21
UNIVERSITATEA TEHNICǍ “GHEORGHE ASACHI” IAŞI FACULTATEA DE INGINERIE CHIMICǍ ŞI PROTECŢIA MEDIULUI SPECIALIZAREA MANAGEMENTUL MEDIULUI

Poluarea Mediului Cu Oxizi de Sulf

Embed Size (px)

Citation preview

UNIVERSITATEA TEHNIC GHEORGHE ASACHI IAIFACULTATEA DE INGINERIE CHIMIC I PROTECIA MEDIULUISPECIALIZAREA MANAGEMENTUL MEDIULUI

CuprinsIntroducereCap I. GeneralitatiCap II. Efectele poluarii cu oxizii de sulfCap III. Procedee de reducere a emisiilor cu oxizi de sulfBibliografie

Introducere

Mediul nconjurtor, definit simplu, reprezint un ansamblu de elemente naturale i artificiale n care se desfoar viaa. Viaa, ca atare, modific mediul deoarece ea presupune o prelucrare a elementelor nutritive i o eliminare a deeurilor provenite din activitatea metabolic. De regul, aceste deeuri reintr n ciclurile biologice astfel nct natura nu este vtmat sau consecinele sunt nesemnificative. Uneori ns, drept rezultat al activitii vitale, se realizeaz vtmarea att a propriul organism ct i a altor vieuitoare din natura, proces ce nseamn poluare. Gradul de poluare a mediului nconjurtor a crescut odat cu gradul de dezvoltare a societii umane. Aceasta nseamn c, pe lng efectele benefice datorate progresului tehnic nregistrat n ultimele decenii, omenirea suport azi i efectele adverse ale civilizaiei industriale. Este vorba ndeosebi de cantitile impresionante de noxe i deeuri care nu mai pot fi "neutralizate" n mod natural.Sulful era cunoscut din cea mai veche antichitate si acest fapt se datoreaza, in primul rand faptului ca el se gaseste, in general, sub forma nativa. Proprietatea sa de a arde cu usurinta, dand bioxidul de sulf (gaz sufocant intrebuintat la dezinfectii), a atras atentia omului inca din vechiul Egipt si apoi la celelalte popoare din jurul Mediteranei.Chiar denumirea latina a sulfului, sulphurium, provine dupa opiniile specialistilor de la cuvantul sansclit sulvari care inseamna inamicul cuprului, deoarece cuprul incalzit cu sulf se transforma din rosiatic si lucios in sulfura de cupru neagra. Indienii cunosteau cu 2-3000 de ani inaintea erei noastre faptul ca cuprul poate fi distrus cu sulful.Adevarata importanta a sulfului apare insa prin intrebuintarea sa la fabricarea acidului sulfuric, cel mai important dintre acizii pe care ii foloseste industria chimica .Utilizarile sulfului se extind mereu : de la fabricarea acidului sulfuric, care ramane principala s-a cerere, la vulcanizarea cauciucului, la fabricarea unor medicamente (sulfamide) si mai ales, a unor coloranti si apoi la rafinarea petrolului devenind una din materiile prime indispensabile industriei chimice moderne. Din acest motiv si producerea de sulf se extinde. Pe langa extractia sulfului nativ din pamant s-a trecut la separarea sa (sau a SO2) din minereurile care il contin si in special din pilite si calcopirite.

