Методи очистки навколишнього середовища План Сепарація пилу

Методи очистки навколишнього середовища

План Сепарація пилу в мокрих знепилюючих пристроях Сепарація пилу в електрофільтрах Вловлювання крапельної рідини Загальні методи очистки промислових газів від газоподібних сполук Використання методу абсорбції для вловлювання газоподібних сполук Використання методу хімічних реакцій (хемосорбції) для вловлювання газоподібних речовин

Сепарація пилу в мокрих знепилюючих пристроях В мокрих (гідравлічних) пиловловлювачах потік газу контактує з рідиною або зрошуваною нею поверхнею. В апаратах цього типу як зрошувана рідина найчастіше використовується вода. Осадження завислих часток в газовому потоці проходить на краплях, плівках або поверхнях рідини. Системи водозабезпечення можуть бути використані як прямоточні, так і рециркуляційні (можливі замкнуті цикли). За аеродинамічними властивостями мокрі пиловловлювачі поділяють на: - низьконапірні (до 1500 Па), - середньонапірні (від 1500 до 4500 Па) - високонапірні (вище 4500 Па). Найпоширеніші типи апаратів мокрої очистки газів: - порожнисті газопромивачі, - тарілчасті газопромивачі (барботажні та пінні), - газопромивачі з рухливою насадкою, - мокрі апарати ударно-інерційної дії, - мокрі апарати відцентрової дії - швидкісні турбулентні газопромивачі.

Порожнисті газопромивачі. До апаратів цього типу належать зрошувані канали, промивні камери та порожнисті форсуночні скрубери. Принцип роботи апаратів полягає в тому, що очищувальні гази проходять через шар розпиленої рідини. Частки пилу захоплюються краплями рідини та осаджуються разом з ними, а очищений газ видаляється. В зрошувальних газоходах за допомогою вмонтованих форсунок на шляху запиленого газового потоку створюються водяні заслони. Для зменшення виносу крапель, швидкість газів в зрошувальному газоході не повинна перевищувати 3 м/с. Питомі витрати води при цьому складають 0, 10, 3 дм 3 на 1 м 3 газів. Після зон зрошування в газоходах встановлюють краплеві ловлювачі. Промивні камери становлять розширену частину газоходів, в якій в шаховому порядку розташовують форсунки, що розбризкують рідину. Швидкість руху газів в промивних камерах повинна бути в межах 2, 5 м/с, а час перебування газів в камері - не менше 3 с. Втрати напору в промивних камерах складають 300 -500 Па.

Порожнисті форсуночні скрубери, будова яких наведена на рис. 3. 4, виконуються у вигляді колон. У колоні, на шляху руху газів, форсунками створюється зрошувальна зона, що і забезпечує очистку газів.

За напрямком руху газів та рідини порожнисті скрубери поділяють на три групи: протиточні, прямоточні та з перпендикулярним підводом рідини до газового потоку, який рухається. Найбільшого поширення набули апарати першої групи. Швидкість руху запиленого повітря в порожнистих скруберах повинна бути в межах 1, 0 1, 2 м/с, а при наявності краплевловлювачів ~ 5 8 м/с. Ефективність очистки газів в порожнистих форсуночних скруберах зале жить від дисперсного складу газового потоку. Такі апарати доцільно використовувати при розмірі часток пилу > 5*10 мкм Недоліком порожнистих форсуночних скруберів є можливість відкла дання шламів в нижній його частині, тому необхідне використання споруд (механічних або гідравлічних) для видалення шламу. Крім того, можливе захаращення отворів форсунок.

Насадкові газопромивачі. На відміну від порожнистих, насадкові газопромивачі складають колони, які заповнені насадкою галькою, кільцями (з перегородками, Рашига або Палля), кульками з полімерних матеріалів, скла, гуми. Насадка постійно зрошується рідиною. Очищувальний газ проходить каналами між елементами насадки, при цьому багаторазово змінюється напрямок руху окремих газових потоків. Гази омивають насадкові елементи, які вкриті плівкою рідини. В результаті на поверхні насадки осаджуються тверді (та рідкі) включення газового потоку, які разом із зрошуваною рідиною потрапляють в бункер. Насадкові газопромивачі ефективні при очистці газів від тонкодиспер сного пилу та включень рідини. Ефективність вловлювання часток, розмір яких більше 2 мкм, досягає 90%.

