лекции экология. Лекция 1 Проблемы защиты природы

• Название: Лекция 1 Проблемы защиты природы
• Анкор: лекции экология
• Дата: 15.02.2022
• Размер: 121.31 Kb.
• Имя файла: Lektsii_Eko.docx
• Тип: Лекция; #363339
• страница: 5 из 6

Системы и аппараты пылеулавливания

Сухие пылеуловители. К сухим пылеуловителям относятся такие, в которых очистка движущегося воздуха от пыли происходит механически под дей- ствием сил гравитации и инерции. Эти системы называются инерционными, так как в них при резком изменении направления движения газового потока частицы пыли, по инерции сохраняя направление своего движения, ударяются о поверхность, теряют свою энергию и под действием сил гравитации осаждаются в специальном бункере.

Для сухой очистки газов наиболее употребительны центробежные обеспыливающие системы (циклоны).

Средняя эффективность обеспыливания газов в циклонах составляет 0,98 при размере частиц пыли 30...40 мкм, 0,8 – при 10 мкм, 0,6 – при 4...5 мкм. Производительность циклонов лежит в диапазоне от нескольких сот до десятков тысяч кубических метров в час. Преимущество циклонов – простота конструкции, небольшие размеры, отсутствие движущихся частей; недостатки – затраты энергии на вращение и большой абразивный износ частей аппарата пылью.

Кроме циклонов применяются и другие типы сухих пылеуловителей, например, ротационные, вихревые, радиальные. При общих принципах дей- ствия они различаются системами пылеулавливания и способами подачи воздуха.

Электрофильтры. Их работа основана на одном из наиболее эффективных видов очистки газов от пыли – электрическом. Следует отметить, что электрофильтры также используются и для очистки тумана.

Эффективность очистки газов электрофильтрами достигает 0,9...0,99, производительность их – до 1 млн м³/ч.

Для тонкой очистки газов от пыли и тумана применяют мокрую очистку – промывку газов водой или другой жидкостью. Взаимодействие между жидкостью и запыленным газом (туманом) происходит либо на поверхности жидкой пленки, стекающей по вертикальной или наклонной плоскости (пленочные или насадочные скрубберы), либо на поверхности капель. Мокрую очистку применяют в том случае, когда допустимо увлажнение очищаемого газа.

Мокрые пылеуловители. Особенностью этих систем очистки является высокая эффективность очистки от мелкодисперсной пыли (менее 1,0 мкм). Эти системы работают по принципу осаждения частиц пыли на поверхность капель (или пленки) жидкости под действием сил инерции и броуновского движения. Конструктивно мокрые пылеуловители разделяют на форсуночные скрубберы и скрубберы Вентури, а также аппараты ударно-инерционного и барботажного и других типов.

Фильтры.Широко используются для тонкой очистки промышленных выбросов. Работа их основана на фильтровании воздуха через пористую перегородку, в процессе которого твердые частицы примесей задерживаются на ней. В общем случае в корпусе фильтра расположена воздухопроницаемая перегородка, на которой осаждаются улавливаемые частицы.

В фильтрах применяются перегородки различных типов:

1) в виде зернистых слоев, например, гравия (неподвижные свободно насыпанные материалы);

2) гибкие пористые (ткани, войлоки, губчатая резина, пенополиуретан);

3) полужесткие пористые (вязаные сетки, прессованные спирали и стружка);

4) жесткие пористые (пористая керамика, пористые металлы).

Фильтры 1-го типа (из гравия) используются для очистки от пылей меха- нического происхождения (дробилок, грохота, мельниц); они дешевы, просты в эксплуатации, эффективность 0,99.
Фильтры 2-го типа широко используются для тонкой очистки газов от примесей; их основные недостатки – малая термостойкость, низкая прочность. Фильтры 3-го типа, изготавливаемые из различных сталей, меди, бронзы, никеля и других металлов, могут работать в широком диапазоне температур и в агрессивных средах.
Фильтры 4-го типа, изготавливаемые из пористой керамики и пористых металлов, обладают высокой прочностью, коррозионной стойкостью, жаро- стойкостью.

Рукавные фильтры

В промышленности наиболее широко применяют тканевые рукавные фильтры.

Рукавный фильтр – один из эффективнейших видов очистки сильнозапы- ленного воздуха. Чаще всего они используются в оборудовании для пылеудаления с тяжелыми условиями работы.

