Préventions et contrôle de la pollution atmosphérique
Depuis des lustres, l'homme rejette des déchets dans l'atmosphère et ces polluants ont disparu avec le vent.
Nous avons vu que les principales sources de pollution de l’air sont:
(i) véhicules à moteur,
ii) les industries, en particulier leurs déchets de cheminées,
iii) Installations à base de combustibles fossiles (charbon), en tant que centrales thermiques.
Des mesures doivent être prises pour contrôler la pollution à la source (prévention) ainsi qu'après le rejet de polluants dans l'atmosphère. Il est urgent d'empêcher les émissions provenant des sources principales de pollution de l'air susmentionnées.
[Cinq points de contrôle des émissions possibles de polluants atmosphériques]
Le contrôle des émissions peut être réalisé de différentes manières.
La figure 2.6 présente cinq possibilités de contrôle distinctes.
Celles-ci sont brièvement considérées ici comme suit:
1. Correction de la source:
Il s’agit de la solution la plus simple au problème de la pollution atmosphérique, qui consiste à mettre fin au processus de culpabilité. Par conséquent, cela s'appelle aussi la prévention. L'ingénieur doit envisager la possibilité de contrôler les émissions en modifiant le processus. Par exemple, s'il s'avère que les automobiles dégagent des niveaux élevés de plomb dans l'air, la solution la plus raisonnable consiste simplement à éliminer le plomb dans l'essence. La source a été corrigée et le problème résolu.
En plus d'un changement de matière première, une modification du processus peut également être utilisée pour obtenir le résultat souhaité. Par exemple, les incinérateurs d'ordures ménagères sont connus pour leur puanteur. Les odeurs peuvent souvent être facilement contrôlées si les incinérateurs sont exploités à une température suffisamment élevée pour oxyder complètement les matières organiques à l'origine de l'odeur. Des mesures telles que le changement de procédé, la conversion de matières premières ou la modification d’équipements pour répondre aux normes d’émission sont appelées contrôles.
En revanche, le terme "réduction" est utilisé pour désigner tous les dispositifs et méthodes permettant de réduire la quantité de polluants lixiviant dans l'atmosphère une fois que le contenu a déjà été émis par la source. Dans un sens plus large et pour plus de simplicité, il est préférable de faire référence à toutes les procédures en tant que contrôles.
2. Collecte de polluants:
Le problème le plus grave en matière de contrôle de la pollution atmosphérique est la collecte des polluants afin de fournir un traitement. Les automobiles sont les plus dangereuses, la seule parce que les émissions ne peuvent pas être facilement collectées. Si nous pouvions canaliser les gaz d'échappement des automobiles vers certaines installations centrales, leur traitement serait beaucoup plus raisonnable que le contrôle de chaque voiture.
Le recyclage des gaz de soufflage dans le moteur à combustion interne a été un succès dans la collecte des polluants. En rallumant ces gaz et en les émettant par le système d'échappement de la voiture, il n'est plus nécessaire d'installer un dispositif de traitement séparé pour la voiture. Les ingénieurs en contrôle de la pollution atmosphérique traversent une période difficile lorsque les polluants d’une industrie ne sont pas collectés, mais émis par les fenêtres, les portes, etc.
3. refroidissement:
Les gaz d'échappement à traiter sont parfois trop chauds pour l'équipement de contrôle et les gaz doivent d'abord être refroidis. Cela peut se faire de trois manières générales: les serpentins de dilution, de trempe ou d'échange de chaleur (Fig. 2.7). La dilution est acceptable uniquement si la quantité totale de gaz d'échappement chauds est faible. La trempe présente l’avantage supplémentaire d’éliminer certains de ces gaz et particules. Les serpentins de refroidissement sont peut-être les plus largement utilisés et sont particulièrement appropriés lorsque la chaleur peut être conservée.
4. traitement:
Le choix du bon dispositif de traitement nécessite l’adéquation des caractéristiques du polluant et des caractéristiques du dispositif de contrôle. Il est important de comprendre que la taille des polluants atmosphériques varie de plusieurs ordres de grandeur. Il n'est donc pas raisonnable de s'attendre à ce qu'un dispositif soit efficace pour tous les polluants.
