Лекция 11. ОЧИСТКА И ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ

План лекции:

1. Проектирование предприятия важный этап охраны природы

2. Классификация методов очистки отходящих газов

3. Механические методы очистки с использованием гравитационных и центробежных сил, методы фильтрации

4. Промывные методы очистки газов

5. Электростатические, адсорбционные, каталитические и термические методы очистки газов

Важным природоохранным этапом является стадия проектирования предприятия. Если на ее стадии будут решены вопросы охраны окружающей среды, то бед будет гораздо меньше. Поэтому проекты проходят тщательную санитарную и экологическую экспертизу.

При проектировании предприятий в проект следует включать создание малоотходных технологий, совершенствование конструкций аппаратов и оборудования, разработку систем очистки и рекуперации выбросов, определение допустимых выбросов, разработку мероприятий по созданию санитарно-защитных зон.

При планировании предприятий необходимо иметь в виду следующее.

В городах не разрешается размещать промышленные предприятия, распространяющие пылевидные и газообразные выбросы. Эти предприятия следует располагать вдали от городов, с подветренной стороны по отношению к ближайшему жилому району и отделять от границ жилых районов санитарно-защитными зонами.

Для уменьшения задымления, запыления и отравления газами воздуха предприятия должны располагаться на возвышенных местах, хорошо обдуваемых ветрами. Это увеличивает высоту выброса дыма и газов, а, следовательно, и их разбавление.

Кто же контролирует, то есть заставляет предприятия очищать отходящие газы. Это, в первую очередь, санитарно-эпидемиологические станции (СЭС), которые осуществляют как предупредительный, так и текущий контроль. Существует государственная инспекция по охране атмосферного воздуха. Она рассматривает схемы размещения предприятий, контролирует источники загрязнения воздуха и следит за соблюдением ПДВ. На предприятиях существуют отделы или службы охраны природы, промышленные санитарные лаборатории.

Главным методом достижения ПДК является метод “высоких труб”, когда из рабочей зоны воздух откачивается вытяжной вентиляцией и без очистки выбрасывается в атмосферу через трубу определенной высоты. Но атмосфера в данном случае от вредных выбросов не очищается. Конечно, за счет химических процессов, происходящих в атмосфере, часть этих загрязнителей нейтрализуется. Другие же скапливаются в атмосфере, а потом оседают или в виде дождей выпадают на землю и на наши головы, загрязняя водные объекты.

Но существуют и активные методы очистки газов. Они подразделяются на:

1. Механические методы:

1.1. Очистка в сухих механических пылеуловителях

1.2. Очистка в мокрых пылеуловителях

1.3. Очистка газов в фильтрах

2. Промывные (абсорбционные) методы

3. Электростатический метод

4. Адсорбционные методы

5. Каталитические методы

6. Термические методы

Механические методы очистки. В этих методах используются эффект действия гравитационных или центробежных сил, а также фильтрация через пористые перегородки.

Наиболее просты по конструкции и в эксплуатации пылеосадительные камеры, в которых частицы пыли отделяются от газового потока под действием силы тяжести. Главное предназначение аппарата - обеспечение определенного времени пребывания газового потока в обособленном пространстве и непрерывное или периодическое отведение осевшей пыли.

Существуют также инерционные пылеуловители, циклоны. Принцип работы циклона. Газ подается в цилиндрическую камеру по тангенсальной направляющей. Вращаясь внутри циклона, газ вначале опускается вниз камеры, а затем по центральному патрубку выходит наружу. Частицы пыли отбрасываются центробежной силой к стенке аппарата и осыпаются в бункер.

Фильтрационная очистка. Тонкая механическая очистка отходящих газов достигается путем фильтрации через пористую перегородку из тканевых и нетканых материалов. Наиболее распространены тканевые фильтры, например рукавные.

Промывные или мокрые способы.На промывке газов жидкостью основана их мокрая очистка от аэрозолей. Это универсальный метод очистки отходящих газов от пыли, дыма и тумана с любым размером частиц. Поэтому он чаще всего применяется в качестве последнего этапа очистки после механического удаления примесей. К мокрым пылеулавливающим аппаратам относятся скрубберы, барботажные и пенные аппараты, струйные газопромыватели, аппараты Вентури. Мокрые способы очистки газов применяются, например, при очистке от сернистого газа и сероводорода. Причем, на улавливании этих газов основано производство серной кислоты и гидросульфида натрия.

