Охрана труда

из потока под действием возникающей инерционной силы.

Недостатком аппаратов мокрого типа является наличие систем водоснабжения, рециркуляции воды и ее очистки перед повторной подачей на орошение аппарата.

Газоуловители. Для удаления из отходящего воздуха вредных газовых примесей применяют следующие методы: абсорбция, хемосорбция, адсорбция, термическое дожигание, каталитическая нейтрализация.

Абсорбция — это явление растворения вредной газовой примеси сорбентом, как правило водой. Методом абсорбции можно улавливать только хорошо растворимые газовые примеси и пары. Так, хорошей растворимостью в воде обладают: аммиак, хлористый водород, фтористый водород, пары кислот и щелочей. Для проведения процесса абсорбции применяют аппараты мокрого типа, используемые в технике пылеулавливания, только в этом случае их принято называть абсорберами. Для того чтобы процесс диффузии из газовой фазы в водную протекал интенсивнее, желательно абсорбент (воду) иметь холодным. С этой целью воду перед подачей на орошение абсорбера целесообразно охлаждать. По мере циркуляции воды она насыщается вредной газовой примесью и перестает ее абсорбировать. Абсорбент регенерируют путем нагрева и вакуумирования в специальных аппаратах. При этом вредный газ выделяется в концентрированном виде, собирается в емкости и направляется на переработку и утилизацию.

Хемосорбция. Для газовых примесей нерастворимых или плохо растворимых в воде применяют метод хемосорбции, который заключается в том, что очищаемый воздух орошают растворами реагентов, вступающих в реакцию с вредными примесями с образованием нетоксичных, малолетучих или нерастворимых химических соединений.

Этот метод широко используется для улавливания сернистого ангидрида (S02). Отходящий воздух орошают суспензией известняка (СаС03), известковым молоком (мелкодисперсной суспензией гашеной Са(ОН)2 или негашеной СаО извести), суспензией магнезита MgO.

Эти вещества вступают в реакцию с сернистым ангидридом с образованием нерастворимого сульфита кальция, например:

В этом методе реагент не регенерируется, сульфит кальция в конечном итоге превращается в твердый гипс.

Очень хорош и находит применение магнезитовый метод, при котором газы орошают суспензией окиси магния:

SO2 MgO MgSO 3.

Регенерация магнезита осуществляется путем обжига с нагревом до

800...900 °С:

Сернистый ангидрид выделяется в концентрированном виде, собирается и используется для производства товарной серной кислоты или чистой серы.

Адсорбция. Метод адсорбции заключается в улавливании микропористой поверхностью адсорбента (активированный уголь, селикагель) молекул вредных веществ. Метод обладает очень высокой эффективностью, но жесткими требованиями к запыленности воздуха — не более 2...5 мг/м3. Одним из лучших адсорбентов является активированный уголь, у которого на 1 г приходится до 1600 м2 поверхности. Методом адсорбции очистка может осуществляться практически до следовых уровней вредных веществ. Адсорбция широко применяется для улавливания паров растворителей, неприятно пахнущих веществ, органических соединений и множества др. газов. Адсорбционная способность адсорбента тем выше, чем меньше его температура, и существенно снижается с ее повышением. Это используется в работе адсорберов и при их регенерации. Примером конструкции адсорбера является противогаз.

Одна из конструкций промышленного кольцевого адсорбера представлена на рис. 3.88.

Рисунок 3.88 Адсорбер: 1 — корпус; 2 — вход рекуперата; 3 — корзина для сорбента; 4 — сорбент; 5 — выход паровоздушной смеси; 6 — люк загрузки сорбента; 7 — вход пара; 8 — вход паровоздушной смеси, 9 — канал выгрузки сорбента

Очищаемый газ проходит через кольцевой слой адсорбента и очищается. Регенерация адсорбента осуществляется путем продувки горячим водяным паром с последующей сушкой горячим воздухом, т. е. работа аппарата проходит в три стадии, для осуществления которых необходимы три параллельных линии аппаратов. Схема, поясняющая процесс адсорбции и работы адсорбционной установки, показана на рис. 3.89.

