Prevenções e Controle da Poluição Atmosférica

Durante séculos, o homem tem despejado resíduos na atmosfera e esses poluentes desapareceram com o vento.

Vimos que as principais fontes de poluição do ar são:

i) Veículos a motor,

ii) Indústrias, em especial os seus resíduos de chaminés,

(iii) usinas à base de combustíveis fósseis (carvão), como usinas térmicas.

Medidas devem ser tomadas para controlar a poluição na fonte (prevenção), bem como após a liberação de poluentes na atmosfera. Há uma necessidade urgente de evitar as emissões das supracitadas fontes principais de poluição do ar.

[Cinco pontos de controle de possível emissão de poluentes atmosféricos]

O controle de emissões pode ser realizado de várias maneiras.

Cinco possibilidades separadas de controle são mostradas na Fig. 2.6.

Estes são brevemente considerados aqui como segue:

1. Correção de fonte:

Essa é a solução mais fácil para o problema da poluição do ar, onde paramos o processo de culpa. Por isso, também é chamado de prevenção. O engenheiro deve considerar a possibilidade de controlar as emissões, alterando o processo. Por exemplo, se se verificar que os automóveis liberam altos níveis de chumbo no ar, a solução mais razoável é simplesmente eliminar o chumbo na gasolina. A fonte foi corrigida e o problema foi resolvido.

Além de uma mudança de matéria-prima, uma modificação do processo também pode ser usada para alcançar um resultado desejado. Por exemplo, sabe-se que os incineradores de lixo municipais são ruins. Os odores podem ser facilmente controlados se os incineradores forem operados em uma temperatura suficientemente alta para oxidar completamente os orgânicos que causam o odor. Medidas como mudança de processo, conversão de matéria-prima ou modificação de equipamento para atender aos padrões de emissão são conhecidas como controles.

Em contraste, o abatimento é o termo usado para todos os dispositivos e métodos para diminuir a quantidade de poluentes que lixiviam a atmosfera uma vez que a substância já tenha sido emitida da fonte. Em um sentido mais amplo e por simplicidade, é melhor se referir a todos os procedimentos como controles.

2. Recolha de poluentes:

Muitas vezes, o problema mais sério no controle da poluição do ar é a coleta de poluentes para fornecer tratamento. Automóveis são os mais perigosos, o único porque as emissões não podem ser prontamente coletadas. Se pudéssemos canalizar exaustores de automóveis para algumas instalações centrais, o tratamento deles seria muito mais razoável do que controlar cada carro individual.

Um sucesso na coleta de poluentes tem sido a reciclagem de gases no motor de combustão interna. Reacendendo esses gases e emitindo-os através do sistema de escape do carro, a necessidade de instalar um dispositivo de tratamento separado para o carro pode ser eliminada. Engenheiros de controle de poluição do ar têm seu tempo mais difícil quando os poluentes de uma indústria não são coletados, mas emitidos de janelas, portas etc.

3. Refrigeração:

Os gases de exaustão a serem tratados são às vezes muito quentes para o equipamento de controle e os gases devem ser primeiramente resfriados. Isso pode ser feito de três maneiras: diluição, têmpera ou bobinas de troca de calor (Fig. 2.7). A diluição só é aceitável se a quantidade total de gases de escape quentes for pequena. A têmpera tem a vantagem adicional de remover alguns desses gases e partículas. As bobinas de resfriamento são talvez as mais usadas e são especialmente apropriadas quando o calor pode ser conservado.

4. Tratamento:

A seleção do dispositivo de tratamento correto requer a correspondência das características do poluente e das características do dispositivo de controle. É importante perceber que os tamanhos de poluentes atmosféricos variam em muitas ordens de grandeza e, portanto, não é razoável esperar que um dispositivo seja eficaz para todos os poluentes.

Além disso, os tipos de substâncias químicas nas emissões geralmente ditam o uso de alguns dispositivos. Por exemplo, um gás contendo uma alta concentração de S02 pode ser limpo com água, mas o H2SO4 resultante pode apresentar sérios problemas de corrosão.

