Очистка газовых выбросов от аэрозолей

Аэрозоль представляет собой дисперсную систему, в которой дисперсной средой является газ, в частности, воздух, а дисперсной фазой — твердые или жидкие частицы. К аэрозолям относятся пыли, туманы и дымы.

Различают дисперсионные и конденсационные аэрозоли. Дисперсионные аэрозоли образуются при измельчении (диспергировании) твердых и жидких веществ. Конденсационные аэрозоли образуются при конденсации насыщенных паров, а также в результате газовых реакций.

Дисперсионные частицы обладают большей полидисперсностью, имеют неправильную форму. Частицы конденсационных аэрозолей имеют часто правильную шарообразную форму.

Пылью называют дисперсионные аэрозоли с твердыми частицами, независимо от дисперсности. Пылью обычно также называют совокупность осевших частиц (гель или аэрогель).

Под туманами понимают газообразную среду с жидкими частицами как конденсационными, так и дисперсионными, независимо от их дисперсности.

Дымы - конденсационные аэрозоли с твердой дисперсной фазой или включающие частицы и твердые, и жидкие.

На практике часто аэрозоли представлены частицами как дисперсионного так и конденсационного происхождения, что можно объяснить взаимодействием частиц, осаждением малых частиц на более крупных и т. д.

Аэрозольная система не находится в неизменном состоянии, в результате взаимодействия частиц происходит их укрупнение, разрушение конгломератов, осаждение частиц и т. д.

Аэрозоли обычно полидисперсны, т. е. содержат частицы различных размеров. Монодисперсные частицы встречаются как исключение.

Более подробно рассмотрим методы очистки газовых выбросов от пыли.

Пыль может быть классифицирована по нескольким признакам, в том числе по своему происхождению. В зависимости от происхождения различают пыль естественного и антропогенного происхождения. К пыли естественного происхождения относят пыль, образующуюся в результате эрозии почвы (на этот процесс, конечно, влияет деятельность человека), возникающую при выветривании горных пород, вулканическую и космическую пыль. Естественное происхождение имеют также органические пылевидные частицы - пыльца, споры растений. К образующейся в результате эрозии почвы, выветривания горных пород близка по составу пыль, возникающая при выветривании строительных конструкций, дорог и других сооружений.

К пыли антропогенного происхождения относится промышленная пыль, образующаяся в технологических процессах. Почти каждому виду производства, каждому материалу или виду сырья сопутствует определенный вид пыли.

Классификация методов очистки от пыли и аэрозолей представлена на рис.1.

Рис.1. Методы очистки выбросов от аэрозолей

Выбор метода очистки зависит от физико-химических свойств пыли.

Рассмотрим основные физико-химические свойства пыли.

1. Дисперсность пыли. Определяется размером частиц.

По дисперсности различают следующие виды пыли:

ü Очень крупнодисперсные - 100-1000 мкм;

ü Крупнодисперсные - 40-100 мкм;

ü Среднедисперсные - 20-40 мкм;

ü Мелкодисперсные - 10-20 мкм;

ü Очень мелкодисперсные - 0,01-10 мкм

Дисперсный состав пыли имеет большое значение при разработке и совершенствовании пылеулавливающих аппаратов и систем, а также при выборе мероприятий, направленных на предотвращение выделения пыли и ее распространения.

Частицы промышленной пыли имеют различную форму, отличную от шарообразной. В пылеулавливании принято характеризовать размер частиц по скорости их осаждения, и введено понятие седиментационного диаметра частицы - диаметр шара, скорость осаждения и плотность которого соответственно равны скорости осаждения и плотности частицы неправильной формы.

Плотность пыли

Различают истинную, кажущуюся, насыпную плотности.

Истинная плотность – это масса единицы объема пыли без учета пористости частиц.

Кажущаяся плотность – отношение масса пыли к объему, включая пустоты и поры частиц пыли. Кажущаяся плотность монолитной частицы равна истинной плотности частицы.

Насыпная плотность – масса единицы объема слоя пыли, например, масса 1 л пыли, учитывается порозность слоя, т.е. воздушная прослойка между частицами пыли. При слеживании насыпная плотность может возрасти в 1,5 -2 раза.

Удельная поверхность аэрозоля - отношение площади поверхности частиц к их массе или объему.

3. Адгезионные свойства пыли.Определяют склонность частиц пыли к слипанию.

Слипаемость пыли возрастает с уменьшением размера частиц. По степени слипаемости пыли могут быть разделены на четыре группы (см. табл.2.)

