OCHRANA OVZDUŠÍ

1. Základní pojmy

Ovzduším se obecně rozumí zemská atmosféra, vzdušný obal zeměkoule. Celkové množství vzduchu v atmosféře je 5,3.10¹⁸ kg. Hustota vzduchu se vzdáleností od zemského povrchu klesá, ve vrstvě do výše 48 km je obsaženo cca 99,9% celkového množství.

Složení vzduchu nelze považovat za stálé, poněvadž se vlivem lidské činnosti a přírodních pochodů neustále mění. Prakticky stálé zůstávají jen koncentrace dvou hlavních složek - kyslíku a dusíku a koncentrace vzácných plynů. Koncentrace všech ostatních přítomných látek včetně tuhých příměsí jsou pak závislé ne momentální produkci antropogenních i přírodních zdrojů a na fyzikálních podmínkách, zejména teplotě a proudění.

Pro vypouštění nebo vnášení do atmosféry (emisi) látek znečišťujících ovzduší se používá pojem znečišťování ovzduší. Stav, který je důsledkem tohoto děje, nazýváme znečištěním ovzduší, které lze chápat jako přítomnost (imisi) těchto látek v ovzduší v takové míře a době trvání, při nichž mohou nepříznivě ovlivňovat životní prostředí.

V obecném slova smyslu se do pojmu znečišťování ovzduší zahrnuje celá řada činností zamořujících zemskou atmosféru, od vypouštění hmotných látek přes emise škodlivého elektromagnetického záření až po hluk, teplo a další.

V užším slova smyslu, souhlasně s pojetím obvyklým u nás se znečišťováním ovzduší rozumí vypouštění hmotných látek tuhého, kapalného nebo plynného skupenství do ovzduší, které buď přímo nebo po chemických změnách v atmosféře, případně na základě spolupůsobení s jinou látkou negativně ovlivňují životní prostředí.

Znečišťování ovzduší můžeme rozdělit na primární a sekundární. Primárním znečištěním rozumíme emise při vstupu do atmosféry, sekundárním znečištěním produkty chemických změn, jimž podléhá většina škodlivin během setrvání v atmosféře.

2. Legislativa ochrany ovzduší

Základním zákonem, zabezpečujícím ochranu ovzduší v ČR, je Zákon 86/2002 a jeho novela č. 92/2004, kterými se mění a doplňuje první „porevoluční“ zák. č. 309/91. Jejich účelem je ochrana venkovního ovzduší před vnášením znečišťujících látek, omezování příčin a následků znečišťování ovzduší a zlepšování kvality ovzduší. Tento zákon specifikuje povinnosti investorů, projektantů a provozovatelů velkých, středních, malých a mobilních zdrojů znečištění, vymezuje kompetence orgánů činných v ochraně ovzduší, definuje způsob hodnocení znečišťování ovzduší a určuje úplaty a sankce za znečišťování. Jako míra povoleného znečišťování ovzduší se považuje emisní limit, u znečištění imisní nebo depoziční limit.

Emisní limit je nejvyšší přípustné množství znečišťující látky vypouštěné do ovzduší ze zdroje znečišťování, vyjádřené jako koncentrace znečišťující látky v odpadních plynech, hmotnostní tok této látky, hmotnostní množství této látky vztažené na jednotku produkce nebo stupeň znečišťování ovzduší tímto zdrojem způsobovaný (tmavost kouře).

Jako imisní limit se označuje nejvýše přípustná hmotnostní koncentrace znečišťující látky obsažená v ovzduší.

Depoziční limit je nejvýše přípustné množství znečišťující látky usazené po dopadu na jednotku plochy zemského povrchu za jednotku času. Úplatu za znečišťování ovzduší tvoří základní sazba a přirážka, která se platí při překročení emisního limitu.

Divize ochrany ovzduší České inspekce životního prostředí ČIŽP (dále jen inspekce) je zřízena jako výkonný odborný a kontrolní orgán ministerstva. Hlavní oblast její působnosti je dohled a kontrola zdrojů znečištění. Inspekce m.j. kontroluje: - dodržování emisních limitů u velkých a středních zdrojů znečišťování včetně tmavosti kouře - řádné vedení provozní evidence u zdrojů znečišťování a správnost evidovaných údajů - dodržování regulačních řádů pro provoz zdrojů znečišťování Inspekce dále: - rozhoduje o výši poplatků za znečišťování ovzduší u velkých zdrojů - schvaluje užívání nových technologií, výrobků a zařízení sloužících k ochraně ovzduší, včetně technických podmínek provozu a návrhů provozních předpisů výrobce - ukládá provozovatelům velkých a středních zdrojů znečišťování, kteří neplní povinnosti při ochraně ovzduší, opatření ke zjednání nápravy, včetně zastavení nebo omezení provozu zdroje znečišťování - ukládá provozovatelům velkých a středních zdrojů znečišťování a výrobcům nebo dovozcům mobilních zdrojů pokuty za porušení stanovených povinností - stanoví emisní limity pro stávající velké a střední zdroje znečišťování a dobu, během které musí být dosažena hodnota emisního limitu stanoveného pro nové zdroje znečišťování - uděluje oprávnění právnickým i fyzickým osobám k provádění autorizovaného měření emisí a imisí a kontroluje správnost jejich výsledků

Obec a orgány obce řeší lokální záležitosti ve vztahu k ochraně ovzduší. Jedná se mimo jiné o - vytváření územních zón s omezeným provozem zdrojů znečišťování - kontrolu dodržování povinností provozovatelů malých zdrojů znečišťování - kontrolu vypouštění tmavého kouře - ukládání pokut za nedodržování podmínek vyplývajících ze smogového regulačního systému a provozovatelům velkých a středních zdrojů znečišťování za překročení limitu pro tmavost kouře - rozhodují o poplatcích za malé zdroje znečišťování

Roční výše poplatků pro velké a střední zdroje se určuje z hmotnostní roční bilance jednotlivých vypouštěných látek podle následujících sazeb:

1. Hlavní zpoplatněné znečišťující látky:

2. Ostatní zpoplatněné znečišťující látky:

V I. třídě se nacházejí zvláště nebezpečné látky jako azbest, benzen, berylium a jeho sloučeniny vyjádřené jako Be

Ve II. třídě jsou zařazeny nebezpečné látky vyjádřené jako fluor, chlor, brom (jejich a anorganické i organické sloučeniny), sulfan, sirouhlík.

Pro hořící nebo zapařené části uhelných dolů, lomů nebo skládek a výsypek se stanoví součinem sazby a plochy (vážený roční průměr).

K vyjádření míry znečišťování ovzduší a určování emisních limitů se používají tyto veličiny:

- hmotnostní koncentrace emisí je hmotnost znečišťující látky na jednotku objemu nosného plynu. Pokud není uvedeno jinak, rozumí se objem vlhkého plynu při 101.32 kPa a 0°C.

- hmotnostní tok emise je hmotnost znečišťující látky vypouštěné ze zdroje, vztažená na jednotku času.

- emisní faktor je poměr hmotnosti znečišťující látky, vypouštěné ze zdroje, k jednotce množství výrobku, polotovaru nebo suroviny dané výrobní technologie.

- tmavost kouře je optická vlastnost kouře, vyvolaná pohlcením světla v kouřové vlečce vystupující z komína. Vyjadřuje se ve stupních podle Ringelmanna nebo Bacharacha nebo v procentech opacity.

3. Podmínky rozptylu škodlivin v atmosféře

Na rozptyl emitovaných škodlivin má vliv celá řada faktorů převážně meteorologického charakteru. Jde zvláště o atmosférické proudění, přítomnost a stav vlhkosti (mlha, oblaky, srážky) a zejména teplotní zvrstvení atmosféry.

Účinkem střídavého působení absorpce a odrazu slunečního záření jsou zemský povrch a atmosféra v celkové termické rovnováze. Výsledkem toho je současná průměrná teplota zemského povrchu 15 °C, zatímco ve výši 5 km se průměrná teplota pohybuje kolem -18 °C. Spodní vrstvy atmosféry jsou poměrně silně ohřívány a jejich hustota klesá oproti výše položeným chladnějším vrstvám, což vede ke vzniku vertikálního proudění. V závislosti na geografické poloze a tvaru zemského povrchu a následkem vytváření lokálních tlakových extrémů vznikají horizontální pohyby vzduchu v zemské atmosféře. Tyto horizontální a vertikální pohyby vzduchu zřeďují a přemísťují znečišťující látky vnášené do atmosféry. Vertikální přenos hmoty probíhá především na základě konvekčních proudů, daných rozdíly v teplotě a vlhkosti vrstev vzduchu a s nimi souvisejícími rozdíly v hustotě. Tyto konvekční proudy končí proto ve vrstvách se stejnou hustotou, resp. teplotou. Inverzní vrstvy, t.j. vrstvy, kde teplota s výškou stoupá, jsou proto velmi účinnou bariérou pro pohyb hmoty v atmosféře. Z toho také vyplývá, že postupně ochlazované masy vzduchu v troposféře nemohou pronikat do teplejších vrstev nad tropopauzou (vrstvou atmosféry ve výši cca 10 km. kde existuje trvalá teplotní inverze).

Ve vzduchové částici nenasycené vodní parou klesá při pohybu vzhůru teplota přibližně o 1 K na každých 100 m výšky (t.zv. suchoadiabatický gradient). U částice nasycené vodou je tento pokles za běžných meteorologických podmínek přibližně 0.6 K (adiabatický gradient). V případě, že teplota s výškou klesá rychleji, je vzduchová částice (nebo částice spalin či jiného plynu) na svém výstupu urychlována. V opačném případě, kdy teplota klesá pomaleji, případně se s výškou nemění (t.zv. izotermie) nebo dokonce roste (tzv. inverze), je počáteční výstup vzduchové částice brzděn a částice má tendenci vracet se do původní hladiny.

Jestliže tedy teplota vzduchu s výškou klesá rychleji než odpovídá danému suchoadiabatickému nebo adiabatickému gradientu, jedná se o instabilní zvrstvení atmosféry, při kterém malý počáteční impuls vede k výrazným vertikálním pohybům a intenzívnímu promíchávání vzduchové hmoty. Tento stav je velmi příznivý pro rozptyl škodlivin.

