Wykonała: mgr inż. Wanda Baj

1. Technologie radiacyjne w ochronie środowiska (usuwanie zanieczyszczeń gazów, pomiar zapylenia, zanieczyszczeń materiałów, itp.) Wykonała: mgr inż. Wanda Baj

2. I. Usuwanie zanieczyszczeń, odpylanie Spis treści: 1. Źródła zanieczyszczeń: 2. Metody redukcji gazów odlotowych 3. Urządzenia odpylające 3.1. Odpylacze suche 3.1.1. Komory osadcze 3.1.2. Cyklony 3.1.3. Odpylacze filtracyjne (tkaninowe) 3.1.4. Odpylacze elektrostatyczne (elektrofiltry) 3.2. Odpylacze mokre 3.2.1. Płuczki bez wypełnienia 3.2.2. Płuczki z wypełnieniem 3.2.3. Płuczki pianowe 3.2.4. Płuczki z przepływem gazu przez zamknięcie wodne 3.3. Odpylacze wirnikowe z dezintegratorem Theissena

3. Podstawowe pojęcia • Zanieczyszczenie powietrza – obecność w dolnej warstwie atmosfery substancji stałych ciekłych i gazowych w ilościach i rodzaju przekraczających dopuszczalne stężenia czyli w ilościach nie tylko uciążliwych dla człowieka lub wywierających ujemny wpływ na jego zdrowie, ale także szkodliwych dla roślin, zwierząt, niekorzystnych dla gleby i wody. • W inżynierii ochrony środowiska definiuje się zanieczyszczenia jako składniki obce w jakimś elemencie ekosystemu, które do niego nie należą i zniekształcają jego cechy oraz właściwości.

4. 1. Źródła zanieczyszczeń: Najczęściej spotykane są podziały według elementów którym zagrażają. Zanieczyszczenia obejmują wtedy: • atmosferę • wodę • powierzchnię ziemi Drugi podział – według źródeł ich pochodzenia: • naturalne – wynikają z procesów zachodzących w przyrodzie • sztuczne – zależne od człowieka, powodowane działalnością człowieka.

5. Naturalne zanieczyszczenia powietrza: • pożary lasów i stepów – emitują duże ilości dymów i pyłów (1992 Polska 9 tys ha lasów spłonęło) • czynne wulkany, które obok popiołów i dymów emitują toksyczne gazy: SO2, Cl2, F2, H2, pary siarki, para wodna • wyładowania atmosferyczne • huragany, cyklony, powodzie, a także burze piaskowe i pyłowe, procesy erozji gleby Wszystkie te źródła zanieczyszczeń mają na ogół charakter sporadyczny i nie stwarzają poważniejszych zagrożeń dla życia na ziemi.

6. Sztuczne źródła zanieczyszczeń: • zanieczyszczenia emitowane przez przemysł i energetykę • zanieczyszczenia emitowane przez transport • zanieczyszczenia komunalne • zanieczyszczenia rolnicze – powstają na skutek intensywnej uprawy roli i hodowli

7. Podział zanieczyszczeń według stref zasięgu: • regionalne • lokalne • globalne Główne obszary zanieczyszczeń pokrywają się z istniejącymi okręgami przemysłowymi, większymi ośrodkami miejskimi oraz ich najbliższym otoczeniem. Podstawowe źródła zanieczyszczeń mają charakter ściśle lokalny. Koncentrują się w miastach i ośrodkach przemysłowych.