De plus, les types de produits chimiques présents dans les émissions dicteront souvent l'utilisation de certains appareils. Par exemple, un gaz contenant une concentration élevée de SO2 pourrait être nettoyé par pulvérisation d’eau, mais le H2SO4 résultant pourrait présenter de graves problèmes de corrosion.
De nombreux appareils apparaissent sur le marché, les suivants sont les plus utilisés:
(a) Les chambres de vente ne sont rien d’autre que de grandes places dans les conduits de fumée, semblables aux réservoirs de décantation dans le traitement de l’eau. Ces chambres éliminent uniquement les grosses particules.
(b) Les cyclones sont largement utilisés pour éliminer les grosses particules. L'air sale est soufflé dans un cylindre conique, mais hors de la ligne médiane. Cela crée un violent tourbillon dans le cône et les solides lourds migrent vers la paroi du cylindre où ils ralentissent en raison du frottement et existent au bas du cône. L'air pur est au milieu du cylindre et sort par le haut. Les cyclones sont largement utilisés en tant que pré-nettoyeurs, pour éliminer les matériaux lourds avant un traitement ultérieur.
(c) Les filtres à manches fonctionnent comme les aspirateurs classiques. Les sacs en tissu servent à collecter la poussière qui doit être périodiquement secouée des sacs. Le tissu élimine presque toutes les particules. Les filtres à manches sont largement utilisés dans de nombreuses industries; mais sont sensibles aux températures élevées et à l'humidité.
(d) Les collecteurs humides se présentent sous différentes formes et styles. La simple tour de pulvérisation (Fig. 2.8) est une méthode efficace pour éliminer les grosses particules. Des épurateurs plus efficaces favorisent le contact entre l'air et l'eau par une action violente dans une section étroite dans laquelle l'eau est introduite. Généralement, plus la rencontre est violente, et donc plus les bulles de gaz ou les gouttelettes d'eau sont petites, plus le nettoyage est efficace.
e) Les précipitateurs électrostatiques sont largement utilisés dans les centrales électriques. Les particules sont éliminées en étant d'abord chargées d'électrons (en passant d'une électrode à haute tension à une autre, puis en migrant vers une électrode chargée positivement). Un type illustré à la Fig. 2.8 consiste en un tuyau avec un fil suspendu au centre. Les particules s'accumulent sur le tuyau et doivent être éliminées en frappant les tuyaux à l'aide de marteaux.Les précipitateurs électrostatiques ne comportent aucune pièce mobile, nécessitent de l'électricité et sont extrêmement efficaces pour éliminer les particules de moins d'un micron. Ils sont coûteux.
(g) L'adsorption est l'utilisation d'un matériau tel que le charbon actif pour capturer les polluants. La régénération de tels adsorbeurs peut être coûteuse. La plupart d'entre eux fonctionnent bien pour les produits organiques et ont une utilisation limitée pour les polluants inorganiques. La figure 2.9 illustre les étapes d’une tour d’adsorption.
h) L’incinération est une méthode permettant d’éliminer les polluants gazeux en les brûlant en C02, H20 et des inserts. Cela ne fonctionne que pour les vapeurs combustibles.
(i) La combustion catalytique implique l'utilisation d'un catalyseur pour adsorber ou modifier chimiquement les polluants.
Encore une fois, il est important de souligner la dépendance de l'efficacité d'un dispositif de traitement sur la taille des particules. La Fig. 2.10 montre les plages approximatives d'adaptabilité pour les différentes méthodes de traitement décrites ci-dessus.
5. Dispersion:
La science de la météorologie a une grande incidence sur la pollution de l'air. Un problème de pollution atmosphérique comprend trois parties. La source, le mouvement du polluant et le destinataire (Fig. 2.10). La concentration des polluants au niveau du récepteur dépend de la dispersion atmosphérique ou de la manière dont le polluant est dilué dans de l’air pur. Cette dispersion se fait aussi bien horizontalement que verticalement.
La rotation de la Terre présente de nouvelles zones dans lesquelles le soleil brille et réchauffe l’air. En conséquence, une configuration de vents est établie dans le monde entier, certains saisonniers (par exemple, les ouragans) et certains permanents. Les ingénieurs en pollution atmosphérique utilisent souvent une variation de la rose des vents (une rose des vents sont des images graphiques de la vitesse et de la direction du vent), appelée pollution, pour déterminer la source d'un polluant.
