Екологія

Суть циклонного процесу полягає в тангенціальному поданні потоку газу, що підлягає очищенню, крізь вхідний патрубок 1. Завдяки тангенціальному введенню і наявності центральної вивідної труби 4 потік починає обертатися навколо неї, здійснюючи при проходженні крізь апарат декілька обертів. Під впливом відцентрової сили зважені частинки забрудненого газу відкидаються на стінки внутрішньої поверхні корпусу 7, і далі під дією сили тяжіння потрапляють в конічне дно і видаляються через нижній патрубок. Циклонні сепаратори ефективно очищають гази, що містять часточки розміром не менше ніж 25 мкм. Коефіцієнт корисної дії циклонів залежить від концентрації пилу і розмірів його часточок. Середня ефективність знепилення газів у циклонах становить 78–86 % для пилу розміром 30–40 мкм. Основним недоліком циклонів є значне абразивне спрацювання частин апарата пилом. Тому ці частини вкривають синтетичними матеріалами або стійкими до стирання сплавами, а це підвищує вартість конструкції апарата.

Рис. 5.4. Циклон типу УЦ-38:

1 – патрубок подачі забрудненого газу;

2 – патрубок для видалення очищеного газу;

3 – кришка; 4 – центральна труба; 5 – циліндр; 6 – опора; 7 – конус.

Фільтрування – процес розділення неоднорідних сумішей за допомогою пористих перегородок різної щільності і товщини, які затримують дисперсну фазу і пропускають суцільну фазу. Апарати, які використовуються для цього процесу, називаються фільтрами. Основним елементом фільтрів є фільтрувальні перегородки; від нихзалежить продуктивність фільтра та чистота фільтрату.

61

Упромислових умовах застосовують рукавні фільтри (рис. 5.6). Вони мають форму тканинних мішків або кишень, що працюють паралельно, і їх очищують струшуванням або продуванням повітря. Такі фільтри використовуються для очищення неагресивних, не схильних до злипання й утворення вибухонебезпечних сумішей та конденсату газопилових сумішей від твердих частинок при температурі до 300°С. Як фільтрувальний матеріал використовуються бавовняні, шерстяні й лавсанові тканини, що мають високу міцність та підвищену хімічну й теплову стійкість.

Суміш повітря, пилу та дрібних фракцій матеріалів всмоктується у нижню частину фільтра. Грубодисперсні частинки і пил збираються в приєднаних до цієї системи ящиках чи пластикових мішках для частого і швидкого видалення. Тонкодисперний пил збирається у верхній частині фільтрувальних рукавів.Чисте повітря виходить крізь вентиляційні отвори. Головною перевагою рукавних фільтрів є висока ефективність очищення – вона досягає 99 % для всіх розмірів частинок.

Для тонкого очищення застосовують також керамічні, пластмасові або скляні фільтри: ефективність пиловловлювання в них може досягати 99,99 %,

атемпература очищуваного газу – 500 °С.

Уволокнистих фільтрах як фільтрувальну поверхню використовують шари волокнистого матеріалу різної товщини: папір, картон, полімерні смоли тощо. Фільтри бувають тонкота грубоволокнисті та глибокі.

Волокнисті фільтри тонкого очищення використовуються в промисловій мікробіології, в хіміко-фармацевтичній та радіоелектронній галузях, атомній енергетиці; вони дозволяють очищати значні об’єми газів від твердих частинок розміром 0,05...0,5 мкм та радіоактивних аерозолів. Ступінь очищення 99 %, швидкість фільтрування 0,01...0,15 м/с.

Конструктивна схема рамного волокнистого фільтра тонкого очищення подана на рис. 5.7. Фільтрувальний матеріал у вигляді стрічки вкладається між П-подібними рамками, які під час складання чергуються відкритими та закритими сторонами в протилежних напрямках. Між сусідніми шарами встановлюють гофровані роздільники.

Грубоволокнисті фільтри використовуються для грубого або попереднього очищення.

Глибокі багатошарові фільтри застосовуються для очищення технологічного газу й вентиляційного повітря від радіоактивних частинок. Конструктивно вони виконуються з глибокого шару грубих волокон. Після 10 – 20 років експлуатації такі фільтри захоронюють.

Одним із досконалих методів очищення газів від завислих частинок пилу

йтуману є очищення за допомогою електричних фільтрів (рис. 5.8), які

63

дають можливість вловити до 99 % частинок. Пиловловлення в електрофільтрах є складним фізичним процесом, який передбачає гравітаційне, інерційне, дифузійне та електростатичне осадження.

Рис. 5.7. Конструктивна схема волокнистого фільтра: 1 – бокова стінка; 2 – фільтрувальний матеріал;

3 – роздільник; 4 – рамка П-подібна

Основними елементами електричного фільтра є коронувальний 1 та осаджувальний 2 електроди, які утворюють неоднорідне електричне поле 3 (рис. 5.9). Коронувальні електроди 1 ізольовані від землі, а осаджувальні електроди 2 заземлені. До коронувальних електродів підводиться випрямлений струм негативної полярності напругою 50–80 кВ, а осаджувальні електроди підключені до позитивного полюса. Коронувальні електроди виконують у вигляді тонкого дроту, а осаджувальні електроди виготовляють у вигляді циліндричних або шестигранних труб та профільованих пластин.

