Апарати сухої фільтраційної очистки

Суха фільтраційна очистка полягає в осадженні частинок при проходженні пористих середовищ під дією механізмів інерції, зчеплення, дифузії та електростатичної взаємодії. Частинки пилу, завислі в газовому середовищі осаджуються на поверхню, або в об’єм фільтра.

Ефективність очищення тканинними фільтрами – до 99,9%.

Розрізняють наступні види фільтрів для сухого фільтраційного очищення:

1. Зернисті – об’ємні фільтри;

2. Волокнисті;

3. Тканинні – площинні фільтри.

З тканинних фільтрів в промисловості найбільш поширені рукавинні фільтри (схема 3).

Фільтри працюють за двома циклами:

1. Фільтрація;

2. Регенерація (відновлення).

В процесі регенерації з фільтрувального матеріалу видаляється частина накопиченого пилу.

Схема рукавинного фільтра

Умовні позначення:

1 – вхідний патрубок;

2 – вихідний патрубок;

3 – рукави;

4 – механізм струшування;

5 – механізм продувки;

6 – видалення пилу

 

Апарати електричної очистки

До апаратів електричного очищення відносяться:

А) електрофільтри;

Б) електромагнітні пиловловлювачі.

В електрофільтрах (схема 4) аерозольним частинкам надається електричний розряд і прискорення в бік електроду протилежного знаку.

Електромагнітні пиловловлювачі призначені для очищення запилених потоків від частинок, що містять матеріали, які намагнічуються. Ефективність очищення електричними фільтрами – 95 – 99 %.

 

Схема електрофільтра

 

Умовні позначення:

1 – вхідний патрубок;

2 – газорозподільна решітка;

3 – коронний електрод;

4 – осаджувальний електрод;

5 – вихідний патрубок;

6 – механізм струшування;

7 – видалення пилу

 

Важливою ланкою в забезпеченні якості повітря є система контролю за його станом і викидами промислових підприємств в атмосферу. Серед методів контролю промислових викидів значне місце займає ваговий метод визначення концентрації домішок в газоповітряному потоці.

Контрольні питання:

1. Які розрізняють способи очищення газоповітряного потоку від пилу?

2. Які апарати відносяться до сухої механічної очистки?

3. Що собою являють гравітаційні апарати і які в них недоліки?

4. Дати характеристику центробіжних апаратів на прикладі циклона.

5. Що відноситься до апаратів мокрої очистки?

6. Охарактеризувати принцип дії порожнистого газопромивача.

7. Охарактеризувати принцип дії апаратів сухої фільтраційної очистки.

8. Розповісти про будову руковинного фільтра.

9. Що відноситься до апаратів електричної очистки?

10. Охарактеризувати принцип дії електрофільтра.

ПРАКТИЧНЕ ЗАНЯТТЯ № 4

Тема: Методи очищення стічних вод

Мета завдання: Ознайомлення з органолептичними показниками якості води. Вивчення способів очищення стічних вод

Завдання:

1. За даними таблиці 1 побудувати графіки погодинної потреби у воді для житлового сектора одного із міст України в літній і зимовий період.

2. Ознайомитись з методами очищення стічних вод.

3. Вивчити методи утилізації гальванічних стоків та відпрацьованих З.О.Р.

4. Висновок.

Таблиця 1.

Погодинна потреба у воді для житлового сектора міста

(дані осереднені по Україні)

Сезон року

Періоди доби (год)

Типовий літній день

Типовий зимовий день

Примітка: потреба у воді дається у л/чол.

Теоретичні положення:

Якість води – це характеристика складу води, що визначає її придатність для конкретних видів водокористування.

Основними органолептичними показниками води є колірність, мутність, прозорість, запах, смак і присмак.

Способи очищення забруднених промислових вод можна об’єднати в наступні групи: механічні, фізико-механічні, хімічні, фізико-хімічні, біологічні та комплексні.

Механічні способи очищення. Застосовуються для очищення стоків від твердих та масляних нерозчинних забруднень. Цей процес відбувається при нормальній температурі і без участі хімічних речовин. Механічне очищення є початковим або заключним етапом очищення.

Механічне очищення здійснюється:

– подрібненням великих за розміром частин за допомогою механічних пристроїв;

– відстоювання забруднень;

– розділення води та забруднювачів за допомогою центрифуг;

– розбавлення стоків чистою водою з метою зниження концентрації шкідливих речовин;

– вилучення механічних домішок за допомогою решіток, скребків і т. д.;

– фільтрування стоків через сита, спеціальні фільтри, шляхом пропускання їх через пісок.

