Способы очищения загрязненного воздуха

Способы очистки загрязненного воздуха

В качестве мероприятий по снижению загрязнения воздуха и окружающей среды применяют различные способы: механические (от пыли, тумана, масел, газообразных веществ – это различные пылеуловители); химические и биологические; и методы очистки загрязненного воздуха: абсорбцию жидкостями, адсорбцию твердыми поглотителями, каталитические, плазмохимические и др.

Рис. 43. Методы и аппараты очистки газовых выбросов

Применение тех или иных методов очистки зависит от объемов выбросов, физико-химических свойств загрязняющих веществ, их агрегатного состояния и концентрации в очищаемой среде. Выбор того или иного типа оборудования зависит от вида пыли, ее физико-химических свойств, дисперсного состава и объема содержания в воздухе.

Для обезвреживания аэрозолей используютсухие, мокрые и электрические методы. В основе сухих аппаратов пылеуловителей (циклоны, пылеосадительные камеры, тканевые фильтры) лежат гравитационные, инерционные и центробежные механизмы осаждения или фильтрационные механизмы.

В мокрых пылеуловителях(ротоциклоны, скрубберы, промывные башни, пенные аппараты)осуществляется контакт запыленных газов с жидкостью. Аппаратымокрой очистки газовдля очистки высокотемпературных газов, улавливания пожаровзрывоопасных пылей и токсичные газовые примеси и пары.

В электрофильтрах отделение загрязненных частиц происходит на осадительных электродах.

Для очистки выбросов от вредных паро- и газообразных загрязнителей существует несколько методов выделения из отходящих газов газообразных и парообразных токсичных веществ: абсорбционные, каталитические, адсорбционные, конденсационные, термические, компримирования.

Выбор метода определяется параметрами газового потока и концентрацией загрязняющих веществ. Основным абсорбционным оборудованием являются беспосадочные распылители, абсорберы, абсорбционные колонны с насадкой, скрубберы. Выделяют физическую абсорбцию и хемосорбцию.

Абсорбционные методы — поглощение веществ из растворов или газов всем объемом другого вещества (твердого тела или жидкости) — абсорбента. Применяют для очистки газов от:диоксида серы (S0₂)_, сероводорода (H₂S), оксидов азота (NO_x), фторсодержащих соединений; газов и вентиляционных выбросов, содержащиххлор, хлороводород, хлорорганические вещества, оксида углерода СО.

Адсорбционные методы— поглощение вещества из газовой или жидкой среды поверхностным слоем твердого тела (адсорбента). Применяют для очистки воздуха от паров растворителей, эфира,ацетона, различных углеводородов и т.п. Используют для очистки газов с невысоким содержанием газообразных и парообразныхпримесей (не более 2. 5 мг/м 3 ). В качестве адсорбентов применяютактивированный уголь, силикагели, алюмогели, глинозем.

Термические методыприменяются для обезвреживания газов от легкоокисляемых токсичных, а также дурнопахнущих примесей.

Каталитические методы (длягазов, не содержащих пыль) основаны на химических превращениях токсичных компонентов в нетоксичные (благородные металлы — платина, палладий а также медь, диоксид титана, пентаоксид ванадия и т.д.

Метод конденсации — уменьшения давления насыщенного пара растворителя при понижении температуры. Метод компримирования основан на тех же принципах, что и метод конденсации, но применительно к парам растворителей, находящихся под избыточным давлением.

Сложный состав выбросов большинства производств, высокие концентрации токсичных компонентов предусматривают многоступенчатые схемы очистки, комбинацию разных методов. Наиболее распространены при очистке газов абсорбционные и адсорбционные методы.

Источник

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

Города будущего: как улучшить качество воздуха?

История глобального загрязнения

Всю свою промышленную историю человечество в той или иной мере загрязняло окружающую среду. Причем, не стоит думать, что загрязнение — изобретение 19-20 века. Так уже в 13-14 веке китайские литейщики серебра хана Хубилая сжигали колоссальное количество дров, тем самым загрязняя землю продуктами горения.Причем, по оценкам археологов, скорость загрязнения была в 3-4 раза больше, чем в современном Китае, который, как известно, не ставит экологичность производства на первое место.

Однако, после промышленной революции с появлением промышленного районирования, развития тяжелой промышленности, роста потребления нефтепродуктов, загрязнение природы, и в частности атмосферы стало глобальным.

