Спосіб очищення газової суміші від шкідливих домішок

Реферат: Спосіб очищення газової суміші від шкідливих домішок включає пропускання газової суміші через водне середовище із розташованим в останньому волокнистим синтетичним матеріалом із іммобілізованими мікроорганізмами. UA 71620 U (12) UA 71620 U UA 71620 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Корисна модель належить до області очищення відхідних газів від шкідливих домішок, зокрема, до біологічного очищення газів, що надходять від джерел викидів, які розташовані на підприємствах харчової, лакофарбної, коксохімічної промисловості та на станціях біологічного очищення стічних вод. Відомий спосіб очищення газової суміші від шкідливих домішок таких, як аміак, хлористоводнева кислота і фтористоводнева кислота шляхом пропускання через воду (Ветошкин А.Г. Процессы и аппараты газоочистки. Учебное пособие. - Пенза: Изд-во ПТУ. 2006 - С. 12) [1]. Внаслідок такого пропускання відбувається абсорбція токсикантів і розчинення їх у воді. Як недоліки відомого способу [1], слід відмітити невисоку ефективність очищення газової суміші, а також накопичення у воді забруднюючих речовин, що вимагає додаткового очищення води, або при скиданні у відкриті водойми призведе до екологічного забруднення навколишнього середовища. Найбільш близьким аналогом до корисної моделі за технічною суттю і результатом, що досягається, є спосіб очистки відхідних газів від комплексів речовин, що мають неприємний запах (Патент РФ 2180261, МПК B01D 53/02, B01J 20/24, опубл. 10.03. 2002 p.) [2]. Спосіб полягає в наступному. Очистку відхідних газів здійснюють у біофільтрі, який представляє собою корпус циліндричної форми, виготовлений з корозійностійкого матеріалу висотою 1,4 м і діаметром 0,20 м. Рівномірність розподілу газового потоку (витрата повітря з розрахунку 100 3 2 м /годину на 1 м площі) по об'єму передбачається за рахунок дренажного шару гравію та металевої сітки з діаметром отворів 1 мм. Як біологічно-активний фільтруючий матеріал використовують дрібну тріску, тирсу, кору листяних дерев (відходи деревообробної промисловості) та скоп (відходи целюлозно-паперового виробництва у вигляді осаду, що містить волокно, дрібну кору і каолін). Вказані матеріали з іммобілізованими мікроорганізмами укладають пошарово (дрібна тріска → тирса → скоп → кора), причому кожен шар матеріалу зволожують до 70-80 %. Через біофільтр з укладеним фільтруючим матеріалом пропускають 3 газову суміш, що містить, мг/м : аміаку - 10, сірководню - 0,0345, фенолу - 0,025, меркаптанів 3 0,057. Витрати газової суміші, яку пропускають, становлять 0,24 м /годину. Відповідно до представлених даних, в способі [2] його реалізація забезпечує достатньо високий ступінь очистки при низьких концентраціях забруднюючих речовин, зокрема по аміаку 98,7 %, по сірководню 99,6 %, по фенолу 89 %, по меркаптанам 71 %. Для визначення стабільності показників ступеня очищення газової суміші з підвищеною концентрацією забруднюючих речовин, а також тривалості процесу очищення було поставлено наступний дослід. У колонку діаметром 0,2 м і висотою 1,4 м шарами було укладено зволожений до 80 % біологічно-активний фільтруючий матеріал рослинного походження (дрібну тріску листяних порід дерев, тирсу, скоп і кору) з іммобілізованими мікроорганізмами, а також укладено дренажний шар гравію і встановлено металеву сітку з діаметром отворів 1 мм. В 3 нижню частину колонки подавали газову суміш для очищення такого складу, мг/м : аміаку - 100, сірководню - 240, фенолу - 90, меркаптанів - 50. Витрати газової суміші становили 0,25 3 м /годину. Очищення газової суміші проводили протягом 120 діб. В процесі очищення відбирали проби і вміст забруднюючих речовин визначали газохроматографічним методом (газовий хроматограф 6890 N фірми Agilent). Дані за ступенем очищення газової суміші представлено в таблиці 1. Таблиця 1 Ступінь Ступінь Назва очищення очищення забруднювача на початку через 20 досліду, % днів, % Аміак 91 83 Сірководень 89 78 Фенол 81 72 Меркаптани 60 54 Ступінь Ступінь Ступінь Ступінь Ступінь очищення очищення очищення очищення очищення через 40 через 60 через 80 через 100 через 120 днів, % днів, % днів, % днів, % днів, % 71 62 50 45 40 70 64 52 43 40 66 53 41 36 32 45 37 31 26 20 45 50 Як випливає