Фізико-механічні способи очищення базуються на флотації, мембранних методах очищення.

Флотація – це видалення із стічних вод шкідливих домішок внаслідок надання їм плавучості за рахунок флотоагента. Флотоагент обгортає частинки домішок і видаляється разом з ними. У процесі флотації застосовують насичення стічних вод бульбашками дрібнодиспергованого повітря. Бульбашки повітря прилипають до комплексу, утворено забруднюючою речовиною і флотоагентом і спливають разом з ним на поверхню води, а потім видаляються механічним методом.

До мембранних методів очищення відносяться:

1.Зворотний осмос – процес фільтрування стічних вод через напівпроникливі мембрани під тиском.

2.Ультрафільтрація – мембранний процес розділення розчинів, осмотичний тиск яких малий.

3.Електродіаліз – процес розділення іонів солей в мембранному апараті, який здійснюється під дією постійного електричного струму.

Хімічне очищення – це видалення із стічних вод забруднюючих речовин на основі хімічної взаємодії між молекулами забруднювача і реагента, що вводиться. При цьому відбувається процес окислення або відновлення токсичних речовин з утворенням менш токсичних або нетоксичних сполук.

Видами хімічного очищення є: нейтралізація і окислення.

Нейтралізація – це взаємознешкодження кислотних і лужних стоків шляхом їх змішування або фільтрування через нейтралізуючі матеріали (вапно, крейда і т.д).

Окислення – процес очищення стічних вод від токсичних домішок, а також органічних сполук. Як окислювачі використовують хлор, озон, кисень, хлорне вапно тощо.

Ліквідація запаху стічних вод шляхом аерування, озонування і хлорування називається дезодорація.

Фізико- хімічні методи очищення.

Коагуляція – це освітлення і знебарвлення стічних вод з використанням речовин, які осаджують завислі речовини таким чином, що вони при випаданні в осад захоплюють і поглинають нерозчинні тонкодисперсні частинки.

Сорбція – це процес поглинання забруднень твердими або рідкими поглиначами. Розрізняють три види сорбційних процесів очищення стоків: абсорбція, адсорбція і хемосорбція.

При адсорбції процес поглинання забруднювачів здійснюється поверхнею адсорбента за рахунок молекулярних сил двох тіл, що взаємодіють.

При абсорбції процес поглинання здійснюється всією масою (об’ємом) абсорбента.

При хемосорбції поглинання забруднювачів сорбентом відбувається з утворення на поверхні поділу нового компонента.

Екстракція – це видалення розчинених у воді домішок за допомогою розчинника, який не змішується з водою і в якому домішки розчиняються краще, ніж у воді.

Іонний обмін – це вилучення із стічних вод цінних домішок іонів хрому, цинку, міді за допомогою іонітів (іонообмінні смоли).

Біологічне очищення – це очищення стічних вод від органічних речовин за допомогою мікробних структур. Залежно від мікроорганізмів, котрі беруть участь в руйнуванні органічних речовин розрізняють аеробне (окислювальне) та анаеробне (відновлювальне) біологічне очищення. Мікроорганізми поглинають органічні речовини, окислюють або відновлюють їх, перетворюючи мінеральні сполуки.

Біологічне очищення здійснюється в біофільтрах, біологічних ставках, на полях зрошування, на полях фільтрації і т.д.

Утилізація стічних вод гальванічного виробництва

Гальванічне виробництво включає в себе технологічний процес металевого покриття поверхні деталей з металу. Це вид захисних покриттів. Найбільш поширені процеси нікелювання, кадмування, цинкування, міднення, хромування і т.д. В процесі гальванопокриття використовується значний об’єм води, яка йде на промивку деталей після кожного етапу гальванізації, завдяки чому в промивних водах накопичується велика кількість іонів цинку, нікелю, міді, хрому і т.д.: (Zn²⁺,Ni²⁺,Cu²⁺,Cr₂O₇⁶⁺,Cr³⁺,Fe³⁺,Fe²⁺,Al²⁺,Cd³⁺,Ag⁺).

Всі гальванічні стоки за своїм складом діляться на: кислотні, лужні, хромові. Кислотні і лужні стоки направляються в усереднювач, де проходить їх змішування і взаємонейтралізація.

