Zanieczyszczenia powietrza: Czym są, dlaczego je usuwamy, gdzie można je znaleźć i jak się nimi zająć?

Zanieczyszczenia powietrza, które są również powszechnie określane jako Hazardous Air Pollutants, HAPs i toksyny powietrza są zanieczyszczeniami, o których wiadomo, że powodują poważne skutki zdrowotne lub niekorzystne skutki dla środowiska. Ustawa o czystym powietrzu wymaga od EPA regulacji toksycznych zanieczyszczeń powietrza z kategorii obiektów przemysłowych. Odbywa się to w dwóch fazach, z których pierwsza jest oparta na technologii, gdzie tworzone są standardy kontroli emisji toksycznych substancji do powietrza z przemysłu. Najwyższe z tych standardów określane są jako BACT (Best Available Control Technologies) i właśnie w tym zakresie GCES przoduje jako dostawca rozwiązań w zakresie kontroli zanieczyszczeń.

Z EPA koncentruje się na zmniejszeniu 187 toksycznych zanieczyszczeń powietrza od emitowania jest niekończąca się lista niebezpiecznych zanieczyszczeń powietrza mamy za zadanie abating dla naszych klientów, środowiska i przyszłości. W naszej serii o zanieczyszczeniach powietrza sprawdzimy, czym są zanieczyszczenia powietrza, dlaczego je usuwamy, gdzie można je znaleźć i jak są niszczone.

Część 1 Zwalczanie niebezpiecznych zanieczyszczeń powietrza: BTEX

BTEX: BTEX jest akronimem oznaczającym Benzen, Toluen, Etylobenzen i Ksyleny. Związki te są lotnymi związkami organicznymi (VOCs), które znajdują się w ropie naftowej i produktach naftowych, takich jak benzyna. Rozłóżmy każdy z tych lotnych związków organicznych i zbadajmy, dlaczego je usuwamy.

Co to jest benzen? Benzen, C6H6, jest uważany za jeden z elementarnych związków petrochemicznych, którego cząsteczka składa się z sześciu atomów węgla i jednego atomu wodoru. Ponieważ jego zawartość stanowią tylko atomy węgla i wodoru, jest on zaliczany do węglowodorów. Benzen jest bezbarwny i wysoce łatwopalny o słodkim zapachu.

Gdzie występuje benzen? Podstawowe zastosowania benzenu to produkcja innych substancji chemicznych, w tym etylobenzenu, kumenu, cykloheksanu, nitrobenzenu i alkilobenzenu, przy czym etylobenzen jest najbardziej rozpowszechniony. Etylobenzen jest używany do produkcji polimerów i tworzyw sztucznych, takich jak polistyren i EPS. Benzen można również znaleźć w fenolu, acetonach do żywic i klejów, nylonie, gumach, smarach, barwnikach, detergentach, lekach, materiałach wybuchowych i pestycydach. Z wszystkich tych zastosowań musimy dalej badać potrzebę abatement.

Dlaczego abatement Benzen? Niszczymy benzen przed wydaleniem go do powietrza, ponieważ pomimo wielu zastosowań jest on czynnikiem rakotwórczym dla człowieka. Czynniki rakotwórcze są zdefiniowane jako każda substancja, która jest czynnikiem bezpośrednio zaangażowanym w powodowanie raka. Benzen został również powiązany z niewydolnością szpiku kostnego, anemią aplastyczną, ostrą białaczką, zespołem mielodysplastycznym, ostrą białaczką limfoblastyczną i przewlekłą białaczką szpikową. W 1948 r. American Petroleum Institute stwierdził, że „ogólnie uważa się, że jedynym absolutnie bezpiecznym stężeniem benzenu jest zero”. Ponieważ benzen znajduje się w benzynie i paliwach węglowodorowych, które są w użyciu praktycznie wszędzie, narażenie na jego działanie stało się globalnym problemem zdrowotnym i w GCES jesteśmy zobowiązani do bycia częścią rozwiązania.

