Екологія. Конспект лекцій для студентів базових напрямів 060101 "Будівництво", 170203 "Пожежна безпека" Затверджено
 Скачать 1.3 Mb.
|
|
Нормування забруднень.Згідно з законом незліквідованості відходів, або законом побічних впливів виробництва, для будь-якого господарського циклу характерним є утворення відходів. Основним напрямом охорони довкілля є нормування кількості викидів, стоків та відходів і контроль за ними. В основі нормування лежить встановлення гранично допустимих концентрацій (ГДК) шкідливих речовин (полютантів) в атмосферному повітрі, воді й ґрунті та харчових продуктах. ГДК полютанта – це такий його максимальний вміст у природному середовищі (воді, повітрі, ґрунті) або продукті, який не знижує працездатності та самопочуття людини, не шкодить її здоров'ю в разі постійного контакту, а також не викликає небажаних (негативних) наслідків у нащадків. Для визначення ГДК використовують високочутливі тести, пов'язані зі зміною світлової чутливості ока, потенціалів мозку. Вони дають змогу виявити мінімальні впливи токсичних речовин на організм людини навіть у разі короткочасної їх дії. Для виявлення тривалого впливу токсичних речовин проводять лабораторні дослідження на тваринах у спеціально обладнаних камерах із застосуванням різних тестів. ГДК виражають у міліграмах на метр кубічний (мг/м 3 ) – у повітрі, на дециметр кубічний (мг/дм 3 ) – у воді та в міліграмах на кілограм (мг/кг) – у ґрунті та продуктах харчування. Для кожного типу середовища встановлюють різні види ГДК: − для повітряного середовища: ГДК р.з (ГДК робочої зони, за яку вважають простір заввишки до 2 м над підлогою, де перебувають працівники (рівень вдихання)), ГДК м.р (ГДК максимальна разова: при вдиханні впродовж 20 хв не повинна спричинювати негативних наслідків в організмі людини), ГДК с.д (ГДК середньодобова – вміст забрудника, який не повинен негативно впливати в разі необмежено тривалого (впродовж років) вдихання); − для водного середовища: ГДК в (для водойм господарсько-питного і побутового призначення), ГДК в.р . (для водойм рибогосподарського водоко- ристування); − для ґрунту: ГДК гр (для орного шару ґрунту) – не повинна негативно впливати не тільки на здоров'я людини, а й на самоочисну здатність ґрунту. − для продуктів харчування: ГДК пр У разі наявності в повітрі кількох домішок їхню сумарну дію визначають за формулою: С, /ГДКІ + С 2 /ГДК 2 + ... + С п /ГДК < 1, де С 1 , С 2 , ..., С п – концентрації забрудників, мг/м 3 ; ГДК І , ГДК 2 , ..., ГДК n – ГДК забрудників, мг/м 3 54 Лекція № 5. Методи боротьби зі забрудненнями атмосфери. Види забруднювачів і джерела забруднення атмосфери. Заходи для запобігання забрудненню повітря шкідливими викидами. Класи- фікація і характеристика методів очищення викидів в атмосферу. Види забруднювачів і джерела забруднення атмосфери. В атмосфері завжди присутні домішки, які потрапляють туди з природних чи антропогенних джерел. До природних атмосферних забрудників належить пил рослинного, тваринного, вулканічного та космічного походження, мікроорганізми, туман, дим лісових та степових пожеж тощо. Рівень забруднення атмосфери є фоновим і мало змінюється упродовж часу. Антропогені забруднювачі характеризуються більшою кількістю видів та масштабами: аерозолі сполук важких металів; синтетичні сполуки, які не існують в природі; радіоактивні; канцерогенні; бактеріологічні та інші речовини. Сьогодні налічується понад 500 видів забруднювачів атмосфери і їхня кількість збільшується Різні джерела забруднення атмосфери наведено у табл. 5.1. Таблиця 5.1 Види забруднювачів і джерела забруднення атмосфери Забруднювальна речовина Джерела забруднення Вуглекислий газ Вулканічна діяльність, дихання живих організмів, спалювання викопного палива Чадний газ Двигуни внутрішнього згорання, процеси горіння Метан Анаеробна ферментація сміття Вуглеводні Бактерії, двигуни внутрішнього згорання Органічні сполуки Хімічна промисловість, спалювання відходів Сірчистий газ та інші похідні сірки Вулканічна діяльність, бактерії, спалювання викопного палива