8. Do najważniejszych źródeł zanieczyszczenia należą: • w krajach o wysokim stopniu rozwoju motoryzacji: • pojazdy mechaniczne spalinowe (70% wszystkich zanieczyszczeń) • przemysł, elektrownie cieplne, urządzenia grzewcze lokalne • w krajach o niskim stopniu rozwoju motoryzacji: • przemysł, energetyka, elektrownie cieplne (60-70%) • pojazdy mechaniczne spalinowe Na świecie jest ok. 100 wielkich miast (powyżej 1 mln ludzi) i ok. 100 wysokoskoncentrowanych okręgów przemysłowych takich jak: Zagłębie donieckie i kuźnieckie oraz środkowy Ural w Rosji, zagłębie Ruhry w Niemczech, Dolina Mozy i Sandry w Belgii, okręg ostawsko - karwiński w Czechach. W Polsce – Górnośląski Okręg Przemysłowy. Inne regiony świata – północno-wschodnie wybrzeże Japonii, USA – przypada ok. 1/3 wszystkich zanieczyszczeń powietrza atmosferycznego. Do miast szczególnie zanieczyszczonych należą: Chicago, Detroit, Nowy Jork, Los Angeles, Nowy Orlean, San Francisco. Wszystkie te źródła tworzą jakby pasmo sztucznych wulkanów wyrzucających każdego dnia ok. 70 mln ton pyłów i gazów na dobę. Ocenia się że wszystkie pozostałe źródła zanieczyszczeń emitują każdego roku ok. 24 mln ton gazów i pyłów z czego ok. 25 % (6 mln ton) emitowanych jest z terenów USA.

9. 2. Metody redukcji gazów odlotowych Najczęściej stosowanymi procesami w technice oczyszczania powietrza są: • odpylanie • absorpcja i adsorpcja oraz katalityczne utlenianie i redukcja Konieczność stosowania urządzeń do oczyszczania gazów wynika z: • potrzeby ochrony atmosfery przed zanieczyszczeniem • odzyskiwania substancji (surowców) Wysoki koszt urządzeń do redukcji zanieczyszczeń powietrza skłania do zmian technologii (technologie półodpadowe – zanieczyszczenia nie przekraczają dopuszczalnych norm, technologie bezodpadowe). Duże znaczenie ma hermetyzacja i automatyzacja procesów w wyniku których zachodzi wyeliminowanie człowieka z bezpośredniego sąsiedztwa zanieczyszczeń

10. Podstawowe wielkości charakteryzujące urządzenia oczyszczające: 1. Skuteczność oczyszczania (odpylania) 2. Opory przepływu urządzenia oczyszczającego – całkowita strata ciśnienia przy przepływie oczyszczanego gazu przez urządzenie [Pa] 3. Wskaźniki eksploatacyjne: - wskaźnik zapotrzebowania mocy (KW/1000 Nm3 h ) - wskaźnik zapotrzebowania energii (KWh/1000 Nm3) - koszty oczyszczania: inwestycyjne i eksploatacyjne urządzenia. Częste kryterium wyboru metody oczyszczania w zł/1000 Nm3 oczyszczonego gazu. Do wskaźników eksploatacyjnych należą wskaźniki zużycia środków oczyszczających i czynników energetycznych, np. wody, sorbentów, czy pary do desorpcji (kg/1000Nm3) oczyszczonego gazu lub m3 na 1000 Nm3 oczyszczonego gazu.

11. 3. Urządzenia odpylające • Oprócz podziału ogólnego na odpylacze suche i mokre rozróżnia się podział urządzeń według wykorzystywanych w nich zjawisk: - siły bezwładności, - odśrodkowej, - zjawisk elektrostatycznej, - zjawisk filtracji.

12. 3.1. Odpylacze suche, podział

13. 3.1.1. Komory osadcze Są jednym z najprostszych odpylaczy, stosowanych na początku ciągu technologicznego odpylania. Działanie oparte jest na wykorzystaniu zjawiska grawitacyjnego. Warunkiem oddzielania w komorze wszystkich ziaren o prędkości opadania w oczyszczonym gazie większych od pg (prędkość opadania ziarna granicznego w gazie) jest takie dobranie prędkości gazu Vg oraz długości komory l oraz wysokości h, aby była spełniona zależność przepływu gazu przez komorę charakterem laminarnym. Działają skutecznie tylko wówczas, kiedy prędkość opadania ziaren jest większa niż 0,5 m/s. Ziarna większe mają średnicę powyżej 100m. Służą z zasady jako odpylacze wstępne do “pierwszego oczyszczania gazu z ziaren” o prędkości opadania powyżej 0,5 m/s. Stosuje się je w wielostopniowych układach odpylania gazów. np. w metalurgii żelaza i metali kolorowych, w cementowniach oraz w zakładach przeróbki surowców mineralnych.

