Способы очистки воздуха
Бытовые воздухоочистители по принципу фильтрации воздуха можно условно разделить на несколько основных категорий:
* Фотокаталитические «фильтры»
* Адсорбционные фильтры
* Пылевые фильтры
* Ионизирующие очистители или электрофильтры
Фотокаталитический фильтр — новинка в области очистки воздуха.
Принцип действия основан на том, что на поверхности катализатора под действием ультрафиолетового излучения происходит окисление всех органических веществ до безвредных компонентов чистого воздуха. На сегодняшний день, этот метод является, наиболее эффективным и экономичным. Как считают ученые, он станет в XXI веке основным методом молекулярной очистки воздуха. Многие, особенно автомобилисты, слышали о так называемых «катализаторах» — термокаталитических дожигателях выхлопных газов автомобиля. В этих устройствах токсичные примеси окисляются на поверхности катализатора, как правило на платине, под действием высокой температуры.
Фотокаталитическая очистка воздуха несколько напоминает эти процессы. ФКО — по сути, повторяет естественные фотохимические процессы очистки воздуха в природе. Сущность ФКО метода состоит в разложении и окислении токсичных примесей на поверхности фотокатализатора под действием ультрафиолетового излучения. Реакции протекают при комнатной температуре, при этом примеси не накапливаются, а разрушаются до безвредных компонентов, причем фотокаталитическое окисление не делает разницы между токсинами, вирусами или бактериями — результат один и тот же. Большинство запахов вызываются органическими соединениями, которые также полностью разлагаются очистителем и поэтому исчезают.
Явление было открыто более 20 лет назад, однако бытовые приборы серийно стали выпускаться только недавно. В период с 1993 по 1999 г.г. методу посвящено пять международных конференций, на которых в качестве примеров его опытно-промышленного применения сообщалось об очистке воздуха:
* на заводе по производству взрывчатых веществ (США)
* в цехах предприятия микроэлектроники (США)
* в салонах самолетов фирмы «Боинг»
* в салонах новых японских автомобилей (Япония)
* в жилых городских помещениях и тоннелях (Япония)
* в больницах для подавления патогенной микрофлоры в воздухе (США)
* при лечении аллергических заболеваний и астме (США).
На этом принципе основанны очистители воздуха Аэролайф™.
Адсорбционные угольные фильтры
Адсорбционные угольные фильтры улавливают практически все токсичные примеси воздуха с молекулярной массой более 40 атомных единиц. Однако, исследования и практика использования адсорбционных угольных фильтров, показали, что уголь практически не адсорбирует легкие соединения, к числу которых относятся такие типичные загрязнители городского воздуха как окись углерода, окислы азота, формальдегид. Таким образом, воздухоочистители, использующие угольные фильтры, оказались не эффективны для очистки воздуха городских помещений от его основных экозагрязнителей.
Существенным недостатком любых адсорбционных фильтров является их ограниченная емкость и при несвоевременной замене адсорбента, они сами становятся источником токсичных органических веществ и болезнетворных бактерий, загрязняющих окружающую атмосферу. Адсорбционные фильтры используются в приборах фирм Philips (Голландия) и Honeywell (США), а также в ряде отечественных системах воздухоочистки.
+ Улавливает практически все токсичные примеси с молекулярной массой более 40 атомных единиц, хорошо улавливает пыль.
— Не эффективен для основных экозагрязнителей городского воздуха.
— Высокие эксплутационные расходы.
— При несвоевременной смене фильтров — воздухоочистель становится источником вредных веществ.
Фирмы: Philips, Honeywell, VENTA
Пылевые фильтры
Пылевые фильтры – представляют собой специальную ткань из различных волокон, способных задерживать частицы пыли размером от 0.3 микрон и выше. Принцип их работы достаточно прост: воздух вентилятором прогоняется через ткань и тем самым освобождается от частиц пыли. Технология использования пылевых фильтров в промышленных и бытовых воздухоочистителях широко распространена на Западе и носит название HEPA (High Efficiency Particulate Air). Данный принцип пылеулавливания используется в воздухоочистителях фирм Bionaire (Канада) и Honeywell (США). В России — это ткань Петрянова.
+ Простота использования, средняя стоимость.
— Очистка только от частиц пыли средней дисперсности, летучие экозагрязнители остаются в воздухе.
— Высокие эксплутационные расходы.
