Наряду с абсорбционно-биохимическими установками АБХУ для очистки вентиляционного воздуха от органических веществ могут применятся следующие методы:
Метод термического окисления, или прямого термического сжигания
Основан на способности большинства органических соединений (при концентрации не ниже 12-15 мг/м3) диссоциировать при температурах 600-1200 °С и, взаимодействуя с кислородом, содержащемся в сжигаемых газах, образовывать двуокись углерода и водяные пары. Метод не требует высокой степени обеспыливания газов.
Недостатки термического окисления:
- при сгорании топлива (особенно при несоблюдении при этом температурных режимов), образуются токсичные бенз(а)пирен и окислы азота;
- степень превращения органических соединений 97-99% достигается при температурах 1000 °С, что требует значительных затрат энергии.
По этим причинам метод термического окисления не получил широкого распространения в литейном производстве. Наиболее известно дожигание образующихся при горячем плакировании газов на установке «Maksei-250» и аналогичной отечественной установке мод. 15711М. Дожигание применяется также в установке терморегенерации фирмы Centrozap (Польша).
Термокаталитический метод
Суть термокаталитического метода заключается в деструкции и окислении органических веществ кислородом воздуха (до 10 г/м3) при повышенных температурах в присутствии катализатора в реакторах. В этих реакторах вентиляционные выбросы предварительно нагреваются в рекуператоре очищенными газами и поступают в подогреватель. Нагретые до температуры, при которой осуществляется реакция, газы проходят через слой катализатора и очищаются. При использовании катализаторов температура, по сравнению с термическим методом, может быть снижена до 250-450 0С, при этом температура очищаемого воздуха повышается эквивалентно величине теплового эффекта реакции окисления. Достаточно высокое содержании токсичных соединений при использовании термокаталитического метода позволяет проводить процесс очистки автотермично (без дополнительного подвода теплоты).
Недостатки термокаталитического метода:
- дополнительные затраты энергии (топлива) на подогрев очищаемого потока при низких концентрация вредных веществ в вентиляционных выбросах;
- выброс горячего газа после рекуперации тепла в атмосферу;
- значительные капитальные и текущие затраты на эксплуатацию вследствие высоких металло- и энергоемкости оборудования;
- необходимость тщательной очистки газов от взвешенных и смолистых веществ;
- правильный выбор катализатора, его устойчивость к каталитическим ядам, механическая прочность, низкая стоимость, возможность регенерации;
- каталитическое окисление аммиака приводит к образованию токсичных окислов азота, сернистые соединения являются ядом для большинства катализаторов, а попадание частиц пыли и паров воды снижает их активность.
Для очистки вентиляционных выбросов от фенола и формальдегида созданы различные реакторы, основанные на термокаталитическом методе: ТКРВ (1,6-250 тыс. м3/ч) Дзержинского филиала НИИОГаза; ТКР Киевского института газа АН Украины (установлены на Киевском комбинате «Рядяньска Украина» и ПО «Укрпластик»).
Методы адсорбции
Метод адсорбции основан на поглощении токсичных веществ твердыми сорбентами, химическими реагентами или специальными составами. Благодаря своей ультрамикроскопической структуре адсорбент может выборочно извлекать газовых компонентов и удерживать их на своей поверхности в больших концентрациях. Метод адсорбции особенно перспективен в тех случаях, когда подвергаются обработке большие объемы загрязненного воздуха. Применение метода адсорбции снижает эксплуатационные расходы за счет удаления основной доли токсичных продуктов при комнатной температуре.
Как правило, установки промышленной адсорбции выпускаются периодического действия, т.е. в них период адсорбции чередуется с периодом регенерации или замены адсорбента
Недостатки адсорбции:
- необходимость тщательной очистки газов от взвешенных и смолистых веществ;
- правильный подбор адсорбента, его физико-химические свойства, сложный процесс регенерации, зависимость от концентрации очищаемых газов, температуры и влажности процесса;
- при регенерации адсорбента адсорбционно-окислительным методом в окружающую среду выделяются вредные вещества;
- необходимость утилизации отработанного адсорбента;
- невозможность очистки газов от окиси углерода и аммиака.
Обезвреживание этим способом при наличии смолистых составляющих возможно путем использования абсорбента, обладающего свойствами катализатора. Технологическая установка производительностью 6000 м3/ч очистки отходящих газов адсорбционно-каталитическим методом от фенола разработана Госпластпроектом совместно с ИФК АН Украины и внедрена на Вильнюсском заводе пластмассовых изделий «Пласта».
Методы сухой биологической очистки газов
Заключаются в нейтрализации токсичных продуктов при прохождении загрязненного воздуха через систему полок, покрытых слоем слегка увлажненной биологической массы.
Недостатки метода сухой биологической очистки:
- необходимость предварительной очистки газов от смолистых и взвешенных веществ;
- затрудненное сохранение жизнедеятельности микроорганизмов в реальных условиях периодической эксплуатации газоочистного оборудования.
- значительные габариты установки сухой биологической очистки.