із даних, спочатку ефективність очистки в такий спосіб складала 81-91 % (крім меркаптанів, ефективність очищення яких становила лише 60 %). Потім фільтруючий матеріал природного походження почав деформуватись під впливом газової суміші, яка проходила крізь нього. Внаслідок такої деформації кора, тирса і тріска почали місцями ущільнюватись, а також в межах зон інтенсивної подачі газової суміші утворились значні щілини, тому та частина газової 1 UA 71620 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 суміші, що потрапляла в ці щілини залишалась не очищеною. Через 120 діб процесу очищення в такий спосіб ефективність біодеструкції складала 60-69 % (а для меркаптанів ефективність біодеструкції становила 20 %), тобто зменшилась на 40-49 %. Таким чином, основним недоліком відомого способу є нестабільність процесу біодеструкції забруднювачів, що призводить до досить короткого часу ефективного очищення газової суміші з підвищеною концентрацією забруднюючих речовин. Слід також відмітити, що в процесі очищення газової суміші біологічно-активний фільтруючий матеріал рослинного походження, який пропонується використовувати, розкладається мікроорганізмами з утворенням біологічно стійких, забарвлених гумінових і фульвокислот та створює великий газо- та гідродинамічний опір. Задачею, на вирішення якої направлена корисна модель, є розробка способу очистки газової суміші від шкідливих домішок, в якому використання іншої природи біологічно-активного фільтруючого матеріалу, а саме неорганічної природи, та розміщення останнього у водному середовищі забезпечило б стабільність процесу біодеструкції забруднювачів газової суміші з підвищеною концентрацією забруднюючих речовин, і, відповідно, збільшення тривалості процесу ефективного очищення, а також уникнення розкладання матеріалу біофільтра і зменшення газо- та гідродинамічного опору. Для вирішення поставленої задачі запропоновано спосіб очищення газової суміші від шкідливих домішок, що включає пропускання газової суміші через біологічно-активний фільтруючий матеріал з іммобілізованими мікроорганізмами, в якому, згідно з корисною моделлю, газову суміш пропускають через водне середовище із розташованим в останньому біологічно-активним матеріалом із іммобілізованими мікроорганізмами, причому як біологічноактивний матеріал використовують волокнистий синтетичний матеріал з діаметром волокон 1013 мкм; при цьому як біологічно-активний фільтруючий матеріал використовують синтетичні волокна з поліамідного або поліетилентерифталевого матеріалу, і волокнистий матеріал натягнутий на рамку, яку встановлено перпендикулярно потоку. Нами запропоновано використовувати як біологічно-активний матеріал волокнистий синтетичний матеріал (поліамідний або поліетилентерифталевий), який розташований у водному середовищі. Як фільтруючий матеріал використовують волокнисті насадки типу ВІЯ, які виготовляються з надзвичайно стійких у водному середовищі хімічних полімерів (капрону, аніду, поліаміду тощо) у вигляді супертонкого волокна; вони займають дуже незначний (менше 1 %) об'єм біореактора і тому не створюють практично жодного опору для проходження крізь них забрудненого повітря. При очищенні газової суміші у водному середовищі шляхом пропускання останньої через синтетичний волокнистий матеріал з іммобілізованими мікроорганізмами, закріплений у рамці перпендикулярно потоку газової суміші, створюються умови для одночасного протікання процесів абсорбції у воді, адсорбції на поверхні волокнистого матеріалу, а також практично повної біодеструкції шкідливих домішок з утворенням нетоксичних продуктів біохімічного розкладу (сірководень - до вільної сірки та води, аміак - до молекулярного азоту і води, а фенол розкладається до вуглекислого газу і води), тобто в результаті використання волокнистого синтетичного матеріалу не утворюється жодних побічних забруднюючих речовин, які утворюються при використанні біологічно-активного матеріалу рослинного походження. Таким чином, сукупність суттєвих ознак способу, що заявляється, є необхідною і достатньою для досягнення забезпечуваного корисною моделлю технічного результату - досягнення стабільності процесу біодеструкції забруднювачів газової суміші і збільшення тривалості ефективного очищення, уникнення розкладання