Хромові стоки, що містять Cr⁶⁺, направляють в реактор, де в кислому середовищі, зумовленому присутністю H₂SO₄ і сульфіду Nа, шестивалентний хром переходить в трьохвалентний:

Cr₂O₇⁶⁺+2H⁺+SO₄^2—Cr³⁺+SO₄^2–+H₂O

Іони Cr³⁺ разом з іншими іонами металів, що знаходяться в стічних водах, обробляють негашеним вапном. В результаті утворюються гідроксиди металів, які мають здатність випадати в осад.

Однак процес осадження відбувається дуже повільно. Осад надто пухкий і слабо ущільнюється. Для інтенсифікації ущільнення осаду використовують магнітне поле, а в стічну воду вводять магнетит, на якому сорбуються гідроксиди металів. Далі передбачається фільтрування осаду на барабанних гідрофільтрах або на пресфільтрах, де одночасно проходить процес фільтрації, сушки і пресування. Гідроксиди металів – це небезпечні токсичні сполуки, які негативно впливають на навколишнє середовище в процесі їх захоронення. Тому гідроксиди металів переводять в оксиди. Процес здійснюється при високій температурі:

.

Для знешкодження оксидів металів їх необхідно перетворити з водної маси в скло. Але це дуже дорогий процес, який відбувається при надзвичайно високих температурах і потребує великих затрат пального.

Для більш простого рішення питання утилізації гальванічних шлаків їх направляють в спеціальні сховища, з яких вони в міру необхідності використовуються. Гідроксиди і оксиди металів, що утворюються після обробки гальванічних стоків можуть бути використані у виробництві цегли і керамічних матеріалів, асфальто-бетонних покривів.

При виготовленні цегли і керамічної плитки в глину можна внести до 5% оксидів і гідроксидів. При цьому збільшується морозостійкість і міцність будматеріалів.

Утилізація З.О.Р.

У процесі різання, шліфування, обробки металу тиском, поверхню металу необхідно охолоджувати. Для цього використовують З.О.Р. (змащувально-охолоджуючі рідини), до складу яких входить емульсол НГЛ–205. Обробка металу З.О.Р. не тільки охолоджує його поверхню, але й підвищує антикорозійні властивості металу, покращує якість обробки. Експлуатація З.О.Р. більше 2 тижнів супроводжується погіршенням їх властивостей. З.О.Р. необхідно замінити.

Шляхи утилізації З.О.Р.

Концентровані масловмісні емульсійні стоки розбавляють великою кількістю умовно чистих вод з метою зниження концентрації шкідливих речовин в стічних водах, які скидаються в загальнозаводську каналізацію. Але це призводить до забруднення природних вод і великих затрат хімічних компонентів, що входять до складу З.О.Р. Метод напірної реагентної флотації, полягає в тому, що відпрацьовану З.О.Р. скидають у великі бетонні ємності, що називаються флотаторами.

У флотаторах здійснюється процес коагуляції маслоорганічної фракції за допомогою сірчанокислого глинозему Al₂(SO₄)₃.

;

В результаті реакції гідролізу утворюється гідроксид алюмінію, що випадає в осад. На поверхні осаду Al (OH)₃ абсорбується маслоорганічна фаза, що утворюється від руйнування З.О.Р. У флотатор подається дрібнодисперсне повітря. Бульбашки повітря прилипають до осаду і він спливає, утворюючи піну. Протягом кількох днів піна ущільнюється і спеціальними скребками збирається. Водна фаза (без масла) скидається в систему загальнозаводських стічних вод. До складу піни входить:

 

Al(OH)₃ – 4–5%

маслоорганічна фракція – 16%

вода і повітря – 80%

 

З метою економії матеріалів і повернення продуктів переробки в технологічний процес використовується наступний метод переробки піни. У спеціальні реактори подається підігріта піна, концентрована сірчана кислота і гострий пар (пар, що подається в середину рідини при температурі 120⁰С). в результаті хімічної взаємодії, піна руйнується з утворенням сірчанокислого глинозему.

.

У верхній частині реактора утворюється шар масла, властивості якого задовільняють вимоги ГОСТу 2104681. Його використовують:

– як добавку до палива;

– як заключний матеріал;

– як добавку до бітуму;

– як засіб консервації металів;

– як змащувальний засіб для заливки залізобетону;

– здають на регенерацію з метою виготовлення З.О.Р. (як 10% добавка до емульсора).

