úrovňou zeme, a je nutné dbať na to, aby základ pôdneho filtra ležal vyššie než hladina spodnej vody. Najväčším nedostatkom pôdneho biofiltra je nadmerne dlhá doba zdržania, nutná k tomu, aby mohol prebehnúť biologický proces, čo si vynucuje veľké otvorené štruktúry, pre ktoré je potrebný značný veľký pozemok.
Environmentálny monitoring a jeho význam pre oblasť ochrany ŽP Definície Význam Ciele
Význam pre oblasť ochrany ŽP Zaťažovanie ŽP má multiplikačný charakter. Čím viac negatívnych faktorov naň pôsobí, o to horšie sú záporné vplyvy na stav ŽP. Len veľmi málo spoločných vplyvov rôznych negatívnych faktorov môže pôsobiť na ŽP pozitívne a to spravidla len vo výnimočných prípadoch zväčša však len na jeden aspekt životného prostredia, nie komplexne (kyslé dažde neutralizujú zásaditú pôdu a pod.). Pre hodnotenie je nevyhnutný zber, sparacovanie, archivácia, distribúcia environmentálnych údajov realizácia environmentálneho monitoringu prostredníctvom environmentálnych meraní
Monitoring Monitorovanie vo všeobecnosti predstavuje systematické pozorovania parametrov vo vzťahu k špecifickému problému, ktoré sa robia preto, aby sa získali informácie o charakteristikách tohto problému a ich zmenách v čase. Je to systematické meranie premenných a procesov v priebehu definovaného času, pričom existuje špecifický dôvod, pre ktorý sa tento zber údajov robí. Environmentálny monitoring pokrýva široký rozsah činností. Je to systematické, dôsledné v čase a priestore definované sledovanie a hodnotenie jednotlivých zložiek, ako aj vplyvov naň pôsobiacich, ktoré s určitou mierou vypovedacej hodnoty prezentuje určitú oblasť a v súhrne väčší územný celok.
Význam a ciele Environmentálne monitorovanie zaznamenáva v súčasnosti celosvetovo významný vzostup najmä v dôsledku: sprísňovania legislatívy o životnom prostredí, povinnosti monitorovania, vyplývajúcej zo zákonov o ochrane ŽP, nutnosti monitorovania pri uchádzaní sa o certifikát systému environmentálneho manažmentu podľa normy ISO 14001, demokratizačným procesom vystupňované požiadavky verejnosti a samo-správ na informovanosť o stave životného prostredia.
Environmentálne informácie Právo na prístup k informáciám o životnom prostredí je v demokratických štátoch bežnou súčasťou občianskych práv. V rámci EÚ bol prístup k informáciám o životnom prostredí upravený v roku 1990 smernicou Rady Európy č. 313/90/EHS o voľnom prístupe k informáciám o životnom prostredí. Cieľom smernice je zabezpečiť voľný prístup k informáciám o životnom prostredí, ktoré sa nachádzajú na úradoch a zaistiť ich rozširovanie, pri stanovení určitých základných predpokladov.
Monitorovanie ako kontrola stavu životného prostredia sa vykonáva za účelom zisťovania prirodzených postupných zmien v prírodnom prostredí, ako aj za účelom sledovania zmien, ktoré vyvolávajú antropogénne vplyvy. Tieto nielen doprevádzajú a prekrývajú prirodzené zmeny ale ich obyčajne zosilňujú. Monitoring nie je principiálne nový systém pozorovaní alebo meraní. Kontrolou prirodzených zmien stavu prírodného prostredia sa už desiatky rokov zaberajú rozličné geofyzikálne služby (meteorologické, hydrologické, agrometeorologické, seizmologické a iné). Monitoring ako snaha po univerzálnom systéme kontroly stavu životného prostredia sa opiera o skúsenosti týchto už existujúcich geofyzikálnych služieb. Jeho cieľom by malo byť sledovanie zdrojov antropogénnych vplyvov a zároveň účinkov, ktoré tieto vplyvy vyvolávajú v životnom prostredí. Predovšetkým však sledovaním reakcií biologických systémov na tieto vplyvy.