Для изготовления рукавных фильтров применяются материалы на основе полиэстера, полипропилена, полиамида, полиакрилонитрила, поливинилсульфида, арамида. Фильтры могут быть изготовлены с внутренней и наружной рабочей поверхностью.

Рукавные фильтры предназначены для очистки пылегазовоздушных потоков с температурой до +260 ^оС и исходной запыленностью до 100 г/м³. Запыленность на выходе после процесса фильтрации составляет не более 10 мг/м³, а чистота воздуха после очистки более 99 %.

Рукавные фильтры относятся к пылеулавливающему оборудованию «сухого» типа. Они имеют более высокую эффективность очистки газов по сравнению с любыми видами электрофильтров и аппаратами мокрой очистки газов.

В качестве фильтрующих элементов в рукавных фильтрах используются рукава из нетканого иглопробивного материала.

Применяются фильтрующие рукава двух конструкций:

– круглой конструкции (Ø135 мм) для фильтров с вертикальным расположением рукавов;

– эллипсной конструкции, используются как для фильтров с горизонтальным, так и с вертикальным размещение фильтрующих рукавов.

Срок службы фильтрующих рукавов в рукавных фильтрах в среднем составляет 2–3 года, а в отдельных случаях может достигнуть 6-ти и более лет эффективной работы.

Автономность работы и работоспособность рукавных фильтров обеспечивает система регенерации фильтрующих элементов. Наиболее надёжной и эффективной системой регенерации фильтрующих элементов является импульсная регенерация.

Импульсная регенерация производится сжатым воздухом, предварительно осушенным и очищенным от масла, влаги и пыли, давлением 0,35–0,6 МПа. Расход сжатого воздуха, подаваемого на регенерацию фильтроэлементов, обычно не превышает 0,1 % от объёма очищаемого газа. Регенерация фильтрующих элементов производится автоматически, без остановки рабочего цикла.

В зависимости от условий эксплуатации рукавный фильтр может быть изготовлен в одном из двух режимов системы регенерации:

– режим «on line» – традиционный, «щадящий режим» когда процесс регенерации фильтрующих рукавов происходит параллельно с процессом очистки газа на этих же фильтрующих элементах;

– режим «off line» – для особо тяжёлых условий эксплуатации. Режим предусматривает секционное изготовление корпуса рукавного фильтра и отключение одной из секций работающего фильтра на время регенерации. Фильтры в режиме регенерации «off line» могут быть изготовлены с возможностью полного отключения каждой секции рукавного фильтра (как со стороны выхода чистого газа, так и со стороны входа запылённого газа) в целях проведения регламентных работ или работ по замене фильтрующих рукавов на работающем фильтре.

Импульсная регенерация может выставляться как по перепаду давления, так и по таймеру.

Рукавный фильтр универсален тем, что его конфигурация и габаритные размеры могут быть различны, с учетом размера рабочего места под рукавный фильтр.

Области применения

Рукавные фильтры предназначены как для очистки дымовых газов, так и аспирационных выбросов предприятий различных отраслей промышленности:

  черной металлургии;

  цветной металлургии;

  производства строительных материалов;

  машиностроения;

  литейного производства;

  металлообработки;

  стекольной промышленности;

  химической промышленности;

  пищевой промышленности.

Сорбционная очистка газов

Сорбция – поглощение твердым телом (адсорбция) или жидкостью (абсорбция) вещества из окружающей среды.

Процессы сорбции проводят периодически (в аппаратах с неподвижным слоем сорбента) и непрерывно (в аппаратах с движущимся слоем сорбента или в аппарате с неподвижным слоем, если сорбционные установки имеют несколько параллельно включенных аппаратов).

Процесс абсорбции является гетерогенным, протекающим на границе газ–жидкость, поэтому для его ускорения применяются различные устройства, увеличивающие площадь контакта газа с жидкостью.

Для повышения степени очистки применяют кислоты, щелочи, соли и др. Так, для очистки газов от SО₂, H₂S используется щелочь:

SО₂↑ + 2NaOH → Na₂SО₃ + Н₂О

В мировой практике распространена технология выделения сероводорода аммиачнойводой. Газ теряет H₂S в тарельчатом (насадочном) или форсуночном скруббере, промываемом аммиачной водой:

NH₄OH + H₂S = NH₄HS + H₂O

Затем он направляется на очистку от аммиака, а раствор бисульфида аммония подогревается и поступает в колонну для извлечения H₂S:

NH₄HS + H₂O > H₂S + NH₄OH

Сероводород подается на переработку, а аммиачная вода после охлаждения возвращается в голову процесса.

