Повна версія

Головна arrow Екологія arrow ТВЕРДІ ВІДХОДИ: ТЕХНОЛОГІЇ УТИЛІЗАЦІЇ, МЕТОДИ КОНТРОЛЮ, МОНІТОРИНГ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

ГАЗОПОВІТРЯНІ ВИКИДИ ВИРОБНИЦТВА: ДЖЕРЕЛА, СКЛАД І МЕТОДИ ОЧИЩЕННЯ

Викиди шкідливих речовин в атмосферу поділяються на природні та антропогенні. Природні викиди відбуваються за рахунок природних процесів. До них відносяться: вулканічна діяльність, вітрова ерозія, масове цвітіння рослин, дим від лісових і степових пожеж та ін. Антропогенні, в тому числі техногенні, викиди утворюються в результаті діяльності людини. Основними техногенними джерелами шкідливих викидів є об'єкти енергетики, що спалюють тверде, рідке і газоподібне паливо, транспорт, і практично всі діючі промислові підприємства, в першу чергу металургійні, гірничодобувні і гірничо-збагачувальні, нафтопереробні та ін.

Газоповітряні викиди традиційно класифікують за агрегатним станом:

  • • газоподібні - оксиди сірки, азоту, вуглецю, вуглеводні з короткою ціпи;
  • • рідкі (тумани) - пари кислот, лугів, розчинів солей, рідких вуглеводнів та ін .;
  • • тверді (пилу, дими) - тверді зважені частинки (ТВЧ), що складаються з оксидів металів, сажі, смолистих речовин і ін.

Рідкі і тверді викиди відносять до аерозолів. [1]

Пил - це полідисперсна малостійка система, що містить більші частки, ніж дим. Неорганічна пил утворюється в процесі стирання або подрібнення, тому форма і розміри частинок промислового пилу відрізняються великою різноманітністю - кульки, пластинки, голки, лусочки, волокна і т.д .; розмір - зазвичай більше 10 ~ 5 м, але може змінюватися в більшу або меншу сторону. Частинки пилу розміром менше 0,1 мкм можуть злипатися і утворювати агломерати, тому поняття розміру частки умовно. Пил є основним які забруднюють компонентом при гірських розробках, переробці руд і металів, при виробництві мінеральних солей і добрив, будівельних матеріалів та ін. Промислова пил органічного походження - це, наприклад, вугільна, деревна, торф'яна, сланцева, сажа і т.д.

Дим являє собою монодіснерсную досить стабільну систему з малою швидкістю осідання. Дими утворюються як наслідок процесів спалювання палива і його деструктивної переробки, а також в результаті хімічних реакцій, наприклад при взаємодії аміаку і хлороводню, окисленні парів металів в електричній дузі і т.д. Розміри частинок в димах багато менше, ніж в пилу, і складають від 10 ~ 9 до 10 5 м.

Туман складається з крапельок рідини, що утворюються при конденсації пари або розпиленні. За розмірами частинок тумани ближче до пилу - від 10 -7 до 10 ~ 5 м. У промислових викидах тумани формуються в основному з кислот - сірчаної, азотної, фосфорної та ін., Або парів рідких вуглеводнів. До газоподібним і пароподібним речовин, що містяться в промислових газоповітряних викидах, відносяться: кислоти, галогени і галогенопроїзводниє, газоподібні оксиди, альдегіди, кетони, спирти, вуглеводні, аміни, нітросполуки, пари металів, піридини, меркаптани і багато інших компонентів. Ця група шкідливих домішок найбільш численна.

Розглянемо процеси і апарати, що використовуються для очищення газоподібних і аерозольних викидів. Основне завдання газоочистки - зниження вмісту токсичних речовин в газових викидах до рівня ГДК. При вмісті в повітрі кількох токсичних речовин їх сумарна концентрація не повинна перевищувати одиниці. При відсутності технологічних можливостей забезпечити повну очистку застосовують викид газів через високі димові труби, що забезпечує розсіювання забруднюючих речовин і зниження їх концентрацій до рівня ГДК в приземному шарі, при цьому розраховується гранично допустимий викид (ПДВ) (методику розрахунку див. Практичну роботу в гл. 2). Вибір методу очищення для знешкодження газоповітряних викидів залежить від фізико-хімічних властивостей домішок, їх агрегатного стану, ступеня дисперсності і хімічного складу. В цілому всі ці методи захисту можна поділити на сухі і мокрі.