Cap I. GeneralitatiPoluarea cu oxizi de sulf se refera in special la dioxidul de sulf si trioxidul de sulf, reprezentati impreuna prin SOx. Dioxidul de sulf este un gaz incolor stabil, cu miros caracteristic si sufocant. Ambii oxizi ai sulfului se formeaza prin combustia oricarui material ce contine sulf. Cantitatea relativa a fiecaruia dintre ei nu depinde intr-o masura apreciabila de cantitatea de oxigen prezenta, ca in cazul oxizilor de carbon. Chiar in exces mare de aer dioxidul de sulf se formeaza intr-o cantitate mai mare. Cantitatea de trioxid de sulf format in procesele de ardere depinde de conditiile de reactie, mai ales de temperatura, si variaza intre 1% si 10% din totalul SOx.S + O2 SO22SO2 + O2 2 SO3Dioxidul de sulf este considerat astazi ca prima substanta daunatoare din aer. Dezvoltarea tehnico-productiva determina o crestere rapida a emisiilor de dioxid de sulf. Se aprecieaza ca in anul 1965 productia de dioxid de sulf in Europa a fost evaluata la 150 de milioane t/an, iar pentru anul 2000 a fost de 330 milioane t/an. Aceste gaze poluante se disperseaza la inaltimi mari si efectul nociv nu se simte suficient de intens la sol.Productia umana de sulf ce rezulta din sfaramarea combustibilor fosili si a minereurilor, a dat nastere unui impact observabil la nivel regional (sute de kilometrii), prin ploi acide. Dovezi numeroase sugereaza ca transportul la mare distanta de SO2 are loc la nivelul troposferei. In timpul tranzitului, cantitatile de SO2 sunt convertite in sulfati, cu o eventuala depunere in cadrul proceselor uscate sau umede, pe suprafete aflate la distanta fata de sursa originala de SO2. Depunerea sulfatilor joaca un rol principal in depunerea acida, care are ca rezultat scaderea nivelului pH-ului apelor curate din lacuri si altereaza compozitia anumitor soluri. Aceste schimbari afecteaza viabilitatea anumitor plante si a unor specii acide.Principalele surse de poluare industrial sunt:Sursa principala de poluare cu SOx o constituie procesele de ardere a combustibilor fosili in surse stationare (arderea carbunelui, arderea petrolului). Industria metalurgica, rafinariile de petrol, fabricile de acid sulfuric si procesele de cocsificare a carbunelui sunt cele mai importante surse industriale. - Industria siderurgic i metalurgic.

Industria de prelucrare a minereurilor n vederea extragerii componenilor feroi sau neferoi se bazeaz n special pe procedee de topire i nnobilare la temperaturi nalte n urma crora rezult cantiti extrem de mari de gaze nocive i pulberi. Procesele metalurgice produc aproape jumatate din cantitatea de oxizi de sulf provenita din industrie.- Industria petrochimic.

n rafinriile din industria petrochimic apar emisii de dioxid de sulf, hidrogen sulfurat, alturi de ali componeni nocivi mai puin importani. Pe perioada depozitrii produselor, n special a celor rafinate, datorit tensiunii de vapori ridicate sunt posibile emisii, cel mai frecvent de propan i butan. In cazul titeiului, aproximativ 10% din sulful prezent in titeiul brut se regaseste in produsii de distilare.ieiurile brute conin cantiti variabile de sulf n funcie de proveniena acestora. De exemplu, coninutul mediu de sulf al acestora este: 0,4% pentru Libia, 2,5% pentru Kuweit, 5,5% pentru Venezuela (Bocan) i 0,08% pentru Indonezia (Minas). Un coninut mic de sulf au i ieiurile brute provenite din Romnia.n cursul operaiilor de rafinare, sulful tinde s se adune n fraciile reziduale care pot constitui o parte important a combustibililor lichizi industriali. Dificultatea micorrii coninutului de sulf din ieiurile brute i rezidiile petroliere const mai ales n coninutul acestora de asfaltene i metale care conduc la dezactivarea catalizatorilor.La o gam larg de combustibili solizi din Romnia coninutul de sulf este apropiat de valorile pentru combustibilii lichizi grei. Astfel pentru lignitul de Schitu-Goleti S = 3,62% iar pentru lignitul de Rovinari - carier S = 0,7%. De asemenea, desulfarea combustibililor solizi cu un coninut ridicat de sulf este o activitate de amploare, care se dezvolt att prin realizri practice, ct i prin cercetri.

- Industria chimic.

Procesele tehnologice ce se desfoar n industria chimic conduc la poluarea atmosferei cu diverse substane: oxizi de sulf, hidrogen sulfurat.

- Industria minier.

Ritmul ridicat de exploatare la minele deschise nseamn dislocarea unor cantiti mari de pmnt i eliminarea de pulberi solide

- Industria energetic i transporturile.