Фирмы: Bionaire ; Honeywell; HEPA; VENTA
Ионизирующие очистители
Ионизирующие очистители, или электрофильтры, хорошо очищают воздух от пыли и копоти, абсолютно не освобождая от таких токсичных загрязнителей как окись углерода, окислы азота, формальдегид и других вредных органических соединений, присутствующих в воздухе бытовых и производственных помещений. Кроме того, в процессе работы ионизационные очистители сами генерируют окислы азота и крайне опасный газ озон, который в 5 раз токсичнее, чем угарный газ.
Озон – тот самый газ который образуется в воздухе после грозы, запах которого мы ощущаем при сильных электрических разрядах. И, хотя присутствие этого запаха вызывает субъективное ощущение свежести, надо помнить, что озон является сильнейшим окислителем и, взаимодействуя с различными веществами, может приводить к образованию далеко не безопасных соединений. А у некоторых людей, страдающих астмой, наличие озона может вызывать приступы болезни. Причиной образования озона является использование в ионизационной камере воздухоочистительного прибора электрического напряжения в несколько тысяч вольт.
Ионизационные фильтры используются в ряде моделей воздухоочистителей фирм Bionaire (Канада) и Honeywell (США). Сегодня на отечественном рынке имеются бытовые модели воздухоочистителей, укомплектованных ионизационными фильтрами, фирмы Daikin (Япония) и российская модель «Супер-Плюс». Следует отметить, что при использовании воздухоочистителя «Супер-Плюс», озон в атмосфере помещения появляется практически сразу после начала его работы, т.е. даже при незагрязненном «заземлителе».
К воздухоочистительным приборам, использующим принцип ионизации воздуха, относится и популярная в нашей стране «Люстра Чижевского». Ее отличие от вышеупомянутого ионизационного фильтра в том, что осаждающей поверхностью в схеме воздухоочистки, служат потолок и стены вашей квартиры. Данный принцип очистки воздуха от пыли был бы незаменим в угольной шахте, но в случае «комнаты с белым потолком» результаты деятельности этого воздухоочистителя не замедлят проявиться в виде черного пятна над «Люстрой».
+ Простота использования, средняя стоимость.
— Очистка только от частиц пыли, органические и токсичные загрязнители остаются в атмосфере воздуха.
— В процессе работы воздухоочистительных приборов генерируются окислы азота и крайне опасный для здоровья газ — озон.
Фирмы: Bionaire; Honeywell; Cупер-плюс; Daikin; Овион – С.
Источник
Экология
Промышленная экология
Оценка загрязнения воздуха и его влияние на человека
Чистым считается такой воздух , в котором соединения основных компонентов находятся в пределах норм, а концентрация вредных примесей не превышает допустимых пределов.
Для каждой из таких примесей устанавливается предельно допустимая концентрация (ПДК).
ПДК – максимальное содержание вредных веществ, которое при действии на организм человека в течение заданного промежутка времени не вызывает необратимых изменений в нем, включая последующие поколения.
ПДК – это интегрированный показатель. Различают ПДК рабочей зоны, в воздухе населенных мест, максимально разовую, среднесуточную.
ПДК в воздухе населенных мест установлена для максимального разового и среднесуточного значений.
ПДК рабочей зоны (ПДКр.з) – это такая максимальная концентрация вредного вещества, которая при ежедневной работе в течение 8 ч (но не более 41 ч в неделю) всего рабочего стажа не может вызвать заболевания или отклонения в состоянии здоровья в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и будущего поколений.
ПДК максимально разовая (ПДКм.р) – это максимальное количество вредных выбросов в атмосферу в течение 30 мин, которое не приводит к превышению их концентрации в населенном пункте среднесуточной ПДК.
Среднесуточная ПДК (ПДКс.с) – это максимальная концентрация вредного вещества в атмосфере, которая при воздействии на организм человека в течение всей его жизни не оказывает на него вредного влияния, включая отдаленные последствия.
По величине эти показатели располагаются в ряд следующим образом:
ПДКс.с ПДВ – максимальные выбросы в единицу времени для данного природопользователя по данному компоненту, которые создают в приземном слое атмосферы концентрацию этого вещества Сi, не превышающую ПДК с учетом фонового загрязнения Сф и эффекта суммации веществ однонаправленного действия.
Концентрацию (мг/м 3 ) принимают по данным центра санитарно эпидемиологического надзора (ЦСЭН). Величину (мг/м 3 ) для данного природопользования рассматривают по определенным методикам, учитывая условия рассеивания и массу выбросов (г/с). Та максимальная масса, при которой выполняется условие по ПДК и будет ПДВi. При расчете веществ однонаправленного действия используют специальные таблицы и методики.
