Основні типи забруднювачів повітряного басейну та методи його очищення

До розбризкуючих зрошувачів, що подають рідину у вигляді крапель, відносяться тарілчасті і багатоконусні зрошувачі, а також розбризкувачі, що обертаються.

Рідина стікає по насадці у вигляді плівки, а також частково провалюється у вигляді крапель і струменів. Газ рухається по звивистих каналах, утворених порожнечами між тілами насадок. Гідродинаміка руху рідини і газу в абсорберах насадок так само як і в плівкових, визначає значення коефіцієнтів масовіддачі.

4.1.3 Барботажні абсорбери

Барботажні абсорбери підрозділяються на три основні групи: з суцільним барботажним шаром; із ступінчастим контактом тарілчастого типу; з механічним перемішуванням рідини.

Абсорбери з суцільним барботажним шаром. Конструкція простого абсорбера цього типу показана на рис.( 4.2.)

Рисунок 4.2 - Абсорбер з суцільним барботажним шаром

У апаратах цього типу спостерігається перемішування рідини по висоті і рушійна сила по висоті апарату практично однакова. Тому при високих коефіцієнтах масопередачі і розвиненій поверхні контакту фаз ефективність апарату низька і мало залежить від висоти шару піни. Підвищення ефективності спостерігається при зростанні висоти барботажного шару тільки до 50 мм.

Абсорбери із ступінчастим контактом. Такі абсорбери мають в одному корпусі декілька тарілок, розташованих один над одним. На кожній тарілці утворюється барботажний шар і таким чином здійснюється ступінчастий контакт.

Тарілки можна підрозділити на три основні типи:

1. Перехресного типу; у них напрями руху газу і рідини перехрещуються. Ці тарілки мають спеціальні переливні пристрої для проходу рідини з однієї тарілки на іншу.

2. Провального типу, в яких переливні пристрої відсутні, а газ і рідина одночасно проходять через одні і ті ж отвори. На кожній тарілці контакт газу і рідини відбувається по схемі повного перемішування рідини.

3. З однонапрямленим рухом газу і рідини (прямоточні). Такі тарілки мають спеціальні отвори, що додають газу направлений рух. Газ виходить з отворів у напрямі руху рідини по тарілці; це сприяє руху рідини і зменшує подовжнє перемішування рідини. Тарілки описаного типу зазвичай мають переливні пристрої, але існують і конструкції без переливів.

Підвищена швидкість газу сприяє інтенсифікації процесу і зменшенню габариту апарату, проте дуже висока швидкість призводить до бризковідносу. Відстані між тарілками, а отже, габарит апарату при підвищених швидкостях доводиться збільшувати.

Число тарілок визначають після розрахунку коефіцієнта масопередачі і числа одиниць перенесення на тарілку. Визначити число тарілок можна графічно або аналітично.

4.1.4 Розпилюючі абсорбери

Масопередача в них відбувається при русі крапель в потоці газу. Поверхня контакту фаз утворюється внаслідок розпилювання рідини на краплі. Розпилюючі абсорбери можна підрозділити на порожнисті, швидкісні, прямоточні і механічні. [10]

Підвищення швидкості газів призводить до віднесення крапель поглинача. Швидкісні прямоточні розпилюючі абсорбери працюють при швидкості газу від 20 м/с і вище, причому вся рідина несеться з газом і відділяється в спеціальному сепараторі. Основний апарат цієї групи - абсорбер Вентурі і його модифікації.

Абсорбер розпилюючого типу (APT) представляє одну або декілька горловини Вентурі без дифузорів. Рідина розпилюється потоком газу на краплі, які, пройшовши реакційний об'єм, відділяються в сепараторові. Швидкість газу в горловині APT підтримується приблизно 30 м/с, гідравлічний опір через відсутність дифузора зазвичай вище, ніж у TAB при тих же режимах.

Безфорсунковий абсорбер Вентурі дозволяє обходитися без насоса для подачі рідини на зрошування. Газ всмоктується в зазор між краєм конфузора і поверхнею рідини, захоплюючи рідину в апарат.

Ударно-розпилюючий абсорбер є колоною з трубами Вентурі, оснащеними внутрішніми перегородками. Такий абсорбер є апаратом із ступінчастим контактом з протитечією газу і рідини по ступенях.

Струменевий газопромивач ефективно застосовується як абсорбер. Він займає проміжне положення між порожнистими і швидкісними прямоточними розпилюючими абсорберами. По інтенсивності процесу він ближче до швидкісних прямоточних абсорберів, а за принципом організації зрошування (форсунка) - до порожнистих.

4.2 Апарати для адсорбції газових викидів

Поглинаюча здатність компоненту поверхневим шаром твердого поглинача - адсорбенту, обумовлена неоднаковим перебуванням молекул речовини на поверхні і всередині адсорбенту. Неврівноваженість молекул на поверхні адсорбенту створює надлишок вільної енергії, що зменшується при адсорбції різних речовин.