Stav, kdy změna teploty s výškou odpovídá příslušnému gradientu, se nazývá zvrstvením indiferentním.

Případy, kdy teplota s výškou stoupá, se nazývají stabilní zvrstvení nebo teplotní inverze a jsou nepříznivé pro rozptyl.

Běžně se vyskytují i případy, kdy nad sebou v atmosféře se vyskytuje několik vzájemně oddělených vrstev s odlišnou stabilitou.

Z hlediska ochrany ovzduší je velmi důležitá výška dolní hranice výškových inverzí nad zemským povrchem. Pokud je jen několik stovek metrů, pak emise z nízkých i vysokých zdrojů se koncentrují v této relativně tenké podinverzní vrstvě a vznikají kritické situace.

Nízké přízemní inverze způsobují hromadění emisí z nízkých zdrojů. Emise z vysokých zdrojů, pokud jejich kouřová vlečka proráží do prostoru nad inverzí, se naopak nemají možnost dostat dolů a při horizontálním proudění dochází k jejich dálkovému přenosu.

Uvnitř teplotními inverzemi ostře ohraničených vrstev dochází k rozptylu emisí. Při dlouhotrvajících přízemních inverzích dochází k postupnému narůstání koncentrace škodlivin a v extrémních případech až ke vzniku tzv. smogu.

Během svého setrvání v atmosféře podléhá většina škodlivin chemickým změnám. Z organických látek tak vznikají aldehydy, nitráty, peroxosloučeniny a peroxyradikály, které se dále štěpí a navzájem reagují. Výsledkem těchto interakcí je ozón, minerální a karboxylové kyseliny, které ve formě vodných roztoků dopadají na zemský povrch. Látky, které se odbourávají pomalu, se rozptylují v celém objemu troposféry a částečně pronikají až do stratosféry. Komplexem všech těchto pochodů se zabývá chemie atmosféry.

4. Základy chemie atmosféry

Chemické změny škodlivin v atmosféře mají velký vliv jak na jejich dobu setrvání, tak i na jejich škodlivost nebo způsob působení. Tyto chemické přeměny můžeme rozdělit na reakce homogenní, probíhající výhradně v plynné fázi, a heterogenní, probíhající na povrchu tuhých částic nebo v kapalné fázi v kapičkách vody.

Veškeré chemické změny látek, emitovaných do ovzduší, se odehrávají v troposféře. Troposférou nazýváme asi 10 km silnou vrstvu zemské atmosféry, která je od vyšších vrstev oddělena teplotní inverzí v tropopause. Nad tropopausou se ve stratosféře nachází ozónová vrstva, která působí jako filtr krátkovlnného záření. Na základě těchto skutečností můžeme troposféru považovat za fotochemický reaktor, který Slunce současně vyhřívá a ozařuje zářením o vlnových délkách nad 300 nm. Tím jsou vytvořeny základní podmínky pro průběh fotochemických reakcí, které jsou díky vysokému obsahu kyslíku v atmosféře vesměs reakcemi oxidačními.

4.1 Primární fotochemické reakce

představují vznik jednoho nebo více radikálů z atomu nebo molekuly, vyvolaný absorpcí fotonu. V případě absorpcí světelné energie způsobeného rozpadu molekuly hovoříme o fotolýze nebo fotodisociaci. Rychlost těchto fotochemických reakcí závisí m.j. na intenzitě a vlnové délce světla a na koncentraci a absorpčním koeficientu absorbující molekuly.

Poznámka k pojmu radikál:
V chemii atmosféry se označují vysoce reaktivní zlomky molekul jako radikály. Tyto se vyznačují často, ale ne vždy volným nepárovým elektronem. Na druhé straně existují v ovzduší molekuly nebo atomy s nepárovým elektronem, které však nejsou nijak zvlášť reaktivní (NO, NO₂, O₂, O). V dalším výkladu nebudou tyto látky na rozdíl od skutečných radikálů označovány nepárovým elektronem, přestože by tomu tak správně mělo být.

1. Fotolýza NO₂

NO₂ + hυ (n < 400 nm) ────> NO + O

O + O₂ ────> O₃

2. Fotolýza ozónu

poskytuje vybuzené kyslíkové atomy O*(1D), které srážkou s molekulou vody dávají 2 radikály OH., srážkou s inertní molekulou (např. N₂) ztrácejí svou energii:

O  + hυ (n < 310 nm) ────> O₂ + O*(1D)

O^*(¹D) + H₂O ────> 2 OH˙

O^*(¹D) + M ────> O(³P)

3. Fotolýza formaldehydu

HCHO + hυ (n < 330 nm) ────> H˙ + HCO˙

H˙ + O₂ ────> HO₂˙

HCO˙ + O₂ ────> HO₂˙ + CO

HO₂˙ + NO ────> OH˙ + NO₂

Popsané primární fotochemické reakce zahajují atmosférické oxidační pochody mnohých škodlivin. Na těchto pochodech se nejvýrazněji podílí radikál OH˙, méně pak HO₂˙ a ozón.

V noci za absence slunečního záření nemohou vznikat radikály OH., určité množství však vzniká reakcí přežívajících HO₂˙ s NO. Funguje však reakce mezi NO₂ a ozónem za vzniku radikálu NO₃˙, který pak společně s ozónem oxiduje organické látky. Ve dne tento radikál fotolýzou rychle zaniká.

Některé ze škodlivin podléhají v malé míře také přímé fotolýze (za předpokladu, že absorbují vlnové délky nad 300 nm.

Produkty primárních reakcí (O₃, OH., HO₂˙, NO₃. mají zásadní význam pro atmosférickou oxidaci a nazývají se často fotooxidanty. V nepřítomnosti fotooxidantů by oxidační pochody v atmosféře přes vysokou koncentraci kyslíku probíhaly velmi pomalu. V následujících odstavcích budou stručně ukázány některé oxidační reakce a jejich význam při vzniku smogu. Oxidační reakce probíhají rovněž v částečkách vody deště nebo mlhy za spolupůsobení rozpuštěného ozónu a H₂O₂, který vzniká reakcí dvou HO₂˙:

2 HO₂˙ ────> H₂O₂ + O₂

Následující obrázek ukazuje schematicky, jak důležité radikály v atmosféře vznikají, přeměňují se a ve formě peroxidu vodíku a kyseliny dusičné se vypírají a dopadají na zemský povrch.

Pro radikálový cyklus OH./HO₂˙ jsou důležité reakce tvorby OH˙ z ozónu, fotolytická tvorba ozónu z NO₂ a likvidace OH˙ při oxidaci škodlivin. U většiny oxidačních reakcí zahajovaných radikálem OH˙ vznikají jako produkt m.j. HO₂˙, které reakcí s NO opět regenerují OH˙. Pochody probíhající v noci - tvorba NO₃. a N₂O₅, jejichž část vytváří s vodou kyselinu dusičnou.

4.2 Reakce CO

CO + OH˙ ────> CO₂ + H˙

H˙ + O₂ ────> HO₂˙

HO₂˙ + NO ────> OH˙ + NO₂

──────────────────────────────────────

CO + O₂ + NO ────> CO₂ + NO₂

V přítomnosti NO se obnovují radikály OH˙, jinak vzniká z HO₂˙ peroxid vodíku. První reakce je nejpomalejším krokem, snížení koncentrace CO na polovinu trvá řádově několik měsíců.

4.3 Reakce CH₄

Oxidaci parafinů můžeme ukázat na příkladu metanu. I v tomto případě reakci zahajuje radikál OH˙, který přechází na HO₂˙, ze kterého se působením NO opět generuje OH˙:

CH₄ + OH˙ ────> CH₃˙ + H₂O

CH₃˙ + O₂ ────> CH₃O₂˙

CH₃O₂˙ + NO ────> CH₃O˙ + NO₂

CH₃O˙ + O₂ ────> HCHO + HO₂˙

HCHO + OH˙ ────> CHO˙ + H₂O

CHO˙ + O₂ ────> CO + HO₂

CO podléhá oxidaci podle výše uvedeného schematu, radikály HO₂. reakcí s NO obnovují radikál OH. Souběžně probíhá i dříve popsaná fotolýza HCHO. Sumární rovnice oxidace metanu má tvar

CH₄ + 2 O₂ ────> CO₂ + 2 H₂O

se současně probíhající vedlejší reakcí

4 NO + 2 O₂ ────> 4 NO₂

Při nedostatku NO převažují reakce mezi peroxyradikály, které ruší řetězový průběh reakcí:

2 HO₂˙ ────> H₂O₂ + O₂

CH₃O₂˙ + HO₂˙ ────> CH₃OOH + O₂

Tyto reakce způsobují pokles koncentrace radikálu OH. a tím podstatně zpomalují průběh odbourávání uhlovodíků. Při normální atmosférické koncentraci OH. by poločas odbourávání metanu byl několik let.

4.4 Reakce SO₂ a NO₂

SO₂ + OH˙ ────> SO₃H˙

SO₃H˙ + O₂ ────> SO₃ + HO₂˙

SO₃ + H₂O ────> H₂SO₄

HO₂˙ + NO ────> OH˙ + NO₂

SO₂ + O₂ + NO + H₂O ────> H₂SO₄ + NO₂

Oxidace SO₂ je tedy obdobou odbourávání CO. Snížení koncentrace SO₂ na polovinu trvá několik dnů.

Na rozdíl od těchto reakcí je odstraňování NO₂ z atmosféry reakcí likvidující radikály:

NO₂ + OH˙  ────> HNO₃

Reakce radikálu OH. s NO₂ je asi desetkrát rychlejší než s SO₂. Z toho důvodu se SO₂ rozptyluje do mnohem většího prostoru než NO₂. Kyselina sírová na sebe váže další vodu a vytváří aerosol, zatímco kyselina dusičná se rychle rozpouští v mlze a kapkách vody. Neutralizace těchto kyselin v atmosféře probíhá zejména vázáním amoniaku.

