Очистка воздушных выбросов от пылей, газо- и парообразных загрязняющих веществ

Одним из наиболее распространенных загрязнителей воздуха является аэрозоль. Виды аэрозолей: пыль, туман, дым.

В технике пылеулавливания применяется большое число аппаратов, отличающихся друг от друга, как по конструкции, так и по принципу осаждения взвешенных частиц. По способу улавливания их обычно подразделяют на аппараты сухой, мокрой и электрической очистки. Очистка воздуха от пыли может быть грубой, средней и тонкой. В зависимости от видов очистки обеспыливающее оборудование подразделяют на пылеуловители и фильтры.

Пылеуловители – это устройства, действие которых основано на использовании сил тяжести или инерционных сил, отделяющих взвешенные частицы от воздушного потока при изменении скорости (например, в пылеосадочных камерах) и направлении его движения (одиночные и батарейные циклоны, инерционные и ротационные пылеуловители).

Универсального пылеочистного оборудования, пригодного для любого вида пыли и для любых начальных концентраций ее, не существует. Каждое из этих устройств пригодно для определенного вида пыли, ее начальной концентрации и требуемой степени очистки. При выборе системы пылеочистки необходимо обеспечить требуемую степень очистки воздуха, при которой массовый выброс вредных веществ в атмосферу не превышает ПДВ. Эффективность системы очистки Е,% вычисляется по формуле

VС_н - ПДВ

Э = ––––––––– ,

VС_н

где V – расход пылевоздушной смеси, выбрасываемый из технологического оборудования, м³/с; С_н – начальная концентрация пыли в выбросе, г/м³; ПДВ – предельно допустимый выброс, г/с.

Общую эффективность очистки действующего оборудования h можно определить по формуле:

h = (С_вх - С_вых)/ С_{вх ,}

где С_вх. и С_вых – массовые концентрации пыли в пылевоздушном потоке, мг/м³ соответственно до и после пылеуловителя.

Если очистка ведется в системе последовательно соединенных аппаратов, то общая эффективность очистки рассчитывается по формуле

,

где h₁, h₂, h_n – эффективность очистки 1-го, 2-го и n-го аппаратов.

Многие технологические процессы в пищевой промышленности сопровождаются значительным выделением пыли. По данным отечественных и зарубежных гигиенистов производственная пыль является вредным веществом и вызывает не только аллергические раздражения, но и общие заболевания.

Наиболее актуальна проблема очистки технологических выбросов от пылевидных пищевых продуктов при сушке молока и молочных продуктов, хлебопекарных и кормовых дрожжей, сушке и охлаждении сахара-песка, кристаллической глюкозы и т.д. При этом применяются в основном распылительные сушильные установки различных типов, сушилки с псевдосжиженным слоем, барабанные сушилки. Причем, применительно к процессам сушки сыпучих пищевых продуктов эта проблема осложняется в ряде случаев отсутствием полноценных сведений о физико-химических свойствах пылей и данных об оптимальных типах пылеуловителей для конкретных условий производств. Интенсификация процесса сушки ведет к увеличению в отработанном воздухе мелкодисперсного пылевидного продукта, который большей частью, не улавливаясь существующими пылеотделителями, уходит в атмосферу.

Одним из главных параметров, определяющих эффективность пылеулавливания, является дисперсность аэрозольных частиц.

Пылевидные пищевые продукты чаще всего включает в себя частицы с очень широким диапазоном размеров.

Пыли условно можно разделить на три группы. В первую входят пыли, образующиеся при производстве крахмала, сушке молока, лактозы, кристаллической глюкозы, табачная пыль. Для них характерно то, что в процессе пылеобразования возникают частицы с размерами менее 60 мкм (причем более половины массы данной пыли содержат частицы менее 100 мкм).

Во вторую группу входят пыли, образующиеся при сушке хлебопекарных и кормовых дрожжей, переработке семян подсолнечника, мучная, сахарная пыли. Гранулометрический состав в данном случае характеризуется наличием фракций крупнодисперсной пыли с размерами частиц более 100 мкм (около 30 % по массе). Однако имеется и значительная доля мелкодисперсной пыли, а также пыль с размерами частиц менее 5 мкм.

В третью группу входят пыли и порошки с незначительным содержанием мелкодисперсных фракций. Например, в пылевидной фракции солода из системы пневмотранспорта росткоотбивной машины содержание частиц с размерами менее 100 мкм составляет 5 %.