Недоліком конструкцій насадкових газопромивачі в з нерухомою насадкою є можливість захаращення міжнасадочних каналів внаслідок відкладень пилу. Цей недолік усувається в газопромивачах з рухливою насадкою. При роботі апаратів цього типу утворюється псевдоріджений шар, який складається з матеріалу насадки, рідини та очищувальних газів. В таких апаратах при його роботі насадка перебуває в постійному русі, що забезпечу є вивільнення її відкладень пилу, але можливе зношування елементів насадки (за рахунок тертя).

Апарати барботажного типу та ударноінерційної дії. В барботажних апаратах очищувальні гази у вигляді бульбашок проходять через шар рідини, та під дією сил інерції, гравітації та дифузії проходить сепарація твердих (та рідких) включень газового потоку. При швидкості газоповітряного потоку до 1 м/с гази у вигляді бульбашок піднімаються через шар рідини. Якщо швидкість газового потоку збільшується до 2, 0 -2, 5 м/с, над поверхнею рідини утворюється шар піни. Такі апарати називаються пінними скруберами. В них суттєво збільшується зона (площа) контакту очищувального газу з рідиною, при незначному збільшенні опору. Ефективність очистки газів від пилу підвищується до 95 -96% (в окремих випадках до 99%) при питомих витратах рідини 0, 2 -0, 5 кг/м 3, втрата опору » 300 -500 Па (в окремих випадках до 2000 Па). Продуктивність апаратів (2 -60)х10 3 м 3/год. У газопромивачах ударноінерційної дії гази очищаються від пилу (та включень рідини) в результаті удару забрудненого газового потоку в поверхню рідини.

У газопромивачах ударноінерційної дії гази очищаються від пилу (та включень рідини) в результаті удару забрудненого газового потоку в поверхню рідини. Схема апарату показана на рис. 3. 6.

В апаратах цього типу швидкість газів на виході із газопідвідного патрубку приймається в межах 30 50 м/с. При наближенні нижнього кінця газопідвідного патрубку до поверхні рідини зростає ефективність очистки газів при одночасному зростанні гідравлічного опору. Продуктивність цих апаратів 3000 90000 м 3/год, гідравлічний опір 400 4300 Па, ефективність вловлювання пилової фракції з розмірами часток > 3 мкм досягає 98 99%.

Газопромивачі відцентрової дії. В газопромивачах відцентрової дії використовують той самий принцип, що і в циклонах. У верхню частину апарату до внутрішньої поверхні апарату тангенціально подається вода, в результаті чого на стінках утворюється плівка рідини, що стікає вниз. Тверді включення газового потоку, які відкидаються під дією відцентрових сил до стінок апарату, захоплюються плівкою рідини і стікають в шламозбірник. В апаратах цього типу можливе винесення вторинної рідини, тому доцільно на виході апарату встановлювати краплевловлювачі. Рекомендована швидкість газового потоку на вході в апарат -14 -20 м/с. Ефективність роботи апаратів цього типу забезпечується в тому випадку, коли очищувальні гази здійснюють не менше п’яти обертів в циліндричній частині корпусу апарату. Їх використовують для очищення димових газів з великим вмістом діоксиду сульфуру. Ступінь очистки газів в апаратах цього типу досягає 99, 5% при розмірі часток > 30 мкм та 85% при розмірі часток < 5 мкм.