Установка, разработанная Дзержинским филиалом НИИОгаз производительностью 280 тыс. м3/ч осуществляет очистку по методу сухой биологической очистки, эксплуатируется на Волгодонском лесоперевалочном комбинате. Очищаемые газы содержат 2-3 мг/м3 фенола, что значительно ниже его содержания и других токсичных газов в литейных вентиляционных выбросах. Описанная установка может быть использована после дополнительной доработки.
Установки сухой биологической очистки внедряются в настоящее время в Германии. Большой интерес представляет опыт фирмы «Arasin» (Германия) по очистке литейных вентиляционных выбросов от заливочных участков в биологических фильтрах и установках адсорбционной и комбинированной биоадсорбционной очистки.
Конденсационный метод
Использование принудительной конденсации отходящих газов известен давно, однако применяется он достаточно редко. Специалистами УП «Промышленные экологические системы» г. Минск разработан метод локализации газовыделений непосредственно из оснастки в процессе отверждения стержня с последующим улавливанием вредных веществ в малогабаритных аппаратах (барботажных конденсаторах). Данная технология внедрена на ОАО «АвтоВАЗ» г. Тольятти, ОАО ЧАЗ г. Чебоксары для изготовления стержней в нагреваемой оснастке.
Абсорбционный метод
Сущность абсорбционной очистки заключается в поглощении газов или паров из газовых или парогазовых смесей жидкими поглотителями (абсорбентами). К достоинствам абсорбционного метода можно отнести высокую эффективность извлечения улавливаемых веществ в широком диапазоне концентраций, непрерывность процесса при условии регенерации абсорбента, возможность очистки газового потока, как от твердых взвешенных веществ, так и парогазовых составляющих, относительная простота аппаратурного оформления.
При абсорбционном методе химическими реагентами возникают следующие проблемы:
- приготовления и точной дозировки реагентов-окислителей, пропорционально концентрации примесей в очищаемых газах;
- удаления отработанного абсорбционного раствора;
- защиты оборудования от коррозии .
Абсорбционный метод можно использовать для очистки вентиляционных выбросов от вредных органических веществ, выделяющихся от литейного оборудования, при условии правильного подбора абсорбента и наличии технологии его регенерации.
Химический метод
Способ химической очистки (химический метод) заключается в обработке растворов, содержащих органические вещества, специальными реагентами. В результате обработки образуются новые нетоксичные вещества, которые могут быть использованы как сырье для дальнейшего применения в смежных производствах или быть захоронены на свалках.
Начиная с середины 80-х годов для реализации химического метода широкое распространение получили скрубберы вследствие развития процессов изготовления стержней, получаемых с использованием газообразных и жидких отвердителей (в ненагреваемой оснастке – Cold-Box-процессы). В этих случаях необходима нейтрализация катализатора, особенно после продувки, поэтому каждая современная стержневая машина требует оснащения системой газоочистки.
При очистке аминосодержащих газов химическим методом образуется 20-50 л/ч жидких отходов. Полученный концентрат возможно возвращать для обработки с целью выделения и регенерации амина в централизованной установке, однако данный механизм в странах СНГ пока не реализован. Современные кислотные скрубберы позволяют получать концентрацию сульфатов в пределах 500-700 г/л, что соответствует ~ 300-420 г амина/л отработанного раствора.
К достоинствам химического метода можно отнести возможность очистки стоков с неограниченной концентрацией и с достаточно высокой степенью очистки, к недостаткам — значительный расход химреактивов (кислоты и щелочи) сложность и низкую рентабельность технологического процесса, образование стоков с высоким солесодержанием, что требует их обильного разбавления перед сбросом в канализацию.
Мокрый биологический метод
Сущность биологического метода заключается в способности микроорганизмов использовать в качестве питательной среды и источников энергии растворенные в воде органические и неорганические соединения. К достоинствам биологического метода можно отнести низкие капитальные и эксплуатационные затраты, высокую эффективность очистки в широком интервале химического состава и концентраций органики, простоту, надежность и экологическую безопасность процесса. Подробная информация о мокром биологическом методе приведена здесь
Газоразрядный метод
Основан на окислении молекул органических соединений озоном высокой концентрации.
Достоинствами газоразрядного метода являются малые габаритные размеры установки, широкий качественный и количественный состав выбросов.
К недостаткам газоразрядного метода можно отнести :
— необходимость предварительной очистки вентиляционного воздуха от взвешенных пылевых и аэрозольных частиц, смолистых веществ;
— необходимость установки каталитического блока для доокисления органики и нейтрализации избытка озона;
— ограничения по максимальной влажности очищаемого воздуха;
— ограниченный срок службы газоразрядных ячеек и их высокая стоимость.
Фотокаталитический метод.
Сущность метода состоит в окислении веществ на поверхности катализатора под действием мягкого ультрафиолетового излучения с длиной волны более 300 нм.
Использование фотокаталитического метода известно с конца прошлого века, в промышленной очистке вентиляционного воздуха применяется достаточно редко.
Основным недостатком является низкая производительность установок, работающих по принципу фотокаталитического метода.