Методи сухої механічного очищення газових викидів від аерозолів.

До сухим методам очищення відносяться: гравітаційне осадження, інерційний і відцентрове пиловловлення, фільтрація. Всі ці методи відносяться до механічних методів очищення і засновані на силах гравітації. Як правило, в схемі очищення газоповітряної суміші використовують послідовно відразу кілька очисних пристроїв.

Гравітаційне осадження проводиться в пилеосадітельних камерах різного типу і засноване на осадженні зважених часток під дією сили тяжіння при русі запиленого газу з малою швидкістю без зміни напрямку потоку [2] (рис. 5.3).

Схема порожнистої Пилеосадітельние камери

Мал. 53. Схема порожнистої Пилеосадітельние камери:

1 - вхідний патрубок; 2 - корпус; 3 - вихідний патрубок; 4 - бункери

Робочі габарити апаратів гравітаційного уловлювання чималі, оскільки параметри осадительной камери визначаються розміром найменших частинок - чим дрібніше частинки, тим більше швидкість і довше пройдений шлях. На практиці в системі вентиляції в якості Пилоосадителі часто використовують гнучкі аспіраційні гофровані рукави, що мають просте апаратурне виконання і забезпечують високу ступінь очищення від зважених часток. Гравітаційне осадження доцільно використовувати для попередньої, грубої очистки газів від великих часток діаметром більше 100 мкм, при цьому ступінь очищення не перевищує 40-50%.

Інерційний пиловловлювання також засноване на властивості зважених часток продовжувати рух по інерції при зміні напрямку газового потоку. На цьому принципі засновані різноманітні конструкції жалюзійного пилоуловлювачів і вентиляційних решіток (рис. 5.4). Камерні інерційні пиловловлювачі використовують для грубої і середньої очищення. Швидкість руху газового потоку в камері близько 1 м / с, при цьому уловлюються частинки пилу розміром 25-КЗО мкм з ефективністю очищення 65 ^ -85%. Частинки пилу розміром менше 20 мкм в жалюзійних апаратах уловлюються. Крім низької ефективності недолік цього методу - швидке стирання і забивання щілин.

Жалюзійних пиловловлювач (а) і схема камерного інерційного пиловловлювача (б)

Мал. 5.4. Жалюзійних пиловловлювач (а) і схема камерного інерційного пиловловлювача (б)

Відцентрові методи очищення газів засновані на дії відцентрової сили, що впливає на тверді частинки різного розміру і виникає при завихренні забрудненого газового потоку. Такі апарати називаються циклонами (рис. 5.5). В іншому аппаратурном оформленні можуть обертатися частини самого апарату, тоді вони називаються ротоклони , крім того, але конструкції камери циклони поділяються на циліндричні, конічні і прямоточні. Загальний принцип дії циклону заснований на тому, що газовий потік подають під тиском в циліндричну частина циклону тангенциально, він описує спіраль у напрямку до дну конічної частини. У нижній частині газовий потік змінює напрямок руху на протилежне і спрямовується вгору через турбулі- поклику ядро потоку у осі циклону. Під дією відцентрової сили частки пилу притискаються до внутрішніх стінок зовнішнього циліндра і збираються в пилесборнике. Циклони широко застосовуються для уловлювання частинок розміром понад 10 мкм, тобто при грубої і середньої очищення газу від аерозолів 1 . Принцип дії циклону використовується також в побутових пилососах-циклони.

