Съвременни решения за контрол на киселинните дъждове

C развитието на индустриалния сектор и всички отрасли на промишлеността – енергетика, металургия, химия, нефтохимия и т. н., се увеличава и консумацията на различни горива, при преработването на които се отделят вредни вещества. Негативното влияние върху околната среда от тези вредни вещества се изразява в появата на киселинни дъждове, смог и глобално затопляне.

Основни причинители на киселинните дъждове са серният диоксид и азотните оксиди, резултат от изгаряне на горива с високо съдържание на сяра като въглища, нефт и др. Това е и причината топлоелектрическите централи, изгарящи фосилни горива, да се считат за един от най-сериозните замърсители на околната среда.

Серният диоксид се среща под две форми в атмосферата
- течен и газообразен, като и в двете допринася за увреждането на растителността, разлагането на почвите, разрушаването на строителните материали и речните потоци. Счита се, че замърсяването със серен диоксид има предимно локален характер. По-голямата част от него произлиза от газовата фракция – в радиус от приблизително 300 км около източника се натрупват газове и частици, които се връщат към земята.

Течната фракция обаче се пренася на по-големи разстояния в зависимост от височината на комина и атмосферните условия. Тя е и основна причина за трансграничното замърсяване. Въпреки че използването на високи комини в индустриални производства, за които е характерно отделянето на серни окиси, води до намаляване на локалното замърсяване на въздуха, то спомага за транспортирането на тези замърсявания на големи разстояния и замърсяване на отдалечени от източника райони.

Всички региони, които се намират по посока на вятъра на големите източници на серен диоксид, т.е. областите с тежка промишленост, като Европа, Източните САЩ и Канада, са съответно най-силно засегнати от киселинните дъждове.

Превантивни методи за контрол на замърсяването
Съществуват различни технологии, които целят да предотвратят или намалят образуването на серен диоксид в атмосферата и така да намалят количеството киселинни дъждове. Енергийните и технологични мерки за намаляване на изхвърляните в атмосферата серни емисии се определят от анекс IV от приетия от МОСВ протокол към Конвенцията за трансграничното замърсяване на въздуха на далечни разстояния.

Енергийният мениджмънт е една от най-често използваните енергийни мерки, а една от по-популярните технологични мерки е смяната на горивото или неговото пречистване чрез различни технологии. Изключително ефективни са съвременните горивни технологии с одобрена топлинна ефективност и намалени серни емисии като изгарянето в кипящ слой (от барбутажен тип, рециркулационен тип) и изгаряне под налягане в кипящ слой. За подходящо средство се смята и интегрираната газификация с комбиниран цикъл и газовите турбини с комбиниран цикъл.

Увеличаването на усилията за намаляване на серните емисии
от неподвижни източници обаче води до нарастване на количествата вторични продукти. Това създава нуждата от избиране на процеси и технологии, които да правят образуваните вторични продукти използваеми. В най-добрия случай те водят до повишена топлинна ефективност, както и свеждат до минимум проблема с депонирането на отпадъците.

Повечето вторични продукти - гипс, амониеви соли, сярна киселина или сяра, могат да се използват или рециклират, но трябва да са съобразени с дадени фактори като пазарните условия и стандартите за качество.

Процесите на десулфуризация на димните газове (FGD) се използват в много електроцентрали, в които се изгарят въглища, за да се премахне серният диоксид от отработените димни газове. Те могат да елиминират 95% или повече от съдържанието на SO2 в димните газове. С процесите за десулфуризация на димни газове се отстраняват вече образуваните серни оксиди и затова се наричат още вторични мерки.

Повечето FGD системи работят на два етапа: първо отстраняване на летлива пепел, а след това и на SO2. За тези процеси най-често се използват съответно електрофилтри и скрубери. Електростатичните филтри са предназначени за премахване на видими сажди от серните емисии. В резултат въздухът изглежда чист, но истинските замърсители, които отговарят и за образуването на киселинни дъждове, остават в него.

Скруберите се считат за изключително ефективни
в отстраняването на серния диоксид от емисиите на промишления източник и тяхната употреба е задължителна в много държави. Те широко се използват в индустриалните предприятия и производствени съоръжения, където по време на производството се използват и отделят вредни химикали или опасни газове. Има два основни вида скруберни системи – мокри и сухи.

Мокрото очистване се прави най-често с вар/варовик, като към димните газове се впръсква каша, получена от смесването на натрошен варовик/вар с вода. Сорбентът реагира със серния диоксид, образувайки водна суспензия на калциев сулфит. Излишната вода се премахва, след което полученият продукт се депонира.

При абсорбцията със сухо впръскване каша от алкален сорбент, обикновено гасена вар, се впръсква в димните газове под формата на фин спрей. От топлината на димните газове водата се изпарява, което води до охлаждане на газовете. Съдържащият се SO2 реагира със сорбента, образувайки твърд продукт без отпадъчни води.

В процеса на обработване със сухи скрубери
се добавя течен материал само ако неговото количество може да се изпари без кондензация – често това е каша от алкален сорбент, който се впръсква под формата на спрей в димните газове. От тяхната топлина съдържаната вода в разтвора се изпарява, а газовете се охлаждат, затова за тях няма специфични изисквания за боравене и обезвреждане на отпадъчни води. Те най-често се използват за отстраняване на вредните емисии на серен диоксид от процесите на горене.

Някои технологии за намаляване на вредните емисии на серен диоксид и азотен диоксид и предотвратяване на киселинните дъждове се прилагат в самия производствен процес на предприятията или централите. Такова е, например, изгарянето в кипящ слой - технология, която се прилага предимно при изгарянето на антрацитни и кафяви въглища, но се счита за подходяща и за изгаряне на други твърди горива като нефтен кокс и нискокачествени горива - горими отпадъци, торф и дърва. В процеса на изгаряне в кипящ слой горивната температура е 750-900 °C, което е много под температурата на образуване на азотни оксиди (1400 °C).
Друга такава технология е

процесът на интегрирана газификация с комбиниран цикъл
Той превръща въглища или други въглеродни горива в синтетичен газ, който след това се пречиства преди горене. Този процес намалява количеството серен диоксид, прахови частици и живак, а с допълнително технологично оборудване въглеродът в произведения газ може да бъде превърнат във водород.

В процеса може да се интегрира и система за очистване на газовете, като така емисиите могат да бъдат ефективно намалени с повече от 99%. Получените отпадни продукти са в малки количества, а получената отпадна топлина от газовата турбина се насочва към парна турбина за производство на енергия.

Съвременни решения в автомобилната индустрия
В различните сектори се използват различни процеси за обработка на димните газове. В автомобилната индустрия т. нар. чисти превозни средства използват технология, която рециркулира автомобилните газове обратно в двигателя, за да изгори излишните азотни оксиди. Този процес често се причислява на каталитичните преобразуватели, но те всъщност просто отстраняват въглеводородите (например бензол).

Електрическите автомобили като цяло допринасят за намаляване на общото количество емисии на азотни оксиди, произлизащи от автомобилните газове. В щата Калифорния вече съществува закон, който изисква 12% от всички нови автомобили на пазара да са такива с нулеви емисии.