Сірчанокислий глинозем використовують, як коагулянт для руйнування З.О.Р.

 

Контрольні питання:

1. Які існують способи очищення стічних вод?

2. Дати характеристику механічним методам очищення.

3. Що таке флотація?

4. Які методи відносяться до фізико-хімічних способів очищення?

5. Що відноситься до хімічного очищення?

6. Що таке біологічне очищення?

7. Як здійснюється утилізація стічних вод гальванічного виробництва?

8. Які існують види гальванічних стоків?

9. Як здійснюється утилізація З.О.Р?

 

 

ПРАКТИЧНЕ ЗАНЯТТЯ № 5

Тема: Розрахунок розмірів збитків заподіяних державі при наднормативних викидах в атмосферу промислових викидів

Мета завдання: Ознайомлення з органолептичними показниками якості води. Вивчення способів очищення стічних вод.

Завдання:

 

Основні положення:

 

Для проведення розрахунків необхідно засвоїти наступні поняття та визначення:

Забруднюючі атмосферне повітря речовини – домішки в атмосферному повітрі, які можуть негативно впливати на здоров’я людей або навколишнє середовище.

Гранично-допустимий викид (ГДВ) – науково-технічний норматив, який встановлюється за умови, щоб вміст забруднюючих речовин в приземному шарі повітря від джерела або їх сукупності не перевищує норматив якості повітря для населення, тваринного і рослинного світу.

Тимчасово-погоджений викид (ТПВ) – викид забруднюючих речовин у повітря, що встановлюється на відповідний строк на рівні викидів аналогічних за потужностями і технологічними процесами підприємств, які досягли найкращої технології виробництва до досягнення гранично допустимого викиду.

Потужність викиду – кількість речовин, що викидається в атмосферне повітря за одиницю часу (в г/с).

Нормативний викид – потужність викиду забруднюючої речовини в межах гранично допустимої або тимчасово погодженої потужності викиду, встановленої юридично оформленим дозволом на викид на даний період (в г/с).

Наднормативний викид – фактична потужність викиду, яка перевищує нормативний викид в г/с.

Інструментальний метод контролю – безпосередній метод контролю викидів з джерел забруднення атмосферного повітря.

Гранично допустима концентрація (ГДК) – максимальна концентрація домішок, яка при періодичному впливі або протягом всього життя людини не чинить на неї негативного впливу і на навколишнє середовище в цілому.

Наднормативними викидами забруднюючих речовин в атмосферне повітря вважаються:

1) викиди забруднюючих речовин, які перевищують рівень ГДВ або ТПВ, встановлених дозволами на викид;

2) викиди забруднюючих речовин джерелами, які не мають дозволу на викид, в тому числі і по окремих інгредієнтах;

3) викиди забруднюючих речовин, що здійснюються з перевищенням граничних нормативів.

Наднормативні викиди забруднюючих речовин в атмосферне повітря можуть відбуватися за рахунок:

а) неефективності роботи газоочисних установок;

б) роботи нетехнологічного обладнання при несправних газоочисних установках або їх невикористанні;

в) порушення технологічних режимів;

г) невикористання у встановлені терміни заходів по досягненню нормативів ГДВ;

д) аварійних викидів забруднюючих речовин в атмосферне повітря;

е) залпових викидів забруднюючих речовин в атмосферне повітря, які не передбачені технологічними регламентами виробництв;

є) використання непроектних сировини та палива в технологічних процесах;

ж) інших видів порушень.

Під час роботи кількох джерел виділення забруднюючих речовин на одне джерело викиду забруднюючих речовин в атмосферне повітря, для якого встановлений норматив дозволеного викиду, необхідно ввести контроль величин забруднюючих речовин, що утворюються і відходять від кожного технологічного агрегату, і порівнювати з гранично допустимими.

Для визначення наднормативних викидів забруднюючих речовин в атмосферне повітря використовуються результати безпосередніх вимірів (інструментальні, інструментально-лабораторні, індикаторні) викидів в атмосферне повітря по джерелах викидів, які виконані у відповідності з діючими вимогами відбору і аналізу проб та оформлені у встановленому порядку.

