Засоби очистки викидів виробництва
До інженерно-технічних засобів зниження забруднення слід віднести технологію газоочищення і пилоуловлювання (30).
Методи очищення
Класифікація пиловловлюючого обладнання грунтується на принципових особливостях процесу відокремлення твердих частинок від газової фази.
Для виділення з повітряних потоків і димових газів пилу застосовують наступні методи:
• метод сухого механічного очищення (вплив сил тяжіння, інерції або відцентрових сил на масу зваженої у газі частинки);
• метод мокрого механічного очищення (ударнозмивний принцип із використанням сили інерції і рідинної плівки, а також промивка газів за допомогою зрошення або барбатажування через шар рідини, яка змочує й поглинає частинки пилу);
• фільтрація газів (перепускання газів через пористі тканини, перегородки й засипки);
• метод електричного очищення газів (вплив електричного поля високої напруги на іонізацію частинок пилу й перенесення їх на поверхню осадження із зони руху газів) (33).
Відповідно методам очищення повітря розроблені апарати сухого й мокрого очищення, фільтрації, електричного осадження пилу.
Пиловловлювачі і фільтри вибирають з урахуванням ступені очищення повітря; кількості утримуваного в ньому пилу; характеру й розміру частинок пилу; продуктивності й втрат напору в пристрою; пиломісткості пристрою. Важливо також враховувати фізичні властивості пилу (32).
Ефективність пиловловлюючого обладнання характеризується досягаємою фракційною або парціальною ступенями очищення.
Фракційна ступінь очищення - це відношення кількості пилу даної фракції, що вловлено, до кількості пилу тієї ж фракції, що подається в апарат.
Парціальна ступінь очищення - це відношення кількості частинок даного розміру, що вловлено, до кількості частинок того ж розміру на вході в апарат .
Сухі пиловловлювачі
Обладнання для вловлювання пилу сухими способами охоплює пилоосаджувальні камери, циклони різних типів, жалюзні і ротаційні пиловловлювачі, фільтри різних типів та інші.
Апарати гравітаційної та інерційної дії
Найпростішими пристроями для вловлювання крупнодисперсного пилу, які працюють за принципом гравітаційного осадження, є пилоосаджувальні камери
В радіальних пиловловлювачах (рис. 2.2) відокремлення твердих частинок газового потоку здійснюється при сумісній дії гравітаційних та інерційних сил.
На частинку пилу, що опиняється в корпусі діє сила ваги, під впливом якої вона рухається вниз із швидкістю и, і сила інерції, що виникає при зміні напрямку потоку на 180° і обумовлює швидкість и. При цьому повинна виконуватись умова и>и. Не дивлячись на простоту конструкції, радіальні пиловловлювачі не знайшли широкого розповсюдження, так як уловлюють лише крупний пил (25. ..30 мкм).
Для розподілу повітряного потоку на очищений і збагачений пилом та газом, використовують жалюзійні пиловідокремлювачі.
Відокремлення частинок пилу від основного газового потоку здійснюється під дією інерційних сил, що виникають при повороті газового потоку на вході в жалюзійну решітку, а також за рахунок ефекту відбиття пилу від поверхні решітки при зіткненнях. Збагачений пилом газовий потік направляється до циклону, де очищається від часток пилу і вводиться в трубопровід очищеного газу.
Апарати відцентрової дії
Циклони - найбільш поширені пристрої для очищення газових потоків від пилу. Одним із них є циліндричний циклон, конструкція якого розроблена в НДІО ГАЗ
Газовий потік входить в циліндричну частину корпусу по дотичній до внутрішньої поверхні із швидкістю 18...20 м/с, утворюючи тим самим відцентрову силу, яка відкидає тверді частинки до стінок. Ці частинки поступово сповзають у конусну частину корпусу і далі в приймальний бункер, а очищений від пилу газ залишає циклон через центральну відвідну трубу
Більш перспективним пиловловлювачем ротаційного типу є протипоточний ротаційний пиловловлювач (ПРП), який затримує частинки розміром до 5 мкм і більше.
Вихрові пиловловлювачі (ВПУ) також відносять до апаратів
відцентрової дії. Особливістю ВПУ є висока ефективність очищення газу від дрібних фракцій пилу (3...5 мкм). Існують дві конструктивні особливості ВПУ: соплова і лопатева.
Фільтри
Фільтри відносяться до високоефективних апаратів сухого очищення газів. В основі роботи всіх типів фільтрів лежить фільтрація запиленого повітря крізь пористу перегородку, яка затримує частинки пилу, що містяться в повітрі, а газ без перешкод рухається через неї. Пористі перегородки можуть являти собою тканини, папір, волокнисті матеріали, металеві сітки, зернисті шари.
Фільтри, здібні затримувати частинки будь-яких розмірів. Однак їх доцільно використовувати для вловлювання частинок пилу розміром менше 5 мкм. Ступінь очищення газу в фільтрах залежить від пористості фільтруючого матеріалу, товщини фільтруючого шару, об'єму фільтрувального матеріалу в одиниці об'єму фільтру а сумарного коефіцієнту захоплення частинок пилу фільтруючим волокном, величина якого, у свою чергу, залежить від механізму процесу фільтрування.