біологічно-активного фільтруючого матеріалу в процесі експлуатації біофільтра і утворений гумінових і фульвокислот; при цьому біологічноактивний матеріал, який використовується, є стійкий до гідродинамічних навантажень і не створює великого газо- та гідродинамічного опору в процесі очищення газової суміші. Спосіб реалізується наступним чином. Очищенню підлягала газова суміш такого складу, мг/м: аміаку - 100, сірководню - 240, фенолу - 90, меркаптанів - 50, що утворюється на каналізаційно-насосній станції "Оболонь", м. Київ. Процес очищення здійснювали у біореакторі, який представляв собою промивач газів типу ПРГ-0,05, всередині якого були встановлені дві рамки, на які було прикріплено біологічноактивний фільтруючий матеріал у вигляді синтетичних волокнистих компонентів типу "ВІЯ" з діаметром волокон 1-3 мм. Синтетичні волокна, виготовлені з поліамідного та 2 поліетилентерифталевого матеріалів, загальною площею 0,54 м . Потік газової суміші був перпендикулярно направлений до біологічно-активного фільтруючого матеріалу. Процес очищення газової суміші здійснювали при питомій витраті 3 газової суміші 49,9 м /годину протягом 120 діб. В процесі очищення через кожні 20 діб 2 UA 71620 U відбирали проби за допомогою аспіратора-ПУ-23 і визначали концентрацію забруднюючих речовин. Вміст компонентів у вихідній газовій суміші і очищеній газовій суміші визначали газохроматографічним методом (газовий хроматограф 6890 N фірми Agilent). Дані з очищення газової суміші представлені в таблиці 2. 5 Таблиця 2 Ступінь Ступінь Назва очищення очищення забруднювача на початку через 20 досліду, % днів, % Аміак 95 95 Сірководень 91 90 Фенол 88 88 Меркаптани 85 84 10 15 20 25 Ступінь Ступінь Ступінь Ступінь Ступінь очищення очищення очищення очищення очищення через 40 через 60 через 80 через 100 через 120 днів, % днів, % днів, % днів, % днів, % 94 93,5 93,1 92 91 89,5 89 88,4 87,9 87 86,5 86 85,1 84 83 83 82,5 81,7 81 80 З даних представлених в таблиці 2 випливає, що реалізація запропонованого способу забезпечує високий ступінь очищення газової суміші з підвищеною концентрацією забруднюючих речовин протягом тривалого часу - 120 діб. Висока ефективність запропонованого способу очищення газової суміші досягається при використанні волокнистого матеріалу з діаметром волокон 1-3 мм. При використанні волокон з діаметром меншим ніж 1-3 мм ефективність очищення газовій суміші не зменшується, але виготовлення таких волокон являється технологічно складним, а використання волокон з більшим діаметром, наприклад 5-7 мм, призведе до зменшення ефективності очищення, особливо при тривалому використанні. Переваги запропонованого способу полягають у наступному: Реалізація способу забезпечує: високий ступінь очищення газової суміші (80-91 %) з підвищеною концентрацією забруднюючих речовин, яка перевищує концентрацію забруднюючих речовин у відомому способі у сотні разів; стабільність процесу очищення газової суміші, про яку свідчить практично незмінний ступінь очищення протягом 120 діб, в той же час як реалізація відомого способу забезпечує високий ступінь очищення лише протягом 20 діб. Тобто тривалість збільшується у 6 разів; уникнення розкладання біологічно-активного фільтруючого матеріалу в процесі очищення призводить до відсутності вторинного забруднення води. високий ступінь біодеструкції забруднюючих компонентів газової суміші призводить до їх відсутності у воді. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 40 1. Спосіб очищення газової суміші від шкідливих домішок, що включає пропускання газової суміші через біологічно-активний фільтруючий матеріал з іммобілізованими мікроорганізмами, який відрізняється тим, що газову суміш пропускають через водне середовище із розташованим в останньому біологічно-активним матеріалом із іммобілізованими мікроорганізмами, причому як біологічно-активний матеріал використовують волокнистий синтетичний матеріал з діаметром волокон 1-3 мм. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що використовують синтетичні волокна з поліамідного або поліетилентерифталевого матеріалу. 3. Спосіб за пп. 1, 2, який відрізняється тим, що волокнистий матеріал натягнутий на рамку та встановлений перпендикулярно потоку газової суміші. Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3