Алгоритм розв’язання задач:

1. Розрахунок наднормативних видів забруднюючих речовин в атмосферне повітря виконується за формулою (1):

М_і = 0,0036 ∙ (V_i ∙C_i – M_gi) ∙Т, де (1)

V_i – об’ємна витрата газопилового потоку на виході з джерела, м³/с;

C_i – середня концентрація і-тої забруднюючої речовини (із серії відібраних проб), г/м³, розрахована як середня арифметична;

M_gi – потужність дозволеного викиду і-тої забруднюючої речовини по даному джерелу, г/с, встановлена дозволом на викид;

Т – час роботи джерела в режимі наднормативного викиду, год.

Термін роботи джерела в режимі наднормативного викиду визначається з моменту виявлення порушення до моменту його усунення, підтвердженого даними контрольної перевірки, з урахуванням фактично відпрацьованого часу. Якщо перевищення встановленого нормативу речовини по даному джерелу виявляється неодноразово, то термін роботи джерела в режимі наднормативного викиду береться з часу введення нормативу в дію по даному джерелу і речовині до дня контрольної перевірки, але не більше, як за один астрономічний рік.

У випадку, коли останнім виміром, зафіксованим у журналах первинної облікової інформації підприємства, не виявлено перевищення встановленого нормативу по даному джерелу і речовині, а під час інспекційної перевірки перевищення встановлене, відлік часу роботи джерела в режимі наднормативного викиду береться з моменту виявлення порушення.

У разі відсутності на підприємстві зафіксованих в первинній обліковій документації результатів вимірів потужності викидів забруднюючих речовин, або результати вимірів анульовані, час роботи джерела в режимі наднормативного викиду встановлюється за три попередні місяці до дня встановлення перевірки.

При невиконанні у встановлені терміни заходів по досягненню нормативів ГДВ розрахунки наднормативних викидів здійснюються як різниця між фактичною потужністю викидів, яка підтверджена результатами інструментальних вимірів, і величиною нормативу викиду після впровадження заходу, з урахуванням терміну, що минув після планового його закінчення.

Розрахунки потужності викидів забруднюючих речовин по джерелах або речовинах, які не мають дозволу на викид, ведуться на основі потужності фактичного викиду, визначеної інструментальними вимірами. При цьому час роботи джерела в режимі наднормативного викиду визначається з моменту виявлення порушення до моменту оформлення дозволу на викид.

2. Розрахунок розмірів відшкодування збитків за наднормативні викиди забруднюючих речовин в атмосферне повітря визначається за формулою (2):

З = М_і ∙ 1,1П ∙ А_і ∙ К_т ∙ К_зі, де (2)

З – розмір компенсації збитків, одиниць національної валюти;

М_і – маса і-тої забруднюючої речовини, що викинута в атмосферне повітря понаднормово, тонн;

1,1П – базова ставка компенсації збитків в частках мінімальної заробітної плати (П) за одну тонну умовної забруднюючої речовини на момент перевірки, одиниць національної валюти/тонну;

А_і – безрозмірний показник відносної небезпечності і-тої забруднюючої речовини;

К_т – коефіцієнт, що враховує територіальні соціально-економічні особливості;

К_зі – коефіцієнт, що залежить від рівня забруднення атмосферного повітря населення пункту і-тою речовиною.

3. Безрозмірний показник відносної небезпечності і-тої забруднюючої речовини (А_і) визначається із співвідношення за формулою (3):

А_і = , де (3)

ГДК_і – середньодобова гранично допустима концентрація і-тої забруднюючої речовини, мг/м³.

Для речовин з ГДК більше одиниці в чисельнику вводиться поправочний коефіцієнт 10.

Речовини, для яких відсутня величина середньодобової ГДК, при визначенні значення показника відносної небезпечності береться величина максимально разової ГДК забруднюючої речовини в атмосферному повітрі.

Для речовин, по яких відсутні величини ГДК, показник відносної небезпечності А_і приймаються рівним 500.

4. Коефіцієнт, що враховує територіальні соціально-економічні особливості (К_т), залежить від чисельності жителів населеного пункту, його народногосподарського значення і розраховується за формулою (4):

К_т = К_нас. ∙ К_ф, де (4)

К_нас. – коефіцієнт, що залежить від чисельності населеного пункту і визначається з табл. 1;

К_ф – коефіцієнт, що враховує народногосподарське значення населеного пункту і визначається за табл. 2.

Таблиця 1