Розрізняється адсорбція фізична і активована. При фізичній адсорбції речовина на поверхні утримується молекулярними силами або силами Вандер-Ваальса. Фізична адсорбція відрізняється великою швидкістю, екзотермічністю, оборотністю, неспецифічністю.[10]

При активованій адсорбції на поверхні адсорбенту утворюється так зване поверхневе з'єднання з компонентом, що поглинається. Молекули компоненту впроваджуються в кристалічну решітку адсорбенту, утворюючи завжди тільки один шар. Активована адсорбція відрізняється: невеликою швидкістю, великою екзотермічністю (на рівні хімічної реакції), в більшості випадків безповоротністю, специфічністю. Для початку активованої адсорбції необхідна активація (підвищення температури, опромінювання і т. д.), а для підвищення швидкості - висока температура.

Швидку адсорбцію з одночасним протіканням хімічної реакції на поверхні і утворенням нової хімічної сполуки називають хемосорбцією.

При адсорбції пари, в порах крупніших розмірів спостерігається конденсація, що називається капілярною.

Характеристика адсорбентів.

Активність адсорбентів характеризується кількістю речовини, що поглинається одиницею маси, або об'ємом адсорбенту, і виражається у відсотках.

Розрізняють активність:

а) рівноважну статичну;

б) максимальну, таку, що досягається в умовах рівноваги при постійній температурі і концентрації компоненту в газі;

в) динамічну, визначувану як час, протягом якого при даних концентраціях, температурі і швидкості газу після шару адсорбенту з'являється непоглинений компонент, тобто спостерігається явище "проскакування".

Найбільш поширені адсорбенти: активне вугілля, силікагель, алюмогель, цеоліти, мінеральні адсорбенти.

Активація є обробкою, що збільшує адсорбуючу поверхню і що звільняє пори від сторонніх речовин. Адсорбційна питома поверхня активного вугілля складає від 600 до 1700 м² на 1 г адсорбенту.

Вугілля володіє здатністю поглинати пари органічних рідин, води й інші речовини. Застосовується активне вугілля у вигляді зерен розміром від 1 до 7 мм.

Існують декілька марок вугілля, переважних для тієї або іншої мети. Вугілля мазкі АР застосовують для поглинання органічних газів і пари. Вугілля мазкі АГ, АР і СКТ застосовують для адсорбції низькомолекулярних газоподібних компонентів.

Силікагель -- продукт зневодненого гелю кремнієвої кислоти. Обезводнення проводять сушкою при температурі 100-150° С до вологості 5-7%. При цій вологості силікагель найбільш активний. Залежно від методу обробки виходять дрібнопористі, середньопористі і великопористі сорти силікагелю (відповідно діаметром пір 20-30; 40-70 і 90-200А).

Розмір зерен силікагелю коливається від 0,2 до 7 мм, форма зерен близька до кульової. Силікагель поглинає вологу, активність, що зменшує його. Він застосовується для поглинання органічних речовин і газів, вологи при осушенні газів і т.д.

Алюмогель виходить при термічній обробці гідрату оксиду алюмінію. Середній діаметр пір 10-20А. Застосовується для осушення газу, а також у ряді спеціальних випадків (хроматографії, каталізі).

Цеоліти - мінерали, що є водними алюмосилікатами натрію або кальцію. Вода цеолітів дуже рухома, легко віддаляється при нагріванні і легко поглинається.

Цеоліти характерні малими розмірами пор (діаметром 3-5 А). У такі пори можуть проникати тільки дрібні молекули, для великих вони непрохідні, тому цеоліти називають "молекулярними ситами".

Цеоліти володіють великою статичною і динамічною активністю при поглинанні води. На цеолітах можна проводити селективну адсорбцію, виходячи з розмірів молекул різних речовин.

Адсорбери. Розрізняються адсорбери періодичної і безперервної дії.

Адсорбери періодичної дії працюють по циклу: адсорбція - десорбція (регенерація), як це видно на (рис. 4.3).