Однонаправленными вредными веществами являются окислы серы и азота и различные соединения серы.
В случае, если данный природопользователь не может достичь величины ПДВ, назначаются временно согласованные выбросы (ВСВ) с обязательным установлением графика их постепенного снижения до ПДВ и разработкой конкретных мероприятия для этого. Не назначаются ПДВ только для веществ, действие которых недостаточно изучено и для которых вместо ПДК временно вводится ориентировочно безопасный уровень воздействия – ОБУВ.
1. Классификация методов для обезвреживания газовых выбросов от различных примесей
Выбор метода очистки воздуха от промышленных выбросов зависит от многих факторов:
- вида выбрасываемой примеси;
- дисперсного состава примесей при выбросах, представляющих собой гетерогенные системы;
- концентрации извлекаемого компонента в выбросе;
- объема и температуры выброса;
- требуемой степени очистки;
- возможности использования продуктов рекуперации.
Выбор воздухоочистного аппарата или сооружения проводят на основании результатов расчетов их экономической эффективности.
Физические методы очистки газов
Как правило, пылеулавливающие аппараты условно делят на следующие группы:
- Сухие или механические пылеуловители, в которых частицы пыли отделяются из газового потока при помощи механических сил. Чаще всего используются циклоны различных конструкций и инерционные пылеуловители. Улавливание в циклонах происходит за счет центробежных сил, а в инерционных аппаратах за счет инерции частиц пыли при резком изменении направления газового потока. Эти аппараты могут быть использованы или самостоятельно, если частицы пыли достаточно крупные, или в качестве первой ступени очистки перед более эффективными аппаратами для снижения на них нагрузки;
- аппараты мокрой очистки, в которых производится промывка запыленного газа жидкостью или осаждение частиц пыли на жидкую пленку. Для осуществления первого варианта мокрой очистки запыленный поток промывают диспергированной жидкостью. Во время промывки частицы пыли захватываются каплями жидкости и выводятся из газового потока. В зависимости от способа диспергирования жидкости мокрые пылеуловители делят на три группы:
- форсуночные скрубберы, в которых диспергирование жидкости осуществляется с помощью форсунок, за счет энергии насоса;
- скрубберы Вентури, в которых дробление жидкости осуществляется за счет энергии турбулентного потока;
- динамические газопромыватели, где разбрызгивание жидкости осуществляется за счет механической энергии вращающегося ротора.
Аппараты мокрой очистки желательно применять на производствах, имеющих систему очистки воды, если же такой нет, то лучше по возможности использовать аппараты сухой очистки;
- фильтры, которые задерживают пыль при прохождении через них очищаемого газа.
- Фильтрация аэродисперсных систем через пористые перегородки является одним из наиболее совершенных способов выделения взвешенных твердых и жидких частиц из газового потока.
В пылеулавливании применяются тканевые, волокнистые, зернистые и другие фильтры. Осаждение происходит за счет непосредственного касания частиц пыли волокон (нитей) или зерен фильтрующей перегородки, действия сил инерции, диффузии и электростатического притяжения;
- электрофильтры, в которых отделение частиц пыли происходит под действием электрических сил (в коронном разряде). Запыленный газовый поток проходит через сильное электрическое поле, частицы пыли получают электрический заряд и ускорение, что заставляет их двигаться вдоль силовых линий поля с последующим осаждением на электродах. Электрофильтры для очистки газов от пыли работают обычно при постоянном напряжении, могут быть сухими и мокрыми, иметь одну зону, в которой происходит зарядка и осаждение частиц пыли, или несколько зон, где зарядка и осаждение осуществляются в разных зонах. Кроме того, электрофильтры бывают пластинчатые и трубчатые.
Эффективность работы электрофильтров достаточно велика и обеспечивает степень улавливания более 90%, причем эффективность улавливания частиц пыли размером 1 мкм достигает 88%.
Физико-химические методы очистки газов
Газообразные загрязнители удаляют из промышленных выбросов при помощи физико-химических или химических методов. Существует пять основных методов удаления газообразных загрязнителей: абсорбция, адсорбция, конденсация, сжигание горючих загрязнителей и химическая обработка.