К достоинствам аммиачной технологии относятся отсутствие дорогостоящих реактивов, небольшой расход пара и электроэнергии. Однако для нее требуется аппаратура, изготовленная из специальных сплавов.

Метод абсорбции заключается в разделении газовоздушной смеси на составные части путем поглощения одного или нескольких газовых компонентов поглотителем (абсорбентом) с образованием раствора. Состав абсорбента выбирается из условия растворения в ней поглощаемого газа. Например, для удаления из технологических выбросов таких газов, как аммиак, хлористый водород и других, целесообразно применять в качестве поглотительной жидкости воду. Для улавливания водяных паров используют серную кислоту, а ароматических углеводородов – вязкие масла.

Адсорбционные методы развиваются в связи с освоением промышленного производства высокоэффективных адсорбентов – активных углей, силикагелей, синтетических цеолитов.
Сорбционный метод очистки рекомендуется при различных концентрациях одного или однотипных соединений. Чем больше концентрация вредных веществ, тем рентабельнее метод. Метод экономично используется для рекуперации растворителей, при концентрациях для толуола и ксилола 4–6 г/м³, этанола 2–3 г/м³, изопропанола 1,5–2 г/м³, стирола 0,5 г/м³, уайт-спирита не ниже 6–15 г/м³ при объемах выбрасываемых газов от 15 до 80∙10³ м³/ч.

Адсорбционный метод нельзя использовать для очистки запыленных газов, в отдельных случаях возникают трудности разделения смеси веществ после десорбции и их сжигании.

Метод адсорбции основан на физических свойствах некоторых пористых материалов селективно извлекать из газовоздушной смеси отдельные ее компоненты. Широко известный пример адсорбента с ультрамикроскопической структурой – активированный уголь. Метод адсорбции позволяет проводить очистку вредных выбросов при повышенных температурах.

Конструктивно адсорберы выполняются в виде вертикальных или горизонтальных емкостей, заполненных адсорбентом, через который проходит поток очищаемых газов.

Метод хемосорбции основан на поглощении газов и паров твердыми или жидкими поглотителями с образованием химических соединений. Реакции хемосорбции экзотермические.

Установки для хемосорбции внешне напоминают используемые при методе абсорбции. Например, фильтры ионитные вентиляционные РИФ, ФК, РИФ-ФК производительностью 500–30 000 м³/ч предназначены для технологи- ческой и санитарной очистки воздуха от загрязняющих веществ кислой и ще- лочной природы в виде газов, паров и аэрозолей:

HCl, HF, SO₂, SO₃, H₂S, HNO₃, H₂SO₄, Cl₂, H₃PO₄, NO_X, CrO₃ NH₃, амины, запахи, формальдегид

Фильтры используются в вытяжных, приточных и рециркуляционных вентиляционных системах предприятий машиностроительной, металлообрабатывающей, химической, пищевой промышленности, сельском хозяйстве.

Преимущества ионитных фильтров

1. Высокая степень очистки (90–98 %) благодаря химической сорбции за- грязнителей волокнистым ионообменным материалом ФИБАН.

2. Низкие эксплуатационные затраты. Обеспечиваются за счет: – низкого аэродинамического сопротивления;
– низкого потребления воды и химических реагентов;
– минимального потребления электроэнергии.

3. Малые габаритные размеры и вес фильтра.
4. Минимальная шумовая нагрузка в процессе работы.
5. Автоматический режим работы, возможность удаленного управления и контроля работы фильтра.

6. Минимальные работы по монтажу и вводу в эксплуатацию.

Комплект фильтра включает в себя корпус и бак для регенерационного раствора. Внутри корпуса расположен фильтровальный элемент с ионообменным волокнистым материалом ФИБАН. Корпус оснащен фланцами для входа и выхода газового потока. Корпус и бак изготовлены из коррозионно стойких материалов: полипропилен, армированный стальной конструкцией, нержавеющей стали.