Швидкість фільтрування визначається перепадом тиску на пористій перегородці. По мірі накопичення на перегородці частинок пилу швидкість проходження газу поступово знижується. Тому перегородку необхідно періодично регенерувати шляхом звільнення від уловленого пилу.
У волокнистих фільтрах використовують як природні, так і спеціально виготовлені матеріали з відходів ткального виробництва, шлаковати, скловати та інші волокна товщиною 0,01... 100 мкм. Ступінь очищення при вловлюванні дрібнодисперсного пилу може сягати 99 %. Пропонована швидкість фільтрації 0,01... 0,1 м/с.
Зернисті фільтри застосовують при очищенні газів від крупнодисперсних домішок із високими температурами (до 500...800°С) в умовах агресивного середовища при різких перепадах тиску.
Електрофільтри, в основному, застосовують для очищення промислових газів, які мають у своєму складі частинки із здібністю злипання їх при контакті з водою. Це викиди цементних, вапнових, гіпсових та деяких інших виробництв.
Мокрі пиловловлювачі
Мокре очищення пилогазових викидів є одним із найбільш ефективних і широко розповсюджених методів. При цьому процесі досягають високого ступеня вловлювання твердих, рідких і газоподібних домішок.
Основою процесу мокрого очищення є осаджування частинок пилу на поверхні або в шарі рідини. В якості рідини найчастіше використовують воду. В залежності від особливостей складу викидів, що очищаються, воду можуть підлужувати, або підкислювати.
Апарати мокрого газоочищення відрізняються простотою конструкції та експлуатації, відносно невисокою вартістю. Вони можуть очищати викиди будь-якої вологості, а також пожежо- та вибухонебезпечні суміші.
До недоліків мокрого способу очищення слід віднести: утворення стічних вод і шламу, які вимагають подальше очищення та обробку; корозію обладнання при дії вологих агресивних домішок у газах або в рідині; відносно високі витрати електроенергії.
Конструктивно мокрі пиловловлювачі можна поділити на: скрубери різних типів, барботажно-пінні апарати, апарати ударно-інерційного типу та ін.
Скрубери
Форсунковий скрубер призначений для вловлювання частинок розміром більше 10... 15 мкм, а також для охолодження й зволоження викидів, що очищаються.
Відцентровий скрубер працює за принципом дії циклона. Аналогічною є і його конструкція Під дією відцентрових сил, що виникають при входженні газового потоку в середину циліндричного корпуса по дотичній і обертанні його по колу, частинки пилу відкидаються до стінок скрубера. Вода, що подається в перфоровану трубку, розташовану в середині корпуса по його периметру, змиває частинки в гідрозатвор, а далі в каналізаційну трубу.
У скрубері Вентурі розпилення рідини виконується за рахунок турбулентного руху газу, що очищається, через конфузор труби Вентурі.
Робота ударно-інерційних апаратів заснована на різкому повороті (кут 180°) газового потоку, який має велику швидкість, при підході до водної поверхні.
Зважені в газі частинки домішок, вдаряючись в поверхню води, вловлюються нею. Очищений газ за допомогою вентилятора викидається назовні крізь верхній патрубок, а забруднена вода потрапляє в каналізацію та йде на подальше очищення.
Барботажно-пінні апарати.
Барботажно-пінні апарати призначені для очищення невеликих об'ємів газу від частинок пилу розміром не менше 5 мкм. Процес барботажу являє собою проходження забрудненого газу через шар рідини.
Барботажно-пінний апарат являє собою металевий корпус, в середній частині якого встановлена провальна або переливна решітка.
В цих апаратах газ на очищення потрапляє в нижню частину корпусу під решітку, а вода — зверху на решітку. Газ, проходячи крізь отвори в решітці і барботуючи через шари рідини й піни, очищується від пилу за рахунок бульбашок, які при швидкості руху газу в корпусі до 2 - 2,5 м/с утворюють на поверхні піну. При наявності піни в апараті процес очищення стає більш ефективним.
Очищення викидів від газо-, паро- та туманоподібних забруднювачів
Процеси очищення і знешкодження шкідливих газоподібних домішок у складі повітряних викидів різних виробництв та комунальних підприємств є дуже складними, що обумовлено різноманітним хімічним складом та високою температурою даного потоку. Крім того, більшість вловлених домішок мають господарську цінність і підлягають утилізації.
Газоочисні установки, що випускаються сучасною промисловістю, можуть здійснювати процес очищення з послідуючою утилізацією видалених речовин. Апарати з видаленням цінних речовин у концентрованому вигляді і подальшому використанню в народному господарстві є найбільш перспективними.