1. Абсорбция. Метод основан на подборе такой жидкости, при прохождении через которую вредная примесь переходит в жидкую фазу абсорбента, растворяясь в нем без химических взаимодействий и образования новых химических веществ – это физическая абсорбция. В тех случаях, когда абсорбенты вступают в химические реакции с очищаемым газом, например при очистке природных газов от сероводорода, диоксида углерода, диоксида серы с помощью водных растворов слабых оснований – аммиака, анилина, ксилидина, происходит процесс, называемый химической абсорбцией
Абсорбция протекает на поверхности раздела фаз в аппаратах, называемых абсорберами, поэтому абсорберы должны иметь развитую поверхность соприкосновения между газом и жидкостью. По способу образования этой поверхности абсорберы можно условно разделить на поверхностные, распыливающие и барботажные.
Поверхностные абсорберы поглощают газ пленкой жидкости, образующейся на поверхностях, смачиваемых жидкостью и омываемых газом. В таких абсорберах газ проходит над поверхностью неподвижной или медленно движущейся жидкости. Примером пленочного абсорбера может служить трубчатый абсорбер, в котором жидкость стекает сверху вниз по внутренней поверхности труб, омываемых поднимающимся снизу вверх газом.
В качестве насадочных абсорберов широкое распространение получили колонны, заполненные насадкой – твердыми телами различной формы. В насадочной колонне насадка укладывается на опорные решетки, имеющие отверстия или щели для прохождения газа и стока жидкости. Жидкость в насадочной колонне течет по элементу насадки в виде тонкой пленки, но течение жидкости происходит только по элементу насадки, а не по всей высоте аппарата. При перетекании жидкости с одного элемента на другой пленка жидкости разрушается.
Барботажные абсорберы представляют собой обычно вертикальные колонны, внутри которых размещены горизонтальные перегородки – тарелки. С помощью тарелок осуществляется направленное движение фаз и многократное взаимодействие жидкости и газа.
В распыливающих абсорберах контакт между фазами достигается путем распыливания или разбрызгивания жидкости в газовом потоке.
2. Адсорбция – это диффузный процесс, в котором повышенная концентрация отделяемого газообразного вещества образуется на границе раздела фаз в результате связывания этих веществ на поверхности твердого или жидкого соединения. Если между молекулами адсорбированного вещества и адсорбента не происходит химических реакций, то подобный процесс относится к физической адсорбции, в отличие от хемосорбции, когда происходит перенос или объединение электронов адсорбента и адсорбата, как у химических соединений.
При физической адсорбции адсорбированное вещество можно полностью удалить при обратном процессе (десорбции), например, понизив давление или увеличив температуру, а хемосорбированное вещество вернуть в газовую фазу невозможно, т.к. процесс необратим.
В промышленности в качестве поглотителей чаще всего применяют активные угли и минеральные адсорбенты (силикагель, цеолиты и др.), а также синтетические ионообменные смолы (иониты).
3. Конденсация может быть применена для обработки систем, содержащих пары веществ при температурах, близких к их точке росы. Этот метод наиболее эффективен в случае углеводородов и других органических соединений, имеющих достаточно высокие температуры кипения при обычных условиях и присутствующих в газовой фазе в относительно высоких концентрациях.
Конденсацию можно проводить при непосредственном контакте или косвенном охлаждении. В первом случае охлаждаемый пар непосредственно контактирует с охлажденной или замороженной жидкостью. При косвенном охлаждении используется поверхностный конденсатор с металлическими трубками. Трубки охлаждаются жидким хладореагентом с другой стороны стенки.
4. Очистка газов дожиганием представляет собой метод очистки газов путем термического окисления углеводородных компонентов до СО2 и Н2О. Это определение может быть полностью отнесено и к жидким отходам. В ходе процесса другие компоненты газовой смеси, например, галоген- и серосодержащие органические соединения, также претерпевают химические изменения и в новой форме могут эффективно удаляться или извлекаться из газовых потоков. С точки зрения охраны окружающей среды очистка газов методом дожигания обеспечивает требуемую чистоту выбросов в атмосферу с минимальным содержанием непрореагировавших углеводородов, оксидов азота и серы, галогенов и других органических соединений.
5. Химические методы очистки отходящих газов. Устранение нежелательных компонентов в газах с использованием химических методов означает, что в основе процесса лежит химическая реакция, и ее роль является преобладающей по сравнению с процессами адсорбции, абсорбции, конденсации или сжигания. В большинстве случаев, однако, технология сочетает в себе несколько операций и достаточно сложно классифицировать метод очистки в соответствии с перечисленными физико-химическими методами.
Источник
