Légszennyező anyagok: Mik ezek, miért csökkentjük őket, hol találhatók és hogyan kezeljük őket?

A légszennyező anyagok, amelyeket általában veszélyes légszennyező anyagoknak, HAP-oknak és légtoxikus anyagoknak is neveznek, azok a szennyező anyagok, amelyekről ismert, hogy súlyos egészségügyi hatásokat vagy káros környezeti hatásokat okoznak. A tiszta levegőről szóló törvény előírja az EPA számára, hogy szabályozza az ipari létesítmények kategóriáiból származó toxikus légszennyező anyagokat. Ez két szakaszban történik, az első a technológiai alapú, ahol az iparból származó légtoxikus anyagok kibocsátásának ellenőrzésére vonatkozó szabványokat hoznak létre. Ezeknek a szabványoknak a csúcsát BACT-nek (Best Available Control Technologies) nevezik, és ez az a terület, ahol a GCES a szennyezéscsökkentési megoldások szolgáltatójaként kiemelkedik.

Mivel az EPA a 187 mérgező légszennyező anyag kibocsátásának csökkentésére összpontosít, a veszélyes légszennyező anyagok soha véget nem érő listája van, amelyek csökkentésével megbíznak minket ügyfeleink, a környezet és a jövő érdekében. A légszennyező anyagokról szóló sorozatunkban áttekintjük, hogy mik azok a légszennyező anyagok, miért szüntetjük meg őket, hol találhatók és hogyan semmisítjük meg őket.

A veszélyes légszennyező anyagok felszámolása 1. része: BTEX

BTEX: A BTEX a benzol, toluol, etilbenzol és xilol rövidítése. Ezek a vegyületek olyan illékony szerves vegyületek (VOC), amelyek a kőolajban és a kőolajtermékekben, például a benzinben találhatók. Bontsuk le ezeket a VOC-kat, és vizsgáljuk meg, hogy miért csökkentjük őket.

Mi a benzol? A benzol, C6H6, az egyik elemi petrolkémiai vegyületnek tekinthető, amelynek molekulakombinációja hat szénatomból és egy hidrogénatomból áll. Mivel tartalma csak szén- és hidrogénatomokból áll, a szénhidrogének közé sorolják. A benzol színtelen és könnyen gyúlékony, édes szagú.

Hol található a benzol? A benzolt elsősorban más vegyi anyagok, többek között etilbenzol, kumén, ciklohexán, nitrobenzol és alkilbenzol előállítására használják, amelyek közül az etilbenzol a leggyakoribb. Az etilbenzolt polimerek és műanyagok, például polisztirol és EPS előállítására használják. A benzol megtalálható továbbá a fenolban, a gyantákhoz és ragasztókhoz használt acetonokban, a nejlonban, a gumiban, a kenőanyagokban, a festékekben, a mosószerekben, a gyógyszerekben, a robbanóanyagokban és a peszticidekben. Mindezen felhasználási módok miatt tovább kell vizsgálnunk a csökkentés szükségességét.

Miért csökkentjük a benzolt? A benzolt azért semmisítjük meg, mielőtt a levegőbe kerülne, mert számos felhasználása ellenére emberi rákkeltő. Rákkeltő anyagnak minősül minden olyan anyag, amely közvetlenül részt vesz a rákkeltésben. A benzolt összefüggésbe hozták a csontvelő-elégtelenséggel, az aplasztikus anémiával, az akut leukémiával, a myelodysplasticus szindrómával, az akut lymphoblastos leukémiával és a krónikus myeloid leukémiával is. Az American Petroleum Institute 1948-ban kijelentette, hogy “általánosságban úgy tekintik, hogy a benzol egyetlen abszolút biztonságos koncentrációja a nulla”. Mivel a benzol gyakorlatilag mindenhol használatos benzinben és szénhidrogén üzemanyagokban található, a benzolnak való kitettség globális egészségügyi problémává vált, és a GCES-nél elkötelezettek vagyunk amellett, hogy a megoldás részesei legyünk.

