Охрана труда




страница15/32
Дата26.02.2016
Размер7.72 Mb.
1   ...   11   12   13   14   15   16   17   18   ...   32

1,2— коническая и цилиндрическая части циклонов; 3 — подвод запыленного газа; 4 — камера очищенного газа; 5 — выход очищенного газа; 6 — технологический люк; 7 — пылевой бункер; 8 — отвод пыли

Расчет группового циклона аналогичен одиночному циклону с той лишь разницей, что общий объем очищаемого воздуха равномерно распределяется между одиночными циклонами, образующими группу.

Для очистки больших объемов газа с высокой эффективностью применяют батарейные циклоны, конструкция которого показана на рис. 3.79.

Рисунок 3.79 Батарейный циклон:

1 — корпус; 2 — циклонный элемент; 3 — розетка циклонного элемента; 4 — выхлопная труба; 5 — камера запыленного газа; 6 — камера очищенного газа; 7 — люк; 8 — пылевой затвор
В общем корпусе 7 призматической формы располагается большое количество циклонных элементов 2. В кольцевом зазоре между корпусом и выхлопной трубой 4 каждого циклонного элемента расположен завихритель потока газа. Завихритель или закручивающий поток элемент может быть выполнен в виде винта или розетки — лопаток, расположенных под утлом к оси циклонного элемента. Завихритель закручивает поток очищаемого воздуха, и отделение пыли происходит аналогично одиночному циклону. Т. к. диаметр циклонных элементов обычно всего лишь 250...300 мм, кривизна траектории вращения потока большая, а эффективность высокая.

Циклоны можно применять при высоких пылевых нагрузках — до 400 г/м3, при температурах газов до 500 °С, однако существуют проблемы при улавливании слипающихся и пожаровзрывоопасных пылей.

Фильтры. В технике пылеулавливания широко применяют фильтры, которые обеспечивают высокую эффективность улавливания мелких частиц. Процесс очистки заключается в пропускании очищаемого воздуха через пористую перегородку или слой пористого материала. Перегородка работает как сито, не пропуская частицы с размером большим диаметра пор. Частицы же меньшего размера проникают внутрь перегородки и задерживаются там за счет инерционных, электрических и диффузионных процессов. Некоторые пылевые частицы просто заклиниваются в искривленных и разветвленных поровых каналах. По типу фильтровального материала фильтры делятся на тканевые, волокнистые и зернистые.

У тканевых фильтров фильтровальной перегородкой является ткань (хлопчатобумажная, шерстяная, лавсановая, нейлоновая, стеклянная, металлическая и т. д.) с регулярной структурой переплетения нитей (саржевой, полотняной и т. д.). Основной механизм фильтрования у таких фильтров — ситовый. Фильтрует не только и даже не столько фильтровальная ткань, сколько пылевой слой, образующийся на ее поверхности, поэтому такие фильтры можно регенерировать путем сброса слоя пыли с поверхности ткани. Т. е. механизм фильтрования в значительной степени поверхностный.
Волокнистые фильтры — это слой тонких и ультратонких волокон с нерегулярной, хаотичной структурой. Частицы пыли проходят внутрь слоя и задерживаются там, т. е. механизм фильтрования — объемный. Такие фильтры плохо регенерируются, т. к. удалить пыль изнутри слоя сложно. В большинстве случаев просто меняют насадку волокон или слой волокнистого материала. Примером волокнистого материала может являться войлок или ткань Петрянова, используемая в респираторах. Волокнистые фильтры могут обеспечить очень высокую степень очистки от ультратонких частиц. Поэтому их чаще всего приме­няют в системах приточной вентиляции для очистки атмосферного воздуха, поступающего в помещения, где требуется высокая степень чистоты для выполнения технологического процесса (оптика, радиоэлектроника и т. д.). Применяют их также для улавливания небольших количеств пыли ценных и редких веществ (золота, алмазов и пр.), при улавливании аэрозолей кислот, щелочей и т. д. Т. к. фильтры плохо регенерируются, для увеличения ресурса их работы ограничивают пылевые нагрузки и концентрацию пыли в очищаемом воздухе обычно до 5 мг/м3 (для ткани Петрянова — до 1 мкм).

Зернистые фильтры в технике очистки промышленных выбросов используются редко и представляют собой насадку зернистого материала, спеченного или свободной засыпки.

Наибольшее распространение в технике очистки промышленных выбросов применяют тканевые рукавные фильтры. Конструкция такого фильтра показана на рис. 3.80.

Рисунок 3.80 Рукавный фильтр:

1 — вход запыленного газа; 2 — корпус; 3 — выход очищенного газа; 4 — крышка; 5 — коллектор сжатого воздуха; 6 — секция клапанов; 7 — подвод сжатого воздуха; 8 — рукав; 9 — пылевой бункер
В корпусе 2 призматической формы расположено большое число рукавов 8 аналогично циклонным элементам батарейного циклона. Воздух очищается при прохождении через ткань каждого рукава. Ткань обычно закрепляется на каркасе (каркасные фильтры).

В процессе фильтрования на ткани накапливается слой пыли, который уплотняется. При этом увеличивается эффективность очистки и гидравлическое сопротивление. Фильтровальные рукава регенерируются посредством их встряхивания и обратной продувки. На рис. 3.81 показан механизм и устройство импульсной продувки рукава сжатым воздухом.