La diffusion est le processus consistant à répartir les émissions sur une grande surface et à réduire ainsi la concentration de polluants spécifiques. La propagation ou la dispersion du panache est horizontale aussi bien que verticale. La concentration maximale de polluants se situe dans l'axe du panache, c'est-à-dire dans la direction du vent dominant.
Au fur et à mesure que nous nous éloignons de la ligne médiane, la concentration diminue. Si nous supposons que la propagation d'un panache dans les deux sens est approchée par une courbe de probabilité gaussienne, nous pouvons calculer la concentration d'un polluant à toute distance X sous le vent de la source.
Les risques de pollution peuvent être prédits sur la base de données météorologiques et une alerte précoce pour les conditions de danger imminentes et des plans d'urgence peuvent être développés pour fermer les industries.
Contrôle des polluants provenant de sources en mouvement:
Bien que bon nombre des méthodes de contrôle susmentionnées puissent également s’appliquer aux sources en mouvement, une source en mouvement très spéciale, l’automobile, mérite une mention spéciale. Le fonctionnement du moteur a un effet direct sur les émissions. La quantité de CO, HC et NOx diffère pendant la marche au ralenti, l’accélération, la croisière et la décélération.
Les techniques de contrôle des émissions pour le moteur automobile à combustion interne comprennent les mises au point, les réacteurs catalytiques et les modifications du moteur. Une mise au point peut avoir un effet significatif sur les composants d'émission. Par exemple, un rapport air / carburant élevé (mélange pauvre) réduira à la fois les émissions de CO et de HC, mais avec une augmentation des NOx.
La deuxième stratégie de contrôle, maintenant largement utilisée, est le réacteur catalytique qui oxyde le CO et les HC en CO 2 et H 2 O. Le deuxième réacteur réduit les NOx en N 2 . Les réacteurs à catalyseur les plus populaires présentent deux graves inconvénients. Premièrement, ils sont facilement encrassés par le plomb. Enfait, le passage à l’essence sans plomb a été motivé par cette raison et non par le souci des niveaux de plomb dans l’atmosphère. Le deuxième problème des réacteurs est que les composés soufrés de l’essence sont oxydés en SO 3 sous forme de particules, ce qui augmente les niveaux de soufre dans l’environnement.
Dans la troisième technique de contrôle - modification du moteur, le moteur à charge stratifiée est utilisé sans réactions catalytiques. Dans ces moteurs, les cylindres ont deux compartiments, un compartiment recevant un mélange riche, s'enflammant puis fournissant une flamme large pour un dégagement efficace dans le compartiment du cylindre principal. D'autres modifications ont également été développées. Il est difficile de fabriquer un moteur à combustion interne totalement propre. Les voitures électriques sont propres mais elles ne peuvent stocker qu'une puissance limitée et leur autonomie est donc limitée.
Les méthodes générales de contrôle de la pollution de l’air par les automobiles et les industries ont été brièvement évoquées ci-dessus. Certaines mesures spécifiques visant à contrôler les polluants atmosphériques des véhicules et des industries sont indiquées ci-dessous.
Pollution véhiculaire:
1. Pour contrôler les émissions de polluants provenant des gaz d'échappement des véhicules:
Ceci peut être réalisé par:
(i) en utilisant une nouvelle proportion d'essence et d'air,
(ii) un calendrier plus précis d'alimentation en carburant,
(iii) Utilisation d'additifs gazeux pour améliorer la combustion,
(iv) En injectant de l’air dans les gaz d’échappement pour convertir les composés d’échappement en produits moins toxiques, et en
(v) Mise à jour de la conception du moteur et / ou installation d'un équipement de réduction (dispositif) afin d'améliorer la combustion avec la conception de moteur existante.
Le monoxyde de carbone provient de la faible teneur en air du mélange de carburant, alors que la production de NOx est favorisée par les températures de combustion élevées. Les hydrocarbures suivent plus ou moins le schéma du CO.
L'élimination complète de ces trois polluants peut être réalisée soit en actualisant la conception actuelle des moteurs (par exemple, les moteurs à quatre temps), soit en apportant les modifications appropriées aux dispositifs d'amélioration de la combustion.
2. Pour contrôler l’évaporation du réservoir de carburant et du carburateur:
Cela peut être fait par:
(i) Collecte des vapeurs avec du charbon actif lorsque le moteur est éteint et son allumage lors du démarrage du moteur,
(ii) Soumettre l’essence dans le réservoir à une légère pression pour empêcher le gaz de s’évaporer et
(iii) Développer une essence peu volatile qui ne s'évapore pas facilement.