Швидкісні турбулентні пиловловлювачі. Характерна ознака цих апаратів наявність труби розпилювача, в якій внаслідок взаємодії вприснутої під тиском рідини з повітряним потоком, який рухається з швидкістю 40 50 м/с, проходить інтенсивне розпилення рідини та перемішування утворюваного газорідинного потоку. Це в значній мірі підвищує імовірність захоплення краплями рідини частинок пилу, тому швидкісні турбулентні газопромивачі є найефективнішими апаратами мокрої очистки газів.

Сепарація пилу за допомогою фільтруючих пристроїв Принцип дії апаратів цього типу базується на пропусканні очищувального аерозольного потоку через пористі середовища. При цьому, завислі в газовому потоку частки, під дією броунівської дифузії, ефекту дотику, інерційних, електростатичних та гравітаційних сил, а також явищ відсіювання, осаджуються в пористому середовищі. Оскільки процес проходження газу (або рідини) через пористі середовища називають фільтрацією, апарати очистки газів, які засновані на цьому принципі, називаються фільтрами. Основні різновиди апаратів даного типу волокнисті, тканинні та зернисті фільтри.

Волокнисті фільтри. У волокнистих фільтрах вловлювання та накопичення часток проходить по всій глибині фільтруючого шару, тобто це фільтри об’ємної дії. їх використовують при забрудненні повітря пилом в межах 0, 5 5, 0 мг/м 3 і умовно поділяють на тонковолокнисті, - глибокі - грубоволокнисті.

Для збільшення продуктивності фільтрів, зменшення швидкості фільтрації, втрат напору при їх експлуатації, збільшують поверхню фільтрації, розміщуючи фільтруючий матеріал між елементами канального гофрованого розділювача. Якщо концентрація пилу вища, ніж 0, 5 мг/м 3, перед волокнистими фільтрами тонкої очистки встановлюють пиловловлювачі першого ступеня. Як тонковолокнисті фільтруючі матеріали використовують синтетичні волокна, а при роботі в умовах підвищеної температури - скловолокнисті матеріали. Недоліками волокнистих фільтрів, крім збільшення питомого опору в процесі експлуатації, є необхідність заміни фільтруючого матеріалу. Такі фільтри не піддаються регенерації.

Тканинні фільтри. Як фільтруючий матеріал в цих фільтрах використовують спеціальні тканини та волоки (фетри). Такі тканини виготовляють з волокон діаметром до 30 мкм. Осадження часток пилу проходить на нитках тканини при фільтрації газу через неї. Механізм осадження частинок пилу: дотик, захоплення, інерція, дифузія, електростатична взаємодія, відсіювання. Коли тканина покривається шаром пилу, останній стає вторинним фільтруючим середовищем, що призводить до підвищення ефективності фільтрів, при одночасному збільшенні опору.

Зернисті фільтри. Як фільтруючий елемент використовують шари зернистих природних (пісок, ошурки, щебінь тощо) або штучних (гума, пластичні маси) матеріалів. Перевага цих фільтрів перед тканинними - можливість роботи при високих температурах (до 500 -800°С) та в умовах агресивного середовища. Зернисті фільтри витримують великі механічні навантаження і перепади тисків. Розрізняють два основних типа зернистих фільтрів: насадочні (насипні) з рухливим (псевдозрідженим) та нерухливим шаром, в яких окремі складові шару не зв'язані один з одним, та жорсткі пористі фільтри, в яких зерна жорстко зв’язані один з одним в результаті спікання, пресування або склеювання. Максимальний ефект очистки в зернистих фільтрах досягається при очистці конденсаційних аерозолів, частки яких коагулюють у фільтруючому шарі. Такі фільтри використовують на перших ступенях очистки в багатоступеневих очисних спорудах. Зернисті фільтри мають великі можливості регенерації.

