Методы очистки выбросов в атмосферу от газообразных загрязнителей. Назначение, принципы действия, достоинства и недостатки

Промышленные способы очистки газовых выбросов от газо- и парообразных токсичных примесей можно разделить на три основные группы: абсорбция жидкостями, адсорбция твердыми поглотителями, каталитическая очистка.

В меньших масштабах применяются термические методы сжигания (или дожигания) горючих загрязнений, способ химического взаимодействия примесей с сухими поглотителями и окисление примесей озоном.

1Абсорбция жидкостями применяется в промышленности для извлечения из газов диоксида серы, сероводорода и других сернистых соединений, оксидов азота, паров кислот (НСl, HF, H2SO4), диоксида и оксида углерода, разнообразных органических соединений (фенол, формальдегид, летучие растворители и др.).

Абсорбционные методы служат для технологической и санитарной очистки газов. Они основаны на избирательной растворимости газо- и парообразных примесей в жидкости (физическая абсорбция) или на избирательном извлечении примесей химическими реакциями с активным компонентом поглотителя (хемосорбция).

Хемосорбция в особенности применима для тонкой очистки газов при сравнительно небольшой начальной концентрации примесей.

В качестве абсорбентов применяют воду, растворы аммиака, едких и карбонатных щелочей, солей марганца, этаноламины, масла, суспензии гидроксида кальция, оксидов марганца и магния, сульфат магния и др.

Абсорбционные методы характеризуются непрерывностью и универсальностью процесса, экономичностью и возможностью извлечения больших количеств примесей из газов. Недостаток этого метода в том, что насадочные скрубберы, барботажные и даже пенные аппараты обеспечивают достаточно высокую степень извлечения вредных примесей (до ПДК) и полную регенерацию поглотителей только при большом числе ступеней очистки. Поэтому технологические схемы мокрой очистки, как правило, сложны, многоступенчаты и очистные реакторы (особенно скрубберы) имеют большие объемы.

2Адсорбционные методы применяют для различных технологических целей - разделение парогазовых смесей на компоненты с выделением фракций, осушка газов и для санитарной очистки газовых выхлопов. В последнее время адсорбционные методы выходят на первый план как надежное средство защиты атмосферы от токсичных газообразных веществ, обеспечивающее возможность концентрирования и утилизации этих веществ.

Адсорбционные методы основаны на избирательном извлечении из парогазовой смеси определенных компонентов при помощи адсорбентов - твердых высокопористых материалов, обладающих развитой удельной поверхностью Sуд (Sуд - отношение поверхности к массе, м2/г). Промышленные адсорбенты, чаще всего применяемые в газоочистке, - это активированный уголь, силикагель, алюмогель, природные и синтетические цеолиты (молекулярные сита). Основные требования к промышленным сорбентам - высокая поглотительная способность, избирательность действия (селективность), термическая устойчивость, длительная служба без изменения структуры и свойств поверхности, возможность легкой регенерации. Чаще всего для санитарной очистки газов применяют активный уголь благодаря его высокой поглотительной способности и легкости регенерации.

Общие достоинства адсорбционных методов очистки газов:

- глубокая очистка газов от токсичных примесей;

- сравнительная легкость регенерации этих примесей с превращением их в товарный продукт или возвратом в производство; таким образом осуществляется принцип безотходной технологии.

Адсорбционный метод особенно рационален для удаления токсических примесей (органических соединений, паров ртути и др.), содержащихся в малых концентрациях, т.е. как завершающий этап санитарной очистки отходящих газов.

Недостатки большинства адсорбционных установок - периодичность процесса и связанная с этим малая интенсивность реакторов, высокая стоимость периодической регенерации адсорбентов. Применение непрерывных способов очистки в движущемся и кипящем слое адсорбента частично устраняет эти недостатки, но требует высокопрочных промышленных сорбентов, разработка которых для большинства процессов еще не завершена.

3 Каталитические методы очистки газов основаны на реакциях в присутствии твердых катализаторов, т.е. на закономерностях гетерогенного катализа. В результате каталитических реакций примеси, находящиеся в газе, превращаются в другие соединения, т.е. в отличие от рассмотренных методов примеси не извлекаются из газа, а трансформируются в безвредные соединения, присутствий: которых допустимо в выхлопном газе, либо в соединения, легко удаляемые из газового потока. Если образовавшиеся вещества подлежат удалению, то требуются дополнительные операции (например, извлечение жидкими или твердыми сорбентами).