14. 3.1.1. Komory osadcze c.d. Zalety komór osadczych: • niskie koszty • małe opory przepływu w zakresie od 20-50 Pa • zapotrzebowanie mocy niewielkie (0,05- 0,3 KW/Nm3s) • możliwość zastosowania do odpylania gazów gorących • bez ich uprzedniego ochładzania. • Wady: • niski stopień skuteczności odpylania • brak w kraju stałego producenta

15. 3.1.2. Cyklony Stanowią najbardziej rozpowszechniony rodzaj odpylaczy. Wykorzystana jest w nich zasada działania siły odśrodkowej do oddzielania ziaren ze strugi zawirowanego gazu. Podczas ruchu spiralnego na ziarna pyłu oddziaływuje siła odśrodkowa powodując ich przemieszczanie się ku ściankom. Ziarna pyłu po zetknięciu ze ściankami wytracają szybkość i pod działaniem sił ciężkości opadają w dół. Wielkość minimalnego ziarna jakie można oddzielić w cyklonie zależy od jego parametrów konstrukcyjnych oraz od własności oczyszczanego gazu. Parametry: L – natężenie przepływu gazu w cyklonie m3/s n – liczba obrotów strumienia gazu w cyklonie 1/s r1 – promień rury wewnętrznej [m] r2 – promień części cylindrycznej [m] hc – wysokości warstwy cylindrycznej [m]  - lepkość dynamiczna gazu [kg/ms]  - ciężar objętościowy pyłu [kg/m3]

16. Skuteczność odpylania cyklonów w % dla baterii cyklonów Klasa ziarna skuteczność [m] [%] 0 – 10 22 10 – 20 50 20 – 30 92,5 30 – 40 98,5 40 – 60 99 60 – 100 99,5 bateria 4 cyklonów 4x920mm

17. Zalety: - prosta budowa - niewielkie gabaryty - niskie koszty inwestycyjne Wady: - znaczne opory przepływu od 300 – 1300 [Pa] - stosunkowo szybkie zużycie w wyniku erozji - niska skuteczność w zakresie ziaren poniżej 200 [m] Cyklony, wady i zalety W Polsce budowane są cyklony pojedyncze jak i bateria cyklonów.

18. 3.1.3. Odpylacze filtracyjne (tkaninowe) • Należą do najbardziej skutecznych – oddzielają płyn przy przepływie zapylonego gazu przez materiały porowate (kształtki ceramiczne: rury porolitowe – przepuszczalne dla gazów a nie dla cząstek stałych) • Stosuje się różnego rodzaju tkaniny, filce, bibuły. Filtry tkaninowe należą do najdroższych metod odpylania gazów – wymagają dużych powierzchni. Stosowane są małe prędkości przepływu 0,8-8 m3/s. Obciążenia od 30-300 Nm3/m2h • Charakteryzują się bardzo wysoką skutecznością odpylania do 99,9 % dla ziaren wielkości 1m. Opory przepływu zawierają się w zakresie od 200-1500 Pa. • Stosowane są w przemyśle ceramicznym przy odpylaniu gazów z wapienników, w przemyśle metalurgicznym i innych. Przykładem odpylania filtracyjnego jest odkurzacz i filtr powietrza w samochodzie.

19. 3.1.4. Elektrofiltry • Elektrofiltry charakteryzują się: • niewielkimi oporami przepływu 30-150 [Pa] • stosunkowo niewielkim zużyciem energii elektrycznej 0,05-0,3 [kWh/1000 Nm3] oczyszczanego gazu • wysoką skutecznością odpylania rzędu 99% dla ziaren wielkości 1 [m] • charakteryzują się dużymi wydajnościami od 500.000 do 2.800.000 [Nm3] gazu na godzinę Stosowane są do odpylania spalin kotłowych głównie z energetycznych kotłów pyłowych i fluidalnych, w cementowniach, w procesach metalurgii oraz przy produkcji kwasu siarkowego metodą kontaktową.