Рисунок 3.81 Механизм регенерации рукавов
Рукава регенерируются периодически, причем одни группы рукавов работают в режиме фильтрования, а другие — регенерации. Для этого конструкция фильтра предусматривает коллектор 5 сжатого воздуха и систему клапанов 6, регулирующих подачу воздуха для продувки в рукава.

Волокнистые материалы широко применяются в туманоуловителях — для улавливания масляных, кислотных, щелочных и других аэрозолей. Конструкция одного из таких туманоуловителей представлена на рис. 3.82.

Рисунок 3.82 Туманоуловитель:

1 — камера входа газа; 2 — монтажный люк; 3 — камера выхода газа; 4 — корпус; 5 — люк; б — промывное устройство; 7 — слив уловленной кислоты; 8 — кассета с фильтроматериалом
Электрофильтры используют для очистки больших объемов воздуха с высокой эффективностью. Наибольшее применение они нашли в металлургии и теплоэнергетике, использующей угольное топливо. Одна из конструкций электрофильтра — конструкция вертикального цилиндрического электрофильтра — показана на рис. 3.83.

Рисунок 3.83 Электрофильтр: 1 — корпус; 2 — трубчатый осадительный электрод; 3 - коронирующий электрод; 4— коллектор промывки электродов; 5 — изоляторная коробка; 6 — коробка подвода тока; 7 — люк обслуживания, 8 — футеровка корпуса; 9 — направляющие лопатки; 10 — отверстие для слива жидкости
Основным элементом электрофильтра являются пары электродов, один из которых коронирующий, а другой осадительный. На электроды подается посто­янное высокое напряжение (14 ... 100 кВ). Сущность работы электрофильтра состоит в следующем (см. рис. 3.84, а).

Рисунок 3.84 а — механизм электростатического осаждения частиц: 1 — коронирующий электрод; 2 ~ осадительный электрод; 3 — агрегат электропитания; 4 — электрон; 5 — молекула газа; 6 — осаждаемая частица; б — электродная пара с трубчатым осадительным электродом: 1 — трубчатый осадительный электрод; 2 — коронирующий электрод

Т. к. осадительный электрод обладает значительно большей площадью, нежели коронирующий, между ними создается неоднородное электрическое поле, наиболее высокая напряженность которого наблюдается у коронирующего электрода. При высоких напряжениях у коронирующего электрода возникает коронный разряд, и начинается ионизация воздуха — образование пар от­рицательно и положительно заряженных ионов. Наиболее часто коронирующие электроды подсоединяются к отрицательному полюсу, а осадительные — к положительному полюсу. Это объясняется более высокой скоростью перемещения (дрейфа) электронов, нежели положительных ионов. Однако при этом образуется больше токсичного газа — озона. При такой полярности электродов отрицательные частицы (электроны) начинают двигаться от места их образования у коронирующего электрода к осадительному электроду. Через пространство между электродами пропускают очищаемый газ, электроны адсорбируются на поверхности частиц пыли, тем самым заряжая их. Отрицатель­но заряженные частицы пыли начинают перемещаться к положительному осадительному электроду и притягиваются к нему, удерживаясь электрической силой. Электроды выполняются различной формы, важно лишь создать неоднородное электрическое поле с концентраторами его напряженности на коронирующем электроде. На рис. 3.84, б показана конструкция пары электродов с трубчатым осадительным электродом.

Затраты электроэнергии на правильно работающих электрофильтрах на единицу объема очищаемого воздуха невелики, они конкурируют и даже превосходят по этому критерию другие типы пылеуловителей. Однако сложное электрическое оборудование, опасность очень высоких напряжений требует специально подготовленного обслуживающего персонала. Поэтому наиболее часто они применяются на крупных промышленных объектах и при необходимости очистки больших объемов отходящего и сильно запыленного воздуха.

Находят применение электрофильтры и в технике очистки приточного воздуха, подаваемого в помещение. Однако в этом случае для снижения интенсивности образования токсичного, но нестойкого озона полярность электродов меняется на обратную и снижается подаваемое напряжение (до 7 ... 14 кВ).

Пылеуловители мокрого типа (скрубберы) целесообразно применять для очистки высокотемпературных газов, улавливания пожаровзрывоопасных пылей и в тех случаях, когда наряду с улавливанием пыли требуется улавливать токсичные газовые примеси и пары. Аппараты мокрого типа иначе называют промывателями газов, скрубберами. Применяются различные типы аппаратов. Рассмотрим принцип их действия и особенности работы на примере простейших, но в то же время наиболее распространенных типов аппаратов: полых форсуночных и пенных.

Один из вариантов конструкции полых скрубберов представлен на рис. 3.85.

Рисунок 3.85 Полый форсуночный скруббер:

1 — корпус скруббера; 2 — входной патрубок; 3 — форсунки; 4 — форсунка промывки каплеуловителя; 5 — центробежный каплеуловитель; 6 — выходной патрубок; 7 — слив жидкости, отделенной в каплеуловителе; 8 — коллектор подачи воды; 9 — отвод шлама
Скруббер имеет цилиндрическую форму корпуса в который снизу через входной патрубок подается очищаемый воздух. Воздух, поднимаясь вверх, проходит через водяную пелену, создаваемую форсунками 3. При этом мелкие частицы пыли оседают на каплях жидкости, укрупняются, слипаясь друг с другом, и под действием силы тяжести, которая начинает превосходить аэродинамиче­скую силу, действующую со стороны восходящего потока воздуха, оседают вниз. Все аппараты мокрого типа снабжаются капле- уловителями 5. Наиболее распространены каплеуловители центробежного типа, в которых капельки воды отделяются от очищенного газа под действием центробежной силы во вращающемся потоке, создаваемом при прохождении газа через закручивающие лопатки.