Адсорбционно-каталитические методы применяют для очистки промышленных выбросов от диоксида серы, сероводорода и серо-органических соединений.

Каталитические методы получают все большее распространение благодаря глубокой очистке газов от токсичных примесей (до 99,9%) при сравнительно невысоких температурах и обычном давлении, а также при весьма малых начальных концентрациях примесей. Каталитические методы позволяют утилизировать реакционную теплоту, т.е. создавать энерготехнологические системы. Установки каталитической очистки просты в эксплуатации и малогабаритны.

Недостаток многих процессов каталитической очистки - образование новых веществ, которые подлежат удалению из газа другими методами (абсорбция, адсорбция), что усложняет установку и снижает общий экономический эффект.

4Термические методы обезвреживания газовых выбросов применимы при высокой концентрации горючих органических загрязнителей или оксида углерода.

Простейший метод - факельное сжигание - возможен, когда концентрация горючих загрязнителей близка к нижнему пределу воспламенения. В этом случае примеси служат топливом, температура процесса 750-900 °С и теплоту горения примесей можно утилизировать.

Когда концентрация горючих примесей меньше нижнего предела воспламенения, то необходимо подводить некоторое количество теплоты извне. Чаще всего теплоту подводят добавкой горючего газа и его сжиганием в очищаемом газе. Горючие газы проходят систему утилизации теплоты и выбрасываются в атмосферу. Такие энерготехнологические схемы применяют при достаточно высоком содержании горючих примесей, иначе возрастает расход добавляемого горючего газа.

Для полноценной очистки газовых выбросов целесообразны комбинированные методы, в которых применяется оптимальное для каждого конкретного случая сочетание грубой, средней и тонкой очистки газов и паров. На первых стадиях, когда содержание токсичной примеси велико, более подходят абсорбционные методы, а для доочистки - адсорбционные или каталитические.

4. Классификация водоемов согласно СанПиН. Понятия лимитирующего показателя вредности, его виды и характеристика. К каким водоемам предъявляются более жесткие требования и почему?

Согласно СанПин 2.1.5.980-00 «Гигиенические требования к охране поверхностных вод»

Водоемы разделяются на хозяйственно-питьевые и культурно-бытовые, а также рыбохозяйственные водоемы.

Для хозяйственно-питьевых и культурно-бытовых водоемов установлено три лимитирующих показателя вредности: органолептический (изменение цвета, вкуса, запаха, образование пены); токсикологический; общесанитарный (характеризует свойства воды и ее способность к самоочищению).

К рыбохозяйственным водоемам предъявляются более жесткие требования, и добавляется еще два признака: санитарнотоксикологический и рыбохозяйственный.

К рыбохозяйственным водоемам предъявляют более жесткие требования, так как здесь имеет место закон биологического усиления: при переходе с одного трофического уровня на другой 10% энергии усваивается, то в такой же пропорции увеличивается содержание токсических веществ.

Качество воды в водоеме не ухудшается в том случае, если содержание загрязняющих веществ не превысит предельно-допустимые значения. Для одного вещества – ПДК, а для нескольких веществ одного лимитирующего показателя вредности определяется по формуле:

∑С_i/ПДК_i≤1,

где С-фактические концентрации вредных веществ; ПДК_i -соответствующие предельно допустимые концентрации,

ЛИМИТИРУЮЩИЕ ПОКАЗАТЕЛИ (ПРИЗНАКИ) ВРЕДНОСТИ (ЛПВ) – признаки, характеризующиеся наименьшей безвредной концентрацией вещества в воде (ГОСТ 17.1.1.01-77). Выделяются три ЛПВ: 1) предельная концентрация вещества, которая вызывает изменение органолептических свойств воды не более 1 балла; 2) предельная концентрация, которая вызывает изменение санитарного режима водного объекта (ухудшения процессов самоочищения) не более чем на 20%; 3) максимально недействующая концентрация (МНК), которая при поступлении в организм человека с питьевой водой не оказывает вредного воздействия на его потомство.
5. Существующие методы очистки воды. Назначение, принципы действия, достоинства и недостатки

Методы, применяемые для очистки сточных вод, могут быть могут быть разделены на три группы: физико-химические, механические, биологические.