Сепарація пилу в електрофільтрах Електрична очистка - один з найдосконаліших видів очистки газів від пилу. Цей процес базується на ударній іонізації газу в зоні коронуючого розряду, передачі заряду іонів частинкам пилу і осадження останніх на осаджувальних та коронуючих електродах. Забруднені гази, які поступають в електрофільтр, завжди виявляються частково іонізованими за рахунок різних зовнішніх факторів (за рахунок тертя у стінки трубопроводів і обладнання), тому вони можуть проводити струм, потрапляючи в простір між двома електродами. Величина сили струму залежить від числа іонів і напруги між електродами. При збільшенні напруги, в рух між електродами залучається все більше іонів і величина струму зростає до тих пір, поки до руху не залучаються всі йони, які присутні в газі. При цьому величина сили струму стає постійною (струм насичення), не зважаючи на подальший ріст напруги.

При деякій достатньо високій напрузі іони і електрони, які рухаються між електродами, настільки прискорюються, що при зіткненні з молекулами газу іонізують їх, перетворюючи нейтральні молекули газу в позитивні іони і електрони. Новостворені іони і електрони прискорюються електричним полем і, в свою чергу, іонізують нові молекули газу. Цей процес, який названий ударною іонізацією газу, протікає тривало тільки в неоднорідному електричному полі, яке характерне для циліндричного конденсатора. У просторі між заземленими коронуючим та осаджувальним електродами утворюється електричне поле змінної напруги за силовими лініями, які направлені від коронуючого до осаджувального електроду або навпаки. На електроди подається постійна напруга.

Коронуючий розряд виникає при високих напругах, які досягають 50 к. В і більше. Аерозольні частинки, які потрапляють в зону між коронуючим і осаджувальним електродами, адсорбують на своїй поверхні іони, набуваючи електричного заряду і електричним полем одержують прискорення, яке направлене в сторону електроду зі зарядом протилежного знаку. Процес заряджання частинок залежить від рухливості іонів, траєкторії руху і часу перебування частинок в зоні коронуючого розряду. Враховуючи, що в повітрі і димових газах рухливість негативних іонів вища, ніж позитивних, в електрофільтрах часто створюється коронуючий розряд негативної полярності. Час заряджання частинок невеликий і вимірюється долями секунди.

Рух заряджених частинок до осаджувального електроду проходить під дією аеродинамічних сил, сил взаємодії електричного поля і заряду частинки, сил тяжіння і сили тиску електричного вітру. Під дією аеродинамічних сил частинки рухаються за напрямком основного потоку газу із швидкістю, що наближається до швидкості газового потоку, яка складає 0, 5 -2, 0 м/с. Основою, яка викликає рух частинок до осаджувального електроду є сила взаємодії між електричним полем і зарядом частинки. Рис. З-8, Залежність сили струму від напруги між електродами.

Сухі електрофільтри рекомендуються для тонкої очистки газів від пилу різного виду. В корпусі електрофільтра встановлені коронуючий та осаджувальний електроди, а рівномірний підвід очищувального газу електродів досягається встановленням розподільної решітки на вході у; фільтр. Періодична очистка електродів проводиться струшуванням за допомогою спеціального механізму. В мокрих фільтрах на коронуючий електрод подається висока постійна напруга до 100 к. В. При критичній напрузі електричного поля, яка за нормальних умовах складає до 15 к. В/см, у поверхні коронуючого електроду проходить інтенсивна ударна іонізація газу, яка супроводжується виникненням коронуючого розряду, що не розповсюджується на весь міжелектродний простір- Напруженість поля зменшується в напрямку осаджувального електроду.

Для очистки вентиляційних викидів з малою концентрацією пилу виrористовуються двохзонні фільтри різних типів. Потік повітря в такому фільтрі проходить послідовно крізь зони іонізації і осадження, а також через противиносний пористий фільтр. Накопичений на електродах пил періодично змивають водою. Принципова схема двохзонного електрофільтру показана на рис. 3. 9.

Забруднений газ проходить крізь іонізатор, до складу якого входять позитивні (1) і негативні (2) електроди. Іонізатор зроблено так, щоб при швидкості -2 м/с частинки пилу встигли зарядитись, але ще не осіли на електродах. Заряджені частинки газовим потоком захоплюються в осаджувач, який становлять систему пластин - електродів 3 і 4. Заряджені частинки осаджуються в полі осаджувача на пластинах протилежної по лярності. Відстань між пластинами (6 -7 мм) обирають так, щоб при порівняно невисокій напрузі (7 к. В) між пластинами досягалась напру женість 80 -100 В/м, що достатньо для осадження частинок мікронних та субмікронних розмірів.