Динамика выброса углерода в атмосферу

К концу 20 века, по крайней мере в развитых странах, пришло осознание необходимости очистки воздуха, и понимание того, что от экологии зависит благополучие не только отдельных стран, но и человека как вида.

Началось глобальное движение за законодательное ограничение выбросов в атмосферу, что в итоге было закреплено в Киотском протоколе (был принят в 1997), который обязывал подписавшие страны квотировать вредные выбросы в атмосферу.

Помимо законодательства совершенствуются также и технологии — сейчас благодаря современным устройствам для очистки воздуха можно улавливать до 96-99% вредных веществ.

Средства защиты атмосферы

Выделим основные меры по очистке атмосферного воздуха и защите атмосферы от вредного антропогенного влияния:

• Внедрение современных экологически безопасных технологических процессов на производстве. Создание малоотходных или замкнутых технологических циклов, которые способствуют полному исключению или же значительному снижению вредных выбросов в атмосферу. Предварительное очищение используемого сырья, для снижения в его составе вредных примесей. Переход на альтернативные источники энергии, которые вообще не имеют вредных компонентов, загрязняющих атмосферу, либо, имеют минимальное содержание вредных веществ. Переход с двигателей внутреннего сгорания, на альтернативные моторы: электродвигатели, гибридные, водородные и другие.
• Внедрение очистных сооружений. К средствам защиты атмосферы от вредного влияния жизнедеятельности человека должны относиться способы очистки воздуха при помощи очистных сооружений, которые позволят довести до минимума вредные выбросы в атмосферу на производстве и в сельском хозяйстве.
• Внедрение санитарных зон. СЗЗ – санитарно-защитная зона – полоса территории, которая разделяет промышленную зону от жилой. Ранее при строительстве промышленных и жилых объектов практически не обращали внимание на использование санитарно-защитных зон, что приводило к размещению рядом производственной и жилой зоны. Установление ССЗ, ее длина, ширина, площадь определяются исходя из количества выделяемых в атмосферу вредных примесей.
• Внедрение правильного архитектурно-планировочного разделения подразумевает правильное расположение промышленных производств и жилых сооружений: с учетом рельефа местности, направления ветра, автомобильных и других видов дорог.

Законодательное обоснование применения систем очистки воздуха на промышленных предприятиях

Основной документ, регулирующий вопросы экологии в РФ — Федеральный Закон № 7 «Об охране окружающей среды». Именно он определяет понятие правила природопользования, содержит нормы пользования окружающей средой.

Виды и меры наказания для нарушителей экологического права содержится в Гражданском и Трудовом кодексе РФ.

В случае загрязнения воздуха, следующие наказания предусмотрены для нарушителей:

• За выброс вредных веществ в атмосферу устанавливаются штрафы: для предпринимателей от 30 до 50 тысяч рублей, для юридических лиц — от 180 до 250 тысяч рублей.
• За нарушение условий специального разрешения на выброс вредных веществ устанавливается штраф для юридических лиц от 80 до 100 тысяч рублей.
• и т.д.

Области применения систем очистки воздуха

Средства для очищения воздуха в том или ином виде есть на каждом промышленном производстве. Но особенно они актуальны для:

• Предприятий металлургической сферы, которые выбрасывают в атмосферу:

черная металлургия — твердые частицы (сажа), оксиды серы, оксид углерода, марганец, фосфор, пары ртути, свинец, фенол, аммиак, бензол и т.д.

цветная металлургия — твердые частицы, оксиды серы, оксид углерода, другие токсичные вещества.

• Горно обогатительных комбинатов, которые загрязняют атмосферу сажей, оксидами азота, серы и углерода, формальдегидами;

• Нефтеперерабатывающих комплексов — в процессе работы выбрасывают в атмосферу сероводород, оксиды серы, азота и углерода;

• Химических производств, которые выбрасывают высокотоксичные отходы — оксиды серы и азота, хлор, аммиак, фторовые соединения, нитрозные газы и т.д.;

• Предприятий энергетики (тепловых и атомных электростанций) — твердые частицы, оксиды углерода, серы и азота.

Задачи, которые выполняют системы воздухоочистки

Основные задачи любой системы очистки атмосферного воздуха на предприятии сводятся к:

• Улавливанию частиц — остатков продуктов горения, пыли, аэрозольных частиц и т.д. для их последующей утилизации.
• Отсеиванию посторонних примесей — пара, газов, радиоактивных компонентов.
• Улавливанию ценных частиц — отсеивание от основной массы частиц, сохранение которых имеет экономическое обоснование, к примеру оксидов ценных металлов.