4.5 Smog

Pod pojmem smog rozumíme specifický stav znečištění ovzduší, vznikající při nepříznivých meteorologických stavech vzájemným působením vzdušné vlhkosti, tuhých částic (zejména popílku a sazí) a ostatních plynných škodlivin. Tento stav je zvláště nebezpečný pro zdraví obyvatel městských a průmyslových aglomerací.

Podle původu a charakteru rozlišujeme dva typy smogu:

Kyselý (také londýnský) smog vzniká v oblastech spalování paliv (zvláště tuhých) s vyššími obsahy síry, především v komunálním otopu, kdy spaliny jsou nízkými komíny rozptylovány do nízké nadzemní vrstvy. Popílek s obsahem těžkých kovů a saze, které jsou běžnou složkou těchto spalin, působí katalyticky na oxidaci SO₂ na kyselinu sírovou. Tato se rozpouští v mlze a činí ji tak vysoce kyselou a agresivní vůči dýchacím orgánům.

Fotosmog (smog Los Angeleského typu) vzniká při inverzních stavech atmosféry v oblastech s vysokou hustotou automobilového provozu. Ve výfukových plynech obsažené NO_x, uhlovodíky a aromáty fotooxidačními reakcemi vytvářejí agresivní oxidující látky, které způsobují pálení očí, bolesti hlavy poškození flory atd. Reakce, vedoucí ke vzniku fotosmogu, jsou zhruba tyto:

RH + OH.  + O₂ ────> RO₂. + H₂O

RO₂. + NO ────> RO. + NO₂

RO. + O₂ ────> HO₂. + RCHO

HO₂. + NO ────> OH. + NO₂

NO₂ + OH. ────> HNO₃

HO₂. + HO₂. ────> H₂O₂ + O₂

RO₂ + NO₂ ────> RO₂NO₂

Aldehydy reagují dále, např. reakcí acetaldehydu s OH. vzniká dráždivý peroxyacetylnitrát:

CH₃CHO + OH. ────> CH₂CHO. + H₂O

CH₂CHO. + O₂ ────> CH₃C(O)O₂.

CH₃C(O)O₂. + NO₂ ────> CH₃C(O)O₂NO₂

Nejčastějším zdrojem aldehydů jsou alkeny, např. propen radikálovým mechanismem poskytuje formaldehyd a acetaldehyd podle sumární rovnice

C₃H₆ + 2 O₂ + 2 NO ────> CH₃CHO + HCHO + 2 NO₂

Z uvedené řady různých reakcí neprobíhají všechny stejnou intenzitou, záleží na klimatických podmínkách a denní době. Ráno účinkem světla se štěpí ve vzduchu přítomný ozón, vznikají radikály OH. a reagují s uhlovodíky. Současně vznikající HO₂. oxiduje NO a obnovuje tak OH. V poledne, kdy je NO z větší části zoxidovaný na NO₂, dosahuje koncentrace ozónu maxima a převládají reakce likvidující radikály (tvorba HNO₃, peroxylnitráty). Večer, kdy je nízká koncentrace NO_x, rekombinují radikály (vznik H₂O₂ a organických kyselin).

5. Kontrola znečišťování a znečištění ovzduší

V ochraně ovzduší rozlišujeme dva základní druhy měření - emisní a imisní. Oba druhy se liší jednak měřenou koncentrací, jednak podmínkami, za kterých se měření provádí.

Emisní měření se provádí na vybraných zdrojích znečištění jednorázově, kontinuálně nebo poloautomaticky. Výsledky emisních měření jsou zpracovávány a ukládány v registru emisí a zdrojů znečišťování ovzduší, běžně označovaném REZZO.

Měření imisí se provádí kontinuálně nebo v pravidelných intervalech v místech pevně stanovených oblastních měřicích sítí, a to buď ve stacionárních měřicích stanicích, nebo mobilními měřicími jednotkami. Měřená data jsou registrována v imisním informačním systému (IIS), který provozuje Český hydrometeorologický ústav, a který je součástí Informačního systému ochrany čistoty ovzduší (ISOČO).

Tato kapitola shrnuje pouze nejzákladnější a nejběžnější principy, používané při měření emisních a imisních koncentrací základních znečišťujících látek.

5.1 Emisní měření

Podle způsobu práce rozlišujeme měření manuální a měření automatická, kontinuální. Je možno říci, že v současné době se zejména v případě měření základních složek znečištění dává přednost metodám kontinuálním, manuální měření mohou sloužit jako jednorázová, orientační nebo kontrolní.

Manuální metody

Při emisních měřeních nejsou manuální metody často frekventované. Jejich princip je shodný s principem manuálních metod používaných pro imisní měření.

Kontinuální automatické metody

Provoz emisních monitorovacích systémů se ve vyspělých zemích řídí směrnicemi, vydávanými na úrovni orgánů státní správy, které obvykle specifikují

- minimální požadavky, podle nichž je vhodnost přístrojů hodnocena

- zkušební ústavy, oprávněné schvalování provádět

- postup schvalovacího řízení

- návody pro postup při osazování, kalibraci, použití a údržbě měřicích zařízení

Vedle příslušného analyzátoru nebo skupiny analyzátorů jsou pro kontinuální emisní monitoring nezbytná přídavná zařízení. Jejich úlohou je upravit na odběrovém místě odsávaný plyn tak, aby nezávisle na průběhu spalovacího procesu byly splněny všechny požadavky na stav plynu při vstupu do analyzátoru. Z procesu odebíraný plyn se jen zřídka nachází v požadovaném stavu, na závadu může být např. příliš vysoký nebo nízký tlak, vysoký obsah prachu, rosný bod nebo teplota, přítomnost rušivých složek a pod. Potřebnou úpravu plynu zajišťují přídavná zařízení, mezi něž patří zejména:

odběrové sondy
chladič s automatickým odvodem kondenzátu
filtry, promývací lahve a sušicí věže
vyhřívané vedení plynu
regulátory tlaku
konvertory a trubkové pece
ventily a vícecestné kohouty
pumpy
průtokoměry

Používané metody

Při emisním monitoringu spalovacích procesů jde především o sledování koncentrace oxidů uhelnatého, siřičitého, dusnatého (příp. dusičitého) a tuhých částic, a dále o koncentraci kyslíku jako vztažné hodnoty. Koncentrace škodlivin totiž závisí na množství spalovacího vzduchu. Při nadměrném množství vzduchu by měřené koncentrace vycházely nízké, třebaže hmotový tok emise by byl velký. Z toho důvodu se koncentrace škodlivin přepočítávají na spaliny o předepsané vztažné koncentraci kyslíku, která se liší podle druhu paliva.

Pro stanovení oxidu uhelnatého se prakticky bez výjimky používají analyzátory pracující na principu nedisperzní infračervené fotometrie, umožňující měření v rozsahu od tisícin procenta do 100%.

Stejná metoda se užívá i při stanovení oxidu siřičitého, příp. dusnatého, v obou případech s obdobnou citlivostí.

Pro oxid dusičitý a alternativně pro oxid dusnatý se používá nedisperzní ultrafialová fotometrie s citlivostí řádově 10^-3 % pro NO₂ a cca o jeden řád nižší pro NO. Stejná metoda se používá pro sumu oxidů dusíku převedením NO₂ na NO nebo naopak ve speciálním konvertoru. Pro stanovení NO je vhodná i metoda chemiluminiscenční, v kombinaci s konvertorem využitelná i pro stanovení N0₂ a NO_x.

Při měření obsahu kyslíku se nejčastěji využívá jeho paramagnetičnosti v magnetomechanických analyzátorech s min. rozsahem obvykle 0 - 1 obj. %. Alternativně lze použít i elektrochemické senzory na bázi zirkoniumoxidu.

Ke stanovení obsahu tuhých částic se užívá fotometrické nebo radiometrické měření.

Stanice emisního monitoringu jsou velmi nákladná zařízení, schopná plně automatizovaného provozu a velmi dokonalého zápisu měřených hodnot a stavu všech měřicích přístrojů. Jejich pořizovací náklady se podle počtu měřených veličin a způsobu zpracování měřených hodnot pohybují od stovek tisíc do milionů Kč.

5.2 Imisní měření

Manuální metody

Principem všech manuálních metod je převedení stanovované složky do roztoku a její stanovení klasickými titračními nebo elektrochemickými metodami. Kvantitativní převedení do roztoku je v některých případech, např. při stanovení NO_x, slabým článkem postupu. Následující přehled uvádí nejběžněji používané postupy.

Oxid siřičitý se stanovuje kolorimetrickou metodou nebo polarograficky. Častější kolorimetrická metoda spočívá v zachycení SO₂ v roztoku chlorortuťnatanu sodného a vybarvení vzniklého produktu v kyselém prostředí fuchsinem a formaldehydem.

Oxid uhelnatý se za zvýšené teploty oxiduje oxidem jodičným. Těkající jod se zachytí v roztoku alkalického arsenitanu, jehož přebytek se stanoví titrací jodem.

Oxidy dusíku se stanoví kolorimetricky jako kopulační produkt reakce s kyselinou sulfanilovou a alfa-naftylaminem.

Chlor se stanoví kolorimetricky měřením úbytku zbarvení kyselého roztoku methyloranže.

Sloučeniny fluoru se jako fluoridy stanoví po zachycení v roztoku alkalického hydroxidu titrací dusičnanem thoričitým na alizarinovou červeň.

Sulfan reaguje s roztokem p-aminodimethylanilinu v kyselém prostředí a za přítomnosti železitých iontů na methylenovou modř. Intenzita zbarvení se měří kolorimetricky.

Sirouhlík reaguje s diethylaminem ne diethyldithiokarbamidan, který v přítomnosti měďnatých iontů dává žlutohnědé zbarvení.

Čpavek se stanoví kolorimetricky reakcí s Nesslerovým činidlem (alk. roztok chlorortuťnatanu draselného).

Formaldehyd dává s kyselinou chromotropovou v prostředí koncentrované kyseliny sírové červenofialové zbarvení, které se vyhodnocuje kolorimetricky.

Kontinuální metody

Při imisních měřeních se ze základních škodlivin běžně sledují oxid siřičitý a NO_x.

Z metod stanovení oxidu siřičitého je možno uvést starší metodu coulometrickou a z novějších např. metodu pulsní fluorescence.