Industria energetic i transporturile, sub aspect cantitativ, se situeaz pe primul loc al surselor de emisii de gaze nocive datorit faptului c toate industriile necesit cantiti mari de energie, iar obinerea ei prin combustie este legat de generarea de cantiti imense de gaze reziduale (dioxid de sulf, oxizi de azot, oxizi de carbon), praf i fum. Solutia clasica de control a emisiilor de gaze in cazul instalatiilor industriale a fost cea a diluarii emisiilor pin injectarea lor la inaltime (cosuri de zeci si sute de metri). In functie de inaltimea cosurilor si de conditiile atmosferice, gazele poluante provenind din procesele industriale se propaga local sau la distante medii / mari. In cazul marilor termocentrale de exemplu propagarea gazelor poluante este pe distante mari (transfontaliere) efectele fiind intinse la scara regionala (zone continentale poluarea aerului indusa de termocentralele din Germania se propaga la nivelul intregii Europe centrale). O situatie deosebita este cea a motoarelor de autovehicule, din ce in ce mai numeroase. Mai ales motoarele diesel produc cantitati semnificative de bioxid de sulf (din sulful din motorina), oxizi de azot (datorita temperaturii ridicate de ardere)si particule de hidrocarburi nearse (fum). O prezentarecomparativa a principalelor surse de poluare atmosferica este prezentata in fig. Urmatoare. Concluzia care reiese din aceste figura este ca bioxidul de sulf rezulta din impuritatile combustibililor.

Cap II. Efectele poluarii cu oxizii de sulfOxizii de sulf au aciune duntoare att asupra mediului si organismului uman i a regnului vegetal ct i asupra construciilor din metal i piatr.In Romania concentratia maxima admisibila pentru dioxidul de sulf la 30 min este stabilita la 0.75 mg/mc, iar concentratia la 24 ore este de 0.25mg/mc. Valoarea concentratiei medii anuale(max. admisibila) pentru dioxidul de sulf este de 0.06mg/mc. Aceste concentratii sunt depasite in multe cazuri.Ploileacide au o actiune coroziva puternica si asupra diverselor obiecte cu care vin in contact, in primul rand asupra constructiilor metalice dar si asupra materialelor de constructii (marmura, calcarul etc.).Efectele poluarii cu oxizii de sulf asupra mediului Efectul poluarii cu oxizi de sulf este amplificat de prezenta negrului de fum, acesta fiind un catalizator al oxidarii dioxidului de sulf si trioxidului de sulf poluant mult mai nociv. Dioxidul de sulf are un rol important si in formarea smogului fotochimic datorita sinergismului cu ceata si alti poluanti.Depunerile acide reprezinta fenomenul prin care acizii din atmosfera ajung pe suprafata Pamantului si poate fi umeda sau uscata.Cea umeda se numeste si ploaie acida iar cea uscata se refera la procesele prin care gazele acide ,vin in contact cu suprafata solului si sunt retinute de acesta.

Un alt efect nociv pe care poluare co oxizii de sulf il au asupra mediului este smogul fotochimic.

Prin notiunea de smog sunt cunoscute fenomenele atmosferice de suprapunerii a poluarii cu fum si gaze nocive peste ceata. Prin efectul combinat al acestora apare un sinergism care determina o nocivitate extrem de mare a diferitelor gaze toxice(SO2,NO2) aflate chiar in concentratii sub limita maxima admisa. Smogul fotochimic este un fenomen destul de frecvent in orasele cu circulatie intensa si cu industrie puternica, in care, datorita particularitatilor geografice si climatice exista conditii pentruformarea cetii, a calmului atmosferei si a inversiei termice.

Efectele poluarii cu oxizii de sulf asupra plantelorPagubele cele mai importante provocate de SO2 plantelor se petrec ziua, cnd activitatea fotosintetic este maxim, aciunea fitotoxic a SO2 constnd n distrugerea clorofilei. Prin expunerea unor plante la o atmosfer artificial de SO2 s-a constatat c n urma absorbiei unui gaz se elimin H2S, proces ce se desfoar numai n prezena luminii.Asupra plantelor, efectul ploilor acide este remarcabil in special asupra padurilor.Oxidarea fotochimica contribuie la aparitia aerosolilor in sistemul HC-NOx; in acelasi timp din olefin, dioxidul de sulf, sub influenta luminii se formeaza acidul sulfuric, care sta la baza aparitiei cetii si ploilor acide. Numai prezenta in atmosfera a anhidridei sulfuroase in doze de 50 ppm, produce leziuni grave la plante, in special pe frunze, de forma unor pete brune. In schimb, prezenta celor doi acizi provoaca arsuri si pete deshidratate pe toate organele plantelor. Exista un anumit mod de manifestare a poluarii cu acesti factori poluanti: la criptogame predomina cloroza care diminueaza fotosinteza, plantele suculente fiind cele mai sensibile in comparative cu coniferele, considerate cele mai rezistente.

