Загальна характеристика методів очистки відпрацьованих газів

Методи очистки промислових викидів від газоподібних забруднень за характером фізико-хімічних процесів поділяють на п'ять основних груп:

абсорбція - промивання викидів розчинниками;

хемосорбція - промивання викидів розчинами реагентів, які хімічно зв'язують домішки;

адсорбція - поглинання газоподібних домішок твердими активними речовинами;

термічна нейтралізація - застосування каталітичного перетворення викидання газів і поглинання домішок;

біологічна очистка - здатність мікроорганізмів руйнувати та перетворювати різні сполуки.

• Термічне допалювання.

• Термокаталітичні методи.

• Озонні методи.

• Плазмохимічні методи.

• Плазмокаталітичний метод.

• Фотокаталітичний метод.

Метод абсорбції

Абсорбція є процесом розчинення газоподібного компонента в рідкому розчиннику. Системи абсорбції розділяють на водні і неводні. У другому випадку застосовують зазвичай малолеткі органічні рідини. Рідину використовують для абсорбції лише один раз або ж проводять її регенерацію, виділяючи забрудник в чистому вигляді. Схеми з однократним використанням поглинача застосовують в тих випадках, коли абсорбція приводить безпосередньо до здобуття готового продукту або напівпродукту. Як приклади можна назвати:

• здобуття мінеральних кислот (абсорбція SО₃ у виробництві сірчаної кислоти, абсорбція оксидів азоту у виробництві азотної кислоти);

• здобуття солей (абсорбція оксидів азоту лужними розчинами із здобуттям нітратних та нітритних щелоків, абсорбція водними розчинами вапна або вапняку із здобуттям сульфату кальцію);

• інших речовин (абсорбція NH₃ водою для здобуття аміачної води і ін.).

Загальними недоліками методів абсорбції є утворення рідинних стоків і громіздкість апаратурного оформлення.

Адсорбційний метод

Адсорбційний метод є одним з найпоширеніших засобів захисту повітряного басейну від забруднень. Лише у США введені і успішно експлуатуються десятки тисяч адсорбційних систем. Основними промисловими адсорбентами є активоване вугілля, складні оксиди і імпрегновані сорбенти. Активоване вугілля використовують, зокрема, для очищення газів від погано пахучих речовин, рекуперації розчинників і так далі. Можна виділити наступні основні способи здійснення процесів адсорбційного очищення:

• Після адсорбції проводять десорбцію і витягують уловлені компоненти для повторного використання. В такий спосіб уловлюють різні розчинники, сірковуглець у виробництві штучних волокон і ряд інших домішок.

• Після адсорбції домішці не утилізують, а піддають термічному або каталітичному допалюванню. Цей спосіб застосовують для очищення газів, що відходять, у хіміко-фармацевтичних і лакофарбних підприємствах, харчовій промисловості і ряду інших виробництв. Даний різновид адсорбційного очищення економічно виправданий при низьких концентраціях забруднюючих речовин і (або) багатокомпонентних забрудників.

• Після очищення адсорбент не регенерують, а піддають, наприклад, похованню або спалюванню разом з міцно хемосорбованним забрудником. Цей спосіб придатний при використанні дешевих адсорбентів.

Адсорбційні методи є одним з найпоширеніших в промисловості способів очищення газів. Їх вживання дозволяє повернути у виробництво ряд коштовних з'єднань. При концентраціях домішок в газах більше 2-5 мг/м³, очищення виявляється навіть рентабельним. Основний недолік адсорбційного методу полягає у великій енергоємності стадій десорбції і подальшого розділення, що значно ускладнює його вживання для багатокомпонентних сумішей.

Термічне допалювання

Допалюванням є метод знешкодження газів шляхом термічного окислення різних шкідливих речовин, головним чином органічних, в практично нешкідливі або менш шкідливі, переважно СО₂ і Н₂О. Звичайні температури допалювання для більшості з'єднань лежать в інтервалі 750-1200 ⁰C. Вживання термічних методів допалювання дозволяє досягти 99 %-ного очищення газів. При розгляді можливості і доцільності термічного знешкодження необхідно враховувати характер продуктів горіння, що утворюються. Продукти спалювання газів, що містять з'єднання сірки, галогенів, фосфору можуть перевершувати по токсичності вихідний газовий викид. В цьому випадку необхідне додаткове очищення.