Coulometrická metoda spočívá v oxidaci SO₂ bromem v roztoku v prostředí kyseliny sírové. Spotřebovaný brom se v roztoku elektrolyticky generuje a zaznamenává se proud, potřebný k uvedení systému do výchozího stavu. Tento proud je úměrný koncentraci SO₂. Výhodou je poměrná jednoduchost přístrojů a nízká cena, nevýhodou práce s roztoky, koroze.

Při pulsní fluorescenci se molekuly SO₂ excitují pulsy ultrafialového záření a při následujícím přechodu do neexcitovaného stavu vydávají charakteristickou fluorescenci, jejíž intenzita je lineárně úměrná koncentraci SO₂.

Pro monitoring oxidů dusíku lze použít modifikovanou výše popsanou coulometrickou metodu nebo metodu chemiluminiscenční. Podstatou druhé metody je reakce NO s ozónem, při níž vzniká chemoluminiscence, jejíž intenzita je úměrná koncentraci NO. Přístroje jsou vybaveny konvertorem NO₂ na NO, který umožňuje stanovení obou složek.

6. Znečišťování ovzduší v energetice

Energetika se na celkovém znečištění ovzduší v ČR podílí jednoznačně největší měrou. Nejtíživějším problémem jsou zde především emise oxidů síry a dusíku, dále pak tuhé úlety a s nimi související emise těžkých kovů. Extrémně vysoký podíl energetiky na celkovém znečištění ovzduší je u nás dán specifickou skladbou energetických zdrojů, založených donedávna výlučně na spalování fosilních paliv (pomineme-li zanedbatelný podíl hydroelektráren, fungujících většinou jako zdroje špičkové), a současně i extrémně vysokou energetickou náročností výrob. Tato nevhodná skladba energetických zdrojů je sice v posledních letech postupně eliminována stavbou jaderných elektráren a útlumem "těžkých", energeticky náročných výrob, nicméně spalování fosilních paliv bude ještě dlouho podstatným článkem naší energetiky.

V této situaci je možná jen jedna cesta neutralizace negativních ekologických dopadů energetiky - důsledné zavádění technologií na odstraňování škodlivých složek ze spalin stávajících zdrojů a aplikace všech moderních postupů při stavbě zdrojů nových. Technologie snižování emisí oxidů síry a dusíku budou popsány v této kapitole, zachycování tuhých úletů je pak věnována kapitola 9.

6.1 Metody snižování obsahu sloučenin síry ve spalinách

Veškeré metody, které máme pro snižování emisí síry k dispozici, lze systematicky rozdělit na

snižování celkové spotřeby paliv

administrativní zásahy

snižování obsahu síry v palivech, používání paliv s nízkým obsahem síry

desulfurace spalin

 Pomineme-li administrativní řešení, které je vždy prvým krokem, z ostatních pouze poslední dva jsou technicky reálné a v případě desulfurace spalin i aplikované v širokém měřítku.

6.1.1 Paroplynový cyklus

Metoda paroplynového cyklu využívá toho, že odstranění sulfanu z plynu je technologicky velmi dobře zvládnuto při vysoké účinnosti a provozní spolehlivosti, stejně jako tlakové zplynění uhlí.

Podstatou celého procesu je tlakové zplynění uhlí parou a vzduchem (příp. kyslíkem), běžné čištění a desulfurace vyrobeného plynu a snížení tlaku vyrobeného plynu v expanzní turbině. Chemicky vázaná energie plynu se po spálení využije nejprve v plynové turbině a v další fázi k výrobě páry, kterou je poháněna parní turbina. Elektrická energie se zde vyrábí ve třech stupních - s využitím energie expanzní turbiny, plynové turbiny a parní turbiny při maximálním využití tepelné energie (předehřev zplyňovacího a spalovacího vzduchu, využití páry za parní turbinou pro zplynění).

Výhodou je mírně zvýšená účinnost výroby elektrické energie ve srovnání s klasickou tepelnou elektrárnou (při využití hnědého uhlí z SHD se předpokládá 36%) při dosažení ekologické nezávadnosti.

6.1.2 Odsiřování spalin

Odsiřování spalin je dnes jedinou, ve velkém měřítku užívanou metodou snižování sirných emisí z energetiky. Je možno sem zařadit celou řadu metod, založených na nejrůznějších chemických či fyzikálně-chemických principech. Pokud bychom chtěli všechny tyto metody systematicky rozdělit, je možné užít dělení na metody regenerační, tedy takové, kde aktivní látka cirkuluje mezi absorpcí a regenerací, a neregenerativní (průtočné), kde aktivní látka po reakci s oxidem siřičitým proces opouští jako produkt odsíření. Dalším možným rozdělením je dělení na procesy mokré, kde spaliny přicházejí do kontaktu s vodným roztokem nebo suspenzí aktivní látky, a suché, během nichž teplota spalin neklesá pod rosný bod vody. Mezi suché metody je možné zařadit i metody katalytické. Dalším kriteriem může být fyzikální či chemický charakter procesu, pak rozlišujeme procesy absorpční (např. mokrá vápencová metoda), adsorpční (adsorpce SO₂ na silikagelu) a procesy katalytické (oxidace oxidu siřičitého na sírový na katalyzátoru V₂O₅).

6.1.2.1 Suché způsoby odsiřování spalin

Suchá aditivní vápencová metoda. Princip této metody spočívá v dávkování jemně mletého vápence do spalovacího prostoru, kde dochází k vázání oxidů síry na vápenatý ion. Produkty odcházejí se spalinami do elektrofiltru, kde se spolu s popílkem odloučí a deponuje. Účinnost procesu je velmi nízká, při obvyklém 1,5 až dvojnásobku množství vápence proti stechiometrii se pohybuje kolem 30%, výjimečně lze dosáhnout 50%. V současné době je třeba tuto metodu považovat za překonanou.

Fluidní spalování s přídavkem vápence. Jako na modifikaci suché metody lze pohlížet na fluidní spalování tuhých paliv kombinované s přídavkem aditiva do spalovacího prostoru. Při tomto způsobu spalování je totiž podstatně delší doba zdržení paliva a tím i aditiva v horké zóně. Takto lze dosáhnout podstatně lepšího stupně zreagování aditiva, který při optimálním mletí a přebytku proti stechiometrii kolem 1,5 dosahuje až 85%. Charakteristickým rysem fluidního spalování je jednak nižší teplota hoření (800 - 850°C), jednak dlouhá doba zdržení uhelných částic v kotli. Zejména tato dlouhá doba zdržení má příznivý vliv na stupeň zreagování vápence. Další významnou výhodou fluidního spalování je možnost spalovat uhlí již od výhřevnosti 6 MJ/kg, tedy i uhlí s vysokým obsahem popela (nad 70%), která nelze konvenčními technologiemi využít.

Za nejprogresivnější se v poslední době považuje fluidní spalování za tlaku, zkombinované s paroplynovým cyklem výroby elektrické energie, které spojuje odsíření ve fluidní vrstvě a snížení tvorby oxidů dusíku se zvýšením energetické účinnosti na 38 až 42%.

Rozprašovací absorpce. Tato metoda představuje přechod od suché aditivní metody k metodám mokrým. Jejím principem je nastřikování vápenného mléka do horkých spalin, během kterého dochází k absorpci oxidu siřičitého a částečné oxidaci na síran vápenatý a současně k odpaření vody, takže v následně zařazeném elektroodlučovači se zachycuje směs síranu a siřičitanu vápenatého s popílkem současně s nezreagovaným CaO. Pro zlepšení stupně zreagování CaO se část zachyceného úletu recirkuluje. Uvádí se 80% odsíření při aplikaci 1,8násobku stechiometrie. Schema této technologie:

Schéma rozprašovací absorpce

1 - rozpr. sušárna
2 - elektrofiltr
3 - zásobník CaO
4 - hašení vápna
5 - mísicí nádrž
6 - komín
7 - zásobník produktu

Nevýhodou rozprašovací absorpce je dosud nevyřešené využití produktu odsíření. Určitou perspektivu má metoda rozprašovací absorpce u malých a středních energetických jednotek, kde by nebylo ekonomické stavět nákladné mokré technologie a kde pravděpodobně lze počítat s mírnějšími emisními limity.

Proces Bergbau-Forschung.

Tato metoda je založena na sorpci oxidu siřičitého na aktivním koksu, jehož katalytickým působením současně probíhá oxidace kyslíkem přítomným ve spalinách na oxid sírový, který spolu s vlhkostí vytváří kyselinu sírovou. Spaliny přicházejí do adsorpční části s teplotou 120°C, vlastní reakcí se ohřívají a odcházejí do komína s teplotou cca 125°C. Nasycený aktivní koks se pak odvádí k regeneraci horkým pískem při teplotě asi 650°C. Podstatou regenerace je redukce kyseliny sírové zpět na SO₂ uhlíkem aktivního koksu, který se tím zčásti spotřebovává. Plyny odcházející z regenerace obsahují asi 27% SO₂, dále hlavně oxid uhličitý a vodní páru. Celá metoda je velmi komplikovaná a náročná na energii i na spotřebu aktivního koksu. Problémy jsou i s korozí, poněvadž adsorpce probíhá pod teplotou rosného bodu kyseliny sírové.

6.1.2.2 Mokré metody

Vápno-vápencové metody.

Principem mokrých vápno-vápencových metod je vázání oxidu siřičitého do vodné suspenze uhličitanu nebo hydroxidu vápenatého a následná oxidace vzniklého siřičitanu na síran vápenatý, který se odděluje a deponuje nebo zpracovává na sádru:

Sumárně:

2 CaCO₃ + 2 SO₂ + O₂ + 4 H₂O ────>  2 CaSO₄.2H₂O + 2CO₂

Podrobně:

SO₂ + Ca(OH)₂ ────>  CaSO₃ + H₂O

SO₂ + CaCO₃ ────>  CaSO₃ + CO₂

Vzniklý CaSO₃ reaguje dále:

SO₂ + CaSO₃ + H₂O ────>  Ca(HSO)₂

Ca(HSO)₂ + CaCO₃ ────>  2 CaSO₃ + H₂O + CO₂

CaSO₃ + 2 H₂O + 1/2 O₂ ────>  CaSO₄ . 2 H₂O

Ca(HSO₃)₂ + 1/2 O₂ + 2 H₂O ────>  CaSO₄ . 2 H₂O + H₂SO₃

Poslední dvě reakce probíhají různou rychlostí. Oxidace siřičitanu je vzhledem k jeho nerozpustnosti pomalá, podstatně rychlejší je oxidace hydrogensiřičitanu, který je poměrně dobře rozpustný a v optimálním případě by navíc umožňoval pracovat s čirým roztokem místo suspenze.