MONITOROVACÍ SYSTÉM ŽP: Funkcie: 1. sledovanie zdrojov a faktorov antropogénnych vplyvov (chem., fyz., biotických účinkov), ktoré vyvolávajú tieto vplyvy v ŽP, ale predovšetkým reakcií biologických systémov na tieto vplyvy. 2. určiť zmenu, ktorá v prostredí prebieha, a to tým, že sa merajú vhodné indikátory (stav indikátora sa porovnáva s uplynulým obdobím) 3. pochopiť príčiny a dôsledky takýchto zmien 4. zabezpečenie objektívnych informácií, ktoré sú nevyhnutné pre rozhodovaciu, riadiacu, kontrolnú a vedecko-výskumnú oblasť ako aj pre verejnosť.
Úrovne monitoring životného prostredia globálny - globálny.je založený na systematickom, stálom a pravidelnom sledovaní rozhodujúcich charakteristík ŽPnapr. EMEP, GEMS regionálny monitoring životného prostredia - je trvalý, prípadne len časovo obmedzený, priestorovo ohraničený monitorovací systém zameraný na konkrétny región. Hlbšie sleduje vybrané, pre daný región významné charakteristiky (napr. z dôvodu sledovania ľudských aktivít a ich dopadu na ŽP). Garantom Regionálneho monitoringu môže byť inštitúcia s regionálnou pôsobnosťou. účelový (lokálny) monitoring životného prostredia - predstavuje časovo ohraničený monitoring, zameraný na sledovanie významného javu, prvku, alebo dopadov ľudských aktivít na ŽP. Realizujú ho odborné a vedeckovýskumné pracoviská, ale tiež výrobné organizácie v rámci svojich povinností, vyplývajúcich im zo zákona.
Predmetom monitoringu ŽP sú nasledovné zložky životného prostredia a naň pôsobiace vplyvy: 1. ovzdušie 2. voda 3. pôda 4. biota (fauna, flóra) 5. lesy 6. geologické faktory 7. odpady 8. cudzorodé látky v potravinách a krmivách 9. meteorológia a klimatológia 10. radioaktivita v ŽP
Kategorizácia environmentálnych objektov
Zber udajov Voľba metódy zberu údajov je závislá od aplikácie a od druhu objektov, o ktorých sú údaje zbierané. V každom prípade musí byť zber dostatočne presný a úplný pre danú aplikáciu. Pred zberom údajov je nutné preveriť možnosť využitia existujúcich digitálnych údajov. Podľa pôvodu môžeme údaje, resp. metódy ich zberu rozdeliť na dve základné oblasti : Primárny, t.j. priamy zber údajov na objekte, alebo na jeho nespracovanom obraze, resp. získavanie údajov meraním (napr. meranie ph pôdy, výšky vodnej hladiny, kvality vôd, rádioaktivity, atď.). Sekundárny, t.j. nepriamy zber údajov, vychádzajúci z údajov, ktoré sú k dispozícii v spracovanej forme (napr. štatistiky, formuláre, mapy, atď.). Používané metódy sú napríklad manuálna, alebo automatická digitalizácia, skenovanie a pod.
Príklady zberu udajov priame metody Priamy zber: Meranie kvantitatívnych aj kvalitatívnych ukazovateľov jednotlivých zložiek ŽP (teplota, vlhkosť, ph, výška, zloženie a pod.) s permanentnou registráciou údajov, Kontinuále merania určitých hodnôt (napr. meteorologické merania, merania kvality ovzdušia), Vyhľadávanie napr. podzemných inžinierskych sietí špeciálnymi hľadačmi, geologické merania (seizmické metódy alebo vrty), prieskumy verejnej mienky, sčítanie obyvateľstva, domov, stromov, a pod., miestne šetrenia v teréne (napr. nákresy biotopov do topografických máp, a pod.).
Záver Cieľom komplexného prístupu k ochrane životného prostredia je zachovanie trvalo udržateľného rozvoja bez nežiadúcich dopadov na ŽP majúcich dlhotrvajúce následky ohrozujúce budúci rozvoj a zdravie generácií. Globalizácia ekonomiky výrazne ovplyvňuje globalizáciu ekológie. Táto globalizácia si postupne vynúti zosúladenie sledovaných ukazovateľov na všetkých úrovniach a široké sprístupnenie vybranej časti týchto ukazovateľov odbornej a laickej verejnosti vo forme rôznych informácií vrátane environmentálnych.