На рис. 3.86 изображен пенный аппарат. Он устроен аналогичным образом, только сечение аппарата перекрыто несколькими рядами решеток. Каждый ряд состоит из пенообразующей и стабилизирующей пену решеток 3, 4. Сверху на решетки через оросительное устройство 5 подается вода или какой-либо водный раствор. Для улучшения образования пены в воду могут добавлять пенообразователи (например, ПАВ — поверхностно-активные вещества). Частицы пыли агрегируются в пене, проваливаются через отверстия решеток и в виде шлама собираются в нижней части аппарата, откуда отводятся в шламосборник.

Рисунок 3.86 Пенный скруббер: 1 — корпус; 2 — подвод очищаемого газа; 3 — пенообразующая решетка; 4 — стабилизатор пены; 5 — оросительное устройство; 6 — форсунка промывки каплеуловителя; 7 — цетробежный каплеуловитель; 8 — коллектор слива воды, отделенной в каплеуловителе; 9 — выход очищенного газа; 10 — отвод шлама
На рис. 3.87 показана схема, поясняющая принцип действия пенного аппарата.

Рисунок 3.87 Принцип действия пенного скруббера: 1 — пенообразуюшая решетка; 2 — турбулизированная пена; 3 — стабилизатор слоя пены; 4 — орошающая жидкость; 5 — шлам
Особенностью представленной конструкции является то, что вход очищаемого воздуха в аппарат направлен на поверхность шлама. Это повышаетэффективность аппарата, т. к. проявляется ударно-инерционный механизм очистки. Газ ударяется о поверхность шлама и разворачивается на 180° для подъема вверх. Частицы пыли при ударе прилипают к шламу и выделяются из потока под действием возникающей инерционной силы.

Недостатком аппаратов мокрого типа является наличие систем водоснабжения, рециркуляции воды и ее очистки перед повторной подачей на орошение аппарата.

Газоуловители. Для удаления из отходящего воздуха вредных газовых примесей применяют следующие методы: абсорбция, хемосорбция, адсорбция, термическое дожигание, каталитическая нейтрализация.

Абсорбция — это явление растворения вредной газовой примеси сорбентом, как правило водой. Методом абсорбции можно улавливать только хорошо растворимые газовые примеси и пары. Так, хорошей растворимостью в воде обладают: аммиак, хлористый водород, фтористый водород, пары кислот и щело­чей. Для проведения процесса абсорбции применяют аппараты мокрого типа, используемые в технике пылеулавливания, только в этом случае их принято называть абсорберами. Для того чтобы процесс диффузии из газовой фазы в водную протекал интен­сивнее, желательно абсорбент (воду) иметь холодным. С этой целью воду перед подачей на орошение абсорбера целесообразно охлаждать. По мере циркуляции воды она насыщается вредной газовой примесью и перестает ее абсорбировать. Абсорбент регенерируют путем нагрева и вакуумирования в специальных аппаратах. При этом вредный газ выделяется в концентрированном виде, собирается в емкости и направляется на переработку и утилизацию.

Хемосорбция. Для газовых примесей нерастворимых или плохо растворимых в воде применяют метод хемосорбции, который заключается в том, что очищаемый воздух орошают растворами реагентов, вступающих в реакцию с вредными примесями с образованием нетоксичных, малолетучих или нерастворимых химических соединений.

Этот метод широко используется для улавливания сернистого ангидрида (S02). Отходящий воздух орошают суспензией известняка (СаС03), известковым молоком (мелкодисперсной суспензией гашеной Са(ОН)2 или негашеной СаО извести), суспензией магнезита MgO.

Эти вещества вступают в реакцию с сернистым ангидридом с образованием нерастворимого сульфита кальция, например:

В этом методе реагент не регенерируется, сульфит кальция в конечном итоге превращается в твердый гипс.

Очень хорош и находит применение магнезитовый метод, при котором газы орошают суспензией окиси магния:

Регенерация магнезита осуществляется путем обжига с нагревом до 800...900 °С:


Сернистый ангидрид выделяется в концентрированном виде, собирается и используется для производства товарной серной кислоты или чистой серы.

Адсорбция. Метод адсорбции заключается в улавливании микропористой поверхностью адсорбента (активированный уголь, селикагель) молекул вредных веществ. Метод обладает очень высокой эффективностью, но жесткими требованиями к запыленности воздуха — не более 2...5 мг/м3. Одним из лучших адсорбентов является активированный уголь, у которого на 1 г приходится до 1600 м2 поверхности. Методом адсорбции очистка может осуществляться практически до следовых уровней вредных веществ. Адсорбция широко применяется для улавливания паров растворителей, неприятно пахнущих веществ, органических соединений и множества др. газов. Адсорбционная способность адсорбента тем выше, чем меньше его температура, и существенно снижается с ее повышением. Это используется в работе адсорберов и при их регенерации. Примером конструкции адсорбера является противогаз.

Одна из конструкций промышленного кольцевого адсорбера представлена на рис. 3.88.

