1. Очистка воздуха от химических примесей

В производственных условиях очистку воздуха от химических примесей приходится осуществлять в двух случаях: при подаче в помещения, когда он загрязнен выше установленных нормативов (С_n > 0,3ПДК); при отводе вентиляционных и промышленных выбросов в атмосферу, когда их загрязнение и объем таковы, что могут создать вокруг предприятия чрезмерно высокие концентрации, больше санитарно-допустимых уровней.

В большинстве случаев воздух бывает загрязнен пылевыми и газообразными веществами. Иногда он может иметь дурно пахнущие запахи или бактериальные примеси.

По агрегатному состоянию химические примеси, выбрасываемые в тропосферу, подразделяют на газообразные, парообразные, жидкие, твердые и смешанные. Наличие в выбросах химических примесей в различных агрегатных состояниях, сложный их состав, а также высокие концентрации отдельных примесей заранее предопределяют многоступенчатые схемы очистки, представляющие собой комбинации различны методов.

Наиболее широко в качестве первой стадии применяют термический метод обработки выбросов, который позволяет за счет окисления преобразовывать легко окисляемые вредные и резко пахнущие примеси в химические соединения с экологически приемлемыми свойствами.

Методы высокотемпературного сжигания (950-1100⁰С) вредных примесей применяют в том случае, когда их концентрация в отходящих газах высока и они обладают способностью окисляться. Сжигание газообразных примесей вместе с твердыми и жидкими отходами производства чаще всего осуществляется в пламенных печах. Иногда газообразные отходы подвергают факельному сжиганию.

Очистку выбросов от газообразных и парообразных химических примесей осуществляют преимущественно каталитическими и некаталитическими методами.

Сущность каталитических методов заключается в том, что на поверхности катализаторов примеси превращаются в химические соединения другого состава (вредные – в менее вредные или безвредные), которые остаются либо в выбросах, либо удаляются из них.

Следует отметить, что каталитической очистке подвергаются только выбросы, не содержащие твердых примесей и веществ, вступающих в химическую реакцию с катализаторами.

Наиболее широко используют низкопроцентные платиновые, палладиевые и родиевые катализаторы, которыми покрывают огнеупорные материалы (например, палладиевый катализатор наносят на элементы, выполненные из окиси алюминия). Ведутся исследования по оценке возможности использования в качестве активной фазы кобальта, меди, оксидов марганца и др.

Из некаталитических методов в настоящее время используют следующие:

• конденсационный, заключающийся в охлаждении паровоздушной смеси ниже точки росы в специальных теплообменниках – конденсаторах;

• компрессионный – сжатие обезвреженного газа с его последующим охлаждением;

• абсорбционный, основанный на диффузии газообразных примесей на поверхности раздела газ – жидкость с переходом газа в жидкую фазу;

• адсорбционный, основанный на физических свойствах некоторых твердых тел с ультрамикроскопической структурой выборочно извлекать отдельные компоненты из газовой смеси и удерживать их на своей поверхности.

Метод конденсации применяют для очистки выбросов от примесей, находящихся в парообразном состоянии. В основе метода лежит охлаждение выброса до температуры ниже точки росы удаляемой парообразной примеси. Чем ниже температура и выше давление в конце конденсации, тем меньше остаточное содержание парообразной примеси в выбросе. Процесс конденсации осуществляют в поверхностных или инжекторных конденсаторах.. Первые применяют для удаления паров веществ, смешивающихся с охлажденным агентом, а второе – для несмешивающихся, что позволяет разделить хладагент и примесь после сбора в сепараторе.

В зависимости от особенностей взаимодействия жидкого поглотителя и извлекаемой из выброса газообразной или парообразной примесью абсорбционные методы подразделяют на методы абсорбции, сопровождаемой химическими реакциями в жидкой фазе (физико - химическая абсорбция) и физической абсорбции.

Физическая абсорбция – процесс отделения газообразной примеси за счет поглощения ее жидкостью. Массоперенос газообразной примеси в жидкость осуществляется посредством диффузии, так как ее концентрация в выбросе выше, чем в жидкости. В связи с этим, абсорбент должен быть высокоселективным по отношению к отделяемой примеси и инертным к остальным. Скорость абсорбции главным образом зависит от давления и температуры, чем выше давление и ниже температура, тем выше скорость абсорбции. Обратный процесс называется десорбцией. При изменении условий, например снижении давления над жидкостью и увеличения температуры сорбирующей жидкости, процесс становится обратимым и происходит выделение из жидкости абсорбированного газа. Следовательно, можно осуществлять циклический процесс абсорбции - десорбции для получения вторичных материальных ресурсов.

При физико-химической абсорбции используют поглощающие жидкости, представляющие растворы соответствующих соединений, которые вступают в химические реакции с удаляемой газообразной примесью. В результате этого образуется одно или несколько новых соединений. Затем эти соединения могут быть выделены из абсорбента и использованы в качестве вторичного материального ресурса.

В ряде случаев в качестве абсорбента используют суспензии, т.е. смеси жидкости с твердыми частицами.

Для очистки выбросов с невысоким содержанием газообразных и паробразных примесей используют адсорбцию. В качестве адсорбентов преимущественно применяют твердые пористые материалы с высокоразвитой внутренней поверхностью. Различают физическую и химическую адсорбцию. При физической адсорбции поглощаемые молекулы газов и паров удерживаются силами Ван-дер-Ваальса, при химической (хемосорбции) – химическими связями.

При физической адсорбции между молекулами адсорбируемой примеси и адсорбентом не происходит никаких химических реакций и не образуется никаких химических связей. По этой причине адсорбированную примесь можно полностью удалить при обратном процессе (десорбции), например, понизив давление или повысив температуру. Адсорбент может применяться повторно в циклическом режиме, а отдельная примесь может быть подвергнута дальнейшей переработке или использована непосредственно.

При хемсорбции между адсорбируемой примесью и адсорбирующим веществом происходит химическая реакция и на поверхности адсорбента образуется новое химическое соединение, десорбция которого невозможна.

В качестве адсорбентов применяют пористые природные или синтетические материалы и в отличие от абсорбционных методов они позволяют проводить очистку выбросов при повышенных температурах.

Основными промышленными адсорбентами являются активные угли, силикагели, алюмогели (активный оксид алюминия), пеолиты и иониты. Указанные адсорбенты являются смешанно-пористыми материалами, однако в соответствии с преобладающими в их структуре размером пор они подразделяются на микро-, переходно- и макропористые. Так, например, пеолиты представляют алюмосиликаты, содержащие в своем составе оксиды щелочных и щелочно-земельных металлов и характеризующиеся регулярной структурой пор, размеры которых соизмеримы с размерами молекул, что определило и другое их название – «молекулярные сита».

Эффективность обезвреживания отходящих газов абсорбционными и адсорбционными методами высока и составляет 99,5…99,8%. Применяемые для этих целей промышленные аппараты отличаются большим многообразием.