Похідні азоту Бактерії, процеси горіння Газ и Радіоактивні речовини Об’єкти атомної енергетики, ядерні вибухи Важкі метали і мінеральні сполуки Вулканічна діяльність, промисловість, металургія, двигуни внутрішнього згорання Органічні речовини (природні і синтетичні) Лісові пожежі, хімічна промисловість, спалювання відходів, сільське господарство (пестициди) Тверді ча стинки Радіоактивні речовини Об’єкти атомної енергетики, ядерні вибухи 55 Основними джерелами забрудненню атмосфери в Україні є важка промисловість (30 %), автотранспорт (40 %), теплоенергетика (30 %). Заходи для запобігання забрудненню повітря шкідливими викидами. Для запобігання забрудненню атмосферного повітря шкідливими викидами застосовують такі заходи: − створення санітарно-захисних зон (СЗЗ) між промисловими під- приємствами та житловою забудовою. Розміри СЗЗ встановлюють в межах від 50 до 3000 м – залежно від потужності підприємства, особливостей технологічного процесу виробництва, характеру і кількості шкідливих речо- вин. Підприємства з технологічними процесами, що не викидають в атмо- сферу забруднювальних речовин, розміщуються в межах житлових районів. Поблизу підприємств із великою кількістю викидів шкідливих речовин СЗЗ формується у вигляді аеродинамічної системи, що складається із захисних смуг з зеленими насадженнями і відкритих просторів між ними. − архітектурно-планувальні заходи, пов'язані з вибором місця для будів- ництва промислового підприємства, взаємним розташуванням підприємства і житлових кварталів, взаємним розташуванням цехів підприємства, розташу- ванням зелених зон. Промисловий об'єкт повинен бути розташований на рівному, підвищеному, добре провітрюваному місці, бажано поза населеними пунктами і з підвітряної сторони від житлових масивів (враховуючи середню розу вітрів теплого періоду року, щоб викиди рухалися убік від житлових кварталів). Цехи, що викидають у повітря найбільшу кількість забруднюваль- них речовин, варто розташовувати скраю виробничої території з протилеж- ного до житлового масиву боку. Розташування цехів повинно бути таким, щоб при напрямку вітру в бік житлових кварталів їхні викиди не поєднувалися. − використання зелених насаджень. Зелені насадження є ефективними біофільтрами. Запилене повітря, проходячи крізь крони дерев і чагарників, а також крізь трав'янисту рослинність, очищається від пилу завдяки осадженню аерозольних частинок на поверхні листя і стебел рослин. Зелені насадження можуть поглинати і газоподібні домішки. Наприклад, 10 кг листя дерева (у перерахуванні на суху масу) за період із травня до вересня поглинають таку кількість сірчистого газу: тополя — 180 м 3 , липа — 100 м 3 , береза — 90 м 3 , клен — 20—30 м 3 . Якщо концентрація забруднювальної речовини перевищує ГДК, вона стає шкідливою для життєдіяльності рослин і може привести до їх загибелі. Найбільш стійкими до забрудників є акація, дуб, верба, клен. − інженерно-організаційні заходи. До них належать, зокрема, зниження інтенсивності та організація руху автотранспорту. Для цього ведеться будів- ництво об'їзних та окружних доріг навколо міст і населених пунктів, вико- ристовуються «розв'язки» перетинань доріг на різних рівнях, організація на основних міських магістралях руху «зелених хвиль». До інженерно-органі- заційних заходів належить також збільшення висоти димарів (якщо димар 56 висотою 100 м розсіює шкідливі речовини в радіусі до 20 км, то висотою 250 м збільшує радіус розсіювання до 75 км). − застосування маловідходних технологій: перехід підприємств тепло- енергетики з твердого палива на природний газ, що дає змогу істотно знизити рівень забруднення атмосферного повітря пилом і сірчистими сполуками; оптимізація процесу спалювання палива для зниження викидів оксидів азоту в атмосферу – двоступеневе спалювання палива (спочатку з недостачею кисню, а потім з його надлишком); рециркуляція продуктів згорання; зниження енергоємності виробництва і використання як вторинних енергоресурсів гарячої води і гарячих газів). − застосування технологій очищення газодимових