Методи очищення промислових і комунальних викидів від газоподібних забруднень поділяють на п'ять основних груп: промивка викидів розчинниками домішок (абсорбція); промивка викидів розчинниками реагентів, які хімічно зв'язують домішки (хемосорбція); "поглинання газоподібних домішок твердими активованими речовинами (адсорбція); термічна нейтралізація газів і поглинання домішок шляхом застосування каталітичного перетворення (29).
Метод абсорбції
Очищення газових викидів методом абсорбції полягає у поглинанні одного або декількох газових компонентів рідкими поглиначами (абсорбентами) з утворенням розчину. Важливою умовою даного методу є правильний підбір розчинника. Для видалення таких газів як аміак, хлористий або фтористий водень доцільно використовувати воду, так як їх розчинність у воді дуже висока (декілька сотень грамів на кілограм води). Розчинність інших газів у воді, наприклад, сірчаного ангідриду або хлору, в сотні разів менша. Тому замість води можуть бути застосовані водні розчини сірчаної кислоти (для вловлювання водяної пари), в'язких мастил (для вловлювання ароматичних вуглеводнів) та ін.
Контакт газового потоку з рідким розчинником здійснюється різними способами: пропуск газу через насадочну колонку, розпилюванням або барботажуванням газу через шар рідини. В залежності від реалізованого способу контакту газ - рідина розрізняють такі пристрої: насадочні башти, форсункові та відцентрові скрубери, скрубери Вентурі, барботажно-пінні апарати, тарілчасті та інші скрубери.
Метод хемосорбції
Даний метод грунтується на поглинанні газів та парів твердими або рідкими поглиначами з утворенням малолетючих або малорозчинних хімічних сполук. Поглинаюча здатність хемосорбенту майже не залежить від тиску і найчастіше застосовується при невеликих концентраціях домішок у газах, що викидаються. Більшість реакцій, що протікають у процесі хемосорбції, є екзотермічними та зворотними. Тому при підвищенні температури розчину, хімічні сполуки, що утворились при більш низьких температурах, розкладаються з видаленням вихідних елементів. На цьому принципі заснований механізм десорбції хемосорбенту.
Апарати для хемосорбції багато в чому схожі з абсорбційними апаратами. Газ подасться в скрубер під опірну решітку, де він розділяється на два потоки: центральний та периферійний (біля стінок корпусу). В зв'язку з тим, що зрізаний конус розширюється по мірі віддалення від опорної решітки простір між ним та стінкою зменшується, а швидкість потоку газу стрімко зростає, що обумовлює зважений стан насадок в даній зоні, а також переміщення їх у центральну зону. Методи абсорбції й хемосорбції, які застосовують для очищення промислових викидів, називають мокрими. Ефективність мокрого очищення сягає 85...92 %.
Метод адсорбції
Процес адсорбційного очищення газів аналогічний описаному в параграфах 1.6.1 та 1.6.2 розділу 1 при видаленні забруднюючих домішок із рідини. В якості адсорбентів або поглиначів у даному випадку застосовують тверді речовини, які мають велику площу поверхні всіх частинок в одиниці маси. В такому сорбенті як активоване вугілля питома поверхня часток сягає 105... 10'' м /кг.
Конструктивно адсорбери виконують у вигляді вертикальних, горизонтальних або кільцевих посудин. Вибір конструкції адсорберів визначається швидкістю газової суміші, розміром частинок адсорбенту, заданим ступенем очищення та рядом інших факторів. Вертикальні адсорбери як правило, застосовують при невеликих об'ємах очищення газу, горизонтальні і кільцеві - при великих об'ємах.
Фільтрація газу йде через нерухомі (адсорбери періодичної дії) або через шар адсорбенту, що рухається. Найбільш розповсюдженими є адсорбенти періодичної дії, в яких період контактування газу, що очищається з твердим сорбентом чергується з періодом регенерації останнього.
Адсорбцію широко використовують для видалення парів розчинника із відпрацьованого повітря при фарбуванні автомобілів, виробництві смол, скловолокна і склотканин; затримання парів ефіру, ацетону при виробництві нітроцелюлози та бездимного пороху; очищення вихлопних газів автомобілів; видалення радіоактивних газів при експлуатації ядерних реакторів.
Термічна нейтралізація
Розрізняють три схеми термічної нейтралізації газових викидів: пряме спалення, термічне окиснення і каталітичне спалення. Пряме спалення і термічне окиснення здійснюють при температурах 600...800°С; каталітичне спалення - при 250...450°С. Вибір схеми
нейтралізації визначається хімічним складом забруднюючих речовин, їх концентрацією, початковою температурою, об'ємом газових викидів та гранично допустимими нормами викидів забруднюючих речовин.
Пряме спалення застосовують тоді, коли гази, що викидаються, забезпечують не менше 50 % енергії спалення. Недоліком цього процесу є те, що при спаленні газу утворюється температура до 1300°С, що при надлишку повітря і тривалому перегріванні газу в топці веде до утворення оксиду азоту, який в свою чергу, є забруднюючою речовиною. Тому час перебування обмежений 0,2...0,7 с.