Рисунок 3.89 Принципиальная схема адсорбционной установки: 1 — источник загрязнений; 2 — рукавный фильтр; 3 — огнепреградитель; 4 — вентилятор; 5 — холодильник; 6 — клапан входа очищаемой смеси; 7 — адсорбер; 8 — клапан входа сушильного газа; 9 — клапан выброса очищенного газа; 10 труба выброса очищенного газа; 11 — выход рекуперата; 12 — вход сушильного воздуха; 13 — холодильник конденсатор; 14 — сепаратор; 15 — вода; 16 — бензин; 17 — сборная емкость

Каждый аппарат работает в определенном режиме — один в режиме адсорбции, другой — продувки водяным паром, третий — сушки воздухом. Затем происходит их переключение, и они переходят в другой режим. Перед адсорберами установлен холодильник для охлаждения газов, после них также устанавливается холодильник-конденсатор для конденсации удаляемых при регенерации паров воды и примесей, сепаратор для разделения воды и растворителей за счет разной плотности. Растворители могут вновь направляться в производство.

Термическое дожигание — это процесс окисления вредных веществ кислородом воздуха при высоких температурах (900... 1200 °С). Различают прямое сжигание и термическое окисление. Прямое сжигание используют, когда отходящий из технологического процесса поток газа содержит кислород, а вредные примеси относятся к горючим и выделяют при горении энергию, достаточную для поддержания реакции. Так дожигают циановодород и попутные газы в вертикальных открытых факелах на нефтехимических заводах.

Термическое окисление осуществляют в специальных дожигателях, в которые подается воздух в необходимом для окисления количестве. При недостаточной температуре отходящих газов для проведения процесса термического окисления газы подогревают дежурным факелом специальной горелки, работающей на топливе (наилучшее для этих целей топливо — малосернистый природный газ). С помощью термического дожигания окисляют токсичный угарный газ СО до малотоксичного углекислого газа С02:

2СО + 02 = 2С02.

Углеводороды СхНу окисляют до углекислого газа и воды:

Процесс термического окисления при низкой температуре отходящих газов энергоемок, т. к. требует использования дополнительного топлива для нагрева газов до высоких температур.

Каталитическая нейтрализация позволяет снизить энергетический порог для начала окислительных реакций до 250...400 С. Это достигается применением катализаторов — материалов, которые ускоряют протекание реакций или делают их возможным при значительно более низких температурах, что обеспечивает снижение энергоемкости процесса. В качестве катализаторов используют прежде всего благородные металлы — платину, палладий в виде тонкослойных напылений на металлические или керамические носители, кроме того, применяются монельметалл, двуокись титана, пятиокись ванадия и т. д.

Одна из конструкций промышленного каталитического реактора кольцевого типа показана на рис. 3.90.

Рисунок 3.90 Каталитический нейтрализатор (реактор): 1 — резервный штуцер; 2

— корпус; 3 — штуцер входа очищаемых газов; 4 — труба для охлаждения очищенных газов и подогрева очищаемых; 5, 6 — разделяющие обечайки; 7 — корзина с катализатором; 8 — перфорированные цилиндры; 9 — катализатор; 10

— штуцер для замера температуры; 11 — штуцер для замера давления; 12 — штуцер предохранительной разрывной мембраны; 13 — резервный штуцер; 14 — вихревой смеситель; 15 — штуцер выхода очищенного газа;

16 — горелка

Конструкция аналогична конструкции кольцевого адсорбера. Очищаемый воздух пропускается через слой катализатора 9, при этом на поверхности катализатора протекают экзотермические (идущие с выделением тепла) окислительные реакции, температура газов может повышаться с 250...400 °С до

500 °С. Для использования этой энергии и снижения тем самым расхода топлива, подаваемого в горелку 16 для предварительного подогрева очищаемых газов, реактор снабжен трубчатым теплообменником, в котором газы, подаваемые на очистку, подогреваются за счет тепла горячих очищенных газов, выходящих из каталитического слоя. Термокаталитические реакторы широко применяют для очистки отходящих газов окрасочных цехов, сушильных камер и т. д.