Рисунок 3.88 Адсорбер: 1 — корпус; 2 — вход рекуперата; 3 — корзина для сорбента; 4 — сорбент; 5 — выход паровоздушной смеси; 6 — люк загрузки сорбента; 7 — вход пара; 8 — вход паровоздушной смеси, 9 — канал выгрузки сорбента
Очищаемый газ проходит через кольцевой слой адсорбента и очищается. Регенерация адсорбента осуществляется путем продувки горячим водяным паром с последующей сушкой горячим воздухом, т. е. работа аппарата проходит в три стадии, для осуществления которых необходимы три параллельных линии аппаратов. Схема, поясняющая процесс адсорбции и работы адсорбционной установки, показана на рис. 3.89.

Рисунок 3.89 Принципиальная схема адсорбционной установки: 1источник загрязнений; 2 рукавный фильтр; 3 — огнепреградитель; 4 — вентилятор; 5 — холодильник; 6 — клапан входа очищаемой смеси; 7 — адсорбер; 8 клапан входа сушильного газа; 9 — клапан выброса очищенного газа; 10 труба выброса очищенного газа; 11 — выход рекуперата; 12 — вход сушильного воздуха; 13 — холодильник конденсатор; 14 — сепаратор; 15 — вода; 16 бензин; 17 сборная емкость
Каждый аппарат работает в определенном режиме — один в режиме адсорбции, другой — продувки водяным паром, третий — сушки воздухом. Затем происходит их переключение, и они переходят в другой режим. Перед адсорберами установлен холодильник для охлаждения газов, после них также устанавливается холодильник-конденсатор для конденсации удаляемых при регенерации паров воды и примесей, сепаратор для разделения воды и растворителей за счет разной плотности. Растворители могут вновь направляться в производство.

Термическое дожигание — это процесс окисления вредных веществ кислородом воздуха при высоких температурах (900... 1200 °С). Различают прямое сжигание и термическое окисление. Прямое сжигание используют, когда отходящий из технологического процесса поток газа содержит кислород, а вредные примеси относятся к горючим и выделяют при горении энергию, достаточную для поддержания реакции. Так дожигают циановодород и попутные газы в вертикальных открытых факелах на нефтехимических заводах.

Термическое окисление осуществляют в специальных дожигателях, в которые подается воздух в необходимом для окисления количестве. При недостаточной температуре отходящих газов для проведения процесса термического окисления газы подогревают дежурным факелом специальной горелки, работающей на топливе (наилучшее для этих целей топливо — малосернистый природный газ). С помощью термического дожигания окисляют токсичный угарный газ СО до малотоксичного углекислого газа С02:
2СО + 02 = 2С02.

Углеводороды СхНу окисляют до углекислого газа и воды:

Процесс термического окисления при низкой температуре отходящих газов энергоемок, т. к. требует использования дополнительного топлива для нагрева газов до высоких температур.

Каталитическая нейтрализация позволяет снизить энергетический порог для начала окислительных реакций до 250...400 С. Это достигается применением катализаторов — материалов, которые ускоряют протекание реакций или делают их возможным при значительно более низких температурах, что обеспечивает снижение энергоемкости процесса. В качестве катализаторов используют прежде всего благородные металлы — платину, палладий в виде тонкослойных напылений на металлические или керамические носители, кроме того, применяются монельметалл, двуокись титана, пятиокись ванадия и т. д.

Одна из конструкций промышленного каталитического реактора кольцевого типа показана на рис. 3.90.

Рисунок 3.90 Каталитический нейтрализатор (реактор): 1 — резервный штуцер; 2 — корпус; 3 — штуцер входа очищаемых газов; 4 — труба для охлаждения очищенных газов и подогрева очищаемых; 5, 6 — разделяющие обечайки; 7 — корзина с катализатором; 8 — перфорированные цилиндры; 9 — катализатор; 10 — штуцер для замера температуры; 11 — штуцер для замера давления; 12 — штуцер предохранитель­ной разрывной мембраны; 13 — резервный штуцер; 14 — вихревой смеситель; 15 — штуцер выхода очищенного газа;

16 — горелка
Конструкция аналогична конструкции кольцевого адсорбера. Очищаемый воздух пропускается через слой катализатора 9, при этом на поверхности катализатора протекают экзотермические (идущие с выделением тепла) окислительные реакции, температура газов может повышаться с 250...400 °С до 500 °С. Для использования этой энергии и снижения тем самым расхода топлива, подаваемого в горелку 16 для предварительного подогрева очищаемых газов, реактор снабжен трубчатым теплообменником, в котором газы, подаваемые на очистку, подогреваются за счет тепла горячих очищенных газов, выходящих из каталитического слоя. Термокаталитические реакторы широко применяют для очистки отходящих газов окрасочных цехов, сушильных камер и т. д.

Каталитические нейтрализаторы используют для очистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания от оксидов азота, углерода, углеводородов. Нейтрализатор двухступенчатый. Первая ступень содержит восстанавливающий слой катализатора, на поверхности которого без доступа воздуха происходит восстановление оксидов азота и углерода пореакциям


Во второй ступени в окисляющем слое катализатора в присутствии воздуха, подаваемого через специальный воздухозаборник, происходит доокисление оставшегося СО и углеводородов по реакциям


В качестве катализаторов для двигателей внутреннего сгорания используются платина, палладий, родий в количестве 2...4 г на одно устройство.