Muitos dispositivos aparecem no mercado, os seguintes são os mais utilizados:

(a) As câmaras de venda não são nada mais do que grandes lugares nas chaminés, semelhantes aos tanques de decantação no tratamento da água. Estas câmaras removem apenas as partículas grandes.

(b) Os ciclones são amplamente utilizados para remover partículas grandes. O ar sujo é soprado em um cilindro cônico, mas fora da linha central. Isso cria um turbilhão violento dentro do cone, e os sólidos pesados ​​migram para a parede do cilindro, onde eles diminuem devido à fricção e existem no fundo do cone. O ar limpo está no meio do cilindro e sai pelo topo. Os ciclones são amplamente utilizados como pré-limpadores, para remover o material pesado antes de tratamento adicional.

c) Os filtros de mangas operam como os aspiradores comuns. Sacos de tecido são usados ​​para coletar a poeira que deve ser periodicamente sacudida dos sacos. O tecido remove quase todas as partículas. Os filtros de mangas são amplamente utilizados em muitas indústrias; mas são sensíveis a alta temperatura e umidade.

(d) Coletores úmidos vêm em muitas formas e estilos. A simples torre de pulverização (Fig. 2.8) é um método eficaz para remover partículas grandes. Purificadores mais eficientes promovem o contato entre o ar e a água por ação violenta em uma seção estreita na qual a água é introduzida. Geralmente, quanto mais violento é o encontro, e, portanto, quanto menores as bolhas de gás ou as gotas de água, mais eficaz é a lavagem.

(e) precipitadores eletrostáticos são amplamente utilizados em usinas de energia. O material particulado é removido primeiro sendo carregado por elétrons (saltando de um eletrodo de alta tensão para o outro, e então migrando para o eletrodo carregado positivamente. Um tipo como mostrado na Fig. 2.8 consiste em um tubo com um fio pendurado no meio As partículas serão coletadas no tubo e devem ser removidas batendo nos canos com martelos Os precipitadores eletrostáticos não têm partes móveis, necessitam de eletricidade e são extremamente eficazes na remoção de partículas submicrônicas.

(g) Adsorção é o uso de um material como carvão ativado para capturar poluentes. Tais adsorventes podem ser dispendiosos para regenerar. A maioria deles funciona bem para orgânicos e tem uso limitado de poluentes inorgânicos. A figura 2.9 mostra os passos de uma torre de adsorção.

h) A incineração é um método de remoção de poluentes gasosos, queimando-os em C02, H20 e inserções. Isso funciona apenas para vapores combustíveis.

(i) A combustão catalítica envolve o uso de um catalisador para adsorver ou alterar quimicamente os poluentes.

É novamente importante enfatizar a dependência da eficácia de um dispositivo de tratamento no tamanho de partícula. A Fig. 2.10 mostra os intervalos aproximados da adaptabilidade para os vários métodos de tratamento discutidos acima.

5. Dispersão:

A ciência da meteorologia tem grande influência na poluição do ar. Um problema de poluição do ar envolve três partes. A fonte, o movimento do poluente e o recipiente (Fig. 2.10). A concentração dos poluentes no recipiente é afetada pela dispersão atmosférica, ou como o poluente é diluído com ar limpo. Essa dispersão ocorre horizontalmente e verticalmente.

A rotação da Terra apresenta novas áreas para o sol brilhar e aquecer o ar. Assim, um padrão de ventos é estabelecido em todo o mundo, alguns sazonais (por exemplo, furacões) e alguns permanentes. Engenheiros de poluição do ar costumam usar uma variação da rosa dos ventos (uma rosa dos ventos são imagens gráficas da velocidade do vento e dados de direção), chamada poluição subiu para determinar a fonte de um poluente.

Difusão é o processo de espalhar a emissão sobre uma grande área e, assim, reduzir a concentração dos poluentes específicos. A propagação ou dispersão da pluma é horizontal e vertical. A concentração máxima de poluentes está na linha central da pluma, ou seja, na direção do vento predominante.