Рис. 5.8. Конструктивна схема електрофільтра: 1 – корпус; 2 – газорозподільна решітка; 3 – система коронувальних електродів;

4 – осаджувальні електроди

64

Гази в електричних фільтрах очищують так. Забруднені гази пропускають крізь неоднорідне електричне поле 3, що утворюється між коронувальним 1 та осаджувальним 2 електродами. Внаслідок дії електричного поля вільні електрони і позитивно заряджені молекули починають переміщуватися в напрямку силових ліній поля.

Рис. 5.9. Принцип роботи електрофільтра:

1– коронувальний електрод; 2 – осаджувальний електрод; 3 – електричне поле; 4 – заряджена зона; 5 –шар пилу

Напрямок руху кожного заряду залежить від його знака. Іони та електрони, стикаючись з нейтральними газовими молекулами, іонізують їх; внаслідок цього вони рухаються до протилежно заряджених електродів і осідають на них.

Рис. 5.10. Конструктивна схема форсункового протиструминного скрубера: 1 – корпус; 2 – патрубок подачі запиленого газу; 3 – водопровід;

4 – патрубок відведення очищення газу; 5 – форсунки для розпилення води; 6 – газорозподільна решітка; 7 – бункер для шламу

65

Умокрих пиловловлювачах запилений газ зрошується рідиною або контактує з нею. До апаратів такого типу належать скрубери (рис. 5.10) – циліндричні башти з металу, цегли чи залізобетону.

Скрубери працюють за принципом протитечії: газ рухається знизу вгору,

апоглинальна рідина (найчастіше вода) розпилюється форсунками згори вниз. Швидкість газу в скруберах дорівнює 0,6…1,2 м/с. Ефективність очищення газів залежить від змочуваності пилу і досягає 96–98 %. Для вловлювання важкозмочуваного пилу, наприклад вугільного, у воду додають поверхневоактивну речовину (ПАР). Скрубери можна застосовувати для холодних і гарячих газів, які не містять токсичних речовин (кислот, хлору тощо), оскільки вони видаляються в атмосферу разом з очищеним газом у вигляді туману.

Убарботажно-пінних пиловловлювачах (рис. 5.11) запилений газ пропускають крізь рідину (воду). Їх доцільно використовувати для очищення гарячих газів з частинками пилу розміром понад 5 мкм. Барботаж використовують також у пінних апаратах. Для створення піни у воду додають ПАР. Ефективність очищення в цих апаратах досягає 97–99 %.

Рис. 5.11. Конструктивні схеми барботажно-пінних пиловловлювачів: 1 – корпус, 2 – шар рідини та піни; 3 – решітка

Конструктивна схема ударно-інерційного газопромивача типу скрубера Дойля подана на рис. 5.12. Контакт газу з рідиною здійснюється внаслідок удару газового потоку об поверхню рідини. Газ подається по трубі зі швидкістю 15–20 м/с, яка на виході з конічного сопла досягає 35–55 м/с. Відстань між соплом та поверхнею рідини не перевищує 10–20 мм. Спінена газорідинна суспензія, що утворилася внаслідок удару, пропускається крізь отвори різної конфігурації.

Недоліком мокрого очищення газів є те, що вловлений пил перетворюється на мокрий шлам. Для видалення останнього потрібно будувати

66

шламову каналізацію, а це здорожує конструкцію. Під час очищення деяких газів можлива лужна або кислотна корозія. Значно погіршуються умови розсіювання через заводські труби відхідних газів, зволожених під час охолодження в апаратах цього типу.

Рис. 5.12. Конструктивна схема ударно-інерційного скрубера Дойля: 1 – корпус; 2 – труба для подачі забрудненого газу; 3 – конічне сопло; 4 – перегородки; 5 – штуцер для подачі рідини

До фізико-хімічних методів очищення газових викидів належать абсорбція і адсорбція. Абсорбція – це процес хімічного осадження або зв'язування забруднювальних речовин під час пропускання очищуваного газу крізь рідкий поглинач. Апарати для такого очищення називають абсорберами. В цих апаратах очищуваний газ і абсорбувальна рідина рухаються назустріч один одному. Контактування газу з рідиною відбувається на змоченій поверхні насадки, по якій стікає зрошувальна рідина (рис. 5.13).

