1. Общие сведения

Защита атмосферного воздуха от вредных выбросов промыш­ленных предприятий и энергетических объектов является одной из важнейших проблем современности. Ингредиентное загрязнение атмосферного воздуха нарушает естественное функционирование экологических систем, ухудшает санитарно-гигиеническое состо­яние приземного слоя воздушной среды обитания живых организ­мов, наносит ущерб народному хозяйству.

Одной из основных организационных мер предупреждения и снижения ингредиентного загрязнения атмосферы в России явля­ется гигиеническое нормирование содержания загрязняющих ве­ществ в атмосферном воздухе населённых мест путём установления для каждого загрязняющего вещества или максимально разовых, или среднесуточных, или тех и других предельно допустимых кон­центраций в воздухе (ПДК_мр, ПДК_сс). Величины ПДК для веществ, загрязняющих атмосферный воздух, в России регламентируются гигиеническими нормативами ГН 2.1.6.1338-03 «Предельно допу­стимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосфер­ном воздухе населённых мест». В приложении 1 приведены сведе­ния о ПДК для ряда загрязняющих веществ.

Из разработанных к настоящему времени инженерных методов очистки газовых выбросов в атмосферу от загрязняющих её веществ наиболее распространёнными являются абсорбция и адсорбция.

Абсорбция

Абсорбция — физико-химический процесс поглощения одного или нескольких компонентов газовой смеси (абсорбат) твёрдыми или жидкими поглотителями (абсорбент) при условии, что процесс протекает в объёме поглотителя. Объёмным поглощением абсорбата обладают преимущественно жидкие абсорбенты.

Основным критерием процесса абсорбции служит растворимость абсорбата в жидкости (абсорбенте), которая зависит от свойств жид­кости, температуры и парциального давления абсорбируемого ком­понента. Зависимость растворимости газообразного компонента смеси от его парциального давления характеризуется законом Ген­ри, согласно которому равновесное парциальное давление этого компонента в газовой смеси пропорционально его содержанию в абсорбенте:

Р = к_аб · z_а6 , (1)

где р — равновесное парциальное давление абсорбируемого ком­понента, Па;

к_аб — коэффициент пропорциональности, зависящий от свойств абсорбируемого газа, абсорбента и температуры, Па;

z _а6 — содержание абсорбируемого компонента в абсорбенте, кг/кг.

В зависимости от характера поверхности раздела фаз «газ-жид­кость» абсорбция делится: на поверхностную (плёночную) — повер­хность раздела фаз представляет собой зеркало жидкости или по­верхность текущей плёнки жидкости; барботажную — поверхность раздела фаз образуется во время прохождения газовых струй через слой жидкости; капельную — поверхность раздела фаз состоит из суммарной поверхности капель абсорбента, распылённого в пото­ке очищаемого газа.

В газоочистной практике чаще всего применяется капельная аб­сорбция. Одновременно с физическим процессом растворения газа в жидкости при абсорбции могут протекать химические реакции (хемосорбция), что ведёт к увеличению скорости поглощения газа.

В качестве абсорбента чаще всего применяется вода и растворы различных веществ в ней (кислоты, щёлочи, соли), а также органи­ческие растворители (моноэтаноламин, ароматические амины и др.). Абсорбция осуществляется в аппаратах колонного типа — абсорбе­рах (скрубберах).

Адсорбция

Адсорбция — физико-химический процесс поглощения молекул газов, паров или растворённых в жидкостях веществ (адсорбат) по­верхностью твёрдых поглотителей (адсорбентов).

Адсорбция также может быть физической и химической. При физической адсорбции поглощаемые молекулы газов и паров удер­живаются силами межмолекулярного взаимодействия (силы Вандер-Ваальса). При химической адсорбции (хемосорбция) поглоще­ние компонентов из смесей происходит за счёт ковалентных связей между атомами адсорбата и адсорбента.

При длительном контакте адсорбата и адсорбента наступает рав­новесие между парциальным давлением адсорбата в газовой смеси и концентрацией его в адсорбенте, описываемое эмпирической формулой Фрейндлиха:

с_ад = к_ад · рⁿ, (2)

где с_ад — концентрация адсорбированного вещества в адсор­бенте, кг/кг;

к_ад , п — постоянные для данной температуры коэффициенты.

Важную роль в процессах адсорбционной газоочистки играет способ контактирования газовой смеси с адсорбентом (режим ра­боты адсорбента). Наиболее распространёнными режимами рабо­ты адсорбента являются следующие:

• фильтрующий — через неподвижный слой гранулированного адсорбента пропускается очищаемая газовая смесь;

• псевдоожиженный (режим кипящего слоя) — гранулирован­ный адсорбент находится в восходящем потоке очищаемой газовой смеси;

• взвешенный — пылевидный адсорбент непрерывно дозирует­ся в поток очищаемой газовой смеси.

Адсорбент, насыщенный поглощаемым компонентом, может подвергаться десорбции, при этом последний выделяется в концент­рированном виде и может быть использован в народном хозяйстве. В качестве адсорбентов используются пористые вещества с развитой внутренней поверхностью, характеризующейся пара­метром — удельная поверхность (8' м²/г). В санитарно-экологической практике наибольшее распространение получили такие адсор­бенты, как силикагель, алюмосиликаты, активированный уголь, цеолиты и др., удельная поверхность которых колеблется в диапа­зоне 100+1500 м²/г. Адсорбция осуществляется в аппаратах колон­ного типа — адсорберах.

Для вышерассмотренных сорбционных процессов одним из важнейших параметров является температура их осуществления. При прочих равных условиях эффективность сорбционной газо­очистки повышается с понижением температуры, поэтому приме­няются эти способы чаще всего для очистки «холодных» выбросов в атмосферу (7= 15+30°С)