Для забезпечення механічного очищення газового потоку від сухих аерозолів у виробництві і побуті застосовуються різні конструкції фільтрів. У таких пристроях газовий потік проходить через фільтруючий матеріал, при цьому частинки пилу затримуються волокнами фільтра. Залежно від використовуваного матеріалу, що фільтрує фільтри підрозділяються на:

  • • тканинні (бавовна, шерсть, хімічні волокна та ін.);
  • • волокнисті (скловолокно, бавовна з азбестом, асбоцеллюлоза);
  • • зернисті (кераміка, металокераміка, пластмаса) [3] [4] .
Пристрій циліндричного циклону

Мал.5.5. Пристрій циліндричного циклону:

а - схема; б - зовнішній вигляд

Крім механічних фільтрів для очищення викидів від зважених часток використовують електричні фільтри, принцип дії яких заснований па іонізації і осадженні зважених часток під дією електричного струму. На першій стадії зважені частинки набувають електричний заряд під дією поля високої напруги (25- 100 кВ) коронирующих електродів; потім відбувається рух і прилипання заряджених частинок до осаджувальних електродів в поле високої напруги випрямленого струму. Видалення прилип пилу до електродів здійснюється за рахунок їх періодичного струшування (рис. 5.6). За допомогою електрофільтрів досягається високий ступінь очищення газоповітряних викидів - вище 90%.

В результаті застосування сухих механічних методів очищення газоповітряних викидів утворюються великі обсяги твердих пилоподібних багатокомпонентних відходів. У разі високої токсичності такі відходи найчастіше підлягають захороненню. Однак в деяких випадках в результаті очищення можуть утворюватися монокомпонентні відходи, які є цінною вторинною сировиною. Наприклад, при плавці свинцевого брухту в аспіраційних рукавах уловлюються великі кількості свинцевого пилу. Після пресування і брикетування цей пил надходить на вторинну переплавку разом з ломом.

Розглянемо методи мокрого очищення газоповітряних викидів від газів і аерозолів. Мокра очистка газів заснована на принципах використання сорбційних фізико-хімічних процесів - абсорбції та хемосорбції об'ємом рідини. Обидві технології передбачають промивання газу рідиною (водою або розчинами хімічних речовин) при можливо більш розвиненою поверхні контакту фаз і можливо більш інтенсивному массоб- мене. Таким чином, забезпечується очищення газів від частинок пилу, диму, крапельок рідини або газу-забруднювача. Найчастіше вологі методи застосовують на заключній стадії механічного очищення, особливо при необхідності охолодження. Очищення проводиться в скрубберах, конструкції яких розрізняються в залежності від того, яким способом здійснюється контакт між розділами фаз реагуючих речовин і рідини-сорбенту. Принципово можна виділити три основні способи пило- та газоуловлювання: в об'ємі рідини, в плівковому шарі рідини або на поверхні розпорошеної рідини (рис. 5.7).

Принципова схема дії електрофільтру

Рис . 5.6. Принципова схема дії електрофільтру:

АТ - регулюючий автотрансформатор і джерело живлення;

Т - підвищувальний трансформатор; В - високовольтний випрямляч;

R - опір; Е до - коронирующий електрод;

Е 0 - осадітельного електрод

Перший тип пристроїв відноситься до скрубера барботажпого типу , які називаються пінними або флотацій скрубер. В цьому випадку сорбція відбувається на поверхні бульбашки газу, барботіру- ющего через рідину. За рахунок сил поверхневого натягу частки забруднювача прилипають до поверхні бульбашки повітря і утворюють забруднену піну, яка потім видаляється і збирається у вигляді вологого шламу. Для збільшення поверхневого натягу до розчину додають поверхнево-активні речовини - флокулянти.

Другий тип пристроїв відноситься до скрубера плівкового типу. Пристрій скруббера передбачає подачу під тиском забрудненого газу тангенциально до поверхні рідини. Частинки забруднювача, вдаряючись об поверхню, захоплюються верхнім плівковим шаром рідини, потім осідають в нижній частині скрубера і виводяться у вигляді шламу. Очищений газ, відбиваючись від поверхні розділу фаз, збирається у верхній частині і виводиться через патрубок.

Третій тип пристроїв відноситься до скрубера крапельного типу , в яких забезпечується очищення газу за рахунок сорбції на поверхні крапель рідини, що формуються в спеціальних розпилювальних пристроях - диффузорах. Технологічними різновидами скрубберов є зрошувані циклони, пінні апарати, скрубери Вентурі.

