Вредные вещества поступают в воздух в различных агрегатных состояниях. Это пары, газы, твердые и жидкие частицы. Пары и газы образуют с воздухом газо-и парообразные смеси, а механические частицы- аэрозоли.
Такое разнообразие веществ, их физико-химических свойств и условий поступления в среду предполагает наличие различных методов и устройств для очистки. В зависимости от вида очищаемой среды методы очистки подразделяются на две группы— механическое улавливание для очистки аэрозолей и физико-химическое связывание и преобразование ВВ в газо-и парообразных смесях.
Очистка аэрозолей от механических примесей
В зависимости от преобладания той силы, которая действует на частицу при отделении ее от воздушного потока, пылеуловители объединяются в 3 группы:
· гравитационные и инерционные, в которых частицы, соответственно, осаждаются из медленно движущегося (ламинарного) потока под действием силы тяжести или отделяются от потока при его вращении (центробежные циклоны), или при резком изменении направления (инерционные и жалюзийные пылеуловители). Эффективность очистки возрастает, когда частицы проходя через уловитель, поглощаются распыленными в его объеме каплями или жидкой пленкой, стекающей по внутренним поверхностям аппарата. Эти устройства удаляют частицы различных размеров (d=30...40 мкм — гравитационные, d= 20...30 мкм — инерционные, d=0,3...1 мкм — мокрые);
· фильтрующие, улавливающие твердые частицы “вторичным” пористым слоем, образующимся со временем на поверхности фильтра, а жидкие- волокнистыми мелкопористыми материалами. Высокая эффективность очистки объясняется соизмеримостью размеров пор и осаждаемых частиц. Для фильтрации твердых частиц используются зернистые слои (гравий, керамзит и др.), а также гибкие, полужесткие и жесткие пористые материалы (ткани, пенополиуретан, вязанные, тканные и проволочные сетки, пористая керамика и т.п.). Фильтрация используется для очистки как от крупно-, так и от мелкозернистых частиц с d=0,05...0,5 мкм. Для повышения качества очистки фильтровальные поверхности смачиваются (обычно маслом). Со временем поверхность загрязняется, поэтому необходима замена или регенерация фильтра (промывка, продувка, встряхивание и т.п.). Фильтрация жидких частиц осуществляется туманоуловителями и отличается только сбором жидкости при ее стекании и видами регенерации;
· электрические, в которых происходит электризация частиц пыли и осаждение последних на осадительных электродах. Степень очистки достигает 0,999. Этот принцип используется также и для улавливания туманов минеральных масел, пластификаторов и др. жидких частиц.
Очистка смесей от газо- и парообразных примесей
Для очистки используются следующие методы:
· адсорбция [5], поглощение паро- и газообразных примесей твердыми активными веществами (активированные угли, ионообменные смолы, силикагели и др.). Этот метод основан на физических свойствах данных веществ с ультратонкой структурой селективно извлекать и концентрировать на своей поверхности токсичные компоненты смеси. Адсорбция особенно эффективна при очистке смесей с большими концентрациями ВВ;
· хемосорбция, поглощение и химическое связывание газо-и парообразных примесей твердыми или жидкими поглотителями с образованием малолетучих или малорастворимых соединений. Это практически единственный метод очистки от оксидов азота;
· термическая нейтрализация, окисление горючих токсичных компонентов до образования менее вредных веществ при наличии свободного кислорода и высокой температуры газовой смеси. Этот метод эффективен при больших концентрациях и объемах выбросов ВВ, но не содержащих серу, фосфор, галогены и другие особенно вредные компоненты. Нейтрализация разделяется на три вида: термическое окисление (дожигание), прямое и каталитическое сжигание. Термическое окисление используют при высокой температуре очищаемой смеси отходящих газов, но при недостатке О2, или когда концентрация горючих примесей недостаточна для самостоятельного процесса горения. В этих случаях дожигание проводят, соответственно, либо с подачей О2, либо при нагреве смеси и последующем ее вдуве в рабочую зону, в которой сжигают высококалорийный газ. Прямое сжигание применимо когда большая часть энергии, необходимой для сгорания, сосредоточена в очищаемой смеси. (больше 50% общей теплоты сгорания). Системы огневого обезвреживания обеспечивают эффективность очистки 0,9... 0,99. Каталитическое сжигание используют для превращения токсичных компонентов в безвредные или менее вредные вещества в присутствии катализаторов. Этот способ нейтрализации эффективен для обезвреживания органических соединений и оксида углерода, очистки толуола в выбросах цехов окраски. Степень очистки достигает 0,98. Каталитические методы используются для нейтрализации выхлопных газов автотранспорта.
Каждый из рассмотренных методов имеет свою область применения. В ряде случаев он может быть единственно возможным. Эти методы имеют и свои характерные недостатки:
· гравитационные пылеуловители малопроизводительны и имеют большие габариты;
· из-за абразивного воздействия высокоскоростных твердых частиц велик износ элементов в инерционных пылеуловителях;
· вода в мокрых аппаратах может при контакте с некоторыми видами пылей менять свои химические свойства и явиться причиной загрязнений водоемов;
· срок службы фильтров ограничен из-за износа при работе и регенерации;
· со временем возрастает гидравлическое сопротивление и уменьшается производительность фильтров;
· тепловой режим в электрофильтрах ограничен по условиям взрывоопасности очищаемой смеси;
· при сжигании газов, содержащих фосфор, галогены, серу образуются продукты по токсичности во много раз превышающие исходную смесь;
· при термической нейтрализации возможно образование более вредного компонента, чем в исходном веществе, например, оксидов азота;
· присутствие железа, свинца, кремния и фосфора сокращает срок службы многих катализаторов или подавляет их активность.