При використанні електрофільтрів для очистки повітря від аерозолів горючих речовин необхідно, щоб максимальна температура аерозольної суміші була на 20 -25°С нижчою від температури спалаху вловлюваної рідини, а максимальна концентрація горючої рідини в аерозольній суміші - не менше ніж на один порядок нижчою нижньої концентрації межі займистості даної суміші. Це дозволяє усунути можливість запалення фільтрату в електрофільтрі.

Електрофільтри відрізняються універсальністю, яка полягає в наступному: - ступінь дисперсності тілу практично не впливає на ефективність очистки газу, яка досягає 99, 0 -99, 9%, при високій продуктивності (до 10 е м*/год); - концентрація пилу також не впливає на ступінь очистки газу; - широкий діапазон температур очищувальних газів; - малий гідравлічний опір (100 -200 Па); - малі питомі витрати енергії на очистку газів (0, 1 -0, 5 к. Втхгод на 1000 м 3 газу).

Електрофільтри мають три основних недоліки. Перший недолік полягає в тощу, що використання електрофільтрів вимагає відносно великих питомих капіталовкладень. Другий недолік полягає в тому, що при збільшенні напруги на електродах для інтенсифікації процесу вловлювання часток пилу можливий пробій міжелектродного простору і, як наслідок, виникнення іскрового або дугового розряду, що порушує роботу електрофільтрів. Третій недолік полягає в тому, що необхідне постійне навантаження по газу.

Вловлювання крапельної рідини Джерелами крапельного забруднення газоподібних викидів можуть бути апарати мокрої очистки газів від пилу, технологічні процеси обробки різних матеріалів з використанням охолодженої рідини тощо. Особливої уваги слід приділяти вловлюванню крапельної рідини тоді, коли в краплях води наявні пил, рідкі та газоподібні шкідливі речовини. Апарати із вловлювання крапель можуть бути вмонтованими або виносними (у вигляді окремих конструкцій).

Загальні методи очистки промислових газів від газоподібних сполук Одним із шляхів запобігання забруднення повітряного басейну газами є очистка газоподібних відходів перед їх викидом в атмосферу. Важливою перевагою цього напрямку, з точки зору охорони повітряного басейну, є його надійність. Крім того, виникає можливість утилізації цінних газоподібних відходів. Очистка відхідних газів від газоподібних забруднень ускладнюється рядом обставин, а саме: - великі сумарні об'єми газоподібних викидів; - підвиїщена температура відхідних газів; - непостійність концентрацій, тобто вміст газоподібних домішок в техноло гічних викидах може змінюватись в широких межах; - наявність твердих включень.

За характером протікання фізико хімічних процесів здійснення про цесів очистки промислових викидів від газоподібних домішок виділяють декілька груп методів: промивання газоподібних викидів розчинниками, які хімічно не сполучаються з забруднюючими речовинами (метод абсорбції); - промивання газоподібних викидів розчинами реагентів, які хімічно зв'язують - газоподібні домішки (метод хемосорбції або хімічних реакцій); - поглинання газоподібних домішок активними поверхнями твердих речовин (метод адсорбції); - знешкодження домішок за рахунок каталітичних реакцій; високотемпературне доспалювання (термічний метод).

Використання методу абсорбції для вловлювання газоподібних сполук Під фізичним процесом абсорбції розуміють окремий випадок сорбції (поглинання газів або парів рідинами), а саме поглинання речовин із суміші газів рідинами з утворенням розчинів. Рідини, які використовуються для поглинання газоподібних домішок, називають абсорбентами. При абсорбції поглинання речовини проходить у всьому об’ємі поглинювача. Фізична сутність процесу абсорбції пояснюється так званою теорією плівки, згідно з якою при дотику рідини та газів на поверхні розділу фаз утворюється рідинна та газова плівка.