Таблица 2 - Классификация пыли по адгезионным свойствам

Характеристика пыли	Вид пыли	Группа слипаемости
Неслипающиеся	Сухая шлаковая, кварцевая, сухая глина	I
слабослипающиеся	Коксовая, доменная,зола,	II
среднеслипающиеся	Торфяная, металлическая, содержащая оксиды цинка, меди, олова и др., мука, опилки, сажа	III
сильнослипающиеся	Цементная,гипсовая,соли,волокнистая, все пыли с частицами не более 10 мкм	IV

4. Смачиваемость пыли. Определяется по краевому углу смачивания. По характеру смачивания все тела разделяют на гидрофильные материалы – хорошо смачиваемые (галогениды щелочных металлов, силикаты, кварц, оксиды металлов), гидрофобные материалы – плохо смачиваемые (уголь, кокс, сера) и абсолютно гидрофобные (парафин, тефлон, битум). На смачивании пыли водой основаны методы мокрого пылеулавливания. Смачиваемость пыли определяет возможность ее гидроудаления, применение мокрой пылеуборки производственных помещений.

5. Гигроскопичность пыли- способность поглощать влагу из воздуха. Поглощение влаги оказывает влияние на такие свойства пыли, как электрическая проводимость, слипаемость, сыпучесть и др.

Содержание влаги в пыли определяют по величине влагосодержания или влажности. Влагосодержание — отношение количества влаги в пыли к количеству абсолютно сухой пыли.

Влажность — отношение количества влаги в пыли ко всему количеству пыли.

Гигроскопическая влага пыли, т. е. влага, которая удерживается на ее поверхности, в порах и капиллярах, может быть определена при высушивании пробы пыли до постоянной массы при температуре 105^оС.

Равновесную влажность пыли определяют, выдерживая ее до постоянной массы в воздушной среде с известной относительной влажностью.

6. Электрическая проводимость слоя пыли. Этот показатель оценивается по удельному электрическому сопротивлению слоя пыли (ρ), которое зависит от свойств частиц, структуры слоя и параметров газового потока. Электрическое сопротивление пыли обусловлено поверхностной и объемной проводимостью. Поверхностный слой пылинок по своим электрическим свойствам отличается от основной массы вследствие того, что на поверхности адсорбируются влага и газы. Объемная (внутренняя) проводимость определяется проводимостью материала частицы. Она возрастает с увеличением температуры в результате повышения энергии электронов.

Этот показатель оказывает существенное влияние на работу электрофильтров. В зависимости от удельного электрического сопротивления пыли делят на

· Низкоомные пыли ρ < 10⁴ ом∙см. При осаждении на электроде при работе электрофильтра они быстро разряжаются, что может привести ко вторичному уносу.

· Среднеомные пыли ρ = 10⁴ -10¹⁰ ом∙см. Эти пыли хорошо улавливаютсяв электрофильтрах.

· Высокоомные пыли ρ = 10¹⁰ -10¹³ ом∙см. Улавливание пыли этой группы в электрофильтрах затруднено.7.

7. Электрическая заряженность частиц пыли.Знак заряда частиц пыли зависит от способа их образования, химического состава, а также от свойств веществ, с которыми они соприкасаются. Электрическое состояние аэрозольной системы не остается постоянным во времени. В результате взаимодействия друг с другом и с окружающей средой взвешенные частицы получают заряд, отдают его или нейтрализуются.

Электрические свойства пыли определяют устойчивость аэрозоля, а также характер воздействия пылевых частиц на живой организм.

По данным гигиенистов, пылевые частицы, имеющие электрический заряд, в два раза интенсивнее задерживаются в дыхательных путях, чем нейтральные.

Обычно неметаллические частицы заряжаются положительно, а металлические - отрицательно. Частицы пыли солей NaCl, СаС1₂ имеют положительный заряд, а СaСО₃; MgCO₃ - отрицательный.

8.Способность частиц пыли к самовозгоранию. Вследствие высокой удельной поверхности частицы пыли склонны к самовозгоранию и образованию взрывоопасных смесей при взаимодействии с воздухом. Способностью к воспламенению обладают некоторые пыли органических веществ, а также пыли металлов: магния, алюминия, цинка.

Вопросы для самоконтроля

1.Рассмотрите основные источники загрязнения биосферы

2.Что понимают под организованными и неорганизованными выбросами в атмосферу

3. Какова классификация источников загрязнения атмосферы по месту расположения

4. Что понимают под аэрозольными выбросами

5. Классификация методов очистки газовых выбросов от аэрозолей

6. Предложите методы очистки газовых выбросов в зависимости от дисперсности частиц пыли.