викидів. Згідно з Законом України «Про охорону атмосферного повітря» кожне підприємство, заклад або організація, діяльність, яких пов’язана із викидами в атмосферу забруднювальних речовин, повинні бути оснащені відповідними спорудами, обладнанням та устаткуванням для очищення від цих викидів і засобами контролю за кількістю та складом викинутих в атмосферу забруднювачів. Класифікація і характеристика методів очищення викидів в атмосферу. Очищення повітря від шкідливих домішок здійснюється за 3 основними групами методів: механічними, фізико-хімічними та хімічними: Механічні Фізико-хімічні Хімічні Сухе пило- вловлення Мокре пило- вловлення Адсорбція Абсорбція Хемосорбція Термічне знешкодження Зрошуваль- ні апарати Каталітичне очищення Скрубери Механічні фільтри Циклонні сепаратори Інерційні пило- вловлювачі Пилооса- джувальні камери Барботаж- но-пінні апарати Електро- фільтри Ударно- інерційні газо- промивачі Методи очищення газодимових викидів 57 Вибираючи систему пиловловлення, враховують кількість і хімічний склад відхідних газів, швидкість газового потоку, концентрацію пилу та його фізико- хімічні властивості, розмір частинок та наявність водяної пари. Отримані з газодимових викидів речовини, переважно, є або готовим продуктом або вторинною сировиною. Для оптимального вибору технології і конструкції апарата проводиться техніко-економічне оцінювання. Механічні методи застосовують для очищення вентиляційних та інших газових викидів від грубодисперсного пилу. Основними механізмами осад- ження завислих частинок є дія сил гравітації, інерції, дифузії, а також відцентрових сил та сил зчеплення. Осадження під дією сил гравітації (седиментація) зумовлено вертикаль- ним осіданням частинок внаслідок дії сили ваги під час переміщення їх через газоочисний апарат. Осадження під дією відцентрової сили відбувається під час криволіній- ного руху аеродинамічного потоку, коли виникають відцентрові сили, під дією яких частинки пилу відкидаються на внутрішню поверхню апарата. Інерційне осадження відбувається у випадку, коли маса частинок або швидкість руху є порівняно великими, вони вже не можуть рухатися разом з газом за лінію течії, що охоплює перешкоду. Намагаючись за інерцією продовжувати свій рух, частинки пилу стикаються з перешкодою і оса- джуються на ній. Дифузійне осадження полягає в тому, що дрібні частинки пилу зазнають безперервної взаємодії з частинками газів, які перебувають в броунівському русі. В результаті цієї взаємодії відбувається осадження частинок на поверхні обтічних тіл або стінок пиловловлювача. Осадження частинок за рахунок зчеплення спостерігається тоді, коли відстань від частинки, що рухається у газовому потоці до обтічного тіла, не перевищує її радіуса. Існують два види пиловловлення: сухе і мокре. З економічного погляду доцільними є сухі пиловловлювачі. Вони дають змогу повернути у виробництво вловлений пил, тоді як при мокрому утворюються водяні суспен- зії, переробка яких потребує додаткових матеріальних затрат. Недоліком сухого пиловловлення є те, що воно забезпечує високий ступінь очищення лише за умови малої запиленості відхідних газів. Ці методи використовуються в основному для попереднього (грубого) очищення газів перед обладнанням другої та третьої груп методів. Механічне сухе пиловловленняздійснюють в пилоосаджувальних каме- рах, інерційних пиловловлювачах, циклонних сепараторах, механічних та 58 електричних фільтрах. В пилоосаджувальних камерах очищують гази з грубодисперсними часточками пилу розміром від 50 до 500 мкм (рис. 5.1). Площа поперечного перерізу Н к пилоосаджувальної камери є значно більшою від площі поперечного перерізу газоходу і внаслідок цього швидкість руху газу в камері різко знижується. За таких умов частинки пилу, що містяться у газі, під дією сил гравітації випадають на дно камери. За конструкцією пилоосаджувальні камери бувають порожнисті (рис. 5.1), з горизонтальними полицями (рис. 5.2, а), з вертикальними перегородками (рис. 5.2, б, в), з ланцюговими чи дротяними завісами (рис. 5.2, г). Продук- тивність