A BTEX-ek között található a toluol is. A toluol, más néven toluol egy VOC, amely az aromás szénhidrogének kategóriájába tartozik.

Mi a toluol? A toluol, CH3, egy vízben nem oldódó folyadék, amely színtelen és szaga a festékhígítóéhoz hasonló. A benzol monoszubsztituált származéka, amelynek világméretű forgalma meghaladja a 25 milliárd amerikai dollárt.

Hol található a toluol? Az ipari alapanyagként és oldószerként is széles körben használt toluol erősen tűzveszélyes vegyi anyag. A toluol a természetben kis mennyiségben megtalálható a nyersolajban, és melléktermékként keletkezik a benzingyártás, valamint a szénből történő kokszgyártás során. A tisztítás a végső szétválasztás során történik bármely desztillációs vagy oldószeres extrakciós eljárással, amelyet a BTEX aromás anyagok esetében használnak. A poliuretánhab, a trinitrontoluol, más néven TNT és számos szintetikus gyógyszer gyártásához használt toluol a toluol-diizocianát alapanyaga és más vegyi anyagok előanyaga. Használják továbbá oldószerként festékek, festékhígítók, szilikon tömítőanyagok, gumi, nyomdafesték, ragasztók, ragasztók, lakkok, bőrcserzőszerek és fertőtlenítőszerek készítéséhez. A toluol üzemanyagként a belsőégésű motorok benzinjében oktánszám-növelőként, két- és négyütemű motorok üzemanyagaként, sugárhajtóművek üzemanyagpótló keverékeiben és talán a legismertebb a Honda Formula-1-es autóiban. Az alternatív alkalmazások közé tartozik a vörösvértestek feltörése a biokémiai kísérletek során a hemoglobin kinyerése érdekében, valamint a polisztirol készletek cementjeként, mivel ecsettel, a ragasztók tömege nélkül, precízen felhordható, hogy csak néhányat említsünk.

Miért csökkentjük a toluol mennyiségét? Belélegezve a toluol fáradtságot, gyengeséget, zavartságot, memóriavesztést, étvágytalanságot, hányingert, halláskárosodást, látásromlást, beleértve a színlátást is, valamint részegséghez hasonló viselkedést és cselekvést okoz. Az expozíció abbahagyásával ezek a tünetek gyakran megszűnnek, bár a nagy mennyiségű belégzés szédülést, hányingert, álmosságot, eszméletvesztést és akár halált is okozhat. Az inhalálószerként történő expozíció rekreációs célú lehet, és ismert, hogy súlyos neurológiai károkat okoz, és 2007-ben 24 államban illegális volt a használata, birtoklása és terjesztése ilyen célokra. A hasonló VOC-októl, például a benzoltól eltérően az EPA szerint a toluol rákkeltő potenciálját nem lehet értékelni, mivel nincs elegendő információ.

A BTEX harmadik része, az etilbenzol feniletán és metil-toluol néven is ismert. Ez egy erősen tűzveszélyes folyadék, amely színtelen és benzinszerű szaga van, amelyet gyakran enyhén édesnek írnak le.

Hol található etilbenzol? A petrolkémiai ipar fontos összetevője, az etilbenzol az egyik leggyakoribb műanyag, a sztirol előállításának köztes terméke. Bár az etilbenzol 99%-át a műanyagok előállításához használják fel, a monociklusos aromás szénhidrogénnek, C6H5CH2CH3-nak más felhasználási területei is vannak, többek között üzemanyag, oldószer tintában, gumiragasztóban, lakkban és festékekben. Egyéb felhasználási területei közé tartozik a benzin kopogásgátlóként való felhasználása a motor kopogásának csökkentésére és az oktánszám növelésére.