Каталитические нейтрализаторы используют для очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания от оксидов азота, углерода, углеводородов. Нейтрализатор двухступенчатый. Первая ступень содержит восстанавливающий слой катализатора, на поверхности которого без доступа воздуха происходит восстановление оксидов азота и углерода пореакциям

Во второй ступени в окисляющем слое катализатора в присутствии воздуха, подаваемого через специальный воздухозаборник, происходит доокисление оставшегося СО и углеводородов по реакциям

В качестве катализаторов для двигателей внутреннего сгорания используются платина, палладий, родий в количестве 2...4 г на одно устройство.

При сильном и многокомпонентном загрязнении отходящих газов применяют сложные многоступенчатые системы очистки, состоящие из последовательно установленных аппаратов различного типа.

Описанные выше аппараты могут использоваться в системах централизованной и индивидуальной очистки воздуха.

Централизованная система очищает загрязненный воздух, удаляемый от источников и из зон загрязнения цеха, предприятия централизованной системой вентиляции, как это показано на рис. 3.76.

Индивидуальная система очищает воздух, удаляемый из одной зоны или источника, и после его очистки вновь направляет в рабочую зону. Наибольшее распространение получили индивидуальные пылеуловители. Как правило, в едином корпусе таких пылеуловителей расположены: вентилятор, отсасывающий воздух из зоны пылеобразования, и устройства очистки от пыли. Наиболее часто устройство очистки включает циклон в качестве первой ступени и фильтр — в качестве второй. На рис. 3.91 изображен индивидуальный пылеуловитель, входящий в комплект сверлильного или вертикально-фрезерного станка.

Рисунок 3.91 Индивидуальный пылестружкоулавливающий агрегат:

1 — пылестружкоприемник; 2 — гибкий рукав; 3 — кожух; 4 — вентилятор; 5 — глушитель шума; 6 — циклон; 7 — кронштейн крепления; 8 — рукавный фильтр; 9 — патрубок отвода пыли; 10 — тележка с контейнером для сбора пыли

Если в системах пыле- и газоочистки не удается достичь требуемой эффективности, для обеспечения нормативного качества воздуха на территории промышленного предприятия и расположенной поблизости населенной местности, выброс недоочищенного воздуха осуществляют через высокие трубы, снижая за счет рассеивания вредных веществ их приземную концентрацию.

Максимальная концентрация примесей в приземном слое прямо пропорциональна производительности источника и обратно пропорциональна квадрату высоты трубы. Повышение температуры и скорости выхода потока загрязненного воздуха из устья трубы приводит к увеличению температурного и инерционного подъема струи, улучшению рассеивания вредных выбросов и снижению их концентраций в приземном слое атмосферы. В районе источника выброса образуется несколько характерных зон: зона переброски факела, включающая зону неорганизованного загрязнения; зона задымления с максимальным содержанием вредных веществ и зона, характеризующаяся постепенным снижением концентраций по мере удаления от источника.

Основным документом, регламентирующим расчет рассеивания и определения приземных концентраций выбросов промышленных предприятий, является «Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий ОНД—86». В соответствии с этой методикой максимальная приземная концентрация, создаваемая от одиночного источника, может быть рассчитана по формуле

где А — коэффициент, зависящий от температурного градиента атмосферы

территории предприятия) должны перед сбросом в водоемы или городскую канализацию очищаться до нормативного качества. Требования к загрязненности воды вредными веществами при сбросе в водоемы и канализацию различны. При сбросе в канализацию и на городские очистные сооружения они менее жесткие. Содержание вредных веществ в сточных водах определяются установленными для предприятия предельно допустимыми сбросами.