На основе приведенных данных дисперсного состава пылей можно рассчитывать эффективность имеющихся пыле-улавливающих установок, проектировать средства очистки выбросов для конкретных условий производства.

На пищевых предприятиях проблема пылеулавливания актуальна, прежде всего, в технологии сыпучих пищевых продуктов (процессы сушки, пневмотранспортирования, и т.д.). При сушке сыпучих пищевых продуктов (дрожжей, сахара-песка, молочных продуктов) для очистки отработанного воздуха применяют циклоны, рукавные фильтры и мокрые пылеуловители (например, скрубберы Вентури). Многие технологические процессы в зернообрабатывающей и пищевой промышленности сопровождаются интенсивным пылеобразованием (помол, просеивание, расфасовка сыпучих продуктов и т.д.). Причем отработанный воздух зачастую необходимо очищать в сухих пылеотделителях для того, чтобы не испортить уловленный продукт и вернуть его в технологический процесс.

Для очистки запыленного воздуха в элеваторном хозяйстве крахмалопаточных предприятий, перерабатывающих кукурузу; на масложировых комбинатах, перерабатывающих семена подсолнечника; в табачной и чайной отраслях в основном используются циклоны. Принцип действия циклонов основан на использовании инерционных сил, возникающих при изменении направления движения воздушного потока. При этом частицы, обладая значительной инерцией, сохраняют направление своего движения и удаляются из потока. При наличии батареи циклонов доля уносимых крупных частиц меньше, чем в случае одного-двух циклонов. Общий недостаток применения циклонов – их недостаточная эффективность очистки (около 80 %).

Более высокая эффективность пылеулавливания достигается в ротационных пылеотделителях. В ротационных пылеотделителях улавливаемая пыль может перемещаться в направлении, обратном движению воздуха. Это позволяет собирать дорогостоящие пылевидные пищевые продукты из отработанных пылевоздушных смесей.

Мокрые методы обеспыливания целесообразно использовать в следующих условиях: невозможность практического применения сухих методов очистки; необходимость одновременного осуществления других (кроме пылеулавливания) процессов, требующих применения газожидкостных контактов (охлаждение, конденсация паров, абсорбция); возможность работы мокрых систем газоочистки без сброса промывающей жидкости, использования уловленного продукта в основной технологии.

Достаточно высокой эффективностью очистки 95 % обладают мокрые центробежные аппараты (циклоны ЦВП, скрубберы ВТИ, циклоны-промыватели СИОТ др.).

Степень улавливания в мокрых инерционных аппаратах при увеличении их гидравлических сопротивлений возрастает. Каждый из них имеет свой оптимальный диапазон гидравлических сопротивлений, в которых его применение наиболее целесообразно из соображений эффективной работы. Более высокой степенью очистки газа от взвешенных частиц, чем в пылеулавливающих аппаратах, обладают фильтры из пористых материалов. Однако они имеют и ряд существенных недостатков: необходимость периодической замены фильтрующих элементов; громоздкость фильтров; возможность образования на их поверхности корочки уловленного продукта при увеличении влажности несущей среды, что ведет к резкому увеличению гидравлического сопротивления.

Широкое применение в пищевой промышленности получили тканевые рукавные фильтры (например, ФВ, МВУ).

Одним из наиболее совершенных способов очистки от пыли и туманов является электрическая очистка в электрофильтрах. При сравнительно низких энергозатратах их эффективность достигает 99,9 %. Такие субмикронные. Следует помнить, что каждый процент повышения эффективности улавливания пыли в отраслях пищевой промышленности выражается в сотнях и тысячах тонн продуктов, которые в других условиях были бы выброшены в воздух.

Основными способами очистки от газо- и парообразных загрязняющих веществ являются сорбционные и окислительные. При применении сорбционных методов вредные вещества извлекаются из газового потока твердыми или жидкими поглотителями. Сорбционные методы можно разделить на две большие группы: адсорбционные и абсорбционные методы.

Адсорбционный метод применяется, например, при улавливании паров многих органических растворителей. Процесс осуществляется в адсорберах. Загрязненная паровоздушная смесь, проходя через слой адсорбента (твердый поглотитель), очищается от вредных примесей, адсорбент насыщается поглощенным веществом. Регенерация поглотителя осуществляется обдувкой водяным паром. В результате такой работы поглотитель очищается, а вредные вещества конденсируются в виде растворителей и возвращаются в производство. В качестве адсорбентов широко используются вещества с высокоразвитой удельной поверхностью и пористостью (активированный уголь, силикагель, оксид алюминия, цеолиты и другие поглотители). Достоинством адсорбционного метода является высокая эффективность очистки выбросов (97-99 %), а недостатком является то, что высокая эффективность очистки достигается только при низких температурах. Однако большинство вредных производственных выбросов имеют высокую температуру.