Również w BTEX jest Toluen. Toluen, znany również jako Toluol, jest lotnym związkiem organicznym należącym do kategorii węglowodorów aromatycznych.

Co to jest Toluen? Toluen, CH3, jest nierozpuszczalną w wodzie cieczą, która jest bezbarwna i ma zapach, który kojarzy się z zapachem rozcieńczalnika do farb. Jest to jednopodstawiona pochodna benzenu, której sprzedaż na całym świecie wynosi ponad 25 miliardów dolarów amerykańskich.

Gdzie występuje toluen? Szeroko stosowany jako surowiec przemysłowy, a także jako rozpuszczalnik Toluen jest wysoce łatwopalną substancją chemiczną. Toluen występuje naturalnie na niskim poziomie w ropie naftowej i jest produktem ubocznym przy produkcji benzyny, jak również przy produkcji koksu z węgla. Oczyszczanie odbywa się podczas ostatecznego oddzielenia w procesie destylacji lub ekstrakcji rozpuszczalnikowej, stosowanym w przypadku związków aromatycznych BTEX. Toluen, który jest stosowany w produkcji pianki poliuretanowej, trinitrontoluenu aka TNT i wielu leków syntetycznych, jest surowcem dla diizocyjanianu toluenu i prekursorem innych chemikaliów. Stosowany również jako rozpuszczalnik do farb, rozcieńczalników do farb, uszczelniaczy silikonowych, gumy, farb drukarskich, klejów, lakierów, garbników do skór i środków dezynfekujących. Jako paliwo Toluen jest stosowany jako środek zwiększający liczbę oktanową w benzynie do silników spalinowych, jako paliwo do silników dwusuwowych i czterosuwowych, w mieszankach surogatów paliwa lotniczego i być może najbardziej znany w samochodach Formuły 1 Hondy. Alternatywne zastosowania obejmują od rozbijania czerwonych krwinek otwartych w celu wyodrębnienia hemoglobiny w eksperymentach biochemicznych i jako cement w zestawach styropianowych, ponieważ może być stosowany z precyzją przez pędzel bez masy klejów, aby wymienić tylko kilka.

Dlaczego ograniczamy Toluen? Wdychany Toluen powoduje zmęczenie, osłabienie, dezorientację, utratę pamięci, utratę apetytu, mdłości, utratę słuchu, utratę wzroku, w tym utratę koloru oraz zachowania i działania podobne do pijanych. Po zatrzymaniu ekspozycji objawy te często znikają, chociaż wysokie poziomy inhalacji powodują światłowstręt, mdłości, senność, utratę przytomności, a nawet śmierć. Narażenie może być rekreacyjne jako inhalant i wiadomo, że powoduje poważne szkody neurologiczne i od 2007 r. był nielegalny do użytku, posiadania i dystrybucji w 24 stanach dla takich zastosowań. W przeciwieństwie do podobnych lotnych związków organicznych, takich jak benzen, EPA stwierdza, że rakotwórczy potencjał toluenu nie może być oceniony z powodu niewystarczających informacji.

Etylobenzen, trzecia część BTEX, jest również znany jako fenyloetan i metylotoluen. Jest to wysoce łatwopalna ciecz, która jest bezbarwna i ma zapach przypominający benzynę, który jest często opisywany jako lekko słodki.

Gdzie występuje etylobenzen? Etylobenzen, ważny składnik przemysłu petrochemicznego, jest półproduktem w produkcji styrenu, jednego z najbardziej rozpowszechnionych tworzyw sztucznych. Chociaż 99% etylobenzenu jest wykorzystywane w produkcji tworzyw sztucznych, istnieją inne zastosowania tego monocyklicznego węglowodoru aromatycznego C6H5CH2CH3, w tym paliwo, rozpuszczalnik w tuszu, kleju do gumy, lakierze i farbach. Inne zastosowania obejmują jako środek przeciwstukowy w benzynie w celu zmniejszenia stukania silnika i zwiększenia liczby oktanowej.