À medida que nos afastamos da linha central, a concentração se torna mais baixa. Se assumirmos que a propagação de uma pluma em ambas as direções é aproximada por uma curva de probabilidade gaussiana, podemos calcular a concentração de um poluente a qualquer distância X a favor do vento a partir da fonte.

Os riscos de poluição podem ser previstos com base em dados meteorológicos, e o alerta precoce para condições perigosas iminentes e planos de emergência pode ser desenvolvido para fechar indústrias.

Controle de poluentes de fontes móveis:

Embora muitos dos métodos de controle mencionados acima também possam ser aplicados a fontes móveis, uma fonte móvel muito especial, o automóvel, merece menção especial. A operação do motor tem efeito direto nas emissões. A quantidade de CO, HC e NOx difere durante o ralenti, aceleração, cruzeiro e desaceleração.

As técnicas de controle de emissões para o motor de automóveis de combustão interna incluem ajustes, reatores catalíticos e modificações no motor. Um ajuste pode ter um efeito significativo nos componentes de emissão. Por exemplo, uma alta relação ar / combustível (uma mistura pobre) reduzirá tanto CO quanto HC, mas com NOx aumentado.

A segunda estratégia de controle, agora extensivamente utilizada, é o reator catalítico que oxida o CO e HC para CO ₂ e H ₂ O. O segundo reator reduz o NOx para N ₂ . Os reatores de catalisador mais populares têm dois inconvenientes sérios. Primeiro, eles são facilmente sujos pelo chumbo. De fato, a mudança para a gasolina sem chumbo foi motivada por esse motivo e não pela preocupação com os níveis de chumbo na atmosfera. O segundo problema com os reatores é que os compostos de enxofre na gasolina são oxidados em partículas de SO ₃ e, portanto, aumentam os níveis de enxofre no ambiente.

Na terceira modificao do mecanismo de tnica de controlo, o motor de carga estratificada utilizado sem reaces catalicas. Nesses motores, os cilindros têm dois compartimentos, com um compartimento recebendo uma mistura rica, acendendo e, em seguida, fornecendo uma chama ampla para um queimador eficiente no compartimento principal do cilindro. Outras modificações também foram desenvolvidas. É difícil fabricar um motor de combusão interna totalmente limpo. Os carros elétricos são limpos, mas eles podem armazenar apenas energia limitada e, portanto, seu alcance é limitado.

Métodos gerais para controlar as poluições atmosféricas por automóveis e indústrias foram considerados brevemente acima. Algumas medidas específicas para controlar poluentes veiculares e industriais no ar são dadas abaixo.

Poluição veicular:

1. Para verificar a emissão de poluentes do escape veicular:

Isso pode ser alcançado por:

(i) Utilizando nova proporção de gasolina e ar,

(ii) tempo mais exato de alimentação de combustível,

(iii) Usando aditivos de gás para melhorar a combustão,

(iv) Ao injetar ar nos gases de escape para converter compostos de escape em materiais menos tóxicos e

(v) Atualização do projeto do motor e / ou instalação de equipamentos de redução (dispositivo) para melhorar a combustão com o projeto existente do motor.

O monóxido de carbono resulta do baixo teor de ar da mistura de combustível, enquanto a produção de NOx é promovida por altas temperaturas de combustão. Os hidrocarbonetos seguem mais ou menos o padrão de CO.

A completa eliminação desses três poluentes pode ser alcançada atualizando o projeto atual dos motores (por exemplo, motores de quatro tempos) ou fazendo as alterações apropriadas nos dispositivos para melhorar a combustão.

2. Para controlar a evaporação do tanque de combustível e carburador:

Isso pode ser feito por:

(i) Coleta de vapores com carvão ativado quando o motor é desligado e sua ignição quando o motor é ligado,

(ii) Sujeitar a gasolina no tanque a uma ligeira pressão para evitar que o gás se evapore e

(iii) Desenvolvimento de gasolina de baixa volatilidade que não evapora facilmente.

