6.1.1. Нормування домішок атмосфери
Гранично допустимі концентрації (ГДК) домішок
Основною фізичною характеристикою домішок атмосфери є концентрація - маса (мг) речовини в одиниці об'єму (м3) повітря при нормальних умовах. Концентрація домішок визначає фізичний, хімічний та інші види впливу речовин на людину та НС і є основним параметром при нормуванні вмісту домішок в атмосфері.
ГДК - це максимальна концентрація домішок в атмосфері, віднесена до певного часу усереднення, яка при періодичному впливі або протягом всього життя людини не проявляє ні на неї, ні на НС в цілому шкідливого впливу (включаючи віддалені наслідки).
Максимально разова ГДКmax - основна характеристика небезпечності шкідливої речовини. Вона встановлюється для попередження рефлекторних реакцій у людини (відчуття запаху, світлової чутливості, зміна біоелектричної активності головного мозку тощо) при короткочасній дії атмосферних домішок.
Середньодобова ГДКсд встановлюється для попередження загальнотоксичного, канцерогенного, мутагенного та іншого впливу речовини на організм людини.
6.1.2. Пристрої для очищення промислових викидів
Класифікація пилепасток ґрунтується на принципових особливостях процесу відділення твердих частинок від газової фази, це:
- обладнання для вловлювання пилу сухим способом, до якого відносяться циклони, пилоосаджувальні камери, вихорові циклони, жалюзійні та ротаційні пиловловлювачі, електрофільтри, фільтри;
- обладнання для вловлювання пилу мокрим способом, до якого відносяться скрубери Вентурі, форсункові скрубери, пінні апарати тощо.
А. Сухі пиловловлювачі.
Циклони
Широке застосування для сухого очищення газів отримали циклони різних типів.
Для очищення великих мас газів використовуються батарейні циклони, які складаються з великої кількості паралельно встановлених циклонних елементів. Конструктивно вони об'єднуються в один корпус і мають спільне підведення та відведення газу.
Газовий потік вводиться в циклон (рис. 6.1) патрубком 2 по дотичній до внутрішньої поверхні корпуса 1 і здійснює обертово-поступальний рух вздовж корпуса до бункера 4. Під дією відцентрової сили частинки пилу утворюють на стінці циклона пиловий шар, який разом з частиною газу попадає в бункер 4. Відділення частинок пилу від газу, що попав в бункер, проходить при повороті газового потоку в бункері на 180°.
Рис. 6.1. Циклон: 1 - корпус; 2 - вхідний патрубок; 3 - центральна вихідна труба; 4 - пороховий бункер; 5 – шибер
Звільнившись від пилу, газовий потік утворює вихор і виходить із бункера, даючи початок виходу газу, що покидає циклон через вихідну трубу 3. Для нормальної роботи циклона необхідна герметичність бункера. Якщо бункер негерметичний, то із-за підсмоктування зовнішнього повітря відбувається винесення пилу з потоком через вихідну трубу. Очищуються гази циліндричними та конічними циклонами.
Ротаційні порохопастки
Ротаційні порохопастки відносяться до апаратів відцентрової дії, які одночасно з переміщенням повітря очищають його від фракції пилу понад 5 мкм. Вони мають значну компактність, оскільки вентилятор і пиловловлювач переважно суміщені в одному агрегаті. В результаті цього при монтажі та експлуатації таких машин не вимагається додаткових площ, необхідних для розміщення спеціальних пиловловлюючих пристроїв при переміщенні запиленого потоку звичайним вентилятором.
Конструктивна схема найпростішого пиловловлювача ротаційного типу показана на рис. 6.2. При роботі вентиляторного колеса 1 частинки пилу за рахунок відцентрових сил відкидаються до стінки спіралеподібного кожуха 2 і рухаються по ній в напрямку викидного отвору 3. Газ, збагачений пилом, через спеціальний отвір 3 виводиться в пилевий бункер, а очищений газ надходить у викидну трубу 4. Такі машини забезпечують достатньо високу ефективність очищення газу при вловлюванні порівняно великих частинок пилу (понад 20-40 мкм).
Рис. 6.2. Порохопастка ротаційного типу: 1 - вентиляційне колесо; 2 - кожух; 3 - пороховикидний отвір; 4 - викидна труба очищеного газу
Більш перспективними порохопастками ротаційного типу, які призначені для очищення повітря від частинок розміром < 5 мкм, є ПРП - протитечійні ротаційні пиловідділювачі.
Вихорові пиловловлювачі (ВПУ) також відносяться до апаратів відцентрової дії. Особливістю ВПУ є висока ефективність очищення газу від найтонших фракцій (< 3-5 мкм), що дає змогу в деяких випадках конкурувати з фільтрами.
Радіальні порохопастки
В радіальних пиловловлювачах (рис. 6.3) відділення твердих частинок від газового потоку проходить при сумісній дії гравітаційних та інерційних сил.
Рис. 6.3. Радіальний пиловловлювач: 1 - корпус; 2 - вхідна труба запиленого газу; З - викидна труба очищеного газу; 4 - труба для вивантаження вловленого пилу
Останні виникають при повороті газового потоку на 180° за зрізом вхідної труби 2. Середня швидкість піднімання газу ωг в корпусі 1 переважно становить < 1 м/с, при цьому для осідаючих частинок повинна виконуватись умова ωв>ωг, де ωв - швидкість витання частинок.
Ефективність очищення газу від частинок розміром 25-30 мкм переважно становить 65-85 %.
Електрофільтри
Електрофільтр - один із найдосконаліших видів очищення газів від завислих в них частинок пилу та туману. Цей процес ґрунтується на ударній йонізації газу в зоні коронуючого розряду, передачі заряду іонів до частинок домішок та осадження останніх на осаджувальних та коронуючих електродах.