Термокаталітичні методи

Каталітичні методи газоочистки відрізняються універсальністю. З їх допомогою можна звільняти гази від оксидів сірки і азоту, різних органічних сполук, монооксиду вуглецю і інших токсичних домішок. Каталітичні методи дозволяють перетворювати шкідливі домішки в нешкідливі, менш шкідливі і навіть корисні. Вони дають можливість переробляти багатокомпонентні гази з малими початковими концентраціями шкідливих домішок, добиватися високих степенів очищення, вести процес безперервно, уникати утворення вторинних забрудників. Вживання каталітичних методів найчастіше обмежується трудністю пошуку і виготовлення придатних для тривалої експлуатації і досить дешевих каталізаторів.

Основним напрямом розвитку термокаталітичних методів є створення дешевих каталізаторів, які ефективно працюють при низьких температурах і стійких до різних отрут, а також розробка енергозберігаючих технологічних процесів з малими капітальними витратами на устаткування. Найбільш масове вживання термокаталітичні методи знаходять при очищенні газів від оксидів азоту, знешкодженні і утилізації всіляких сірчистих з'єднань, знешкодження органічних сполук і СО.

Озонні методи

Озонні методи застосовують для знешкодження димових газів від SО₂ (NО_x) і дезодорацій газових викидів промислових підприємств. Введення озону прискорює реакції окислення NO до NО₂ і SО₂ до SО₃. Після утворення NО₂ і SО₃ в димові гази вводять аміак і виділяють суміш комплексних добрив, що утворилися (сульфату і нітрату амонію). Час контакту газу з озоном, необхідний для очищення від SО₂ (80-90 %) і NО_x (70-80 %) складає 0,4–0,9 сек. Енерговитрати на очищення газів озонним методом оцінюють у 4-4,5 % від еквівалентної потужності енергоблока, що є, мабуть, основною причиною, стримуючою промислове вживання даного методу.

Вживання озону для дезодорації газових викидів засноване на окислювальному розкладанні погано пахнучих речовин. У одній групі методів озон вводять безпосередньо в гази, що очищаються, в іншій гази промивають заздалегідь озонованою водою. Застосовують також подальше пропускання озонованого газу через шар активованого вугілля або подачу його на каталізатор. При введенні озону і подальшому пропусканні газу через каталізатор температура перетворення таких речовин як аміни, ацетальдегід, сірководень і др. знижується до 60-80 ⁰C. Як каталізатор використовують як Pt/Аl₂О₃, так і оксиди міді, кобальту, заліза на носієві. Основне вживання озонні методи дезодорації знаходять при очищенні газів, які виділяються при переробці сировини тваринного походження на м'ясо- (жиро-) комбінатах і в побуті.

Біохімічні методи

Біохімічні методи очищення засновані на здатності мікроорганізмів руйнувати і перетворювати різні з'єднання. Розкладання речовин відбувається під дією ферментів, що виробляються мікроорганізмами в середовищі газів, що очищаються. При частій зміні складу газу мікроорганізми не встигають адаптуватися для вироблення нових ферментів, і міра руйнування шкідливих домішок стає неповною. Тому біохімічні системи понад усе придатні для очищення газів постійного складу.

Біохімічну газоочистку проводять або в біофільтрах, або в біоскруберах. У біофільтрах газ, що очищається, пропускають через шар насадки, зрошуваний водою, яка створює вологість, достатню для підтримки життєдіяльності мікроорганізмів. Поверхня насадки покрита біологічно активною плівкою (БП) з мікроорганізмів. Мікроорганізми БП в процесі своєї життєдіяльності поглинають і руйнують речовини, що містяться в газовому середовищі, внаслідок чого відбувається зростання їх маси. Такого роду фільтри використовують, наприклад, для дезодорації повітря. В даний час біофільтри використовують для очищення газів, що відходять, від аміаку, фенолу, крезолу, формальдегіду, органічних розчинників фарбувальних і сушильних ліній, сірководню, метилмеркаптану і інших сіркоорганічних з'єднань. До недоліків біохімічних методів слід віднести:

• низьку швидкість біохімічних реакцій, що збільшує габарити устаткування;

• специфічність (високу вибірковість) штамів мікроорганізмів, що утрудняє переробку багатокомпонентних сумішей; трудомісткість переробки сумішей змінного складу