Задача очистки вредных сбросов не менее, а даже более сложна и масштабна, чем очистки выбросов. В отличие от рассеивания выбросов в атмосфере разбавление и снижение концентраций вредных веществ в водоемах происходит хуже. Поэтому требуется глубокая очистка сточных вод, тем более что водная экосистема очень ранима и чувствительна к загрязнениям.

Защита водной среды от вредных сбросов осуществляется применением следующих методов и средств:

*рациональным размещением источников сбросов и организацией водозабора и водоотвода;

*разбавлением вредных веществ в водоемах до допустимых концентраций путем создания рассредоточенных выпусков;

*применением средств очистки стоков.

С целью стимулирования предприятий к качественной очистке собственных стоков целесообразно организовать водозабор на технологические нужды ниже по течению реки, нежели сброс сточных вод. Если для технологических нужд требуется чистая вода, предприятие будет вынуждено осуществлять высокоэффективную очистку собственных стоков.

Рассредоточенные выпуски стоков осуществляют через трубы, проложенные поперек сечения русла реки, тем самым увеличивая интенсивность перемешивания и кратность разбавления.

Методы очистки сточных вод можно подразделить на механические, физико-химические и биологические.

Для очистки сточных вод от взвешенных частиц (механических частиц, частиц жиромасло- и нефтепродуктов) применяют процеживание, отстаивание, обработку в поле центробежных сил, фильтрование и флотацию.

Процеживание применяют для удаления из сточной воды крупных и волокнистых включений. Процесс реализуют в вертикальных и наклонных решетках, ширина зазоров которых 15…20 мм, и волокноуловителях в виде ленточных и барабанных сит. Очистка решеток и волокноулавителей осуществляется вручную или механически.

Отстаивание основано на свободном оседании (всплытии) примесей с плотностью большей (меньшей) плотности воды. Процесс отстаивания реализуют в песколовках, отстойниках, жироуловителях.

Песколовки применяют для отделения частиц металла и песка размером более 250 мкм.

Отстойники применяют для гравитационного выделения из сточных вод более мелких взвешенных частиц или жировых веществ.

Очистка сточных вод в поле центробежных сил реализуется в гидроциклонах. Механизм действия гидроциклонов аналогичен механизму

действия газоочистных циклонов.

Фильтрование используют для очистки сточных вод от мелкодисперсных примесей как на начальной, так и конечной стадиях очистки. Наиболее часто используют зернистые фильтры из несвязанных или связанных (спеченных) между собой частиц фильтроматериала. В зернистых фильтрах в качестве фильтроматериала используют кварцевый песок, дробленый шлак, гравий, антрацит и т. п.

Метод флотации заключается в адсорбировании примесей мелкими пузырьками воздуха, подаваемого в сточную воду, и поднятии их на поверхность, где образуется слой пены, который удаляют.

Физико-химические методы очистки применяют для удаления из сточной воды растворимых примесей (солей тяжелых металлов, цианидов, фторидов и др.), а в ряде случаев и для удаления взвесей. Как правило, физико-химическим методам предшествует стадия очистки от взвешенных веществ. Применяются разнообразные физико-химические методы, из которых наиболее распространены электрофлотационные, коагуляционные, реагентные (разновидность реагентного метода — нейтрализация), электрохимические, электродиализные, ионообменные.

Электрофлотация находит широкое применение наряду с пневматической флотаций для удаления маслопродуктов и мелкодисперсных взвесей. Осуществляется путем пропускания через сточную воду электрического тока, между парами электродов (железных, стальных, алюминиевых). В результате электролиза воды образуются пузырьки водорода и кислорода, которые обволакивают частички взвесей и способствуют их быстрому всплытию на поверхность. Электрофлотация осуществляется в электрофлотационных установках.

Коагуляция — это физико-химический процесс агломерации мельчайших коллоидных и диспергированных частиц под действием сил молекулярного притяжения. В результате коагулирования устраняется мутность воды. В качестве веществ-коагулянтов применяют алюминийсодержащие вещества, прежде всего сульфат алюминия, а также неочищенный сернокислый глинозем, алюминат натрия, хлорное железо, сульфат железа и др., для интенсификации процесса хлопьеобразования применяют синтетические высокомолекулярные веществафлокулянты, основным из которых является полиакриламид. Коагуляция осуществляется посредством перемешивания воды с коагулянтами в хлопьеобразующих камерах, откуда вода направляется в отстойники, где хлопья отделяются отстаиванием.