При сильном и многокомпонентном загрязнении отходящих газов применяют сложные многоступенчатые системы очистки, состоящие из последовательно установленных аппаратов различного типа.

Описанные выше аппараты могут использоваться в системах централизованной и индивидуальной очистки воздуха.

Централизованная система очищает загрязненный воздух, удаляемый от источников и из зон загрязнения цеха, предприятия централизованной системой вентиляции, как это показано на рис. 3.76.

Индивидуальная система очищает воздух, удаляемый из одной зоны или источника, и после его очистки вновь направляет в рабочую зону. Наибольшее распространение получили индивидуальные пылеуловители. Как правило, в едином корпусе та­ких пылеуловителей расположены: вентилятор, отсасывающий воздух из зоны пылеобразования, и устройства очистки от пыли. Наиболее часто устройство очистки включает циклон в качестве первой ступени и фильтр — в качестве второй. На рис. 3.91 изображен индивидуальный пылеуловитель, входящий в комплект сверлильного или вертикально-фрезерного станка.


Рисунок 3.91 Индивидуальный пылестружкоулавливающий агрегат:

1пылестружкоприемник; 2 — гибкий рукав; 3 — кожух; 4 — вентилятор; 5 — глушитель шума; 6 — циклон; 7 — кронштейн крепления; 8 — рукавный фильтр; 9 патрубок отвода пыли; 10 — тележка с контейнером для сбора пыли
Если в системах пыле- и газоочистки не удается достичь требуемой эффективности, для обеспечения нормативного качества воздуха на территории промышленного предприятия и расположенной поблизости населенной местности, выброс недоочищенного воздуха осуществляют через высокие трубы, снижая за счет рассеивания вредных веществ их приземную концентрацию.

Максимальная концентрация примесей в приземном слое прямо пропорциональна производительности источника и обратно пропорциональна квадрату высоты трубы. Повышение температуры и скорости выхода потока загрязненного воздуха из устья трубы приводит к увеличению температурного и инерционного подъема струи, улучшению рассеивания вредных выбросов и снижению их концентраций в приземном слое атмосферы. В районе источника выброса образуется несколько характерных зон: зона переброски факела, включающая зону неорганизованного загрязнения; зона задымления с максимальным содержанием вредных веществ и зона, характеризующаяся постепенным снижением концентраций по мере удаления от источника.

Основным документом, регламентирующим расчет рассеивания и определения приземных концентраций выбросов промышленных предприятий, является «Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий ОНД—86». В соответствии с этой методикой максимальная приземная концентрация, создаваемая от одиночного источника, может быть рассчитана по формуле

где А — коэффициент, зависящий от температурного градиента атмосферы и определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания вредных примесей (он зависит от климатической зоны, например для центральной части европейской территории России он равен 120);

М — мощность выброса вредного вещества, мг/с;

F коэффициент, учитывающий скорость оседания взвешенных частиц выброса в атмосфере (для газов равен 1, для пыли при эффективности очистки газоочистной установки более 90 % — 2, от 75 до 90 % — 2,5, менее 75 % — 3);

m и n коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья трубы (определяются по графическим зависимостям, приведенным в ОНД—86); г

коэффициент учета рельефа местности (для ровного рельефа — перепад высот не более 50 м на 1 км, равен 1);

Н — высота трубы, м;

Q объемная скорость выброса отходящих газов, м3/с;

разность температур выбрасываемой газовоздушной смеси и окружающего атмосферного воздуха.

В приземном слое от источника загрязнений по каждой вредной примеси должна создаваться такая максимальная концентрация, чтобы при сложении с фоновой концентраций этой же примеси, уже имеющей место в атмосфере (за счет других источников), не превышалась предельно допустимая максимально разовая концентрация, т. е. .

Из приведенной выше формулы можно определить минимальную высоту трубы, обеспечивающую выполнение этого условия:

а также предельно допустимый выброс каждого вредного вещества, если высота трубы задана:


2.2 Защита от загрязнения водной среды
2.2.1 Методы и средства очистки воды
Образующиеся на промышленных предприятиях сточные воды (сточные воды, образующиеся в технологических процессах, сточные воды с загрязненной территории предприятия) должны перед сбросом в водоемы или городскую канализацию очищаться до нормативного качества. Требования к загрязненности воды вредными веществами при сбросе в водоемы и канализацию различны. При сбросе в канализацию и на городские очистные сооружения они менее жесткие. Содержание вредных веществ в сточных водах определяются установленными для предприятия предельно допустимыми сбросами.

Задача очистки вредных сбросов не менее, а даже более сложна и масштабна, чем очистки выбросов. В отличие от рассеивания выбросов в атмосфере разбавление и снижение концентраций вредных веществ в водоемах происходит хуже. Поэтому требуется глубокая очистка сточных вод, тем более что водная экосистема очень ранима и чувствительна к загрязнениям.

Защита водной среды от вредных сбросов осуществляется применением следующих методов и средств:


  • рациональным размещением источников сбросов и организацией водозабора и водоотвода;

  • разбавлением вредных веществ в водоемах до допустимых концентраций путем создания рассредоточенных выпусков;

  • применением средств очистки стоков.

С целью стимулирования предприятий к качественной очистке собственных стоков целесообразно организовать водозабор на технологические нужды ниже по течению реки, нежели сброс сточных вод. Если для технологических нужд требуется чистая вода, предприятие будет вынуждено осуществлять высокоэффективную очистку собственных стоков.