Критерии выбора очистителей

Очистка воздуха в помещении сегодня очень актуальна для многих людей, живущих в городе. Его качество оставляет желать лучшего, поэтому активное развитие получила не только промышленная очистка продуктов производства, но и бытовая очистка воздуха от запахов, вредных веществ, табака, пыли.

Чтобы получить качественное и чистое воздушное пространство в помещении, необходимо оборудование с качественными и эффективными фильтрами.

Классификация основных методов очистки воздуха

Стоит сразу отметить, что универсального способа не существует, поэтому на предприятиях нередко используются многоступенчатые методы очистки воздуха, когда применяется несколько способов для достижения лучшего эффекта.

Виды очистки воздуха можно классифицировать как по способу работы:

• Химические методы очистки загрязненного воздуха (каталитическиее и сорбционные методы очистки)
• Механические методы очистки воздуха (центробежная очистка, очистка водой, мокрая очистка)
• Физико-химические методы очистки воздуха (конденсация, фильтрование, осаждение)

Так и по тому типу загрязнения:

• Аппараты для очистки воздуха от пылевогозагрязнения
• Аппараты для очистки от газового загрязнения

Теперь рассмотрим сами методы.

Методы очистки

На сегодняшний день существуют различные методы очищения, выделим самые эффективные.

Озонный метод

Озонный метод используют для очистки атмосферного воздуха от вредных выбросов и дезодорации выбросов с промышленных предприятий. Делают это путем введения озона, который способствует ускорению окислительных реакций. Время контакта газа с озоном, для обезвреживания вредных компонентов составляет от 0,5 до 0,9 секунды.

Усредненные затраты на использование озона в качестве дезодоратора и очистителя составляют до 4,5% от мощности энергоблока. Такая очистка воздуха от вредных веществ, обычно, используется не в промышленности, а при переработке животного сырья (мясо и жирокомбинаты), а также в быту.

Термокаталитический метод

Основан на использовании в качестве очистителя — катализатора. В емкости (реакторе) с содержанием катализатора происходит очищение токсичных газообразных примесей. Катализаторами обычно выступают: минералы, металлы, которые обладают сильными межатомными полями. Катализатор должен иметь устойчивую структуру в условиях возникновения реакции.

Этим способом выполняется эффективное очищение от запахов и вредных соединений. Он довольно дорогой. Поэтому главная тенденция последних лет направлена на создание и развитие недорогих катализаторов, которые эффективно работают при любых температурах, в любых условиях, устойчивы к ядовитым соединениям, и, кроме этого, являются энергоэффективными, с минимальными затратами на их эксплуатацию. Использование катализаторов, в качестве очистителей, довольно широко применяется при очищении газов от оксидов азота.

Абсорбционный метод

Заключается в растворении в жидком растворителе газообразного компонента. Загрязнитель выделяют при помощи жидкости, которую используют один раз. Так получают минеральные кислоты, соли и другие вещества. Плазмохимический метод заключается в использовании в качестве очистителя высоковольтных разрядов, через которые пропускают загрязненную воздушную смесь. В качестве оборудования применяют электрофильтры.

Адсорбционный метод

Его можно назвать одним из самых распространенных, особенно на территории США. Очищение воздушного пространства от вредных примесей на основе адсорбции доказало свою эффективность в промышленной эксплуатации.

Специальные системы, где основные адсорбенты это сорбенты, оксиды и активированные угли, позволяют не только очистить плохо пахнущие дымовые газы от запаха, но и в разы снижают содержание в них вредных веществ, а после этого выполняют каталитическое или термическое дожигание, чтобы добиться максимального результата. Особенно данный комплекс мер часто применяют в химической, фармацевтической или пищевой промышленности.

Термический метод или термическое дожигание

Из названия понятно, что очищение вредных выбросов заключается в их термическом окислении, при температуре от 750 до 1200 °C. Этим способом достигается 99% очистка газов. Из недостатков следует отметить ограниченность применения.

Этот способ эффективный для очистки газов, содержащих твердые включения в виде: углерода, сажи, древесной пыли. Если в выбросах содержатся такие примеси, как сера, фосфор, галогены, то продукты горения при использовании термокаталитического метода по своей токсичности будут превосходить исходные.