Miért csökkentjük az etilbenzolt? A kérdés megválaszolásához mind az emberi egészségre, mind a környezetre gyakorolt hatásokat meg kell vizsgálnunk. Kezdjük az emberi egészséggel, és fejezzük be a környezetvédelemmel, amelyre a GCES szakértői mérnöki megoldásokat dolgoztak ki. Bár a hosszú távú expozíció várhatóan nem jár káros hatással, az amerikai Foglalkozásbiztonsági és Egészségügyi Hivatal (OSHA) a munkavállalók expozícióját átlagosan 100 ppm-re korlátozza egy 8 órás munkanapon, 40 órás munkahét esetén. A Nemzetközi Rákkutató Ügynökség az etilbenzolt lehetséges rákkeltő anyagnak minősítette. Egyes vizsgálatok azt találták, hogy az etilbenzolnak való kitettség patkányoknál és egereknél a daganatok fokozott előfordulását eredményezte. Az emberekre gyakorolt rövid távú hatások közé tartozik a torok és a szem érzékenysége, valamint a szédülés.

A környezetben az etilbenzol könnyen átkerül a vízből a talajba, és leginkább gőz formájában található meg a levegőben. A szén, gáz és olaj égetése során gyakran kerül a levegőbe, az etilbenzol reagál a napfénnyel és segíti a szmog keletkezését. Mivel nem szívesen kötődik a talajhoz, gyorsan a talajvízbe kerül, és gyakran megtalálható olyan vízkutakban, amelyek hulladéklerakók vagy szivárgást mutató földalatti üzemanyag-tároló tartályok és hulladéklerakók közelében vannak.

Mi a xilol? A BTEX négy része közül talán a legbiztonságosabb, a xilol egy petrolkémiai anyag, amelyet katalitikus reformálással, valamint szénszénezéssel állítanak elő az üzemanyag, különösen a kokszüzemanyag gyártása során. Kis mennyiségben megtalálható a benzinben és a repülőgép-üzemanyagokban, a xilolt évente több millió tonna mennyiségben állítják elő, a legnagyobb gyártóüzemek Szingapúrban vannak.

Hol található a xilol? A xilol a fő szállítója a tereftálsavnak és a dimetil tereftalátnak, amelyek mindkettő monomerek, amelyeket a polietilén-tereftalát műanyag palackok és a poliészter ruházat előállításához használnak. A xilol gyártásának 98%-a az előbb említett termékek előállítására szolgál, de egyéb felhasználási területei közé tartozik az oldószer a nyomdaiparban, a gumiiparban és a bőrgyártásban. A xilol felhasználása széleskörű, gyakran a tinta, a gumi, a ragasztók, a festékhígítók, a lakkok összetevőjeként, tisztítószerként, sőt a fogászatban gyökérkezelésként vagy a fülzsír tisztítására használt termékek aktív összetevőjeként. Történelmileg a xilolt az I. világháborúban használt könnygáz kémiai vegyületének előanyagaként használták.

Miért csökkentik a xilolt? Bár a xilol akut toxicitással rendelkezik, az egyik legaggasztóbb tényezője, hogy rendkívül gyúlékony. A xiléngőznek való kitettség fő fizikai hatása a központi idegrendszerre gyakorolt hatása. A rövid távú tünetek közé tartozik a fejfájás, szédülés, hányinger, hányás, gyengeség, ingerlékenység és a reakcióidő csökkenése. Az alacsony koncentrációjú expozíció visszafordítható, és nem ismert, hogy maradandó károsodást okozna. Az alacsony szintű xilolnak való hosszú távú expozíció azonban az egyensúly, a koordináció és a reakcióidő csökkenéséhez vezetett. A hosszú távú expozíció fejfájáshoz, ingerlékenységhez, álmatlansághoz, nyugtalansághoz, depresszióhoz, fáradtsághoz, koncentrációzavarhoz, remegéshez és akár rövid távú memóriavesztéshez is vezethet. Ismert, hogy a bőrre is hatással van, mivel irritáló hatású, amely megfosztja a bőrt az olajoktól, ezért ajánlott, hogy a Xilolnak való munkahelyi expozícióval szembesülő személyek a maszk mellett kesztyűt is viseljenek. Amikor a xilol a környezetbe kerül, az általában párolgás útján történik, amely gyakran szivárog a talajba, a felszíni vizekbe és a talajvízbe.