2SO₂ + 2H₂O + O₂ + ванадиевый катализатор = 2H₂SO₄

H₂S + NaOH = NaHS + H₂O

По такой же схеме можно очистить газ от оксида азота:

3NO₂ + H₂O = 2 HNO₃ + NO + Q

На мокром улавливании основано также производство некоторых редких металлов, таких как индий, кадмий, и др. В данном случае, например, при производстве цинка индий переходит в возгоны, т.е. в газ, который затем улавливается как в дистиллировочном аппарате. Эти возгоны собирают, а затем используют в качестве полупродукта для производства металла.

Но мокрые способы очистки газов имеют и недостатки. При очистке получают разбавленные растворы и шламы, которые затем нужно куда-то утилизировать. Кроме этого из-за высокой коррозионной активности газов и полученных растворов оборудование приходится делать в коррозиостойком исполнении и по возможности герметичным, что удорожает стоимость этого оборудования.

Электростатическая очистка газов. Данный способ реализуется в аппаратах, называемых электрофильтрами. Основными функциональными устройствами электрофильтров являются осадительный и коронизирующий электроды. Между ними создается электрическое поле высокого напряжения (30-100 кВ). Поскольку коронизирующие электроды изготавливаются из относительно тонких стержней, то около них создается поле высокой напряженности, вызывающее интенсивную ионизацию газовых молекул. Этот процесс и вызывает образование вокруг электродов светящейся короны. Под действием электрического поля заряженные аэрозольные частицы движутся от коронизирующего электрода к осадительному, прилипают к нему, отдавая свой заряд, а затем осыпаются в пылесборную камеру.

Адсорбционные методы. Адсорбция – диффузионный процесс, в котором происходит взаимодействие между газом и поверхностью твердых тел. Адсорбционные методы используют для очистки газов с невысоким содержанием газообразных и парообразных примесей. Различают физическую и химическую адсорбцию (хемосорбцию).

В качестве адсорбентов используют пористые материалы синтетического и природного происхождения с высокоразвитой внутренней поверхностью:

- активные угли;

- селикагели – гидратированные аморфные кремнеземы (SiO₂ .nH₂O);

- алюмогель – активный оксид алюминия (Al₂O₃ .nH₂O), получаемый прокаливанием различных гидроксидов алюминия;

- цеолиты – алюмосиликаты, содержащие в своем составе оксиды щелочных и щелочно-земельных металлов;

- иониты - высокомолекулярные соединения.

Методы каталитической очистки газов. Суть каталитических процессов газоочистки заключается в химическом преобразовании подлежащих обезвреживанию примесей в другие продукты в присутствии специальных катализаторов, роль которых сводится к увеличению скорости химических взаимодействий. Катализатор обеспечивает взаимодействие на его поверхности преобразуемых веществ, образование промежуточных поверхностных соединений катализатора и реагирующих веществ с последующим формированием продуктов катализа и восстановлением поверхности катализатора. В качестве катализаторов используют металлы платиновой группы (платина, палладий, рутений, родий) или более дешевые, но менее эффективные и стабильные в эксплуатации составы, включающие никель, хром, медь, цинк, ванадий, церий и другие элементы.

Термическая очистка газов. Методы прямого сжигания применяют для обезвреживания газов от легко окисляемых токсичных, а также дурно пахнущих примесей, продукты сжигания которых менее токсичны, чем исходные вещества. Их преимуществом является простота используемой аппаратуры и универсальность использования – независимо от состава обрабатываемых газов.

Термическая очистка широко применяется в лакокрасочных производствах, процессах получения некоторых видов химической, электротехнической и электронной продукции, пищевой промышленности, окраске деталей и других процессах. Прямое сжигание используют, когда концентрация горючих веществ в отходящих газах не выходит за пределы воспламенения. Процесс проводят в топочных устройствах, промышленных печах и в открытых факелах. В некоторых случаях отходящие газы со значительным содержанием горючих компонентов могут быть использованы как топливо.