Плазмокаталитический

Новый метод, объединяющий в себе методы очистки воздуха от вредных веществ: каталитический и плазмохимический. Эти мероприятия по очистке воздуха от вредных веществ хорошо изучены и широко применяются на практике, а данный метод, является новым и высокоэффективным. Происходит двухступенчатая очистка через реакторы:

1. Плазмохимический реактор, в котором происходит озонирование.
2. Каталитический реактор. На первом этапе вредные примеси проходят через высоковольтный разряд, где, взаимодействуя с продуктами электросинтеза, переходят в экологически безопасные соединения. На втором этапе происходит финишная очистка при помощи синтеза на молекулярный и атомарный кислород. Остатки вредных веществ окисляются кислородом.

Недостатком этого метода является его дороговизна и обязательная предварительная очистка воздуха от пыли. В особенности, при ее большом содержании.

Фотокаталитический

Фотокаталитический метод очистки воздуха от вредных веществ также относится к современным, инновационным, которые применяются все чаще. Применяется аппарат для очистки воздуха на основе катализаторов из TiO2 (оксид титана), которые облучаются ультрафиолетом. Этот метод широко используется в бытовых очистительных приборах и является одним из самых эффективных путей очищения поступающего воздуха.

Основные способы очистки воздуха от взвешенных частиц

Осаждение — посторонние частицы отсеиваются от основной массы газа за счет воздействия определенной силы:

• Силы тяжести в пылеосадительных камерах.
• Инерционных сил в аппаратах-циклонах, в инерционных пылеуловителях в механических сухих пылеуловителях.
• Электростатические силы, которые используются в электрофильтрах.

Примеры пылеосадительных камер

Фильтрование — посторонние частицы отсеиваются при помощи специальных фильтров, которые пропускают основную массу воздуха, но задерживают взвешенные частицы. Основные типы фильтров:

• Рукавные фильтры — в корпусе таких фильтров расположены рукава из ткани (чаще всего используется орлон, байка или стекловолоконная ткань), через которые проходит поток загрязненного воздуха из нижнего патрубка. Грязь оседает на ткани, а чистый воздух выходит из патрубка в верхней части фильтра. В качестве профилактики, рукава периодически встряхиваются, грязь с рукавов падает в специальный отстойник.

• Керамические фильтры — в таких устройствах используют фильтрующие элементы из пористой керамики.

• Масляные фильтры — такие фильтры представляют собой набор отдельных ячеек-кассет. Внутри каждой ячейки располагаются насадки, которые смазываются специальной смазкой с высокой вязкостью. Проходя через такой фильтр, частицы грязи прилипают к насадкам.

Пример рукавного фильтра

• Электрические фильтры — в таких устройствах газовый поток проходит через электрическое поле, мелкодисперсные частицы получают электрический заряд, после чего оседают на заземленных осадительных электродах.

Пример электрического фильтра

Мокрая очистка — посторонние частицы в газовом потоке осаждаются при помощи водяной пыли или пены — вода обволакивает пыльи с помощью силы тяжести стекает в отстойник.

Чаще всего для мокрой очистки газа используются скрубберы — в этих устройствах поток загрязненного газа проходит через поток мелкодисперсных капель воды, они обволакивают пыльи под действием силы тяжести оседают и стекают в специальный отстойник в виде шлама.

Существует около десяти типов скрубберов, различающихся по конструкции и принципу работы, отдельно стоит выделить:

1. Скрубберы Вентури — имеют характерную форму в виде песочных часов. В основе работы таких скрубберов — уравнение Бернулли — увеличение скорости и турбулентности газа вследствие уменьшение площади потока. В точке максимальной скорости, в центральной части скруббера, газовый поток смешивается с водой.

2.Форсуночные полые скрубберы — конструкция такого скруббера представляет полую цилиндрическую емкость, внутри которой расположены форсунки для распыления воды. Капли воды захватывают частицы пыли и под действием силы тяжести стекают в отстойник.

Схема форсуночного полого скруббера

3.Пенно-барботажные скрубберы — внутри таких скрубберов расположены специальные барботажные насадки в форме решетки или тарелки с ответсвиями, на которой находиться жидкость. Поток газа, проходя через жидкость на большой скорости (более 2 м/с), образует пену, которая успешно очищает поток газа от посторонних частиц.

4.Насадочные скрубберы, они же башня с насадкой — внутри таких скрубберов расположены различные насадки (седла Берля, кольца Рашига, кольца с перегородками, седла Берля и т.д.), которые увеличивают площадь соприкосновения загрязненного воздуха и очищающей жидкости. Внутри корпуса также расположены форсунки для орошения потока загрязненного газа.

Источник