Hogyan csökkenti a Gulf Coast Environmental Systems a BTEX-et? Mivel a BTEX-vegyületek szerkezete csak szén- és hidrogénatomokból áll, egyszerű égési reakcióval lehet a BTEX-vegyületeket eltávolítani. A termikus oxidáció az elsődleges módszer, amelyet a GCES a BTEX-ek eltávolítására ajánl. Ha nagyobb hatékonyságú megsemmisítésre és alacsonyabb üzemeltetési költségre van szükség, akkor a regeneratív termikus oxidáció is megfelelő választás lehet. További lehetőség lehet a mosórendszer.

MŰKÖDÉSI ELMÉLET

Thermikus oxidáció

A termikus oxidáló berendezésben az illékony szerves vegyületek (VOC) csökkentésének módszere a termikus megsemmisítés körül forog. A termikus oxidáció kémiai folyamata meglehetősen egyszerű; a kipufogógázáram hőmérsékletét olyan szintre emelik, hogy a molekulákat összetartó kémiai kötések felbomlanak. A technológiai kipufogógázáramban lévő VOC-ok az égőkamra magas hőmérsékletének hatására szén-dioxid (CO2), víz (H2O) és hőenergia különböző kombinációivá alakulnak át. A szabványos, közvetlen tüzelésű termikus oxidáló berendezés hatékony a nagymértékű megsemmisítési forgatókönyvekben.

Az alacsonyabb megsemmisítési hatékonyságot és alacsonyabb üzemeltetési költségeket igénylő helyzetekben a regeneratív termikus oxidáció is választás lehet a csökkentésre. Ebben a helyzetben a megsemmisítési módszer továbbra is a termikus oxidáció, de a regeneratív termikus oxidáló berendezés (RTO) esetében a rendszerben két energia-visszanyerő tartály található, amelyek a kerámia hővisszanyerő közegek házaként szolgálnak. A kerámia hővisszanyerő közeg a rendszer hőcserélőjeként működik. A két tartály a “swing bed” abszorpciós elv alapján működik: ez a két ágyon keresztül történő átvitel elve az áramlás megfordításával. Ennek az elvnek a kerámia kőanyagokkal való alkalmazásakor a folyamatot regenerálásnak nevezik.

A GCES “Veszélyes légszennyező anyagok eltávolítása” című sorozatának további cikkei:

1. rész: A BTEX egy rövidítés, amely a benzol, toluol, etilbenzol és xilolok rövidítése.

2. rész: Klórcsökkentés

3. rész: Az NOx a légszennyező kémiai vegyületek családját, a nitrogén-oxidokat jelenti.

4. rész: Az ólmot (tévesen) higanyként is ismerik, mert gyakran együtt fordulnak elő

5. rész: Ipari légmosók az ammónia kezelésére

6. rész: SOx, a kén és oxigén molekulák vegyületei, beleértve a kén-monoxidot, kén-dioxidot és kén-trioxidot

Part 7: Szénhidrogének – metán, etán, propán, bután, pentán, hexán

Part 8: Metil-merkaptán – Metil-merkaptán, más néven metanetil

9. rész: H2S – Erősen maró hidrogén-szulfid

10. rész: Dimetilszulfid – metiltiometán

11. rész: Kénsav – H2SO4

12. rész: Etilén-oxid – EtO

13. rész: A PFAS-ok mint újonnan megjelenő szennyező anyagok