Сущность реагентного метода заключается в обработке сточных вод химическими веществами-реагентами, которые, вступая в химическую реакцию с растворенными токсичными примесями, образуют нетоксичные или нерастворимые соединения, удаляемые затем одним из описанных выше методов осветления воды. Этот метод находит применение для очистки сточных вод от солей металлов, цианидов, хрома, фторидов и т. д. Например, для удаления цианидов используют различные реагенты-окислители, прежде всего содержащие активный хлор: хлорная известь, гипохлориты кальция или натрия, хлорная вода.

Для очистки от шестивалентного хрома применяют натриевые соли сернистой кислоты (Na2S03, NaHS03,), гидросульфит Na2S205. Для очистки фторсодержащих сточных вод применяют гидроокиси кальция (известковое молоко), хлорид кальция. В результате химической реакции с токсичными соединениями фтора образуется плохорастворимый фторид кальция (CaF2), который можно удалить из воды, например отстаиванием.

Разновидностью реагентного метода является процесс нейтрализации сточных вод. Согласно действующим нормативным документам, сбросы сточных вод в системы канализации населенных пунктов и в водные объекты допустимы только в случаях, если они характеризуются величиной pH = 6,5...8,5. В том случае, если pH сточных вод соответствует кислой (pH < 6,5) или щелочной (pH > 8,5) реакции, сточные воды подлежат нейтрализации, под которой понимают снижение концентрации в них свободных Н или ОН-ионов до установленных в указанном интервале значений pH. Нейтрализация кислых сточных вод осуществляется добавлением растворимых в воде щелочных реагентов (оксида кальция, гидрооксидов натрия, кальция, магния и др.). Нейтрализация щелочных стоков — добавлением минеральных кислот — серной, соляной и др. В процессе нейтрализации важно добавить ровно столько реагента, чтобы осуществить нейтрализацию, не изменив при этом показатель pH в противоположную сторону. Кислые стоки часто содержат ионы железа и других тяжелых металлов. Поэтому при нейтрализации таких стоков одновременно идет процесс превращения ионов металлов в труднорастворимые гидрооксиды, выпадающие в осадок. Реагентная очистка осуществляется в емкостях, снабженных устройствами для перемешивания реагентов со сточными водами.

Сущность ионообменной очистки сточных вод заключается в пропускании сточных вод через ионообменные смолы, которые различаются на катионитовые

— имеющие подвижные и способные к обмену катионы (чаще всего водорода Н), и анионитовые — имеющие подвижные и способные к обмену анионы (чаше всего гидроксильную группу ОН ). При прохождении сточной воды подвижные ионы смолы заменяются на ионы соответствующего знака токсичных примесей. Например, катион тяжелого металла заменяет катион водорода, а токсичный анион соли металла — анион ОН , происходит сорбирование токсичных ионов смолой. Регенерация смолы (восстановление сорбирующей способности при насыщении смолы токсичными ионами) осуществляется промывкой ее кислотой (катионитовая смола) или щелочью (анионитовая смола). При этом токсичные ионы замещаются соответствующими катионами или ионами (Н+, ОН-), а токсичные примеси выделяются в концентрированном виде как щелочные или кислые стоки, которые взаимно нейтрализуются и подвергаются реагентной очистке или утилизации.

В электрокоагуляционных установках может быть реализован метод электрохимической очистки сточных вод. Таким методом можно очищать от ионов тяжелых металлов, цианидов. При электролизе железный (стальной) анод растворяется с образованием двухвалентных катионов железа Fe2+ который восстанавливает очень токсичный шестивалентный хром до менее токсичного трехвалентного. В результате электрохимических процессов на катоде