Рассредоточенные выпуски стоков осуществляют через трубы, проложенные поперек сечения русла реки, тем самым увеличивая интенсивность перемешивания и кратность разбавления.



Методы очистки сточных вод можно подразделить на механические, физико-химические и биологические.

Для очистки сточных вод от взвешенных частиц (механических частиц, частиц жиро- масло- и нефтепродуктов) применяют процеживание, отстаивание, обработку в поле центробежных сил, фильтрование и флотацию.



Процеживание применяют для удаления из сточной воды крупных и волокнистых включений. Процесс реализуют в вертикальных и наклонных решетках, ширина зазоров которых 15…20 мм, и волокноуловителях в виде ленточных и барабанных сит. Очистка решеток и волокноулавителей осуществляется вручную или механически.

Отстаивание основано на свободном оседании (всплытии) примесей с плотностью большей (меньшей) плотности воды. Процесс отстаивания реализуют в песколовках, отстойниках, жироуловителях.

Песколовки применяют для отделения частиц металла и песка размером более 250 мкм.

Отстойники применяют для гравитационного выделения из сточных вод более мелких взвешенных частиц или жировых веществ.

Очистка сточных вод в поле центробежных сил реализуется в гидроциклонах. Механизм действия гидроциклонов аналогичен механизму действия газоочистных циклонов.



Фильтрование используют для очистки сточных вод от мелкодисперсных примесей как на начальной, так и конечной стадиях очистки. Наиболее часто используют зернистые фильтры из несвязанных или связанных (спеченных) между собой частиц фильтроматериала. В зернистых фильтрах в качестве фильтроматериала используют кварцевый песок, дробленый шлак, гравий, антрацит и т. п.

Метод флотации заключается в адсорбировании примесей мелкими пузырьками воздуха, подаваемого в сточную воду, и поднятии их на поверхность, где образуется слой пены, который удаляют.

Физико-химические методы очистки применяют для удаления из сточной воды растворимых примесей (солей тяжелых металлов, цианидов, фторидов и др.), а в ряде случаев и для удаления взвесей. Как правило, физико-химическим методам предшествует стадия очистки от взвешенных веществ. Применяются разнообразные физико-химические методы, из которых наиболее распространены электрофлотационные, коагуляционные, реагентные (разновидность реагентного метода — нейтрализация), электрохимические, электродиализные, ионообменные.

Электрофлотация находит широкое применение наряду с пневматической флотаций для удаления маслопродуктов и мелкодисперсных взвесей. Осуществляется путем пропускания через сточную воду электрического тока, между парами электродов (железных, стальных, алюминиевых). В результате электролиза воды образуются пузырьки водорода и кислорода, которые обво­лакивают частички взвесей и способствуют их быстрому всплытию на поверхность. Электрофлотация осуществляется в электрофлотационных установках.

Коагуляция — это физико-химический процесс агломерации мельчайших коллоидных и диспергированных частиц под действием сил молекулярного притяжения. В результате коагулирования устраняется мутность воды. В качестве веществ-коагулянтов применяют алюминийсодержащие вещества, прежде всего сульфат алюминия, а также неочищенный сернокислый глинозем, алюминат натрия, хлорное железо, сульфат железа и др., для интенсификации процесса хлопьеобразования применяют синтетические высокомолекулярные вещества-флокулянты, основным из которых является полиакриламид. Коагуляция осуществляется посредством перемешивания воды с коагулянтами в хлопьеобразующих камерах, откуда вода направляется в отстойники, где хлопья отделяются отстаиванием.

Сущность реагентного метода заключается в обработке сточных вод химическими веществами-реагентами, которые, вступая в химическую реакцию с растворенными токсичными примесями, образуют нетоксичные или нерастворимые соединения, удаляемые затем одним из описанных выше методов осветления воды. Этот метод находит применение для очистки сточных вод от солей металлов, цианидов, хрома, фторидов и т. д. Например, для удаления цианидов используют различные реагенты-окислители, прежде всего содержащие активный хлор: хлорная известь, гипохлориты кальция или натрия, хлорная вода. Для очистки от шестивалентного хрома применяют натриевые соли сернистой кислоты (Na2S03, NaHS03,), гидросульфит Na2S205. Для очистки фторсодержащих сточных вод применяют гидроокиси кальция (известковое молоко), хлорид кальция. В результате химической реакции с токсичными соединениями фтора образуется плохорастворимый фторид кальция (CaF2), который можно удалить из воды, например отстаиванием.

Разновидностью реагентного метода является процесс нейтрализации сточных вод. Согласно действующим нормативным документам, сбросы сточных вод в системы канализации населенных пунктов и в водные объекты допустимы только в случаях, если они характеризуются величиной pH = 6,5...8,5. В том случае, если pH сточных вод соответствует кислой (pH < 6,5) или щелочной (pH > 8,5) реакции, сточные воды подлежат нейтрализации, под которой понимают снижение концентрации в них свободных Н или ОН-ионов до установленных в указанном интервале значений pH. Нейтрализация кислых сточных вод осуществляется добавлением растворимых в воде щелочных реагентов (оксида кальция, гидрооксидов натрия, кальция, магния и др.). Нейтрализация щелочных стоков — добавлением минеральных кислот — серной, соляной и др. В процессе нейтрализации важно добавить ровно столько реагента, чтобы осуществить нейтрализацию, не изменив при этом показатель pH в противоположную сторону. Кислые стоки часто содержат ионы железа и других тяжелых металлов. Поэтому при нейтрализации таких стоков одновременно идет процесс превращения ионов металлов в труднорастворимые гидрооксиды, выпадающие в осадок. Реагентная очистка осуществляется в емкостях, снабженных устройствами для перемешивания реагентов со сточными водами.