Абсорбционный метод – один из основных физико-химических методов очистки промышленных выбросов от токсичных газообразных веществ с помощью жидких абсорбентов. Абсорберы бывают нескольких типов: поверхностные, насадочные, барботажные. В качестве промывочной жидкости в абсорбере может использоваться вода, раствор известкового молока, аммиачный раствор, раствор соды установки способны улавливать частицы различных размеров, в том числе и т.д. Эффективность очистки для различных конструкций аппаратов колеблется от 90 до 99 %. К недостаткам абсорбционного способа очистки вредных газообразных выбросов можно отнести следующие: образование твердых осадков, забивающих оборудование; возникновение коррозионных сред; нейтрализация сточных вод. Поэтому для очистки выбросов, имеющих многокомпонентный состав вредных горючих веществ, применяют окислительные способы.

Окислительные способы можно разделить на две большие группы: прямое и каталитическое сжигание.

Прямое сжигание используют только в тех случаях, когда образующиеся продукты сгорания вредных примесей по своей токсичности не превышают исходный газовый выброс. Например, в исходных газообразных выбросах не должно содержатся галогенов, серы, фосфора. Прямое сжигание осуществляется в специальных топочных устройствах (нейтрализаторах) или в открытом диффузионном факеле.

Каталитический метод используют для превращения токсичных компонентов промышленных выбросов в вещества безвредные или менее вредные для окружающей среды путем введения в систему дополнительных веществ – катализаторов. Каталитическое окисление выгодно отличается от термического кратковременностью протекания процесса (иногда достаточно долей секунды); более низкими температурами осуществления процесса очистки. Катализаторами могут быть металлы (платина, палладий, никель и т.д.) или их соединения (оксиды меди, марганца и т.п.).

К числу перспективных, малоэнергоемких способов очистки газовых выбросов относится биологический, при котором происходит очистка от­ходящих газов с помощью бактерий. Изучено действие разнообразных бак­терий на большое количество загрязняющих компонентов органического и неорганического происхождения. Так в Китае и других странах проводятся исследования по применению бактерий для очистки и дезодорации про­мышленных отходящих газов от сернистых соединений, в частности от се­роводорода. Данный метод очистки характеризуется следующими пре­имуществами: высокой избирательностью и степенью очистки, сравни­тельно низкими эксплутационными расходами, поскольку биологический процесс проводится при нормальном давлении и температуре.

В Дании разработана экспериментальная установка для промывки и очистки воздуха, загрязненного стиролом. Установка с пропускной спо­собностью 500 м3/ч, работавшая в замкнутом цикле, гарантировала степень биоразложения стирола более 80%. Аналогичные испытания и положи­тельные результаты получены при испытании опытной установки работни­ками Воронежского филиала ГП НИИСК и ОАО "Воронежсинтезкачук". Отработанный воздух после выделения и сушки эмульсионных каучуков, содержащий до 300 мг/м3 стирола, этилбензола и др. соединений очищался на 80-90% под действием микроорганизмов, закрепленных на активиро­ванном угле.

Несмотря на ряд достоинств, этот метод имеет свои недостатки: возможно вторичное загрязнение окружающей среды отходами
жизнедеятельности микроорганизмов и увеличения в процессе работы
биомассы;

метод обладает определенной инерционностью и уязвимостью в
связи с необходимостью адаптации микроорганизмов и возможностью их
интоксикации вредными примесями воздуха;

нет универсальных культур микроорганизмов, которые бы могли
очищать газ, содержащий многокомпонентную систему примесей;

необходимость дополнительной очистки от присутствующих в воз­
духе твердых примесей, смолистых и токсичных для микроорганизмов ве­
ществ;

биологический процесс работает только при нормальном давлении
и температуре, в связи с чем возникает необходимость затрат энергии на
охлаждение отходящих промышленных выбросов до температуры 20-30°С.

В связи с приведенными основными положениями для разных спо­собов очистки отработанного воздуха в промышленной технологии пред­почтение отдается, особенно в случае больших объемов слабозагрязненного воздуха, деструктивным способам очистки, в основе которых лежит термическое, термокаталитическое дожигание углеводородов или их окис­лительное разложение под действием озона.