Фильтровальный элемент представляет собой набор рамок с натянутым и специально зафиксированным ионообменным полотном. Газовый поток фильтруется через материал, загрязняющие вещества при этом химически связываются активными центрами ионита.

Скорость сорбции на волокне ФИБАН на два порядка превышает скорость сорбции на ионообменных смолах, что позволяет многократно увеличить поверхность сорбции в единице объема фильтра, снизив при этом аэродинамическое сопротивление.

В нижней части фильтра находится бак для приготовления регенерирующего раствора, а в верхней, над фильтровальным блоком, – система орошения. Бак оснащен фланцами для слива отработанного раствора.

Регенерация фильтровальных элементов осуществляется растворами общедоступных и дешевых реагентов. Регенерационные растворы циркулируют в установке до их насыщения извлекаемым компонентом, после чего в виде нейтральных солей могут возвращаться в производство или направляться на утилизацию.


Лекция №8

Локальные методы очистки

Для снижения загрязнения общего стока наиболее токсичными соединениями, рекуперации химикатов и возврата в производство воды применяются локальные методы очистки.

Локальной очистке подлежат стоки, содержащие сульфиды, например, сточные воды, отводимые с участка сернистого крашения, содержат сульфиды высокой концентрации – 100–150 г/л. Целесообразно осуществлять очистку таких стоков локальными методами. Известны технологии очистки с использованием серной кислоты, путем окисления кислородом, жидкофазным окислением при повышенных температурах и давлении, применением сульфата железа с образованием нерастворимого сульфида железа, разрушить сульфидные соединения можно диоксидом углерода, содержащимся в отходящих дымовых газах, можно удалить сульфиды и красители путем адсорбции сорбентом «Цеопаг».

Очистка сточных вод, загрязненных сернистыми красителями, с помощью сернойкислоты. Сточные воды при

рh > 11 и температуре 20 °С смеши-ваются с серной кислотой. После отстаивания образуется прозрачная без цвета и запаха жидкость и черный створоженный осадок. Очищенную воду можно сбрасывать в канализацию, а осадок после растворения повторно использовать.

Недостатком этого способа является выделение сероводорода.

В водных растворах сульфиды находятся в трех формах: S^2-, H₂S, HS^-. Соотношение между ними определяется значением pH раствора.

В пределах pH = 7–13 сульфиды находятся в форме HS^-, при pH > 13 – S^2-, при рН < 7 – в форме H₂S.

Например, крашение сернистыми красителями проходит в щелочной среде, при которой сероводород отсутствует. При этом значении pH сульфиды могут удаляться кислородом. При этом происходит окисление сульфидов до тиосульфата:

2HS^- + 2О₂ →S₂О₃ ^-2 + Н₂О

Реакция ускоряется в присутствии катализаторов (солей марганца).

Кроме того, применяется жидкофазное окисление сульфидов до сульфатов. Для этого сточные воды нагревают в теплообменнике до температуры 165– 245 °С под давлением. Затем эти воды направляются в окислительные колонны, в которые снизу подается избыточное количество кислорода. Этот метод достаточно трудоемок и целесообразен при очистке значительных объемов сточных вод.

В случае небольшого количества сточных вод, содержащих сульфиды, применяется метод очистки с использованием сульфата железа (FeSО₄), премуществами которого являются отсутствие выделение сероводорода в атмосферу и высокий эффект освобождения от сульфидов – на 98–100 %. При добавлении FeSО₄ образуются нерастворимые соединения – сульфиды железа по реакции

Na₂S + FeSО₄ –» FeS↓ + Na₂SО₄

Этим способом сточные воды не только освобождаются от сульфидов, но и обесцвечиваются. Краситель удаляется на 95–99 %, ХПК снижается на 62– 82 %. Объем образующегося осадка составляет 11–20 % от объема очищаемой воды.

Выбор того или иного способа очистки сточных вод сернистыми соединениями зависит от объема стоков и концентрации загрязнений.

Локальной очистке подлежат также сточные воды, содержащие соли хрома. В хромсодержащих стоках содержится шестивалентный высокотоксичный хром. Его обеззараживание происходит при восстановлении до трехвалентных соединений.

Сульфат железа – очень дешевый реагент, поэтому в прошлые годы та- кой способ обезвреживания был очень распространен. В то же время недостатком является большое количество осадков в данной̆ реакции.

Современные очистные установки для очистки гальванических стоков используют газ –