Сущность ионообменной очистки сточных вод заключается в пропускании сточных вод через ионообменные смолы, которые различаются на катионитовые — имеющие подвижные и способные к обмену катионы (чаще всего водорода Н), и анионитовые — имеющие подвижные и способные к обмену анионы (чаше всего гидроксильную группу ОН ). При прохождении сточной воды подвижные ионы смолы заменяются на ионы соответствующего знака токсичных примесей. Например, катион тяжелого металла заменяет катион водорода, а токсичный анион соли металла — анион ОН , происходит сорбирование токсичных ионов смолой. Регенерация смолы (восстановление сорбирующей способности при насыщении смолы токсичными ионами) осуществляется промывкой ее кислотой (катионитовая смола) или щелочью (анионитовая смола). При этом токсичные ионы замещаются соответствующими катионами или ионами +, ОН-), а токсичные примеси выделяются в концентрированном виде как щелочные или кислые стоки, которые взаимно нейтрализуются и подвергаются реагентной очистке или утилизации.

В электрокоагуляционных установках может быть реализован метод электрохимической очистки сточных вод. Таким методом можно очищать от ионов тяжелых металлов, цианидов. При электролизе железный (стальной) анод растворяется с образованием двухвалентных катионов железа Fe2+ который восстанавливает очень токсичный шестивалентный хром до менее токсичного трехвалентного. В результате электрохимических процессов на катоде происходит также восстановление шестивалентного хрома до двухвалентного. Последний, так же как ионы железа, реагирует с гидрооксильной группой ОН с образованием нерастворимых гидроокисей хрома и железа [Сг(ОН)3 Fe(OH)2], которые затем удаляются как взвеси, например отстаиванием.

Электродиализный метод очистки используют для удаления из малоконцентрированных сточных минеральных солей (в том числе солей тяжелых металлов), а также при переработке высококонцентрированных сточных вод (отработанных технологических растворов) с целью выделения из них ценных продуктов для последующего использования. Электродиализом называют процесс переноса ионов через мембрану под действием приложенного к ней электрического поля. Для очистки сточных вод используют электрохимически активные ионитовые мембраны. Наиболее распространены гетерогенные ионитовые мембраны, представляющие собой тонкие пленки, изготовленные из размельченной в порошок ионообменной смолы. В зависимости от того, из какой смолы сделана мембрана, различают катионитовые и анионитовые мембраны. Первые способны пропускать через себя лишь катионы, а вторые — анионы вредных примесей.

Суть процесса электродиализа ясна из представленной на рис. 3.92 схемы элекродиализного опреснения воды.

Рисунок 3.92 Схема процесса электродиализа: I — катод; II — анод; 1 — присоединение к отрицательному полюсу выпрямителя; 2 — выход газообразного водорода; 3—6 — подача воды соответственно на промывку катодной камеры, в опреснительные камеры на промывку анодной камеры; 7 — выход газообразных кислорода и хлора; 8 — присоединение к положительному полюсу выпрямителя; 9 — отвод опресненной воды; 10 — отвод концентрированного рассола
Процесс осуществляется в многокамерных аппаратах, в которых плоские мембраны расположены параллельно. Обессоливаемая вода поступает в четные камеры, а через нечетные циркулирует рассол. Под действием электрического поля катионы двигаются к катоду (отрицательному электроду I), а анионы — к аноду II. Из нечетных камер ни анионы, ни катионы в соседние камеры не прони­кают, т. к. на пути их движения расположены препятствия в виде непроницаемых для катионов анионитовых мембран со стороны катода и непроницаемых для анионов катионитовых мембран со стороны анода. В результате соли переносятся током из четных камер в нечетные, вода в четных камерах опресняется, а в нечетных рассольных камерах концентрируются отделяемые соли. В настоящее время распространены электродиализные установки типа ЭДУ, имеющие от 100 до 300 камер.

Биологическая очистка сточных вод основана на способности микроорганизмов использовать растворенные и коллоидные органические соединения в качестве источника питания в процессах своей жизнедеятельности. При этом органические соединения окисляются до воды и углекислого газа. Биологическим путем очищаются многие виды органических соединений городских и производственных сточных вод. Бактерии находятся в активном иле, представляющем собой темно-коричневую или черную жидкую массу, обладающую землистым запахом. С биологической точки зрения активный ил — это скопление аэробных бактерий в виде зоогелей. Кроме микробов в иле могут присутствовать простейшие (в аэротенках), в биопленке (биофильтры) — черви, личинки насекомых, водные клещи. При очистке многих видов сточных вод используют бактерии рода Pseudomonas — грамотрицательные палочки.

Биологическую очистку ведут или в естественных условиях (поля орошения, поля фильтрации, биологические пруды) или в специальных сооружениях: аэротенках, биофильтрах. Аэротенки представляют собой открытые резервуары с системой коридоров, через которые медленно протекают сточные воды, смешанные с активным илом. Эффект биологической очистки обеспечивается постоянным перемешиванием сточных вод с активным илом и непрерывной подачей воздуха через систему аэрации аэротенка. Активный ил затем отделяется от воды в отстойниках и вновь направляется в аэротенк. Биологический фильтр — это очистное сооружение, заполненное загрузочным материалом, через который фильтруется сточная вода и на поверхности которого развивается биологическая пленка, состоящая из закрепленных на загрузочном материале различных форм микроорганизмов.