1 - адсорбер; 2 - центральна труба для подачі парогазуватої суміші в адсорбер; 3 - колосники; 4 - колосникові грати; 5 - завантажувальний люк; 6 - люки для вивантаження вугілля і гравію; 7 - опорне кільце; 8 - патрубок кришки, сполучений з центральною трубою; 9 - барботер для подачі пари;

10, 11 - патрубки для манометра і запобіжного клапана; 12, 13 - штуцера для відведення пари з адсорбера при десорбції і виходу повітря, звільненого від пари, що поглинається; 14 - гільза термометра; 15 - відбійник;

16 - штуцер, заглушений свинцевою мембраною;

17 - збірка для конденсату пари; 18, 19 - штуцера для відведення конденсату і подачі води

Рисунок 4.3 - Схема адсорбера періодичної дії

Адсорбер має зверху трубу для введення пароповітряної суміші. Між циліндровою частиною адсорбера і днищем приварені колосники, на які покладена розбірна чавунна колосникова решітка; на неї кладуть або дві металеві сітки, або поміщають шар гравію з розмірами шматків від 5 до 50 мм. При укладанні гравію безпосередньо на решітку поміщають шар кусків найбільших розмірів, в подальших шарах куски поступово зменшуються. Загальна висота шару гравію біля 100 мм. На гравій занурюють адсорбент і зверху покривають металевою сіткою. В апаратах великого діаметру металева сітка, що лежить на шарі вугілля, притримується зверху вантажем (зазвичай чавунними відливами). Іноді між шарами гравію і вугіллям також кладуть металеву сітку. Гравій і вугілля завантажують вручну через завантажувальні люки на кришці адсорбера. На рівні колосникової решітки розташовані люки для вивантаження гравію і вугілля. Пару подають в адсорбер знизу через патрубок в барботер, розташований кільцем в сферичному днищі. [10]

Адсорбційні установки безперервної дії бувають з рухомим поглиначем і з нерухомим його шаром.

Адсорбційна установка з рухомим поглиначем складається з адсорбера і виносного або вбудованого десорбера, через які здійснюється циркуляція адсорбенту за допомогою газу або механічних пристроїв (підйомників).

Адсорбер безперервної дії є колоною, в якій зверху вниз під дією сили тяжіння рухається адсорбент. Він проходить зони охолоджування (холодильник), поглинання, нагріву і десорбції (Рис. 4.4).

I - зона абсорбції; II - зона підігріву; III - зона десорбції; 1, 2, 11 - штуцери; 3 - холодильник; 4, 5 - труби; 6 - сепаратор; 7 - газодувка; у - труба; 9 - приймач; 10 - теплообмінник; 12 - регулятор витрати; 13 - гідрозатвір; 14 - труба для подачі адсорбенту вгору

Рисунок 4.4 - Адсорбційна установка безперервної дії

Початкова суміш потрапляє в адсорбційну колону через штуцер 1 і проходить через першу зону в протитечію адсорбенту, що рухається вниз. Основну частину не поглиненого в першій зоні газу видаляють з колони через штуцер 2, інша частина йде по трубах холодильника 3 в протитечію, що охолоджується тут вугіллям. У холодильнику 3 газ також адсорбується вугіллям. Одну частину непоглиненого в холодильнику газу видаляють з колони по трубі 4 (верхній продукт), інша йде в трубу 5 і прямує потім в сепаратор для відділення від захоплених потоком частинок адсорбенту. Після сепаратора газ газодувкою по трубі 8 подають в нижню частину приймача 9. Після другої зони (нагріву) в третій, десорбції, адсорбент обробляється гострою парою і додатково підігрівається, проходячи по трубах теплообмінника. Основна частина продуктів десорбції видаляється з колони через штуцер 11. З підігрівача через регулятор 12 витрати і гідро затвору 13, адсорбент потрапляє в приймач 9, звідки струмом газу, що поступає по трубі 8, підіймається по трубі 14 у верхню частину адсорбційної колони.

Адсорбери з шаром адсорбенту (рис.4.5) бувають періодичної і безперервної дії.

1 - обичайка; 2 - люк для завантаження адсорбенту; 3 - сітка;

4 - труба для входу газу

Рисунок 4.5 - Адсорбер з псевдозрідженим шаром

Конструкція адсорбера має просту будову. Обичайка має люк 2, через який поглинач завантажують на гофровану сітку 3. Газ, що очищається, подають в адсорбер по трубі 4. Проходячи через отвори сітки 3, газ підтримує поглинач в псевдозрідженому стані. Габарит адсорбера з псевдозрідженим шаром поглинача втричі менше габариту адсорбера з нерухомим шаром. Опір адсорбера з псевдозрідженим шаром поглинача в 5 разів менше, ніж у разі нерухомого шару. Витрата металу менше в 2,5 рази, а витрата електроенергії -- в 5 разів.

4.3 Установки термічного методу знешкодження газоподібних відходів

Для знешкодження газових промислових викидів використовують термічні методи прямого і каталітичного спалювання. Метод прямого спалювання застосовують для знешкодження промислових газів, що містять органічні домішки, що легко окислюються, наприклад пари вуглеводнів. Продуктами згорання вуглеводнів є діоксид вуглецю і вода, а органічних сульфідів -- діоксид сірки і вода. [11]

Гази спалюють на установках з відкритим факелом або в печах різних конструкцій. Пряме спалювання здійснюють при температурі 700--800 °С з використанням газоподібного або рідкого палива. Для спалювання необхідний надлишок кисню на 10--15% більше стехіометричної кількості. Якщо теплота згорання вуглеводнів перевищує теплоту реакції на 1,9 МДж/м, то гази спалюють у факелі. Щоб полум'я факела було таким, що не коптить, додають воду у вигляді пари. В цьому випадку відбувається реакція водяної пари з вуглеводнями, що супроводжується утворенням водню і оксиду вуглецю. Кількість пари залежно від концентрації вуглеводнів коливається від 0,05 до 0,33 мг/кг.