Efectele poluarii cu oxizii de sulf asupra oamenilorIn functie de concentratie si perioada de expunere dioxidul de sulf are diferite efecte asupra sanatatii umane. Efectul asupra organismului uman poate avea loc fie direct, fie indirect prin degradarea mediului sau vietii.Expunerea la o concentratie mare de dioxid de sulf, pe o perioada scurta de timp, poate provoca dificultati respiratorii severe. Aceti oxizi provoac iritaii ale mucoaselor cilor respiratorii. Acestea apar la concentraii de 5 ppm.Sunt afectate in special persoanele cu astm, copiii, varstnicii si persoanele cu boli cronice ale cailor respiratorii.Expunerea la o concentratie redusa de dioxid de sulf, pe termen lung poate avea ca efect infectii ale tractului respirator.Efectele principale ale smogului fotochimic asupra organismului uman sunt:a) acute: uscaciune a mucoaselor gurii, nasului, modificari ale acuratetii vizuale, cefalee pana la congestie pulmonara, edem si moarte. La concentratii de 0.02-0.05 ppm ozonul este sesizat olfactiv, la 0.1-1ppm creaza tulburari de vedere, modificari ale functiei pulmonare, iar la 0.8-1.7ppm apar congestiile pulmonare.b) cronice: leziuni cronice pulmonare (bronsita, pneumonii) aparitia si dezvoltarea tumorilorpulmonare.Dioxidul de sulf poate potenta efectele periculoase ale ozonului.

Cap III. Procedee de reducere a emisiilor de oxizi de sulfArderea combustibililor fosili conduce la evacuarea n atmosfer a unor volume importante de oxizi gazoi de sulf. n urma precipitaiilor chimice i a transformrilor pe care le sufer n atmosfer, aceti oxizi devin sursa precipitaiilor acide, form sub care i exercit la nivelul solului aciunea distrugtoare asupra vegetaiei perene. n acelai timp, n condiiile specifice (temperatur i presiune ridicat, prezena umiditii, alturi de particule de cenu) ce caracterizeaz circulaia gazelor arse dinspre instalaia de ardere spre coul de evacuare n atmosfer, oxizii gazoi exercit o puternic aciune coroziv asupra instalaiilor ce compun circuitul gazelor arse. Astfel se intensific uzura instalaiilor. ntr-o prim faz, bioxidul de sulf d natere acidului sulfuros care, prin oxidare sub aciunea radiaiei solare, se transform n acid sulfuric. Aciunea poluatoare a H2SO4 se exercit sub forma ploilor acide, principalul factor generator al morii pdurilor n rile industrializate din Europa de vest i central. Intrnd n circulaia atmosferic zonal, SO2 exercit efectul poluant nu numai n regiunea sau ara n care este generat, ci i n alte regiuni sau ri aflate pe direcia vnturilor dominante. Acest proces este favorizat de construirea unor couri nalte (peste 200250 m) prin intermediul crora gazele arse, avnd o temperatur ridicat (160175 C) i o vitez de evacuare mare, sunt conduse prin intermediul courilor nalte la o nlime egal n medie, cu dublul nlimii coului (cca. 500 m de la nivelul solului).Cu excepia unor procese chimice speciale, arderea combustibililor fosili reprezint principala surs de dioxid de sulf (SO2). Se deosebesc trei ci principale de reducere a emisiei de SO2, respectiv: desulfurarea combustibililor, alegerea corespunztoare a combustibilului, desulfurarea gazelor de ardere. Reinerea bioxidului de sulf poate avea loc n toate fazele folosirii combustibilului, ncepnd cu pregtirea lui naintea arderii, n timpul arderii i dup ardere .n crbune, sulful este prezent sub 3 forme: 1) sulf organic; 2) radical sulfat; 3) pirita. n pcur, sulful poate fi doar sub form de sulf organic i radical sulfat. n general, combustibilii gazoi naturali au un coninut neglijabil de sulf. Gazele de sond sau de rafinrie conin hidrogen sulfurat (H2S), precum i dioxid de carbon (CO2) i mercaptan.