3. Uso de filtros:

Alguns vapores de gás escapam entre as paredes e o pistão que entra no cárter e depois descarrega na atmosfera. Hidrocarbonetos (cerca de 25%) são liberados dessa maneira. Assim, o uso de filtros que capturam e reciclam esses gases escapados no motor deve controlar a emissão desses hidrocarbonetos.

4. Controle através da lei:

Estes devem ser aplicados alguns padrões através da Lei de Veículos Motorizados e outros Atos para design de motores etc.

Poluição industrial:

Para verificar a poluição do ar por resíduos de chaminés de plantas industriais, devemos elaborar medidas para a remoção do material particulado e dos poluentes gasosos dos resíduos. A remoção do material particulado envolve sua coleta sob a influência de diferentes forças, movimentando-as continuamente para fora do fluxo de gás.

Os equipamentos utilizados para sua remoção são:

i) Colectores de ciclones e

(ii) Precipitadores eletrostáticos (ESPs). Assim, temos que gerar a tecnologia de controle. Atualmente, existem poucas usinas e indústrias que instalaram os ESPs necessários.

1. coletores de ciclone:

Aqui o gás residual contendo partículas é submetido a centrifugação. As partículas suspensas movem-se em direção à parede do corpo do ciclone e, depois, ao seu fundo e finalmente descarregadas. Os coletores de ciclones removem cerca de 70% das partículas.

2. Precipitadores eletrostáticos (ESPs):

Para remover as partículas do fluxo de gás, as forças elétricas são aplicadas dentro da câmara no precipitador. Partículas suspensas ficam carregadas ou ionizadas, e são atraídas para eletrodos carregados e depois removidas. ESPs podem remover 99% dos poluentes particulados do exaustor da chaminé

Os ESPs funcionam muito bem em usinas de energia, fábricas de papel, moinhos de cimento, fábricas de blocos de carbono, etc. O pó de alta resistividade pode dificultar a separação em um ESP. Para superar isso, filtros de tecido ou filtros de mangas são empregados. Mas os filtros de tecido são inadequados para partículas úmidas ou pegajosas, condições corrosivas extremas e altas temperaturas do gás.

Poluentes gasosos:

Estes podem ser removidos pelos três métodos seguintes.

a) Sistemas húmidos:

Estes são usados ​​como torres de lavagem em que o fluido alcalino circula continuamente. Este líquido reage com SO ₂ para produzir um precipitado.

b) Sistemas secos:

Aqui, os poluentes gasosos são autorizados a reagir com um absorvente sob uma fase seca. Dolomita, cal (CaO) e calcário (CaOH) são colocados no caminho do gás que flui (SO2). O processo não é muito caro e não envolve qualquer pulverização de água. A água em contato com o SO2 produz H ₂ SO ₄ corrosivo.

c) Sistemas secos a húmido:

Aqui a água no absorvente reage com os componentes ácidos. Isso oferece uma alternativa ao tradicional processo úmido usado para a dessulfurização de gases combustíveis de caldeiras a carvão. O hidróxido de cálcio absorvente é espalhado na corrente de gás quente na forma de pequenas gotículas. O cálcio reage com o SO ₂ e os gases quentes fazem com que a água evapore simultaneamente.

O produto final é uma energia seca contendo principalmente cinzas e sais. O carvão também pode ser usado como absorvente. Outros absorvedores também podem ser usados ​​para pegar álcoois e benzenos. Este método é muito eficaz em fábricas de lavagem a seco, gráficas e fábricas de tintas, fábricas de processamento de alimentos, cervejarias e indústrias farmacêuticas. Combustão de gases também pode ser usada para indústrias de petróleo, etc.

Controle através da lei:

Como os veículos a motor, os padrões também devem ser aplicados por Atos apropriados para as indústrias. Existem outras condições que podem ser aplicadas por lei.