3. Utilisation de filtres:
Certaines vapeurs de gaz s'échappent entre les parois et le piston qui pénètre dans le carter moteur puis se déversent dans l'atmosphère. Les hydrocarbures (environ 25%) sont libérés de cette manière. Ainsi, l'utilisation de filtres qui capturent et recyclent ces gaz évacués dans le moteur devrait permettre de contrôler les émissions de ces hydrocarbures.
4. Contrôle par la loi:
Celles-ci doivent être mises en application par la Loi sur les véhicules à moteur et d’autres lois sur la conception des moteurs, etc.
Pollution industrielle:
Pour contrôler la pollution de l'air par les déchets de cheminées d'installations industrielles, nous devons élaborer des mesures pour éliminer les particules et les polluants gazeux des déchets. L'élimination des particules implique leur collecte sous l'influence de différentes forces, les éloignant ainsi continuellement du flux de gaz.
Les équipements utilisés pour leur enlèvement sont:
(i) des collecteurs de cyclones, et
(ii) précipitateurs électrostatiques (ESP). Nous devons donc générer la technologie de contrôle. À l’heure actuelle, peu de centrales électriques et d’industries ont installé les ESP nécessaires.
1. Collecteurs Cyclone:
Ici, les gaz contenant des particules sont soumis à une centrifugation. Les particules en suspension se déplacent vers la paroi du corps du cyclone, puis vers son fond et se déchargent enfin. Les capteurs cycloniques éliminent environ 70% des particules.
2. Précipitateurs électrostatiques (ESP):
Pour éliminer les particules du flux gazeux, les forces électriques sont appliquées dans la chambre du précipitateur. Les particules en suspension se chargent ou s'ionisent et sont attirées par des électrodes chargées, puis éliminées. Les ESP peuvent éliminer 99% des polluants particulaires des gaz d'échappement de la cheminée
Les ESP fonctionnent très bien dans les centrales électriques, les papeteries, les cimenteries, les usines au bloc de carbone, etc. La poussière de haute résistivité peut rendre difficile la séparation dans un ESP. Pour y remédier, des filtres en tissu ou des filtres à manches sont utilisés. Cependant, les filtres en tissu ne conviennent pas aux particules humides ou collantes, aux conditions corrosives extrêmes et aux températures élevées des gaz.
Polluants gazeux:
Ceux-ci peuvent être supprimés par les trois méthodes suivantes.
a) Systèmes humides:
Ceux-ci sont utilisés comme tours de lavage dans lesquelles le fluide alcalin circule en continu. Ce liquide réagit avec le SO 2 pour produire un précipité.
b) Systèmes secs:
Ici, les gaz polluants sont autorisés à réagir avec un absorbant dans une phase sèche. La dolomite, la chaux (CaO) et le calcaire (CaOH) sont placés dans le passage du gaz (SO2). Le processus n'est pas très coûteux et n'implique aucune pulvérisation d'eau. L'eau en contact avec le SO2 produit du H 2 SO 4 corrosif.
c) Systèmes secs et humides:
Ici, l'eau dans l'absorbant réagit avec les composants acides. Ceci offre une alternative au procédé par voie humide traditionnel utilisé pour la désulfuration des gaz combustibles provenant de chaudières à charbon. L'hydroxyde de calcium absorbant est répandu dans le courant de gaz chaud sous forme de petites gouttelettes. Le calcium réagit avec le SO 2 et les gaz chauds provoquent l'évaporation simultanée de l'eau.
Le produit final est une poudre sèche contenant principalement des cendres volantes et des sels. Le charbon de bois peut également être utilisé comme absorbant. D'autres absorbeurs peuvent également être utilisés pour ramasser les alcools et les benzènes. Cette méthode est très efficace dans les usines de nettoyage à sec, les imprimeries, les usines de peinture, les usines de traitement des aliments, les brasseries et les industries pharmaceutiques. La combustion de gaz peut également être utilisée pour les industries pétrolières, etc.
Contrôle par la loi:
À l'instar des véhicules à moteur, les normes applicables aux industries doivent également être appliquées. Il y a d'autres conditions qui pourraient être imposées par la loi.