Výše uvedený průběh má některé nevýhody. Vyžaduje vysoký zkrápěcí poměr, poněvadž vzhledem k malé rozpustnosti vápence a siřičitanu je koncentrace aktivní látky (Ca²⁺) nízká, a v systému je tendence k tvorbě úsad síranu vápenatého, které způsobují komplikace při provozu. Prací roztok má vysoké pH, což se nepříznivě projevuje na zvýšené tvorbě siřičitanu na úkor hydrogensiřičitanu a z toho vyplývá nedostatečná oxidace na síran. Tyto nevýhody se řeší přídavkem anorganických nebo organických aditiv. Širší uplatnění našla organická aditiva, jimiž jsou většinou organické kyseliny, jejichž disociační konstanta leží mezi konstantou kyseliny uhličité a siřičité.

Proces lze urychlit:

- zmenšením velikosti částic a zvětšením povrchu vápence (rozemletí na zrnění pod 40 µ)

- zvýšení stechiometrického poměru CaCO₃ : SO_2. Vzniká nebezpečí inkrustací v pračkách a absorbérech.

- zvýšení poměru l : g

- přídavek aditiv (síran hořečnatý katalyzuje oxidaci SO₂ na SO₃, je citlivý na přítomnost Cl a F, organické kyseliny které tvoří rozpustné Ca soli, zvyšují rozpustnou alkalitu suspenze a působí tlumicí kapacitou).

- větší zádrž suspenze v absorbéru

- pH v kyselejší oblasti. Nebezpečí vyluhování Al, tvorba AlF₆^3- a tvorba úsad.

Jako surovina se v současné době používá prakticky výhradně vápenec, který proti vápnu kromě ceny má ještě výhodu v nižším pH roztoku. Na obrázku je uvedeno schéma procesu SHL (Saarberg-Hölter-Lurgi), který je typickým představitelem vápencových metod.

Schéma procesu SHL

1 - elektrofiltr
2 - absorbér
3 - REGAVO
4 - filtrace sádrovce
5 - příprava roztoku

Produkovaný sádrovec (síran vápenatý dihydrát) se nejprve zbaví větší části roztoku v usazováku nebo nověji v hydrocyklonu, odkud se přivádí na vakuový filtr nebo do odstředívek. Zde se ještě promyje vodou na zbytkový obsah chloridů pod 100 mg/kg a konečně dosuší na obsah volné vody cca 10%. Konečný produkt se jako t.zv. energosádrovec dále suší, případně briketuje.

Magnezitová metoda

představuje regenerativní proces, jehož principem je absorpce oxidu siřičitého do suspenze oxidu hořečnatého. Při regeneraci se krystaly siřičitanu hořečnatého tepelně rozkládají na oxid hořečnatý, který se vrací do procesu, a na oxid siřičitý, který se dále zpracovává na kyselinu sírovou nebo elementární síru. Rozklad se provádí při teplotách nad 800°C v redukční atmosféře, ve které se oxidací siřičitanu vzniklý síran hořečnatý redukuje rovněž na SO₂ a MgO. Podstatu metody lze shrnout do rovnic

Hlavní reakce
MgO + SO₂ + 3(6) H₂O ────>  MgSO₃ . 3(6) H₂O

Další reakce
MgSO₃ + SO₂ + H₂O ────>   Mg(HSO₃)₂

Mg(HSO₃)₂ + MgO + 5 H₂O ────>  2 MgSO₃.3 H₂O

MgSO₃.3(6) H₂O + 1/2 O₂ + 4(1) H₂O ────>  MgSO₄.7 H₂O

Regenerace

MgSO₃  ────>  MgO + SO₂

2 MgSO₄ + C  ────>  2 MgO + 2 SO₂ + CO₂

Nevýhodou metody je potřeba velmi kvalitního magnezitu (kalcinovaný přírodní nebo MgO z mořské vody), eroze materiálů, způsobená dopravou krystalů a velká energetická náročnost. Jako výhodu lze uvést spolehlivost, účinnost odsíření přes 90% a bezodpadovost. Realizováno v USA a Japonsku, převážně na mazutových kotlích, instalace sovětské technologie na kotli Tušimice II nebyla nikdy zprovozněna.

Typické schéma

Schéma magnezitové metody

1 - elektrofiltr
2 - absorbér
3 - fl.sušení
4 - fl.rozklad
5 - separace
6 - přípr.roztoku

Přestože bylo ve světě realizováno několik úspěšně pracujících jednotek a proces má ve svém výrobním programu několik světových firem, nenašel tento proces tak široké uplatnění jako metody vápencové.

Metoda Wellman-Lord

Princip této metody je velmi jednoduchý a lze jej popsat rovnicí

SO₂ + H₂O + Na₂SO₃ <────>  2 NaHSO₃

Regenerace:

2 NaHSO₃ ────>  Na₂SO₃ + SO₂ + H₂O

Vedlejší reakce:

2 Na₂SO₃ + O₂ + 20 H₂O ────>  2 Na₂SO₄.10 H₂O

Reakce je zvratná a za vyšší teploty probíhá opačným směrem, což je principem regenerace pracího roztoku, která se provádí v odparce, z níž odchází SO₂ o koncentraci 80 až 90% a krystalický siřičitan sodný. Nežádoucí vedlejší reakcí je oxidace na síran, který je nutno z roztoku získávat krystalizací a vzniklé ztráty sodného iontu krýt přídavkem hydroxidu sodného nebo sody. Metoda je velmi spolehlivá a pracuje s účinností vyšší než 90%.

Proces Walther.

 Podstatou procesu Walther je mokrá amoniakální vypírka, jejímž produktem je síran amonný:

2 NH₃ + SO₂ + H₂O = (NH₄)₂SO₃

(NH₄)₂SO₃ + 1/2 O₂ = (NH₄)₂SO₄

Spaliny s přídavkem čpavku se vyperou v absorbéru a odcházejí přes výměník do komína. Roztok z absorbéru se zoxiduje vzduchem na síran v oxidéru a nastřikuje se do rozprašovací sušárny, kde se odpaří voda teplem neodsířených spalin (350°C), do nichž je přidáván téměř všechen potřebný čpavek. Usušený síran se zachytí v elektrofiltru a granuluje se. Produkt odsíření je v omezené míře použitelný jako méně hodnotné hnojivo, sestávající převážně ze síranu amonného, malého množství dusičnanu a dalších amonných solí.

6.1.2.3.Katalytické metody odsiřování spalin

Společným znakem všech těchto metod je katalytická oxidace oxidu siřičitého na sírový a jeho následné odstranění ze spalin ve formě kyseliny sírové nebo síranu vápenatého či amonného. Podle naznačeného principu pracují např. následující procesy:

Cat-ox je proces založený na oxidaci SO₂ při teplotě 450°C na vanadovém katalyzátoru. Horké, dokonale odprášené spaliny se z elektroodlučovače vedou přímo do katalytického reaktoru, odkud se vedou do ekonomizéru a ohřívače vzduchu. Pak vstupují do absorbéru, kde se SO₃ vypírá horkou kyselinou sírovou, která se ze dna absorbéru odvádí, chladí a recirkuluje.

Proces Kyioura je v první části shodný s procesem Cat-ox, rozdíl je ve zpracování spalin po oxidaci SO₂ na SO₃. Po ochlazení se přidává plynný amoniak, který s plynným SO₃ a mlhou kyseliny sírové vytváří síran amonný, který se odlučuje v elektroodlučovači.

Proces Chiyoda je ve svém principu poněkud odlišný. Spaliny se nejprve ochladí vodou za současného odloučení popílku. V dalším stupni se vypírá oxid siřičitý zředěnou kyselinou sírovou. Vzniklý roztok kyseliny siřičité se oxiduje vzduchem v kapalné fázi na železitém katalyzátoru na kyselinu sírovou, která se neutralizuje vápencem na sádrovec.

Metoda Haldor-Topsoe využívá klasické katalytické oxidace oxidu siřičitého na sírový. Významný rozdíl je při dalším zpracování, které speciálním režimem chlazení na teplotu ležící mezi rosným bodem vody a kyseliny sírové umožňuje získávat koncentrovanou kyselinu sírovou (94%), přičemž teplota spalin je dostatečně vysoká pro jejich rozptyl, takže odpadá potřeba jejich přihřívání. Metoda je poměrně jednoduchá a mohla by nalézt uplatnění i u jednotek menšího výkonu. Komplikaci znamenají vysoké nároky na materiál.

6.1.3. Ohřev spalin.

Z hlediska dosažení dostatečného rozptylu spalin je třeba zajistit, aby před vstupem do komína měly určitou minimální teplotu, obvykle 80 až 90°C. Způsobů, jimiž lze této hodnoty dosáhnout, je k dispozici několik, od jednoduchých a technicky nenáročných až po technicky dokonalé výměníky plyn - plyn. Nejprimitivnějším a investičně i provozně nejlevnějším způsobem ohřevu spalin je jejich mísení s horkými neodsířenými spalinami. Vzhledem ke stále zpřísňovaným emisním limitům se však od tohoto způsobu upouští.

Z dalších jednoduchých postupů lze jmenovat nepřímý ohřev parou či horkou vodou, ohřev horkým vzduchem a ohřev spalováním paliv, který spočívá ve spalování paliva s nízkým obsahem síry ve spalovací komoře a zavedení těchto horkých spalin k chladným odsířeným spalinám.

Všechny dosud uvedené způsoby ohřevu jsou neekonomické, poněvadž spotřebovávají energii a zvyšují tak cenu odsíření.

V poslední době jednoznačně převládají způsoby, využívající teplo surových spalin.

