Файл: Практикум для студентов направления 210504 Горное дело ЮжноРоссийский государ ственный политехнический университет (нпи) имени М. И. Пла това. Новочеркасск юргпу(нпи), 2016. 96 с.pdf

32 агентов, связывающих примеси химически (метод хемосорбции); поглощение газообразных примесей твердыми активными веще- ствами (метод адсорбции); поглощение примесей путем приме- нения каталитического превращения.
Метод абсорбции
Метод абсорбции заключается в разделении газовоздушной смеси на составные части путем поглощения одного или несколь- ких газовых компонентов этой смеси поглотителем (называемым абсорбентом) с образованием раствора.
Физическая сущность процесса абсорбции объясняется так называемой пленочной теорией, согласно которой при соприкос- новении жидких и газообразных веществ на поверхности раздела обеих фаз образуется жидкостная и газовая пленки. Растворимый в жидкости компонент газовоздушной смеси проникает путем диффузии сначала через газовую пленку, а затем сквозь жидкост- ную и поступает во внутренние слои абсорбента,
Поглощающую жидкость (абсорбент) выбирают из условия растворимости в ней поглощаемого газа, температуры и парци- ального давления газа над жидкостью.
Применение абсорбционных методов очистки, как правило, связано с использованием схем, включающих узлы абсорбции и десорбции. Десорбция растворенного газа проводится либо сни- жением общего давления примеси, либо повышением температу- ры, либо использованием обеих приемов одновременно.
Абсорберы бывают следующих типов: пленочные, насадоч- ные, трубчатые и др. Наибольшее распространение получили скрубберы, представляющие собой насадку 1, размещенную в полости вертикальной колонны (рис.13).

33
Рис.13. Орошаемый скруббер-абсорбер с насадкой
В качестве насадки, обеспечивающей большую поверхность контакта газа с жидкостью, обычно используются кольца Рашига, кольца с перфорированными стенками и др. Материалы для изго- товления насадки выбираются исходя из соображений антикорро- зионной устойчивости. Орошение колонн абсорбентом осуществ- ляется при помощи одного или нескольких разбрызгивателей.
Метод хемосорбции
Метод основан на поглощении газов и паров твердыми или жидкими поглотителями с образованием малолетучих или мало- растворимых химических соединений. Большинство реакций, протекающих в процессе хемосорбции, являются экзотермиче- скими и обратимыми, поэтому при повышении температуры рас- твора образующееся химическое соединение разлагается с выде- лением исходных элементов.
Примером хемосорбции может служить очистка газовоз- душной смеси от сероводорода путем применения мышьяково- щелочного, этаноламинового и других растворов.
Так при мышьяковощелочном методе извлекаемый из отхо- дящего газа сероводород связывается оксисульфомышьяковой солью, находящейся в водном растворе по реакции.
Na
4
As
2
S
5
O
2
+ H
2
S = Na
4
As
2
S
6
O + H
2
O

34
Регенерация раствора производится окислением кислорода, содержащегося в очищаемом воздухе:
Na
4
As
2
S
6
O + ½O
2
= Na
4
As
2
S
5
O
2
+ S
2
В этом случае в качестве побочного продукта получается сера.
Метод адсорбции
Метод основан на физических свойствах некоторых твердых тел с ультрамикроскопической структурой, селективно извлекать и концентрировать на своей поверхности отдельные компоненты из газовой смеси.
Наиболее широко в качестве адсорбента используется акти- вированный уголь. Он применяется для очистки газов от органи- ческих паров, удаления неприятных запахов и газообразных при- месей, содержащихся в незначительных количествах в промыш- ленных выбросах, а также летучих растворителей и целого ряда других газов. В качестве адсорбентов применяются также про- стые и комплексные оксиды (активированный глинозем, силика- гель, активированный оксид алюминия), которые обладают большей селективной способностью, чем активированные угли.
Однако они не могут использоваться для очистки очень влажных газов.
Конструктивно адсорберы выполняются в виде вертикаль- ных, горизонтальных либо кольцевых емкостей, заполненных по- ристым адсорбентом, через который фильтруется поток очищае- мого газа. Вертикальные адсорберы, как правило, применяются при небольших объемах очищаемого газа; горизонтальные и кольцевые - при высокой производительности, достигающей де- сятков и сотен тысяч м
3
/ч.
На рис.14 представлена схема адсорбционной установки для удаления SO
2 из горячего топочного газа. Основным агрегатом установки служит адсорбер 1, который заполнен древесным ак- тивированным углем. Горящий топочный газ проходит теплооб- менник 2, подогревает воздух, поступающий в топку, и подается в нижнюю часть адсорбера, где при температуре 150 - 200°С про- исходит улавливание SO
2
. Очищенный дымовой газ выбрасыва- ется в атмосферу через дымовую трубу. Адсорбент после насы- щения переводится в десорбер 5, где с помощью подогревателя 3

