Que. What are the environmental and health impacts of Sulphur dioxide (SO₂) emissions from coal power plants? Discuss the broad approaches to reduce SO₂ emissions.
(GS 3, 15 Marks, 250 Words)
प्रश्न. कोयला विद्युत संयंत्रों से निकलने वाले सल्फर डाइऑक्साइड (SO₂) उत्सर्जन के पर्यावरणीय और स्वास्थ्य पर क्या प्रभाव पड़ते हैं? SO₂ उत्सर्जन को कम करने के व्यापक उपायों पर चर्चा कीजिए।
(जीएस 3, 15 अंक, 250 शब्द)
Approach:
Introduction: Current context
Body: Environmental and Health Impacts of Sulphur dioxide (SO₂) Emissions; Broad Approaches to Reduce SO₂ Emissions
Conclusion: Summarise or way forward
Introduction:
Sulphur dioxide (SO₂) is a major air pollutant primarily emitted from coal-fired power plants. Concerns about SO₂ emissions have recently resurfaced due to the government scaling back its 2015 mandate for coal-based thermal plants to install clean-air equipment known as flue gas desulphurisation (FGD) devices, a decision driven by high costs.
Environmental and Health Impacts of SO₂ Emissions
Impact on Air Quality and Ecosystems
SO₂ is a key contributor to acid smog, acid rain, and secondary aerosols.
Acid rain leaches nutrients from soil, mobilizes toxic aluminium that inhibits plant uptake, and disrupts freshwater ecosystems.
Impact on Human Health: Sulphate aerosols from SO₂ can penetrate deep into the lungs. The health impacts are particularly worsened when SO₂ and sulphate particles interact, increasing mortality during air pollution episodes.
Broad Approaches to Reduce SO₂ Emissions:
SO₂ emissions can be reduced through two broad approaches - pre-combustion control and post-combustion control.
Pre-combustion control: Pre-combustion techniques include fuel switching, fluidized bed combustion (FBC), and integrated gasification combined cycle (IGCC).
Fuel switching: It involves using or blending low-sulphur coal, which can cut SO₂ emissions by 30–90%, but only temporarily.
Coal washing: Using physical, chemical, or biological methods, it removes iron pyrites (FeS₂) due to its higher density. This can lower sulphur content by approximately 10%, while reducing ash levels and improving fuel quality and boiler efficiency.
Fluidized bed combustion: It uses crushed coal mixed with limestone in a fluidized bed; the lime reacts with SO₂ to form calcium sulphate. FBC can remove more than 90% of sulphur, operates at lower temperatures (~800°C), thereby lowering NOₓ formation, and is less sensitive to coal quality.
Integrated gasification combined cycle: It turns coal-water slurry to clean syngas, removing particulates, mercury, and sulphur. IGCC plants reach up to 45% efficiency compared to approximately 40% for conventional pulverized coal plants, and allow for CO₂ capture via deep injection.
Post-combustion control: Post-combustion control is mainly achieved through flue gas desulphurisation (FGD).
In dry FGD systems, limestone (CaCO₃) slurry is injected into flue gas to form calcium sulphite/sulphate. Lime-based slurries work better but are costlier.
In wet scrubbing, flue gas is bubbled through limestone slurry, producing gypsum as a by-product, which is used as a construction material. Scrubbers also consume large amounts of water and generate significant sludge as landfills with the consistency of toothpaste.
Regenerative SO₂ capture processes, like Wellman-Lord, generate economically important byproducts like sulphuric acid, and even elemental sulphur for industrial application.
Biotechnological application of autotrophic sulphur bacteria in thermophilic conditions to produce economically attractive elemental sulphur is also another environmentally benign alternative for SO2 remediation.
Conclusion:
Addressing SO₂ emissions from coal power plants is a complex challenge involving significant environmental, health, and economic considerations. The continued development and implementation of both pre- and post-combustion control technologies are vital to mitigate the adverse impacts of SO₂ and safeguard both air quality and ecosystems.
दृष्टिकोण:
परिचय: वर्तमान संदर्भ का उल्लेख करते हुए परिचय दें।