пилоосаджувальної камери визначається площею поперечного перерізу та швидкістю осідання пилу. Рис.5.1. Принципова конструктивна схема пилоосаджувальної камери: 1 – корпус; 2 – бункер; 3 – штуцер для видалення пилу Для того, щоб частинка пилу встигла осісти на дно камери, довжина камери L K повинна дорівнювати : L K = H K (ω г / ω ш ), де H K – висота камери, м; ω г – швидкість руху газів в камері (звичайно 0,2...1,5 м/с); ω ш – швидкість осідання частинок пилу, м/с. Наявність ланцюгової чи дротяної завіси, вертикальних чи горизон- тальних відхиляючих перегородок до гравітаційного ефекту додає ефект інерційного осадження при обтіканні газовим потоком різних перешкод та збільшує ефективність роботи пилоосаджувальних камер. h k 59 Інерційні пиловловлювачі застосовують для грубого очищення сухих газових викидів від частинок пилу розміром 30…100 мкм. Принцип дії інерційних апаратів ґрунтується на використанні інерційних сил. Якщо в апараті за напрямком руху газу встановити перепону, то газовий потік огинає її, а тверді частинки за інерцією зберігають попередній напрямок руху. Наштовхуючись на перепону, вони втрачають швидкість і випадають з течії. Рис.5.2. Конструкції пилоосаджувальних камер: 1 – полиці; 2 – перегородки; 3 – ланцюгова або дротяна завіса ОГ ОГ ОГ ЗГ 60 Перевагою інерційних пиловловлювачів є невеликі габарити, що забез- печують швидкість руху газів 10...15 м/с. Доволі високий гідравлічний опір 200...300 Па забезпечує ступінь вловлення до 65–80 % частинок розмірами менше 25...30 мкм. За конструкцією найпростіші інерційні пиловловлювачі (рис. 5.3) бувають з вертикальною перегородкою (а), з центральною трубою (б), з боковим штуцером (в) та з горизонтальними елементами (г). Зверху апарати можуть зрошуватися водою. Тоді пил з них видаляється у вигляді шламу. Серед засобів сухого інерційного очищення газових викидів від пилу найбільш поширені циклони (циклонні сепаратори), які застосовуються для виділення з газового потоку частинок порівняно великого розміру. Залежно від якостей пилу і його дисперсного складу та вимог до очищення газу циклони застосовуються як апарати першого ступеня очищення або в сполученні з іншими пиловловлювачами. Вони ефективно вловлюють з газу частинки пилу діаметром 25 мкм і більші. Рис. 5.3. Конструкції інерційних пиловловлювачів: 1 – перегородка; 2 – центральна труба; 3 – боковий штуцер; 4 – горизонтальні елементи 61 Суть циклонного процесу полягає в тангенціальному поданні потоку газу, що підлягає очищенню, крізь вхідний патрубок 1. Завдяки тангенціаль- ному 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 них залежить продуктивність фільтра та чистота фільтрату. 62 Рис. 5.5. Конструктивна схема зернистого фільтра з нерухомим фільтрувальним шаром: 1 – корпус; 2 – насипні фільтрувальні шари, 3 – вібратор; 4 – пружини; 5 – бункер для пилу; 6 – вхідний патрубок запиленого газу; 7 – продувний патрубок; 8 – камера очищеного газу; 9 – вихідний патрубок для очищеного газу Очищення від грубодисперсного пилу здійснюють у зернистих фільтрах (рис. 5.5), заповнених коксом, піском, гравієм. Рис. 5.6. Конструктивна схема рукавного фільтра: 1 – корпус; 2 – верхня решітка; 3 – рукав; 4 – газохід запилених газів; 5 – колектор; 6 – клапан; 7 – продуктивний колектор; 8 – патрубок очищених газів; 9 – струшувальний пристрій 63 У промислових 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 викорис- товуються 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 використо- вуються 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 %, а температура очищуваного газу – 500 °С. У волокнистих фільтрах як фільтрувальну поверхню використовують шари волокнистого матеріалу різної товщини: папір, картон, полімерні смоли тощо. Фільтри бувають тонко- та 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 поперед- нього очищення. Глибокі багатошарові фільтри застосовуються для очищення технологіч- ного газу й вентиляційного повітря від радіоактивних частинок. Конструк- тивно 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 