Схеми основних способів мокрого пиловловлення в скрубберах

Мал.5.7. Схеми основних способів мокрого пиловловлення в скрубберах

(по М. Д. Харламова, Д. А. Кривошеїна, 2007): а - в об'ємі рідини; 6 - плівками рідини; в - розпорошеною рідиною; 1 - бульбашки газу; 2 - краплі рідини; 3 - тверді частинки

При очищенні газоповітряних сумішей від аерозолів вся тверда фаза переходить в шламовий залишок, тому вологі способи газоочистки по суті тільки переводять забруднювачі з газових викидів в тверді відходи.

У разі хемосорбції розчинені гази можуть сорбироваться рідкої поверхнею фізично або вступати в хімічні реакції з рідким сорбентом, утворюючи нові хімічні сполуки, які можуть володіти новими корисними властивостями. Наприклад, найбільш поширеним випадком знешкодження газових викидів є очищення повітря від аміаку. При цьому в якості сорбенту можна використовувати воду або розчини кислот. З водою аміак утворює нестабільний гідроксид амонію NH 4 OH, а в разі азотної кислоти утворюється нітрат амонію NH 4 N0 3 - аміачна селітра, що є цінним мінеральним добривом. Таким чином, використання хемосорбції часто допомагає уникнути утворення шкідливих відходів, що утворюються в результаті очистки, і забезпечити ресурсозбереження. Більшість реакцій, що протікають в процесі хемосорбції, є екзотермічні і оборотними.

Для уловлювання і знешкодження газоподібних домішок, наприклад оксидів сірки і азоту, сірководню, вуглеводнів, застосовуються також методи адсорбції, каталітичного і термічного окислення.

Адсорбція - фізико-хімічний процес, заснований на селективному поглинанні газоподібних речовин твердими сорбентами (вугілля, торф, силікагель, цеоліти і ін.), За рахунок розвиненої мікропористої поверхні. У адсорберах очищається газовий потік подається від низу до верху через шар сорбенту, як правило, в гранульованої формі. Прикладом побутового використання адсорбції є кухонні витяжки, в яких в якості сорбенту використовується активоване вугілля. Хімічні домішки зв'язуються сорбентом, який згодом можна регенерувати або утилізувати спалюванням. Недоліки використання адсорбційних установок - низька швидкість процесу і висока вартість періодичної регенерації сорбенту.

Термічне окислення передбачає високотемпературне 750 900 ° С, як правило, смолоскипна спалювання шкідливих домішок. Його застосовують для спалювання горючих речовин, наприклад летючих вуглеводнів. У цьому випадку самі домішки є паливом, а що утворюється теплову енергію можна утилізувати. Твердих відходів при цьому не утворюється, і при спалюванні в закритих камерах і дотриманні технологічних режимів такої спосіб утилізації є рентабельним і досить безпечним.

Каталітичне окислення є різновидом термічного окислення, але протікає при більш низьких температурах за рахунок використання каталізатора. У деяких випадках каталізаторами є сорбенти, які використовуються в процесі очищення, наприклад активоване вугілля або цеоліти. Прикладом каталітичного процесу очищення може служити окислення діоксиду сірки та утворення сірчаної кислоти на вугільному каталізаторі в присутності парів води. Як твердофазних каталізаторів можуть також використовуватися оксиди металів, поліоксідние з'єднання. Каталітичне окислення забезпечує глибоке очищення газів (до 99%) при відносно невисоких температурах і тиску, а також в разі низьких концентраціях домішок, проте при каталітичної обробці може відбуватися утворення нових шкідливих хімічних сполук, для яких потрібно додаткове очищення.

  • [1] Гринин А. С., Новіков В. Н. Указ. соч.
  • [2] Харламова М. Д., Зволинский В. П., Кривошеїн Д. А. Указ. соч.
  • [3] Харламова М. Д, Зволинский В. П., Кривошеїн Д. А. Указ. соч.
  • [4] Там же.
 
<<   ЗМІСТ   >>