Regenerativní ohřev spalin se realizuje v rotačním výměníku, v energetice známém pod jménem Ljungström a v technologii odsiřování spalin známém pod názvem REGAVO. Jako přenašeč tepla zde fungují plochy z plechu se speciální korozní úpravou nebo z plastu, které se pomalu pohybují mezi zónou horkých a studených spalin a předávají studeným spalinám teplo, naakumulované od horkých spalin. Schematický řez tímto výměníkem:

Rekuperativní systém ohřevu spalin, t.zv. ECOGAVO, představují v principu dva oddělené výměníky, mezi kterými cirkuluje voda jako teplosměnné medium. Jeho výhodou je úplné oddělení prostoru surových a čistých spalin, takže nemůže docházet ke snižování účinnosti odsíření následkem pronikání spalin z jednoho prostoru do druhého.

Poměrně novým postupem je využití chladicích věží k rozptylu spalin, využívající tepelný impuls vzduchu v chladicí věži. Smísení spalin se vzduchem v chladicí věži proto vede k dokonalejšímu rozptylu a k velkému zředění spalin již na výstupu z věže. Praktické provedení spočívá v přivedení spalin po absorpci do chladicí věže ve výšce max. 30% výšky věže.

6.2 Snižování obsahu oxidů dusíku ve spalinách

Zatímco emise oxidů síry jsou již po dlouhou dobu přísně sledovány a technická řešení jejich omezování dosáhla vysoký stupeň dokonalosti, emise oxidů dusíku stály dlouho stranou zájmu. Teprve s odhalením jejích škodlivosti, která je přinejmenším srovnatelná, ne-li větší než u oxidů síry, došlo k intenzivnímu výzkumu mechanismu jejich tvorby a možností snižování jejich emisí.

Vznik oxidů dusíku při spalovacím procesu.

Při spalovacích pochodech se tvoří oxidy dusíku v zásadě třemi základními mechanismy:

- oxidací dusíku ze spalovacího vzduchu za vysoké teploty (t.zv. vysokoteplotní NO_x)

- oxidací chemicky vázaného dusíku v palivu (t.zv. palivové NO_x)

- z chemicky vázaného dusíku radikálovými reakcemi na rozhraní plamene (t.zv. promptní NO_x)

Při všech těchto mechanismech vzniká oxid dusnatý, který se pak v přítomnosti kyslíku dále oxiduje na NO₂. Rychlost této oxidace je úměrná koncentraci NO a při relativně nízkých koncentracích ve spalinách je velmi pomalá, takže na celkovém obsahu NO_x ve spalinách se NO₂ podílí nejvýše 10%.

6.2.2. Snižování emisí NOx úpravou spalovacího procesu (t.zv. primární opatření).

Z kinetiky tvorby NOx vyplývají tyto základní směry omezování jejich tvorby během spalovacího procesu: 

Z toho vyplývají tyto základní směry omezování jejich tvorby během spalovacího procesu:

- snížení teploty hoření
- snížení lokální koncentrace kyslíku (při nejvyšší teplotě)
- zkrácení doby zdržení v pásmu vysoké teploty

 Z toho plynou následující technologická opatření:

Spalování s nízkým přebytkem vzduchu

Snížením množství spalovacího vzduchu se dosáhne snížení teploty plamene. Jedná se o nenáročný zásah nevyžadující žádné úpravy na zařízení. Nelze jej však použít u elektrárenských kotlů, které mají spalovací poměr optimalizován.

Efekt tohoto zásahu není příliš významný a nevyváží nevýhody - tvorba sazí, koroze v redukční atmosféře, zvýšená produkce oxidu uhelnatého a ztráty nedopalem.

Snížení předehřevu spalovacího vzduchu je rovněž nenáročné na technologické změny, avšak efekt není příliš velký a provází jej nevýhody, jako snížení tepelné účinnosti, ztráty nedopalem, problémy s hořením.

Nestechiometrické spalování představuje dávkování spalovacího vzduchu ve dvou úrovních. V první fázi proběhne spalování za nedostatku vzduchu a tudíž při nízké teplotě, v druhé fázi se zbytek paliva a zplodiny nedokonalého spalování spálí v relativním přebytku vzduchu.

Recirkulace spalin je posledním ze zásahů do spalovacího procesu na stávajících zařízeních. Spočívá v odběru části spalin za ekonomizérem a jejich zavedení zpět do topeniště, kde se tak dosáhne jednak snížení obsahu kyslíku, jednak snížení teploty. Jako nejúčinnější se osvědčilo míchání spalin do spalovacího vzduchu.

Tento postup sice snižuje účinnost spalování, avšak z hlediska omezení emise NO_x je poměrně účinný a lze takto dosáhnout až 50% snížení.

Uvedené principy nacházejí uplatnění v moderních konstrukcích hořáků, které využívají zejména speciální způsoby dávkování spalovacího vzduchu a recirkulaci spalin.

Ve směšovacím hořáku s postupným přívodem vzduchu je vzduch přiváděn ve třech proudech: Primární vzduch přichází spolu s vnášeným palivem dovnitř proudu sekundárního vzduchu. Množství sekundárního vzduchu se udržuje na takové hodnotě, aby palivový dusík přecházel na elementární. Terciární vzduch se přidává mimo hrdlo hořáku a slouží pro konečné spálení paliva.

U hořáků s recirkulací spalin primární vzduch opět přichází společně s palivem. Sekundární a terciární vzduch je přiváděn společně s recirkulovanými spalinami.

Pod názvem hořáky na supernízký obsah NOx se uvádějí hořáky využívající principu dvojího přívodu paliva. Hlavní podíl paliva se spaluje v primárním hořáku, který je konstruován jako hořák na nízký obsah NOx. Další podíl paliva (7 - 15%) se přivádí nad hlavní zónu hoření a vytváří tak redukční prostředí, kde se NOx redukují na dusík. Tento druhý proud paliva je přiváděn spolu s recirkulovanými spalinami nebo jsou spaliny přiváděny nad něj. Jako poslední stupeň se přivádí vzduch, mající za úkol spálit zbytek paliva. 

6.2.3. Sekundární opatření - denitrifikační metody.

Tato kapitola shrnuje některé významnější procesy denitrifikace spalin. Jednoznačně nejrozšířenější je selektivní katalytická redukce, ostatní, selektivní nekatalytická redukce a mokré procesy nejsou zatím schopné konkurovat. Význam však postupně nabývají procesy současného odstraňování oxidů síry a dusíku.

Selektivní katalytická redukce (SKR)

Princip této metody spočívá v reakci NOx s přidávaným plynným čpavkem na dusík:

4 NO + 4 NH₃ + O₂ = 4 N₂ + 6 H₂O
2 NO₂ + 4 NH₃ + O₂ = 3 N₂ + 6 H₂O

reakce obdobné, jiná stechiometrie, bez kyslíku
6 NO + 4 NH₃ = 5 N₂ + 6 H₂O
6 NO₂ + 8 NH₃ = 7 N₂ + 12 H₂O

Reakce probíhá při teplotách zpravidla nad 300°C  (80 - 450) na katalyzátoru. Čpavek se přidává v malém přebytku proti stechiometrii, poněvadž se kromě nedokonalého průběhu redukce ztrácí i oxidací:

4 NH₃ + 3 O₂ = 2 N₂ + 6 H₂O

Katalyzátory se používají na bázi kovových aktivních složek (oxid vanadičný, WO₃ a MoO₃), na bázi zeolitů a na aktivních uhlíkových materiálech. Životnost katalyzátoru je omezená a závisí nejvíce na druhu paliva - nejdelší (6 - 7 let) se udává pro plyn, nejkratší (3 roky) pro uhlí.

Selektivní nekatalytická redukce (SNKR)

je charakterizována reakcemi při teplotách 800 až 900°C

4 NO + 4 NH₃ + O₂ = 4 N₂ + 6 H₂O

nežádoucí reakce: 4 NH₃ + 5 O₂ = 4 NO + 6 H₂O

Zatímco první reakce probíhá do teploty 1000°C, druhá reakce probíhá nad 1000°C a působí ztráty NH₃ a zvýšení obsahu NOx.

První reakce probíhá s maximální účinností v poměrně úzkém rozsahu teplot 900 až 1000°C. Její účinnost lze zvýšit přídavkem vodíku nebo zemního plynu ke čpavku. Při poměru H₂ ku NH₃ 2:1 probíhá tato reakce již při 700°C.

Praktická realizace spočívá v dávkování čpavku tryskami, zabudovanými v několika úrovních do stěny kotle. Místa dávkování jsou volena podle optimálního rozdělení teplot. Poněvadž však teploty se zvláště při změnách výkonu mění, dochází i k poklesu účinnosti reakce. Další nevýhodou SNKR jsou emise čpavku, které jsou podstatně vyšší než u SKR (řádově desítky mg/m³).

Redukce NOx na aktivním koksu

Princip je analogický odsíření spalin metodou Bergbau-Forschung. Tato metoda zatím nedošla velkého uplatnění, avšak získává na významu právě v kombinaci odsíření a denitrifikace spalin. Používaný aktivní koks je shodný s původním koksem pro desulfuraci a získává se nízkotepelnou karbonizací černého uhlí (černé uhlí se karbonizuje při 600°C, mele a formuje do požadovaných tvarů a reaktivuje parou při 900°C), alternativně z hnědého rýnského uhlí. Na tomto koksu při teplotě kolem 80°C v přítomnosti čpavku probíhají reakce, popsané u SKR.

Ve srovnání s SKR je tato metoda výhodná svou nízkou pracovní teplotou, avšak nevýhodou jsou řádově menší prostorové rychlosti, které vedou k mnohonásobně větším reaktorům.

6.2.3.2 Mokré metody

Při aplikaci mokrých způsobů odstraňování NO_x hraje důležitou roli rozdílný charakter obou oxidů. Zatímco NO se chová jako inert, t.j. nemá snahu přecházet do roztoku, NO₂ je reaktivní a ve vodě dobře rozpustný. Vzhledem k výrazně převyšujícímu zastoupení NO ve spalinách je proto nutné použít takové postupy, při nichž je NO převeden na NO₂, nebo kde se využívá schopnosti NO vytvářet komplexní soli.