Забруднений газ подається у нижню частину електрофільтра. За допомогою кабеля висока напруга подається на електроди електрофільтра. В утвореному при цьому неоднорідному електричному полі довкола від'ємного центрального електрода 1, який називається коронуючим, вмонтованого в корпус електрофільтра через ізолятор 2 і натягненого вантажем 3, виникає коронарний розряд. Одержавши від коронарного електрода від'ємний заряд, частинки пилу рухаються до додатного (осаджуючого) електрода 4, яким є стінки електрофільтра, з'єднаного з додатним контактом випрямляча В. Корпус апарата заземлено - 6. Очищений газ виводиться з верхньої частини фільтра. Пил видаляється з низу електрофільтра. Ступінь очищення, який досягається за допомогою електрофільтра, - 99,9 %.
В промисловості використовуються декілька типових конструкцій сухих та мокрих електрофільтрів для очищення технологічних домішок.
Сухі електрофільтри використовуються для тонкого очищення газів від пилу різних видів.
Рис. 6.4. Принципова схема електрофільтра: 1 - коронуючий електрод; 2 - ізолятор; 3 - вантаж; 4 - осаджуючий електрод; 5 - випрямляч; 6 - заземлення; 7 – патрубок для подачі забрудненого газу; 8 - патрубок для виведення очищеного газу; 9 - патрубок для виведення вловленого пилу
Фільтри
Фільтри широко використовуються для тонкого очищення газових викидів від домішок.
Процес фільтрування полягає в затриманні частинок домішок на пористих переділках при русі через них дисперсних середовищ. Принципова схема газового фільтра показана на рис. 6.5. У фільтр надходять забруднені гази, які очищаються при проходженні через фільтроелемент. Частинки домішок осідають на вхідній частині пористої переділки та затримуються в порах, утворюючи на поверхні переділки 2 шар осаду 3, і, таким чином, стають для домішок, які надходять, частиною фільтруючої переділки, що збільшує ефективність очищення фільтра, і перепад тиску на фільтроелементі зростає.
Рис. 6.5. Принципова схема газового фільтра: 1 - корпус; 2 - фільтроелемент; 3 - шар осаду
Класифікація фільтрів ґрунтується на типі фільтрувальної переділки, конструкції фільтра та його призначення, тонкості очищення. За типом переділки фільтри бувають:
• із зернистими шарами;
• з гнучкими пористими переділками (тканинні);
• з напівгнучкими пористими переділками (плетені сітки, пресовані стружки тощо);
• з жорсткими пористими переділками (пориста кераміка, пористі метали тощо).
За конструктивною ознакою газові фільтри бувають:
• рукавні;
• коміркові (рамкові та каркасні);
• рулонні.
Акустична коагуляція. Якщо на запилений газ подіяти звуком або ультразвуком високої інтенсивності, то частинки, які містяться в ньому, починають коливатись, і, стикаючись між собою, злипаються і укрупнюються, в результаті чого спрощується і полегшується їх видалення.
Промислове застосування акустичного методу знепилення газових викидів в Україні поки що обмежене.
Б. Мокрі пиловловлювачі
Апарати мокрого очищення газів мають широке застосування, оскільки характеризуються високою ефективністю очищення від дрібнодисперсного пилу з dч<(0,3-1,0) мкм, а також можливістю очищення від пилу горючих та вибухонебезпечних газів.
Апарати працюють за принципом осадження частинок пилу на поверхню або крапель рідини, або плівки рідини.
Конструктивно мокрі пиловловлювачі поділяють на скрубери, апарати ударно-інерційного типу, барботажно-пінні апарати тощо.
Скрубери Вентурі забезпечують високу ефективність очищення аерозолей із середнім розміром частинок 1-2 мкм при початковій концентрації домішок до 100 г/м3.
Різновидом апаратів для вловлювання пилу осадженням частинок на краплях рідини є форсункові скрубери. Загальна ефективність очищення становить 60-70 %.
В тих випадках, коли необхідно очищати невеликі маси гарячих газів від забруднень з розміром частинок понад 15-20 мкм, можна використовувати найпростіші зрошувальні пристрої, які виконуються у вигляді низки форсунок, вмонтованих в газохід.
До мокрих пиловловлювачів відносяться барботажно-пінні пиловловлювачі з провальною (рис. 6.6, а) або переливною (рис. 6.6, б) решітками.
В таких апаратах газ для очищення надходить під гратку 4, проходить через отвори в ній, і, барботуючи через шар рідини 3 та піни 2, очищається від частинок пороху за рахунок їх осадження на внутрішній поверхні газових бульбашок. Режим роботи апаратів залежить від швидкості подачі повітря під гратку. При швидкості до 1 м/с спостерігається барботажний режим роботи апарата. Подальше зростання швидкості газу в корпусі 1 апарата до 2,0 - 2,5 м/с супроводжується виникненням пінного шару над рідиною, що приводить до підвищення ефективності очищення газу та краплевинесення із апарата.
Рис. 6.6. Принципові схеми мокрих пиловловлювачів: а - барботажно-пінний пиловловлювач з провальною решіткою; б - барботажно-пінний пиловловлювач з переливною решіткою; 1 - корпус; 2 - піна; 3 - рідина; 4 - газорозподільча ґратка; 5 - патрубок для подачі води; 6 - патрубок для подачі запиленого газу; 7 – патрубок для виведення очищеного газу; 8 - патрубок для виведення шламу
Сучасні барботажно-пінні апарати забезпечують ефективність очищення газу від дрібнодисперсного пороху на 95-96 %.