Dlaczego abate Ethylbenzene? Aby odpowiedzieć na to pytanie, musimy spojrzeć zarówno na skutki dla zdrowia ludzkiego, jak i dla środowiska. Zacznijmy od zdrowia ludzkiego, a skończmy na ochronie środowiska, gdzie eksperci firmy GCES opracowali odpowiednie rozwiązania. Podczas gdy długotrwałe narażenie nie powinno mieć negatywnego wpływu, amerykańska Administracja Bezpieczeństwa i Zdrowia w Pracy (OSHA) ogranicza narażenie pracowników do średnio 100 ppm w ciągu 8-godzinnego dnia pracy przy 40-godzinnym tygodniu pracy. Międzynarodowa Agencja Badań nad Rakiem sklasyfikowała etylobenzen jako możliwy czynnik rakotwórczy. Niektóre badania wykazały, że narażenie na etylobenzen u szczurów i myszy spowodowało zwiększoną częstość występowania nowotworów. Krótkotrwałe skutki u ludzi obejmują wrażliwość gardła i oczu, a także zawroty głowy.

W środowisku Etylobenzen może łatwo przemieszczać się z wody do gleby i jest najczęściej spotykany w postaci oparów w powietrzu. Często uwalniany do powietrza poprzez spalanie węgla, gazu i ropy naftowej, Etylobenzen reaguje na światło słoneczne i pomaga w produkcji smogu. Ponieważ nie wiąże się chętnie z glebą, szybko przenosi się do wód gruntowych i często można go znaleźć w zbiornikach wodnych znajdujących się w pobliżu składowisk odpadów lub podziemnych zbiorników paliwa, które okazały się nieszczelne, oraz na wysypiskach śmieci.

Czym jest ksylen? Być może najbezpieczniejszy z czterech części BTEX, ksylen jest substancją petrochemiczną produkowaną w procesie reformingu katalitycznego oraz karbonizacji węgla podczas produkcji paliwa, a konkretnie paliwa koksowego. Występujący w niewielkich ilościach w benzynie i paliwach lotniczych, ksylen jest produkowany w ilości kilku milionów ton rocznie, przy czym największe zakłady produkcyjne znajdują się w Singapurze.

Gdzie występuje ksylen? Ksylen jest głównym dostawcą kwasu tereftalowego i tereftalanu dimetylu, które są monomerami stosowanymi w produkcji butelek plastikowych z politereftalanu etylenu i odzieży z poliestru. 98% produkcji ksylenu przeznacza się na wyżej wymienione produkty, ale ma on również inne zastosowania, w tym jako rozpuszczalnik w przemyśle drukarskim, gumowym i skórzanym. Często jest składnikiem tuszu, gumy, klejów, rozcieńczalników do farb, lakierów, środkiem czyszczącym, a nawet środkiem stosowanym w leczeniu kanałowym w stomatologii lub aktywnym składnikiem produktów używanych do czyszczenia woskowiny usznej – zastosowania ksylenu są bardzo szerokie. Historycznie ksylen był wykorzystywany jako prekursor chemiczny w gazie łzawiącym używanym podczas I wojny światowej.