Якщо концентрація горючих газів мала і тепла, що виділяється, недостатньо для реакції згорання, то гази заздалегідь підігрівають. [11]

Такі допалювачі застосовують в тих випадках, коли концентрація кисню в спалюваних газах мала (<15%), а об'ємна швидкість газів змінюється в широких межах.

Простішим є допалювач, що має камеру згорання і насадку з вогнетривких матеріалів. Час перебування газу в камері 0,05 з, температура 800--1000 °С, що дозволяє досягти високих ступенів окислення вуглеводнів. Гази, що виходять з камери згорання, або викидаються в атмосферу, або пропускаються через теплообмінник для рекуперації тепла.

Для знешкодження рідких відходів використовують:

1) концентрацію стічних вод з подальшим виділенням розчинених речовин;

2) окислення органічних речовин у присутності каталізатора при атмосферному або підвищеному тиску;

3) рідиннофазне окислення органічних речовин;

4) вогняний метод;

5) виділення розчинених речовин.

ВИСНОВКИ

Отже, слід відзначити, що атмосферне повітря певним чином завжди може мати непостійний відсотковий склад, зазнаючи впливу на нього факторів навколишнього середовища, зокрема різного типу забрудників, а в даному конкретному випадку - промислових газових викидів. В роботі, певним чином, було розглянуто методи процесу очищення повітря, на основі представлених різного типу процесів, а також декілька представлених апаратів стосовно функціонування їх по знешкодженню промислових газових викидів, пріоритети і шляхи застосування цих апаратів. Певним чином, типи забруднювачів окласифіковано: за походженням, за основними групами , за агрегатним станом, за станом аерозольних частинок, за характером впливу на живі організми.В роботі були представлені основні методи стосовно очистки промислових газових викидів, і було розглянуто ряд мегодів: абсорбційний, адсорбційний, каталітичний, термічне допалювання, озонні методи, біохімічні, плазмокаталітичні., термокаталітичні. Стосовно методів, були представлені апарати, такі як: абсорбційні, адсорбційні апарати, їх переваги й недоліки, їх різновиди. Тут методами вирішення проблеми постають технології і апаратне забезпечення підприємств промисловості, методика найоптимальнішого і найефективнішого виявлення і локалізації різних типів забруднюючих повітря речовин, промислових газових викидів і безпосереднього практичного застосування цих процесів.

В майбутньому, пріоритетно якісним буде відзначатись подальше вдосконалення очисних систем і апаратів, винайдення і застосування більш нових і сучасних методів, з якомога меншою собівартістю і максимальною ефективністю в сфері газоочистки.

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ

1. Берлянд Л.Е. Прогноз и регулирование загрязнения атмосферы. - Л.: Гидрометеоиздат, 1992 - 272 с., ил., 22 см.

2. Жицька Л.І., Босецька М.П. Аналіз формування складу атмосферного повітря// Раціональне використання природних ресурсів: Тези доп. 2-ї Між. наук. конф. - Черкаси, 2003 - с. 13-14.

3. Сухарев С.М., Чундак С.Ю., Сухарева О.Ю. - Основи екології та охорони довкілля. Навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів.--К.: Центр навчальної літератури, 2006. - 394 с.

4. Шейкіна О.Ю. Екологічні аспекти забруднення атмосферного повітря// Забруднення: екологічні аспекти. - К, 2007. - груд. (№12). С. 32-33.

5. Курик Н.В. Экология воздушной среды - основа здоровья человека// Женское здоровье. - 2002 - №3-4 с. 28-30.

6. Морачова В.И. Проблемы организации государственного санитарного надзора в крупном промышленном центре в современных условиях// Довкілля та здоров'я. - 2003. - №3 - с. 46-48.

7. Токсичні відходи та поводження з ними// Довкілля Черкащини: - Черкаси, 2003. - с. 83-100.

8. http : // www.air-cleaning.ru/d_method_rev.php

9. Оборудование, сооружения, основы проектирования химико-технологических процессов защиты биосферы от промышленных выбросов/Родионов А. И., Кузнецов Ю. П., Зенков В. В., Соловьев Г. С. Учебное пособие для вузов. - М., Химия, 1985. - 352 с., ил.

10. http : // www.air-protection.ru/uog/5_hi.htm

11. http : // www.uberemmusor.ru/index.php?page=content&subpage.