Поглинаючу рідину (абсорбент) вибирають з врахуванням таких умов: - абсорбент повинен якомога краще розчиняти вловлюваний компонент газо повітряної суміші; - повинна бути значна різнищ розчинності компоненту газової суміші в абсор бенті від температури, абсолютного та парціального тиску; повинна бути якомога нижча в’язкість абсорбенту. Прискоренню процесу абсорбції сприяє: підтримання на високому рівні перепадів концентрацій компоненту в газі та в абсорбенті; створення вели ких поверхонь контакту газової суміші та поглинювальної рідини; вибір оптимальних температур та тисків.

Тарілчастий абсорбер складається з ряду тарілок (1), які осна щені ковпачками (2) зі зубчастими краями, патрубками (3) та пе реливними трубками (4). Працює абсорбер за принципом проти течії 7 абсорбент рухається зверху вниз, переливаючись із таріл ки в тарілку переливними трубам, а очищуваний газ знизу вгору патрубками, проходячи між зубцями тарілки та барботуючи крізь шар абсорбенту

Використання методу адсорбції для вловлювання газоподібних сполук Фізична основа процесу адсорбції - здатність деяких твердих тіл з ультрамікроскопічною структурою (адсорбентів) вибірково відділя ти та концентрувати на своїй поверхні окремі компоненти газової, па роповітряної суміші або розчину. В пористих тілах з капілярною структурою поверхневе поглинання доповнюється капілярною конденсацією. Основний параметр, який характеризує процес адсорбції - адсорбційна здатність (ємність) адсорбенту стосовно компоненту, який вилучається. Як адсорбент найширше використовуються активоване вугілля і цеоліти.

На рис. 3. 11 показаний розріз кільцевого адсорбера. Конструкція адсор бера вмонтована в металевий корпус (1). Газ, який підлягає очистці, по трапляє через штуцер (2) у зовнішню частину адсорбера, проходить через кільцевий шар адсорбенту, який знаходиться між внутрішньою (7) та зов нішньою (6) циліндричними решітками, та виводиться через штуцер (4). В стадії десорбції десорбент (водяна пара) подається через штуцер (4), а парогазова суміш відводиться через штуцер (3). Завантаження адсорбенту проводять через два люки (8), а його відвантаження через третій люк (5). Рис. З '11* Кільщвий адсорбер.

Використання методу хімічних реакцій (хемосорбції) для вловлювання газоподібних речовин Для методу хемосорбції, на відміну від методів абсорбції та адсорбції, характерна фізико-хімічна взаємодія компонентів очищувального газу та поглинювача. При цьому основне значення при вловлюванні газових домішок належить хімічному процесу. В результаті взаємодії вловлюваних компонентів з твердими або рідкими поглинювачами утворюються малолеткі або малорозчинні сполуки. При необхідності утилізації вловлюваних речовин процеси хемосорбції доцільно проводити зворотними, що можна досягти підбором відповідних поглинювачів (хемосорбентів). Ефективність мокрих методів хемосорбції вища, ніж сухих. Вони екологічно безпечніші, збільшується ступінь утилізації вловлюва ної домішки. Проте, поруч з цим, виникає проблема очистки стічних вод.

Хемосорбенти, які використовують для очистки викидів Вловлювана домішка Рекомендований хемоеорбент Сірководень Розчини лугів, водний розчин кальцієвої солі диметилалілоцтової кислоти, гідроксид феруму, етаноламіновий розчин, оксисульфоарсенатна кислота. Хлор Розчини лугів, активоване вугілля, ошурки феруму, чотирихлористий карбон, вапнякове молоко. Фтороводень Вапнякове молоко, вапняк, вапно, розчини лугів Аміни Розчин сульфатної кислоти. Меркаптани Розчин гіпохлориду натрію в лужному середовищі.