Dlaczego ksylen jest ograniczany? Podczas gdy ksylen ma ostrą toksyczność, jednym z jego bardziej niepokojących czynników jest to, że jest wysoce łatwopalny. Głównym skutkiem fizycznym narażenia na opary ksylenu jest jego wpływ na centralny układ nerwowy. Krótkotrwałe objawy obejmują bóle i zawroty głowy, nudności, wymioty, osłabienie, drażliwość i skrócenie czasu reakcji. Narażenie na niskie stężenie jest odwracalne i nie wiadomo, czy powoduje trwałe uszkodzenia. Jednak długotrwałe narażenie na niskie stężenie ksylenu prowadziło do zmniejszenia równowagi, koordynacji i czasu reakcji. Długotrwałe narażenie może również prowadzić do bólów głowy, drażliwości, bezsenności, pobudzenia, depresji, zmęczenia, zaburzeń koncentracji, drżenia, a nawet utraty pamięci krótkotrwałej. Wiadomo również, że działa on na skórę jako środek drażniący, który pozbawia skórę olejków, dlatego zaleca się, aby osoby narażone na działanie ksylenu w miejscu pracy nosiły oprócz masek również rękawice. Kiedy ksylen przedostaje się do środowiska, zazwyczaj poprzez parowanie, które często przenika do gleby, wód powierzchniowych i gruntowych.

Jak Gulf Coast Environmental Systems usuwa BTEX? Ponieważ struktura związków BTEX to tylko atomy węgla i wodoru, prosta reakcja spalania spowoduje redukcję związków BTEX. Podstawową metodą zalecaną przez GCES do redukcji BTEX jest termiczne utlenianie. Jeśli wymagana jest wyższa skuteczność niszczenia i niższe koszty eksploatacji, można zastosować regeneracyjne utlenianie termiczne. Dodatkowe opcje mogą obejmować system skruberów.

TEORIA DZIAŁANIA

Otlenianie termiczne

Metoda redukcji lotnych związków organicznych (VOC) w utleniaczu termicznym obraca się wokół destrukcji termicznej. Proces chemiczny utleniania termicznego jest dość prosty; temperatura strumienia spalin jest podnoszona do punktu, w którym wiązania chemiczne, które utrzymują cząsteczki razem, są łamane. LZO w strumieniu spalin procesowych są przekształcane w różne kombinacje dwutlenku węgla (CO2), wody (H2O) i energii cieplnej przez wysoką temperaturę komory spalania. Standardowy utleniacz termiczny z bezpośrednim ogniem jest skuteczny w scenariuszach o wysokiej skuteczności niszczenia.

W sytuacjach wymagających niższej skuteczności niszczenia i niższych kosztów posiadania, regeneracyjne utlenianie termiczne może być również wyborem do ograniczania emisji. W tej sytuacji metodą niszczenia jest nadal utlenianie termiczne, ale z regeneracyjnym utleniaczem termicznym (RTO) dwa kanistry odzysku energii są włączone do systemu, które są używane jako obudowy dla ceramicznych nośników odzysku ciepła. Ceramiczne nośniki odzysku ciepła działają jako wymiennik ciepła dla systemu. Oba kanistry działają na zasadzie absorpcji „swing bed”: jest to zasada transferu przez dwa złoża poprzez zastosowanie odwrócenia przepływu. W zastosowaniu tej zasady z kamionką ceramiczną, proces nazywa się regeneracją.

Dodatkowe artykuły w serii GCES „Abating Hazardous Air Pollutants” obejmują:

Część 1: BTEX jest akronimem oznaczającym Benzen, Toluen, Etylobenzen i Ksyleny.

Część 2: Zwalczanie chloru

Część 3: NOx to rodzina związków chemicznych zanieczyszczających powietrze, tlenków azotu.

Część 4: Ołów jest również znany (błędnie) jako rtęć, ponieważ często występują one razem

Część 5: Przemysłowe płuczki powietrza do oczyszczania amoniaku

Część 6: SOx – związki cząsteczek siarki i tlenu, w tym tlenek siarki, dwutlenek siarki i trójtlenek siarki

Część 7: Węglowodory – metan, etan, propan, butan, pentan, heksan

Część 8: Methyl Mercaptan – Merkaptan metylu, znany również jako metanetiol

Część 9: H2S – Silnie żrący siarkowodór

Część 10: Siarczek dimetylu – metylotiometan

Część 11: Kwas siarkowy – H2SO4

Część 12: Tlenek etylenu – EtO

Część 13: PFAS jako pojawiające się zanieczyszczenia