Физико-химическая очистка. К физико- химическим методам относят: флотацию, коагуляцию, адсорбцию, ионный обмен, экстракцию, обратный осмос и ультрафильтрацию.Коагуляция – процесс укрупнения (слипания) частиц за счет их межмолекулярного взаимодействия. Вещества, способные вызывать коагуляцию частиц называются коагулянтами. Способ, заключающийся в дозировании водного раствора коагулянта в поток очищаемой воды с дальнейшим их перемешиванием (усреднением) называется реагентной коагуляцией. Ионный обмен представляет собой процесс взаимодействия раствора с твердой фазой (ионитом), обладающей свойством обменивать ионы, содержащиеся в ней, на другие ионы, присутствующие в растворе. Активность ионообменного материала восстанавливается его обработкой химическими реагентами (NaCl, кислота, щелочь, сода и т.д.). Срок годности ионообменного материала, в среднем, 5 лет. В основу процесса положен метод обратного осмоса, т.е. продавливание очищаемой воды через мембрану, материал которой обладает специфическим эффектом, который позволяет молекулам воды проходить через мембрану, а растворенные загрязнения отталкивает от поверхности материала, в результате чего получается чистая вода и насыщенный раствор (дренаж). Метод требует наличия постоянного сброса концентрата (дренажа), в противном случае производительность устройства непрерывно уменьшается. Срок годности материала мембраны 1÷4 года.В очищаемую воду вводят какое-либо вещество-реагент (коагулянт или флокулянт). Вступая в химическую реакцию с находящимися в воде примесями, это вещество способствует более полному выделению нерастворимых примесей, коллоидов и части растворимых соединений. При этом уменьшается концентрация вредных веществ в сточных водах, растворимые соединения переходят в нерастворимые или растворимые, но безвредные.

Флотация является сложным физико-химическим процессом, заключающимся в создании комплекса частица-пузырек воздуха или газа, всплывании этого комплекса и удалении образовавшегося пенного слоя. В зависимости от способа получения пузырьков в воде существуют следующие способы флотационной очистки: флотация пузырьками, образующимися путем механического дробления воздуха (механическими турбинами-импеллерами, форсунками, с помощью пористых пластин и каскадными методами); флотация пузырьками, образующимися из пересыщенных растворов воздуха в воде (вакуумная, напорная); электрофлотация.

Озонирование.Озон обладает высокой окислительной способностью и при нормальной температуре разрушает многие органические вещества, находящиеся в воде. При этом процессе возможно одновременное окисление примесей, обесцвечивание, дезодорация, обеззараживание сточной воды и насыщение ее кислородом. Преимуществом этого метода является отсутствие химических реагентов при очистке сточных вод.

Механическая очистка.Механическую очистку сточных вод применяют преимущественно как предварительную. Механическая очистка обеспечивает удаление взвешенных веществ из бытовых сточных вод на 60-65%, а из некоторых производственных сточных вод на 90-95%. Механическая очистка сточных вод является в известной степени самым дешевым методом их очистки, а поэтому всегда целесообразна наиболее глубокая очистка сточных вод механическими методами. При механической очистке сточных вод применяют песколовки, резервуары-отстойники, нефтеловушки, пруды-отстойники, напорные полые и полочные отстойники, гидроциклоны, фильтры, мембраны Механическая очистка заключается в :

· отстаивании;

· процеживании;

· фильтровании.

Биологическая очистка.Биологическая очистка основана на жизнедеятельности микроорганизмов, которые способствуют окислению или восстановлению органических веществ, находящихся в сточных водах в виде тонких суспензий, коллоидов, в растворе и являются для микроорганизмов источником питания, в результате чего и происходит очистка сточных вод от загрязнения. К устройствам биологической очистки относятся: аэротенки, метатенки, окситенки и биофильтры. Наибольшее распространение среди названных устройств получили аэротенки.

Биоочистка основана на окислении аэробными или анаэробными микроорганизмами некоторых загрязнений органического и неорганического характера. Сточные воды, содержащие данные загрязнения являются питающей средой для микроорганизмов, продукты жизнедеятельности которых, выводятся из стоков в виде активного ила.

В целом, аэротеночное хозяйство представляет собой тонкую, капризную биосистему, поэтому, для обеспечения эффективной работы требуются большие материальные затраты и постоянное присутствие квалифицированного персонала. И самым большим недостатком биоочистки являются отсутствие способности к удалению такого биогенного загрязнения, как фосфаты.

Энергопотребление – 0,2 ÷ 0,5 кВт на 1м³ очищенной воды (на перекачку воды и подачу газа).