Крупные промышленные предприятия имеют различные производства (механообрабатывающее, гальваническое, литейное, окрасочное, кузнечное и т. д.), которые дают различный состав загрязнения сточных вод. Поэтому водоочистные сооружения таких предприятий выполнены следующим образом. Отдельные производства имеют свои локальные очистные сооружения, аппаратурное обеспечение которых учитывает специфику загрязнения и полностью или частично удаляет их, затем все локальные стоки направляются в емкости-усреднители, а из них в централизованную систему, где производится дальнейшая очистка стоков до достижения концентрации вредных веществ уровня предельно допустимых значений, установленных для предприятия. Возможны и иные варианты системы водоочистки в зависимости от конкретных условий на предприятии.

Как видно, методов и средств аппаратного обеспечения очистки сточных вод много и они разнообразны, причем очистка от одного и того же загрязнения может быть обеспечена различными методами, выбор которого зависит от опыта разработчика, эксплуатационных, финансовых и других требований и возмож­ностей.


      1. Обеспечение качества питьевой воды


Трудовой коллектив предприятия, организации должен быть обеспечен качественной питьевой водой. Требования к качеству питьевой воды определяются СанПиН 2.1.4.1074—01. Качество питьевой воды зависит от источника водоснабжения — городской водопровод, открытый водоем, артезианская скважина. Качество водопроводной воды может быть неудовлетворительным по причине плохой водоподготовки, изношенности водопроводных труб. Подземные воды из артезианских скважин могут также не удовлетворять требованиям к питьевой воде, например содержать много железа и т. д.

Если предприятие удалено от населенных мест, люди трудятся в автономных условиях (геологи, строители, вахтовики на нефте- и газопромыслах и т. д.) может использоваться либо привозная вода, либо вода из открытых водоемов — рек, озер. Вода открытых водоемов может не соответствовать, что чаще всего бывает, требованиям к качеству питьевой воды.

Во всех случаях несоответствия качества питьевой воды нормативам она должна дополнительно очищаться и подготавливаться до требований СанПиН 2.1.4.1074—01.

Конструкция и тип установок или устройств для подготовки питьевой воды определяется составом загрязнений и объемом используемой воды.

Водоподготовка для снабжения питьевой водой отдельных зданий, рабочих поселков, предприятий может осуществляться в универсальных модульных компактных системах, серийно выпускаемых промышленностью и позволяющих получать питьевую воду высокого качества из подземных и открытых водоемов. Установки для подготовки питьевой воды используют методы, аналогичные применяемым при очистке сточных вод. Например, в модульных фильтровальных установках серии УПВ очистка питьевой воды осуществляется следующим образом: исходная вода обеззараживается и последовательно проходит пять ступеней очистки — аэрацию, реагентную обработку, осветление, фильтрование и окончательную доочистку на активных углях. Такая комплексная очистка исходной воды гарантирует высокую степень очистки от всех видов загрязнений — взвесей, микроорганизмов, химических веществ (аммиака, марганца, железа, солей тяжелых металлов, фенолов, хлорорганических и канцерогенных соединений). Установки обеспечивают производительность от 5 до 100 м3/ч. В зависимости от состава исходной воды часть ступеней очистки может быть исключена.

Для получения питьевой воды при заборе из подземных и открытых водоемов, подвергшихся химическому загрязнению и бактериальному заражению, может применяться комплекс «Каскад», состоящий из модулей обеззараживания, химической обработки, фильтрования и адсорбции. Такой комплекс автономен, имеет свою электросиловую установку и очень удобен для снабжения водой питьевого качества крупных автономных предприятий, строек, поселков и т. д.

Для обессоливания воды применяются опреснительные электродиализные установки (см. 2.2.1). Для обеззараживания воды все шире находят применение установки ультрафиолетового обеззараживания, в которых под действием жесткого бактерицидного ультрафиолетового излучения уничтожаются опасные и болезнетворные бактерии и микроорганизмы.

Для обеспечения питьевой водой небольших трудовых коллективов и коллективов, работающих в автономных условиях, могут применяться небольшие компактные устройства очистки типа фильтров «Турист-2М» (очищает воду от механических загрязнений, соединений железа, фенола, ядохимикатов, гуминовых кислот), «Мечта», «Коттедж» (удаляют те же вещества, что и «Турист-2М», и дополнительно устраняют неприятный привкус и запах), «Аква-14» (очищает от ржавчины, окалины, песка и т. д.), «Водолей» (улучшает качество питьевой воды, очищая от хлорорганических соединений, фенолов, остаточного хлора, тяжелых металлов, бактериальных и вирусных загрязнений, устраняя неприятные запахи, привкусы, мутность и цветность), «Родник» (в зависимости от количества модулей — от 2 до 5 — может очищать от ионов тяжелых металлов, диоксинов, радионуклидов и других опасных для здоровья веществ).
1   ...   11   12   13   14   15   16   17   18   ...   32


База данных защищена авторским правом ©uverenniy.ru 2016
обратиться к администрации

    Главная страница