20. Zalety: - wysoka skuteczność nawet dla pyłów o rozdrobnieniu koloidalnym - możliwość odpylania gazów gorących do 450 [degC] - charakteryzują się niewielkimi oporami przepływu i niskim stopniem zapotrzebowania energii Wady: - wysokie koszty inwestycyjne - duże gabaryty - niebezpieczeństwo wybuchu pyłów palnych - wrażliwość na zmiany charakterystyki oczyszczanego gazu i pyłu. Elektrofiltry, wady i zalety

21. 3.2. Odpylacze mokre • Zasada działania odpylaczy mokrych polega na tym iż ziarna są wychwytywane na kroplach cieczy opadających w przeciwprądzie do zapylonego gazu. • Dołem odprowadzany jest szlam • Płuczki mają średnicę ok. 3m. Wysokość od 20-40m

22. 3.2. Odpylacze mokre, podział c.d.

23. Wady: - trudności związane z gospodarką ściekową na skutek przenoszenia zanieczyszczeń z odpylonego gazu do cieczy. - Znaczne koszty eksploatacyjne zwłaszcza w odniesieniu do odpylaczy wysoko skutecznych - Zużycie wody 0,1 – 4 m3 na 1000 Nm3 oczyszczonego gazu Zalety: - możliwość równoczesnego z odpylaniem chłodzenia gazów oraz absorpcję niektórych szkodliwych zanieczyszczonych gazów - możliwość oddzielenia pyłów o rozdrobnieniu koloidalnym dla pyłów o własnościach wybuchowych. Ogólna charakterystyka odpylaczy mokrych:

24. 3.2.1. Płuczki bez wypełnienia Parametry: • skuteczność odpylania od 30-60% • wydajność od 5 tys-15 tys Nm3 gazu na godzinę. • Opory przepływu od 100-150 Pa • Liniowe prędkości przepływu do 3 m/s • Wskaźniki zużycia wody do 3 m3 wody na 1000 Nm3 oczyszczonego powietrza Zalety: - prosta budowa - niewielkie opory przepływu - schładzanie gazu Wady: - niska skuteczność odpylania - przenoszenie zanieczyszczenia z oczyszczonego gazu do wody

25. 3.2.2. Płuczki z wypełnieniem • Podobne parametry jak dla płuczek bez wypełnienia. Służą również jako jeden ze stopni układu wstępnego odpylania. • Skuteczność 80-95% dla ziaren powyżej 2 m. • Wydajność 5-20 tys. Nm3/h. • Opory przepływu 100-500 Pa. • Porównywalne ilości wody.

26. 3.2.3. Płuczki pianowe • Należą do grupy odpylaczy barbotażowych, w których wykorzystuje się zjawisko barbotażu tzn. przepływu gazu przez otwory poziomej półki na której utrzymuje się stałą warstwę cieczy. Gaz przechodząc przez ciecz powoduje intensywne mieszanie pyłu z cieczą. Skuteczność – wysoka dla pyłów o wielkości ziarna powyżej 1[m] ok. 95[%] dla ziaren powyżej 1 [m]. • Opory przepływu są duże do ok. 2000 [Pa]. Zużycie wody niewielkie od 0,1- 1 [m3]wody na 1000 [Nm3] oczyszczonego gazu.

27. 3.2.4. Płuczki z przepływem gazu przez zamknięcie wodne • Zapylony gaz przepływa przez odpowiednio wyprofilowane labiryntowe zamknięcie wodne powodując powstanie wzburzonej cieczy (intensywne mieszanie gazu z cieczą) Ziarna pyłu opadają na dno zbiornika w postaci szlamu i są odprowadzane na zewnątrz odpylacza. Parametry: • Wydajność od 5 tys – 4- tys [Nm3] na godzinę • Skuteczność odpylania 90[%] dla ziaren wielkości 1m (99[%] > 5[m]) • Opory przepływu są duże 1100-1900 [Pa] • Zapotrzebowanie wody małe 0,1 – 0,5 [m3] wody na 1000 [Nm3] odpylonego gazu

28. II. Pomiar zapylenia Spis treści: 1. Urządzenia pomiarowe 1.1. Fluorescence analyser AF - 30 1.2. Mining radiometer RGR - 40 1.3. Portable radon concentration gauge RM - 1 1.4. Airborne Dust Concentration Gauge AMIZ - 2000 2. Bezprzewodowy system monitoringu zapylenia powietrza