Proces SHL

je příkladem metody, využívající tvorbu komplexů. Podstatou je reakce železnaté soli s oxidem dusnatým za vzniku nitrosokomplexu:

FeSO₄ + NO = FeSO₄(NO)

Schopnost vytvářet komplex má jen dvojmocné železo. Aby nemohlo docházet k jeho oxidaci kyslíkem na trojmocné, váže se do komplexu s kyselinou ethylendiamintetraoctovou (EDTA).

Regenerace roztoku se provádí přídavkem alkalického siřičitanu, kdy vzniká volný komplex a síran, který se v dalším stupni sráží na sádrovec.

Kombinovaný způsob Walther

je zřejmě nejperspektivnější z metod aplikujících oxidaci NO na NO₂. Principem je oxidace ozónem z ozonizátoru a následující vypírka čpavkovým roztokem, v němž se NO₂ zachycuje jako dusičnan amonný. Realizuje se jako druhý stupeň desulfurační technologie Walther. Roztoky z obou absorbérů se mísí v poměru, v jakém se požaduje poměr síranu a dusičnanu amonného v hnojivech. Odpaření roztoku se provádí stejně jako u původního způsobu Walther.

7. Znečištění ovzduší v dopravě.

V této kapitole se omezíme pouze na dopravu automobilní, poněvadž dopad všech ostatních typů dopravy je proto ní zanedbatelný a navíc řada závěrů a opatření platí obecně pro všechny druhy.

Chceme-li charakterizovat emise škodlivin, produkované automobily, musíme rozlišovat mezi jejich pohonnými jednotkami, tedy mezi klasickým zážehovým (Ottovým) motorem a motorem vznětovým, jejichž výfukové plyny jsou co do složení výrazně odlišné. Emise škodlivin závisí na typu motoru, na jeho stavu a seřízení a na pracovním režimu

Vliv konstrukce motoru na obsah škodlivin ve výfukových plynech

Zážehové motory:

Z možností úpravy motoru je třeba uvést

- úpravy vedoucí ke zlepšení přípravy palivové směsi

- zdokonalení zapalování

- recirkulace výfukových plynů

- snížení tolerancí ve spalovací části motoru

- přechod na chudé směsi

Vznětové motory:

Emise škodlivin u vznětových motorů je závislá na konstrukci spalovací komory. Zatímco u osobních automobilů se používají běžně motory s tlakovou předkomůrkou, u nákladních aut převažují motory s přímým vstřikem paliva do válce, které sice mají příznivější spotřebu, ale vykazují vyšší emise a hlučnost.

Vzhledem k příznivému složení spalin ze vznětových motorů splňují tyto motory, zejména nového typu, vcelku bez problémů předepsané normy.

Pro další snížení emisí lze uplatnit některá opatření v konstrukci motorů, zejména recirkulaci části spalin.

Opatření na straně výfukových plynů spočívají ve snížení množství emitovaných škodlivin za použití termické nebo katalytické likvidace u zážehových motorů, příp. v zachycování tuhých emisí u vznětových motorů.

Zážehové motory:

Termická následná oxidace se realizuje prodloužením přítomnosti plynů ve výfukovém systému při co nejvyšší teplotě a v přítomnosti přebytku kyslíku. Účinnost je nízká, obvykle 30 - 50% a nelze takto ovlivnit emise NOx.

Katalytická likvidace škodlivin umožňuje jak dospálení CO a uhlovodíků, tak i redukci NOx. Princip tohoto postupu spočívá v redukci NOx pomocí uhlovodíků a CO a oxidaci zbytku redukujících látek kyslíkem, přičemž oba tyto kroky mohou být za určitých podmínek spojeny v jeden. Systém, ve kterém probíhá současně oxidace i redukce, se nazývá trojcestný. Současného snížení všech tří typů škodlivin na minimum je možno dosáhnout v jen velmi úzkém rozmezí koeficientu přebytku vzduchu n. Z toho důvodu vyžaduje takový systém velmi dokonalou regulaci poměru palivo:vzduch, která se realizuje pomocí t.zv. n-sondy, t.j. čidla citlivého na obsah kyslíku ve výfukových plynech, jehož signál ovládá s minimálním zpožděním přípravu palivové směsi.

Jako katalyzátor slouží speciální keramika voštinového typu, potažená aluminou, impregnovanou vlastním katalyzátorem - obvykle směsí platiny a rhodia, jejichž poměr je různý. Nověji se také jako nosič používá tenký zvlněný plech, sbalený do role ve tvaru konečného nosiče, kde jednotlivé závity jsou odděleny stejným, ale rovným plechem. Sbalením vznikne válec se sítí podélných otvorů podobně jako u nosiče keramického, avšak s menší hmotností a výrazně lepší tepelnou vodivostí, který se podstatně snáze zahřívá na pracovní teplotu. Na takto připravený nosič se pak nanáší vrstva aluminy a na ni vlastní katalyzátor.

V modernějších konstrukcích se uplatňuje systém dvojitého lože katalyzátoru (obr.5), kde jako první stupeň slouží výše popsaný třícestný katalyzátor, pracující spíše v redukční atmosféře. Zde se redukují s vysokou účinností NOx, přičemž uhlovodíky a CO zčásti zůstávají nezlikvidovány. Za tímto stupněm se přidává vzduch a následuje oxidace na katalyzátoru, tvořeném směsí platiny a paladia.

Obr.5. Princip funkce třícestného katalyzátoru s dvojitým ložem
1 - motor
2 - elektromech. karburátor
3 - řídicí modul
4 - lambda-sonda
5 - katal. reaktor
6 - vzduch. dmychadlo

V praxi se lze setkat i s t.zv. neřízeným katalyzátorem, t.j. třícestným katalyzátorem, používaným bez n-sondy. V tom případě ovšem ideální složení palivové směsi není zaručeno a účinnost odstranění tří hlavních škodlivin bývá nižší než 50%.

Vznětové motory

Vzhledem ke spalování s vysokým přebytkem vzduchu nelze použít systém třícestného katalyzátoru, je možná pouze katalytická oxidace oxidu uhelnatého a uhlovodíků, jejichž emise je však poměrně malá a vzhledem k současným normám není nutné ji provádět.

V souvislosti se zaváděním zákonných omezení emisí tuhých látek nacházejí v poslední době uplatnění filtrační systémy, jejichž vývoj probíhá již od 70. let. Jejich podstatou jsou monolitická keramická porézní tělesa nebo systém trubek, ovinutých keramickými vlákny. Tyto filtry lze současně použít jako spalovací katalyzátory pro snížení emisí CO a uhlovodíků. Filtry je nutno periodicky regenerovat vypálením při teplotě nejméně 500°C, což vyžaduje dodatečné přihřívání výfukových plynů.

8. Biologické postupy

Při biologických postupech probíhá likvidace škodlivin ve vodné fázi působením mikroorganismů. Vzhledem k mediu, které je nositelem mikroorganismů, lze biologické postupy rozdělit na biologické filtry a biologické pračky. V prvém případě je nosičem mikroorganismů pevná fáze (např. kompost, rašelina, stromová kůra apod.) a celý pochod je vlastně adsorpcí, spojenou s biologickým odbouráním zachycených škodlivin mikroorganismy, usídlenými ve vodné fázi na nosiči. Při biologickém praní jsou škodliviny převáděny do vodného roztoku ve sprchových nebo výplňových pračkách, a současně odbourávány mikroorganismy, přežívajícími v roztoku. Mezi oběma způsoby není zásadního rozdílu, jejich nasazení se řídí místními možnostmi. V zásadě platí, že tam, kde je k dispozici dostatek stavebního prostoru, je vhodné použití biofiltrů, poněvadž se vyznačují výrazně nižšími investičními i provozními náklady.

Biologické postupy nacházejí uplatnění zejména při likvidaci silně zapáchajících látek, které jsou v odpadních plynech obsaženy v nízkých koncentracích.

Biofiltry

Aplikace biofiltrů vyžaduje splnění následujících podmínek:

- Látky, které mají být z plynu odstraněny, musí být převoditelné do vody na filtračním materiálu a musí být biologicky odbouratelné

- Produkty odbourávání nesmí negativně ovlivňovat vlastní bioproces (např. změnou pH).

- Při daném prosazení musí být rychlost vnášení škodliviny menší než rychlost sorpce a tato nižší než rychlost odbourávání.

Jako nosiče se používají různé látky, obvykle humusovitého nebo podobného charakteru, zejména rašelinné půdy, směsi rašeliny a vřesu, komposty, stromové kůry.

Účinnost biofiltrů je většinou velmi dobrá, pohybuje se od 90 do 95%.

Biologické pračky

jsou použitelné, pokud odstraňované látky lze z plynu vyprat do vody a pokud je lze biologicky odbourat.

Základním prvkem zařízení je absorbér, ve kterém probíhá přestup hmoty mezi plynem a roztokem. Rychlost přestupu hmoty je ovlivnitelná konstrukcí a provozováním absorbéru. Co do konstrukce se používají výplňové, bublinové, patrové nebo sprchové pračky s co největší plochou fázového rozhraní. Účinnost praní může být ovlivněna také hodnotou pH, která se proto v případě potřeby stabilizuje přídavkem vhodných chemikálií. Podle složení odplynů se v některých případech používá dvoustupňové praní s různou hodnotou pH.

Regenerace roztoku probíhá většinou mimo absorbér v provzdušňovaných nádržích. Následkem odparu vody do plynu se roztok postupně zasoluje a musí být průběžně odtahován, aby nevytvářel úsady v absorbéru.

Biologické pračky se používají ke stejným účelům jako biofiltry s tím, že jejich nasazení vzhledem k vyšším nákladům se volí pouze tam, kde není dostatek prostoru pro použití biofiltru.

Zachycování tuhých příměsí

Vedle chemicky působících složek jsou tuhé emise druhou významnou složkou celkové emise škodlivin. Na rozdíl od mnoha případů plynných škodlivin je odstranění tuhých příměsí technicky běžně schůdné, poněvadž existuje dostatek účinných metod a úspěšné řešení je jen otázkou výběru optimálního postupu.