Рис. 5.13. Конструктивна схема насадкового адсорбера: 1 – корпус; 2 – опорна решітка; 3 – насадка;

4 – зрошувальний пристрій

67

Абсорбцію застосовують для очищення повітря і відхідних газів, що містять токсичні забруднення – кислотні тумани, оксиди карбону (II) і (IV), ціанідну або ацетатну кислоти, сірчистий газ, оксиди нітрогену, різні розчинники тощо. Як поглинач використовують суспензії, що містять оксиди магнію і кальцію або вапняк:

СаО + СО2 → СаСО3;

Мg0 + SО2 → МgSО3;

СаО + SО2 → СаSО3;

СаСО3 + 2НС1 → СаС12 + Н2О + СО2 ↑.

Адсорбційний метод очищення газів – це поглинання газоподібних речовин на поверхні або в об'ємі мікропор твердого тіла. Апарати, в яких здійснюється процес очищення за допомогою цього методу, називаються адсорберами. На практиці використовують адсорбери з нерухомим шаром адсорбенту, з рухомим шаром адсорбенту та з киплячим шаром (рис. 5.14). Тверду речовину, на поверхні або в об'ємі пор якої відбувається концентрування очищуваних речовин, називають адсорбентом. Забруднювальні речовини, що перебувають у газовій або рідкій фазі, називають адсорбтивом, а після переходу в адсорбований стан – адсорбатом. Для адсорбційного очищення газів використовують активоване вугілля, силікагелі, цеоліти, глинисті мінерали, пористе скло тощо. Найважливішими властивостями адсорбенту є його вибірковість, адсорбтивна ємність (активність); пористість структури, об’єм пор. Вилучені з очищуваних газів речовини – адсорбтиви, які надалі видаляють десорбцією, можуть бути використані для тих чи інших цілей. Цей процес називають регенерацією адсорбента і здійснюють здебільшого нагріванням перегрітою парою. Адсорбцією на активованому вугіллі очищають відхідні гази від гідрогенсульфіду у виробництві штучного волокна. За допомогою адсорбції на силікагелі очищають газові викиди від оксидів нітрогену.

Хімічні методи очищення викидних газів засновані на хімічному зв'я- зуванні шкідливих забруднювальних речовин. Поширеним методом є хемосорбція, коли очищуваний газ промивають розчином речовин, що реагують із забруднювальними домішками. Так, для вловлювання оксидів нітрогену застосовують торфолужні композиції з гідроксидом кальцію або аміаком. У результаті хемосорбції утворюється добриво з 6–8 %-м вмістом зв'язаного азоту у вигляді нітратів кальцію і амонію.

Метод хемосорбції будується на поглинанні газів твердими і рідкими поглиначами з утворенням слаболетких або слабозрочинних хімічних сполук , які в результаті побічних перетворень дозволяють отримати корисний кінцевий продукт (наприклад, при вилученні із газів сірководню отримують сірку за допомогою миш’яколужного розчину).

68

У багатьох випадках для очищення відхідних газів застосовують каталітичні процеси окиснення, відновлення та розкладання. Наприклад, вихлопні автомобільні гази очищають від оксиду карбону (II) шляхом його окисляючи до вуглекислого газу на купрум-мангановому каталізаторі, що являє собою суміш оксидів мангану і купруму:

2CO+O2 каталізатор→ 2CO2

Каталітичне відновлення оксидів нітрогену до N2 здійснюють за допомогою відновників — водню, метану або аміаку за наявності платино- паладієво-родієвих каталізаторів.

Каталітичні методи використовують для перетворення токсичних компонентів промислових викидів у нешкідливі чи менш шкідливі речовини.

Лекція 6. Очищення виробничих стічних вод.

Нормативні вимоги до якості води. Умови скидання стічних вод у водойми. Класифікація забруднювальних речовин. Методи очищення стічних вод.

Нормативні вимоги до якості води. Під забрудненістю розуміють такий стан водного об’єкта в офіційно встановленому місці його використання, за якого спостерігається відхилення від норми в бік збільшення вмісту тих чи інших компонентів. Основною нормативною вимогою до якості води у водоймі є збереження встановлених гранично допустимих концентрацій (ГДК) забруднювальних речовин.

Склад і властивості води у водоймах мають відповідати нормативам у контрольному створі (контрольний створ – поперечний перетин водотоку, в якому здійснюється контроль за якістю води), закладеному на водотоках, на відстані одного кілометра вище від найближчого за течією пункту водокористувача.

Встановлено два види нормативів якості води – санітарно-гігієнічні (для потреб населення) та рибогосподарські. Лімітуючими показниками шкідливості забруднювальних домішок є санітарно-токсикологічні, загальносанітарні, органолептичні та бактеріологічні показники.

Органолептичні показники визначають за запахом, смаком, кольором, кількістю завислих речовин, рН, загальною твердістю, сухим залишком, вмістом заліза, хлоридів, сульфатів, нафтопродуктів тощо.

Важливим показником є прозорість води, оскільки від неї залежить інтенсивність фотосинтезу, глибина проникнення світла у товщу води.

Санітарно-токсикологічні показники води визначають за вмістом азоту (аміаку, нітратів, нітритів), фтору, поверхнево-активних речовин, фенолу, ціанідів, міді, свинцю, хлору, цезію-137 і стронцію-90.

70