й туману є очищення за допомогою електричних фільтрів (рис. 5.8), які 64 дають можливість вловити до 99 % частинок. Пиловловлення в електро- фільтрах є складним фізичним процесом, який передбачає гравітаційне, інер- ційне, 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 випрям- лений 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 65 Гази в електричних фільтрах очищують так. Забруднені гази пропус- кають крізь неоднорідне електричне поле 3, що утворюється між коронуваль- ним 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 66 У мокрих 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, а поглинальна 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 поверхнево- активну 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. У барботажно-пінних пиловловлювачах (рис. 5.11) запилений газ пропускають крізь рідину (воду). Їхдоцільно 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 перетво- рюється на мокрий шлам. Для видалення останнього потрібно будувати 67 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 охоло- дження 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 абсорбе- рами. 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 68 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 + СО 2 → СаСО 3 ; Мg0 + SО 2 → МgSО 3 ; СаО + SО 2 → СаSО 3 ; СаСО 3 + 2НС1 → СаС1 2 + Н 2 О + СО 2 ↑. 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 концент- рування очищуваних речовин, називають адсорбентом. Забруднювальні речовини, що перебувають у газовій або рідкій фазі, називають адсорб- тивом, а після переходу в адсорбований стан – адсорбатом. Для адсорб- ційного очищення газів використовують активоване вугілля, силікагелі, цеоліти, глинисті мінерали, пористе скло тощо. Найважливішими власти- востями 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 кін- цевий продукт (наприклад, при вилученні із газів сірководню отримують сірку за допомогою миш’яколужного розчину). 69 Рис. 5.14. Конструктивна схема адсорбера з киплячим шаром. 1 – циліндричний корпус з конусом унизу; 2 – розподільча решітка; 3 – патрубок для введення адсорбенту; 4 – циклонний пристрій; 5 – киплячий шар адсорбенту; 6 патрубок для виведення адсорбенту; 7 – штуцер для подачі забрудненого газу Термічне знешкодження газів ґрунтується на високотемпературному спалюванні горючих домішок, тобто окисненні знешкоджуваних компонентів киснем. Перевагою методів термічного знешкодження є невеликі розміри установок та простота їх обслуговування, можливість автоматизації, висока ефективність знешкодження при низьких затратах коштів. Однак, вибираючи термічний метод, необхідно враховувати властивості речовин, що утворюються внаслідок реакції окислення. Наприклад, при спалюванні газів, що містять фосфор, галогени та сірку, утворюються продукти реакції, які за токсичністю у декілька разів перевищують вихідні газові викиди. Необхідно також враховувати, що сполучення горючих речовин з киснем утворює вибухонебезпечну суміш. Для запобігання цьому концентрацію газових викидів зменшують додаванням повітря. Істотне значення в організації процесу термічного знешкодження газових викидів має підготовка газів до реакції, а саме нагрівання суміші до необ- хідної температури і забезпечення змішування горючих газів з окислювачем. Ефективність процесу термічного знешкодження сумішей визначається температурою, часом перебування газу в зоні реакції та турбулентністю газових потоків в камері згорання. Залежно від умов спалювання та технологічного оформлення процесу використовують два методи: в топкових та факельних пристроях. 70 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+O 2 ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ → ⎯ р каталізато 2CO 2 Каталітичне відновлення оксидів нітрогену до N 2 здійснюють за допо- могою відновників — водню, метану або аміаку за наявності платино- паладієво-родієвих каталізаторів. Каталітичні методи використовують для перетворення токсичних компо- нентів промислових викидів у нешкідливі чи менш шкідливі речовини. Лекція 6. |