Určení optimálního postupu zachycení tuhých příměsí v určitém konkrétním případě závisí především na jejich pokud možno dokonalé charakterizaci. Tuhé částice obecně představují velice pestrý soubor, jehož vlastnosti mohou být v mnoha směrech velmi rozdílné.

Z hlediska odlučování je nejdůležitějším parametrem velikost částic, která se může pohybovat ve velmi širokých mezích, prakticky od 0,01 do 1000 µm.  Aby bylo možné složení prachu pro potřeby návrhu odlučovacích zařízení charakterizovat, provádí se granulometrický rozbor. Z něho vyplývající charakteristika souboru se pak vyjadřuje tabelární nebo grafickou formou. Metody provádění granulometrického rozboru jsou různé, nejjednodušší je prosátí daného vzorku prachu sadou sít s různou velikostí ok a stanovení vahového podílu jednotlivých frakcí.

Z dalších důležitých charakteristik prachů je třeba jmenovat jejich měrnou hmotnost, abrasívnost a lepivost, které mohou mít význam při volbě vhodné odlučovací techniky.

U některých jednotlivých technik se dále může uplatnit tvar částic, měrný povrch, permitivita, elektrický náboj a odpor, smáčivost, explozívnost a jiné vlastnosti. Kromě těchto charakteristik je k výběru odprašovací technologie potřebná znalost všech parametrů plynu, jako je průtočné množství, rychlost proudění, tlak, měrná hmotnost, vlhkost a chemické složení.

Účinnost odlučovačů se hodnotí na základě celkové odlučivosti, což je vahové procento odloučeného prachu z celkového množství prachu o určitém složení, nebo frakční odlučivosti, která obdobně vyjadřuje procento odloučení frakce prachu o určitém rozmezí velikosti částic.

Zařízení pro zachycování tuhých příměsí pracují na různých principech, s různou účinností a s různou vhodností použití pro jednotlivé druhy prachů.

Z hlediska principu jejich funkce je možné tato zařízení rozdělit na

- odlučovače mechanické - suché
 - mokré
- elektrické odlučovače - suché
- mokré
- filtry

V dalším textu budou stručně popsány základní typy odlučovačů ve výše naznačeném pořadí. 

9.1 Suché mechanické odlučovače

Mechanické odlučovače pracují na principu využití gravitační nebo setrvačné síly k oddělení tuhých částic na základě jejich odlišné měrné hmotnosti od měrné hmotnosti plynu. Mají poměrně malou účinnost, nicméně vírové odlučovače jsou v současné době nejrozšířenějším odlučovačem vůbec.

Usazovací komory jsou nejjednodušším typem mechanického odlučovače vůbec a v současné době se používají jen zřídka, spíše vůbec. Princip jejich funkce spočívá v rozšíření profilu potrubí a tím snížení rychlosti plynu.

Vírové odlučovače (vírníky) jsou nejrozšířenějším mechanickým odlučovačem. Zásluhu na tom má zejména jejich vysoká účinnost při poměrné jednoduchosti a provozní nenáročnosti. Principem jejich funkce je využití odstředivé síly, která vzniká uvedením proudu plynu do rychlého rotačního pohybu (odtud jejich běžně používaný název cyklóny).

Snaha po maximální účinnosti vede ke zvyšování rychlosti plynu v cyklonech, což se prakticky projevuje ve zmenšování jejich průměru. Takovéto jednotky nemají většinou dostatečný výkon a je nutno je slučovat do bloků, v nichž se jejich výkon sečítá. Soustava paralelně zařazených cyklónů je skupinový odlučovač (multicyklón). Výhodou cyklónů je možnost použití pro horké plyny, nevýhodou pak závislost na rychlosti průtoku plynu, opotřebení abrazí a nevhodnost pro lepivý prach.

Žaluziové odlučovače jsou méně rozšířeným zařízením. Odlučovacím elementem jsou v nich žaluzie, tvořené kovovými úhelníky nebo přepážkami. Při průchodu plynu žaluzií dochází k prudké změně směru, kterou pevné částice nestačí sledovat, narážejí na přední stranu žaluzie a posouvají se tak směrem dolů k dílčímu odběru proudu plynu. Mají nízkou účinnost, používají se jako předodlučovače a mohou být použity pro vysoké teploty a neabrazivní prach.

9.2 Mokré mechanické odlučovače

využívají skutečnosti, že hmotnost a rozměr odlučovaných částic mají podstatný vliv na účinnost jejich zachycení. V přítomnosti vody jsou smáčivé částice pohlceny vodními kapkami a jejich rozměr a hmotnost se mnohonásobně zvětší, takže odloučení takto vzniklých částic je podstatně snazší. Nevýhoda velkého množství odpadní vody je odstraněna při použití t.zv. hladinových odlučovačů. Čištěný plyn v nich prochází tvarovanou štěrbinou společně s vodou, kterou strhává z hladiny konstantní výšky. K odlučování dochází působením odstředivé síly působící na částice při průchodu štěrbinou, jejíž stěny jsou omývány strženou vodou, a dále při průchodu vodní clonou. Všechna voda zůstává ve skříni odlučovače a pro udržení konstantní hladiny jsou hrazeny ztráty odparem, úletem kapek a v odtahovaném kalu.

Na stejném principu jako běžné cyklóny fungují i mokré vírové odlučovače, kde je odlučovací schopnost umocněna smočením částic a snižuje se negativní vliv abrasívnosti a lepivosti prachu.

Pro dobře smáčivé prachy lze s výhodou používat pěnové odlučovače, zejména tam, kde je možné spojit odlučování s vypíráním některé plynné složky.

Pro odlučování obzvláště jemných částic s velikostí částic řádově desetin µm nebo ještě menších se používají Venturiho pračky, v nichž probíhá shlukování dvou aerosolů - vody a prachu. Celkově lze říci, že použití mokrých odlučovačů s funkcí pouze odlučovací stále klesá. V současné době největší použití mají Venturiho pračky díky vysoké účinnosti, malé poruchovosti a nízkým pořizovacím nákladům.

9.3 Elektrostatické odlučovače

Principem činnosti elektrických odlučovačů (dále je EO) je využití přitažlivých sil mezi elektricky nabitými částicemi prachu a opačně nabitou sběrací elektrodou. Nabití částic se dosahuje v elektrostatickém poli EO, kde jako přenašeč náboje fungují ionty ionizovaného plynu.

Podstatou každého EO je sběrací elektroda o relativně velké ploše a nabíjecí (sršicí) elektroda o malé ploše, na něž je vloženo stejnosměrné napětí opačné polarity. Při zvyšování napětí začne při jeho určité (kritické) hodnotě mezi elektrodami procházet proud v důsledku ionizace molekul plynu v blízkosti nabíjecí elektrody, na níž vzniká t.zv. klidný výboj neboli korona. Procházející proud je zprvu malý a roste s dále stoupajícím napětím až do stavu, kdy dojde k přeskoku a kdy koronu nelze již vytvořit.

Zdrojem iontů je tedy korona a je výhodné dosáhnout co největší korony bez nebezpečí přeskoku. Stabilita korony je jednak podmíněna malým povrchem nabíjecí elektrody, která je řešena jako drát o malém průměru, jednak napětím, které je na ni vloženo. Záporná korona je stabilnější než kladná. To znamená, že při vložení záporného napětí na nabíjecí elektrodu je možno jít do vyšších hodnot napětí a při stejném napětí se u záporné korony dosáhne vyšších proudů bez nebezpečí přeskoku.

Nabíjecí elektrody se liší co do tvaru i co do materiálu, podle druhu použití. V zásadě jde vždy o tyč nebo drát pokud možno malého průměru, s průřezem kruhovým nebo (za účelem snadnějšího vytvoření korony) čtvercovým, obdélníkovým či asteroidickým. Jejich napnutí se dosahuje buď použitím závaží, nebo napnutím v rámech.

Sběrací elektrody mohou mít opět různý tvar podle použití odlučovače, nejčastěji jsou to různě tvarované desky nebo trubky. Výhodou EO je malá tlaková ztráta, která bývá 20 - 100 Pa, a vysoká účinnost kolem 99.9 %. Nevýhodou jsou ovšem velké pořizovací náklady, které předurčují tento typ odlučovačů pouze pro velké zdroje.

9.4 Filtry

Filtry jako odlučovací zařízení získávají v současné době stále na významu, zejména v souvislosti s vývojem nových typů tkanin s výrazně lepšími technickými vlastnostmi, jako je mechanická a zejména tepelná odolnost. Pomineme-li filtry na bázi speciálních keramických nebo jiných hmot, jejichž použití je omezené na dočišťování plynů s nízkým obsahem tuhých příměsí, pro účely odprašování plynných exhalací se jedná prakticky výlučně o filtry látkové.

Podle tvaru filtrační látky lze tyto filtry rozdělit na hadicové a kapsové.

Hadicové uspořádání užívá hadice z filtrační látky různé délky a průměru. Hadice jsou vyztužovány všitými kroužky, zejména při proudění plynu zvnějšku dovnitř.

Kapsové uspořádání se vyznačuje filtrační látkou upravenou do obdélníkových nebo plošných tvarů s drátěnou vložkou, udržující tvar kapes.

Důležitou součástí filtračního pochodu je regenerace zaprášené látky. Podle způsobu regenerace rozdělujeme oba typy filtrů na
- filtry se zpětným profukováním čistým plynem, a to za chodu nebo při odstavené komoře
- filtry s mechanickým oklepáváním, příp. v kombinaci se zpětným profukováním, za chodu nebo při odstaveném filtru
- filtry s regenerací vibracemi mechanickým zdrojem nebo ultrazvukem
- filtry s regenerací stlačeným vzduchem za chodu nebo v klidu

Díky technickému pokroku ve výrobě filtračních tkanin jsou tkaninové filtry v současné době použitelné prakticky ve všech případech odprašování. Jejich velkou výhodou jsou nízké pořizovací náklady a provozní spolehlivost při dodržení řádných projektových parametrů. Výhodná je i jejich vysoká účinnost, která prakticky nezávisí na velikosti částic a pohybuje se nad 99 %. Filtry nelze použít pro plyny vlhké, jejichž rosný bod je vyšší než teplota plynu během průchodu filtrem a pro odlučování lepivých příměsí.