29. 1. Urządzenia pomiarowe • Wszystkie prezentowane w tym rozdziale urządzenia służą do pomiaru zawartości radonu w powietrzu. • Fluorescence analyser AF - 30 • Mining radiometer RGR - 40 • Portable radon concentration gauge RM - 1 • Airborne Dust Concentration Gauge AMIZ - 2000 Źródło: Instytut Chemii i Techniki Jądrowej, Zakład Aparatury i Metod Izotopowych

30. 1.1. Fluorescence analyser AF - 30 • Urządzenie służące do rejestracji danych ich zapamiętywania i przetwarzania. • Dane przechowywane mogą sięgać rzędu 16 parametrów • możliwość bezpośredniego drukowania zapisanych w pamięci danych • posiada wyjście umożliwiające łączenie danych do pamięci komputera Źródło: Instytut Chemii i Techniki Jądrowej, Zakład Aparatury i Metod Izotopowych

31. 1.2. Mining radiometer RGR - 40 • Posiada certyfikat jakości wg polskiej sygnatury Gx- 195/95 • wykorzystuje promieniowanie alfa • rejestruje obecność: RaA (Po- 218), RaB (Pb- 214), RaC (RaC’) (Bi- 214) • wbudowany mikroprocesor pozwala na rejestracje i przechowywanie danych w pamięci • serial port RS232C Źródło: Instytut Chemii i Techniki Jądrowej, Zakład Aparatury i Metod Izotopowych

32. 1.3. Portable radon concentration gauge RM - 1 • Pomiar koncentracji radonu, temp. powietrza, ciśnienie, wilgotność • zachowuje dane w pamięci Źródło: Instytut Chemii i Techniki Jądrowej, Zakład Aparatury i Metod Izotopowych

33. 1.4. Airborne Dust ConcentrationGauge AMIZ - 2000 • Stacja pomiaru zapylenia powietrza • możliwość pomiaru prędkości i kierunku wiatru • ciągła praca mierników pozwala na kompletne i precyzyjne analizy źródeł zapyleń powietrza oraz ich zmian (zapyleń) • bezpośredni przekaz danych do odbiorcy z jednoczesnym zapisywaniem wyników pomiarów w pamięci urządzeń monitorujących pomiar • umożliwia bezprzewodowy system monitoringu zapylenia powietrza Źródło: Instytut Chemii i Techniki Jądrowej, Zakład Aparatury i Metod Izotopowych

34. 2. Bezprzewodowy system monitoringu zapylenia powietrza • Miernik zapylenia powietrza prezentowany wcześniej (AMIZ 2000) jest instalowany w miejscu, w którym nie zawsze można zapewnić przewodowe łącze komunikacyjne - co utrudnia pobieranie wyników wykonanych pomiarów, dlatego został stworzony bezprzewodowy system monitoringu zapylenia powietrza. • Dzięki wyposażeniu miernika w modem GSM stworzono możliwość zdalnej komunikacji z miernikiem AMIZ 2000, a także możliwość zbudowania sieci monitoringu wykorzystujących większą ilość mierników - dane pomiarowe ze wszystkich mierników w sieci można teraz gromadzić na jednym centralnym komputerze wyposażonym w modem GSM i odpowiednie oprogramowanie • W stworzonym w ten sposób systemie użytkownik ma możliwość: • pobrania danych z dowolnego miernika znajdującej się w sieci monitoringu • kontroli parametrów pracy miernika - ich przeglądanie oraz zmiany • otrzymywania sygnałów alarmowych • przeglądania bazy danych wykonanych pomiarów w każdej stacji pomiarowej • tworzenie szerokiej gamy raportów podsumowujących wyniki pomiarów (raporty dobowe, miesięczne, roczne oraz różnego rodzaju raporty okresowe) Źródło: Instytut Chemii i Techniki Jądrowej, Zakład Aparatury i Metod Izotopowych