मुख्य भाग: सल्फर डाइऑक्साइड (SO₂) उत्सर्जन के पर्यावरणीय और स्वास्थ्य प्रभाव; SO₂ उत्सर्जन कम करने के व्यापक उपाय।
निष्कर्ष: सारांश या आगे की राह।
परिचय:
सल्फर डाइऑक्साइड (SO₂) एक प्रमुख वायु प्रदूषक है जो मुख्य रूप से कोयला आधारित बिजली संयंत्रों से उत्सर्जित होता है। SO₂ उत्सर्जन को लेकर चिंताएँ हाल ही में फिर से उभरी हैं क्योंकि सरकार ने कोयला आधारित ताप विद्युत संयंत्रों के लिए फ्लू गैस डिसल्फराइजेशन (FGD) उपकरण नामक स्वच्छ वायु उपकरण लगाने के अपने 2015 के आदेश को वापस ले लिया है, यह निर्णय उच्च लागत के कारण लिया गया है।
SO₂ उत्सर्जन के पर्यावरणीय और स्वास्थ्य प्रभाव:
वायु गुणवत्ता और पारिस्थितिकी तंत्र पर प्रभाव
SO₂ अम्लीय धुंध, अम्लीय वर्षा और द्वितीयक एरोसोल का एक प्रमुख कारण है।
अम्लीय वर्षा मिट्टी से पोषक तत्वों को सोख लेती है, विषाक्त एल्युमीनियम को गतिशील बनाती है जो पौधों द्वारा अवशोषण को बाधित करता है, और मीठे पानी के पारिस्थितिकी तंत्र को बाधित करता है।
मानव स्वास्थ्य पर प्रभाव: SO₂ से सल्फेट एरोसोल फेफड़ों में गहराई तक प्रवेश कर सकते हैं। स्वास्थ्य पर प्रभाव विशेष रूप से तब और बढ़ जाता है जब SO₂ और सल्फेट कण परस्पर क्रिया करते हैं, जिससे वायु प्रदूषण के दौरान मृत्यु दर बढ़ जाती है।
SO₂ उत्सर्जन कम करने के व्यापक उपाय:
SO₂ उत्सर्जन को दो व्यापक उपायों से कम किया जा सकता है - दहन-पूर्व नियंत्रण और दहन-पश्चात नियंत्रण।
दहन-पूर्व नियंत्रण (प्री-कंबक्शन कण्ट्रोल): दहन-पूर्व तकनीकों में ईंधन परिवर्तन, द्रवीकृत संस्तर दहन (FBC), और एकीकृत गैसीकरण संयुक्त चक्र (IGCC) शामिल हैं।
ईंधन परिवर्तन (फ्यूल स्विचिंग): इसमें कम सल्फर वाले कोयले का उपयोग या मिश्रण शामिल है, जिससे SO₂ उत्सर्जन में 30-90% तक की कमी आ सकती है, लेकिन केवल अस्थायी रूप से।
कोयला धुलाई (कोल वाशिंग): भौतिक, रासायनिक या जैविक विधियों का उपयोग करके, यह अपने उच्च घनत्व के कारण आयरन पाइराइट्स (FeS₂) को हटा देता है। इससे सल्फर की मात्रा लगभग 10% कम हो सकती है, साथ ही राख का स्तर कम होता है और ईंधन की गुणवत्ता और बॉयलर दक्षता में सुधार होता है।
द्रवीकृत संस्तर दहन (फ्लुइडाइज्ड बेड कंबक्शन-FBC): इसमें द्रवीकृत संस्तर में चूना पत्थर के साथ मिश्रित कुचले हुए कोयले का उपयोग किया जाता है; चूना SO₂ के साथ अभिक्रिया करके कैल्शियम सल्फेट बनाता है। FBC 90% से अधिक सल्फर को हटा सकता है, निम्न तापमान (~800°C) पर संचालित होता है, जिससे नाइट्रोजन के ऑक्साइड (NOₓ) का निर्माण कम होता है, और यह कोयले की गुणवत्ता के प्रति कम संवेदनशील होता है।
एकीकृत गैसीकरण संयुक्त चक्र (इंटीग्रेटेड गैसीफिकेशन कम्बाइन्ड साइकिल-IGCC): यह कोयला-जल घोल को शुद्ध सिंथेटिक गैस में परिवर्तित करता है, जिससे कणिकाएँ, पारा और सल्फर निकल जाते हैं। IGCC संयंत्र 45% तक दक्षता प्राप्त करते हैं, जबकि पारंपरिक चूर्णित कोयला संयंत्रों की दक्षता लगभग 40% होती है, और गहरे इंजेक्शन के माध्यम से CO₂ को ग्रहण करने की अनुमति देते हैं।
दहन-पश्चात नियंत्रण (पोस्ट-कंबक्शन कण्ट्रोल): दहन-पश्चात नियंत्रण मुख्यतः फ्लू गैस डिसल्फराइजेशन (FGD) के माध्यम से प्राप्त किया जाता है।
शुष्क फ्लू गैस डिसल्फराइजेशन (FGD) प्रणालियों में, चूना पत्थर (CaCO₃) घोल को फ़्लू गैस में इंजेक्ट करके कैल्शियम सल्फाइट/सल्फेट बनाया जाता है। चूना-आधारित घोल बेहतर काम करते हैं, लेकिन महंगे होते हैं।
गीले स्क्रबिंग में, चूना पत्थर के घोल में फ़्लू गैस को बुदबुदाया जाता है, जिससे उप-उत्पाद के रूप में जिप्सम बनता है, जिसका उपयोग निर्माण सामग्री के रूप में किया जाता है। स्क्रबर भी बड़ी मात्रा में पानी की खपत करते हैं और लैंडफिल के रूप में टूथपेस्ट जैसी स्थिरता वाला भारी मात्रा में कीचड़ उत्पन्न करते हैं।
वेलमैन-लॉर्ड जैसी पुनर्योजी SO₂ अभिग्रहण प्रक्रियाएं (रीजनरेटिव SO₂ कैप्चर प्रोसेसेज), औद्योगिक अनुप्रयोग के लिए सल्फ्यूरिक एसिड जैसे आर्थिक रूप से महत्वपूर्ण उपोत्पाद और यहां तक कि मौलिक सल्फर भी उत्पन्न करती हैं।
आर्थिक रूप से आकर्षक मौलिक सल्फर का उत्पादन करने के लिए ऊष्माप्रेमी परिस्थितियों में स्वपोषी सल्फर बैक्टीरिया का जैव-प्रौद्योगिकी अनुप्रयोग भी SO₂ उपचार के लिए एक अन्य पर्यावरणीय रूप से अनुकूल विकल्प है।
निष्कर्ष:
कोयला बिजली संयंत्रों से होने वाले सल्फर डाइऑक्साइड (SO₂) उत्सर्जन को नियंत्रित करना एक जटिल चुनौती है, जिसमें पर्यावरणीय, स्वास्थ्य और आर्थिक पहलुओं से जुड़े महत्वपूर्ण पहलू शामिल हैं। SO₂ के प्रतिकूल प्रभावों को कम करने और वायु गुणवत्ता व पारिस्थितिकी तंत्र की सुरक्षा के लिए दहन-पूर्व और दहन-पश्चात नियंत्रण तकनीकों का निरंतर विकास और कार्यान्वयन अत्यंत महत्वपूर्ण है।
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