Reducerea emisiilor de SO2 se realizeaz prin: Prelucrarea materiilor prime ce conin sulf nainte de a fi introduse n procesul tehnologicProcedeele de desulfurare a crbunilor se clasific n:1. Pretratarea chimic urmat de ndeprtarea mecanic a sulfului coninut ca impuritate n pirit (sulful organic nu poate fi ndeprtat). Reducerea sulfului piritic se face n proporie de 90%.2. Transformarea chimic a sulfului din crbune n compui solubili sau volatili.3. Desulfurarea prin desulfurare lichefiere, urmat de solidificarea produsului i diferite procedee de gazeificare a crbunelui.Pentru pcurile cu coninut ridicat de sulf s-au utilizat diverse metode de ndeprtare a sulfului n vederea obinerii emisiilor reduse de oxizi de sulf. Printre acestea se numr: aditivitatea pcurii, prin folosirea aditivilor de combustie care au rolul de a reaciona cu dioxidul de sulf din gazele de ardere i de a forma produse slab active sub raport coroziv. metoda petrochimic de a ndeprta compuii cu sulf prin rafinare.

Desulfurararea gazelor de arderen ultimele dou decenii au fost dezvoltate mai multe procedee de desulfurare, dintre care cele mai importante sunt: - procedeul umed, n care se introduce ca agent activ o soluie de hidroxid de calciu i carbonat de sodiu, obinnd ca deeu nmoluri nerecuperabile sau cel mult cu posibilitate de extracie de gips. - procedeul semiuscat, n care se introduce ca agent activ o soluie concentrat de amoniac sau hidroxid de calciu, n filtru avnd loc evaporarea complet a apei. Produsele sulfatice sunt recuperate n stare uscat, permind reintroducerea lor n circuitul economic. - procedeul catalitic, cu producere de sulf, aplicat la o temperatur ridicat a gazelor de ardere. Sistemele de desulfurare a gazelor de ardere cel mai des utilizate sunt descrise schematic prin diagrame n figura urmatoare.

Fig.3.1. Sisteme de desulfurare a gazelor de ardere.Cea mai larg implementare industrial o are procedeul umed.n desulfurarea uscat SO2 i SO3 sunt reinute prin procese fizice (adsorbie) sau chimice (absorbie i reacii chimice).n vederea micorrii nocivitii gazelor emise, varianta cea mai studiat i aplicat este desulfurarea gazelor de ardere.n adsorbia uscat, agentul de adsorbie este dirijat s ntlneasc gazele ce trebuie desulfurate. Apoi, agentul este reactivat n regenerator i este trimis napoi n procesul de adsorbie. n adsorbia uscat, agentul de adsorbie este pulverizat n gazele de ardere. n procedeele semiuscate, o suspensie alcalin sau alcalino-pmntoas este adus n contact cu gazele de ardere de desulfurat. n gazele de ardere fierbini se formeaz un produs uscat de reacie, care este colectat apoi n filtrele de particule.

Fig. 3.2. Mecanismul reinerii SO2 n procesul semiuscat de absorbie prin pulverizareDesulfurarea umed a gazelor de ardere are loc n turnuri de injecie, numite scrubere. In acest caz, o soluie sau suspensie alcalin sau alcalino-pmntoas este dispersat n gazul de desulfurat sau este adus ntr-un contact omogen cu acesta, astfel nct oxizii de sulf sunt ndeprtai prin absorbie. Splarea gazului cu ap este posibil, dar tendina gazelor de a se dizolva n ap este relativ redus.

Bibliografie1. Mioara Surpaeanu, Carmen Zaharia ABC metode de analiz a calitii factorilor de mediu, Editura Tehnic, Iai, 20022. Mnescu S., Cucu M., Diaconescu M., Chimia sanitar a mediului, Editura Medical, Bucureti, 1994.3. www.wikipedia.ro4. http://www.spms.pub.ro/fisiere/depoluare/curs/cap07.pdf5. www.redactiemonitorulsv.ro