35. III. Technologie radiacyjne w przemyśle i technice Spis treści: 1. Przykłady przemysłów, w których dochodzi do zwiększenia narażenia na promieniowanie jonizujące, pochodzące z naturalnych źródeł. 2. Rodzaje obróbek radiacyjnych i wymagane dawki 2.1. Wytwarzanie kabli 2.2. Wytwarzanie materiałów do opakowań 2.3. Utwardzanie powłok 2.4. Radiacyjna modyfikacja włókien i tkanin 2.5. Degradacja radiacyjna 3. Badania materiałowe

36. 1. Przykłady przemysłów, w których dochodzi do zwiększenia narażenia na promieniowanie jonizujące, pochodzące z naturalnych źródeł Źródło: Bezpieczeństwo jądrowe i ochrona radiologiczna, tom 37, nr 1, rok 1999, str. 17 i 18.

37. 2. Rodzaje obróbek radiacyjnych i wymagane dawki • W tablicy zestawione zostały rodzaje obróbek radiacyjnych, stosowanych obecnie na skalę przemysłową, wymagane dawki oraz teoretyczna wydajność obróbki w kilogramach danego materiału na 1 kWh pracy akceleratora • Źródło: Waldemar Scharf, Akceleratory cząstek naładowanych i ich zastosowania

38. 2.1. Wytwarzanie kabli • Napromieniowane tworzywo łatwo daje się wytłaczać, a brak pokrycia lakierowego zmniejsza problemy zanieczyszczenia środowiska w procesie produkcji • zmniejszenie ich objętości pozwala na szerokie zastosowanie wyprodukowanych kabli • wydłużony czas eksploatacji podwyższonych temperaturach • podwyższenie wytrzymałości dielektrycznej • Źródło: Waldemar Scharf, Akceleratory cząstek naładowanych i ich zastosowania

39. 2.2. Wytwarzanie materiałów do opakowań • Sieciowanie folii polietylenowej • powstały w ten sposób produkt odznacza się pamięcią kształtu • Wykorzystanie: • pokrywanie złącz lutowanych • pokrywanie wtyków • jako izolacja elektryczna • pakowanie żywności • Źródło: Waldemar Scharf, Akceleratory cząstek naładowanych i ich zastosowania

40. 2.3. Utwardzanie powłok • Zmniejsza się w ten sposób zapotrzebowanie na energię elektryczną • długość linii produkcyjnej 3m • duża wydajność (100m/ min) • proces przebiega bardzo szybko (0,1 - 1s) • procesowi nie towarzyszy wydzielanie ciepła • Źródło: Waldemar Scharf, Akceleratory cząstek naładowanych i ich zastosowania

41. 2.4. Radiacyjna modyfikacja włókien i tkanin • Nie stosuje się tu chlorku cynku jako katalizatora dzięki czemu zmniejsza się ilość ścieków przemysłowych • Uzyskuje się dzięki tej metodzie poprawę właściwości tkanin, takie jak: • odporność na kurczenie i gniecenie • ogniotrwałość • trwałość barwy • łatwość prania • łatwość rozpraszania ładunku statycznego • Źródło: Waldemar Scharf, Akceleratory cząstek naładowanych i ich zastosowania

42. 2.5. Degradacja radiacyjna • Degradacja odpadów teflonowych na skalę przemysłową • Degradacja drewna • Niszczenie insektów, grzybów i bakterii w wiórach drzewnych • Możliwość wykorzystania tej techniki w papierniach • Źródło: Waldemar Scharf, Akceleratory cząstek naładowanych i ich zastosowania

43. 3. Badania materiałowe • Wykrywalność wad materiałowych (defektoskopia) • Radiografia elementów ruchomych • Stymulowanie uszkodzeń radiacyjnych: • promieniowania w przestrzeni kosmicznej • badania nad erozją elektronową • badanie materiałów reaktorowych • Źródło: Waldemar Scharf, Akceleratory cząstek naładowanych i ich zastosowania

44. Bibliografia 1. Instytut Chemii i Techniki Jądrowej, Zakład Aparatury i Metod Izotopowych. 2. Bezpieczeństwo jądrowe i ochrona radiologiczna, tom 37, nr 1, rok 1999. 3. http://www.paa.gov.pl 4. Źródło: Waldemar Scharf, Akceleratory cząstek naładowanych i ich zastosowania

45. DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