35 поддерживается температура 300 - 600°С. Богатый оксидом серы газ выводится из десорбера и может быть полезно использован.
Регенерированный адсорбент поступает в бункер 4 и затем с по- мощью ковшового элеватора поступает в верхнюю часть адсор- бера.
Рис.14. Адсорбционная установка для удаления SO
2
из горячего топочного газа
Каталитический метод
Метод позволяет превращать токсичные компоненты про- мышленных выбросов в вещества безвредные или менее вредные для окружающей среды путем введения в систему дополнитель- ных веществ называемых катализаторами.
Каталитические методы основаны на взаимодействии удаля- емых веществ с одним из компонентов, присутствующих в очи- щаемом газе, или со специально добавляемым в смесь веществом на твердых катализаторах. Действие катализаторов проявляется в промежуточном химическом взаимодействии катализатора с реа- гирующими соединениями, в результате которого образуются промежуточные вещества и регенерированный катализатор.
В большинстве случаев катализаторами могут быть метал- лы или их соединения – платина и металлы платинного ряда, ок- сиды меди, марганца и др.

36
На рис.15 представлен каталитический реактор, предназна- ченный для окисления толуола, содержащегося в газовоздушных выбросах цехов окраски. Воздух, содержащий примеси толуола, подогревается в межтрубном пространстве теплообменника – ре- куператора 1, откуда по переходным каналам он поступает подо- греватель 4. Продукты сгорания природного газа, сжигаемого в горелках 5, смешиваются с воздухом, повышая его температуру до 250 ÷ 350
о
С, т.е. до уровня, обеспечивающего оптимальную скорость окисления толуола на поверхности катализатора. Про- цесс химического превращения происходит на поверхности ката- лизатора 3, размещенного в контактном устройстве 2. Смесь воз- духа и продуктов реакции при t = 350 ÷ 450
о
С направляется в ре- куператор 1, где отдает тепло газовоздушному потоку, идущему на очистку, и затем выходной патрубок выводится в атмосферу.
Рис.15. Каталитический реактор
Эффективность очистки такого реактора составляет 95-98% при расходе вспомогательного топлива (природного газа) 3,5-4,0 м
3
на 1000 м
3
очищаемого воздуха.
Термический метод (дожигание)
Применяется для нейтрализации вредных примесей, содер- жащихся в вентиляционных и других выбросах. Для осуществле- ния дожигания необходимо поддержание высоких температур очищаемого газа и наличие достаточного количества кислорода
Одним из простейших устройств, используемых для огнево- го обезвреживания технологических и вентиляционных выбро- сов, является горелка, предназначенная для сжигания природного газа (Рис16.).

37
Рис.16 Установка дожигания
Обезвреживаемые выбросы подаются в канал 1, где они омывают горелку 2. Из коллектора 3 газ, служащий топливом, поступает в сопла, при истечении из которых инжектируется пер- вичный воздух из окружающей среды. Горение смеси газа с пер- вичным воздухом осуществляется в V-образной полости коллек- тора. Процесс догорания происходит на выходе из полости, где хвостовая часть факела контактирует с обезвреживаемыми вы- бросами при их истечении из кольцевой щели между корпусов горелки и коллектора.
Отчет по работе должен содержать:
- титульный лист;
- цель работы;
- содержание работы;
- необходимые чертежи и схемы;
- задания и выводы;
- список использованной литературы.

38 5. Принципы работы и особенности конструкции мокрых пылеуловителей.
6. Промышленные характеристики работы различных мокрых пылеуловителей
7. Электрофильтры. Принцип работы, особенности кон- струкции и эффективность работы.
8. Фильтры, их разновидности, конструктивные особен- ности и эффективность очистки.
9. Методы очистки промышленных выбросов от газооб- разных примесей.

39
Практическая работа №3.
ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА И МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ
ВОДНОГО БАССЕЙНА
Цель работы: изучить основные методы и технические средства по очистке сточных вод, условиям их эффективного ис- пользования и области применения.
1. Краткие теоретические сведения
При добыче полезных ископаемых между горными выра- ботками и гидрологическими объектами развиваются определен- ные гидравлические связи. Изменение параметров подземного стока приводит к смене режима водного питания биогеоценозов, нарушению обмена минеральных веществ, в экосистемах суши и баланса притоков и расходов в водных экосистемах, а также к ис- тощению водного ресурса.
Водопотребление при добыче и переработке полезных иско- паемых обычно связано с хозяйственно-бытовыми и коммуналь- ными нуждами, производственными или техническими, а также с пожаротушением. При каждом направлении предусматривается использование воды определенного качества. Для хозяйственно- бытовых, коммунальных и некоторых производственных нужд применяется вода питьевого качества. Для производственных нужд применяется в основном техническая вода, к которой отно- сятся и попутно извлекаемые при добыче полезных ископаемых шахтные и карьерные воды. При использовании шахтных и карь- ерных вод для пылеподавления содержание взвешенных веществ должно быть не более 50 мг/л, активная реакция рН = 6,0–9,5 и полное отсутствие посторонних запахов.
Основные контролируемые показатели речных водостоков следующие: скорость течения (м/с), расход (м
3
/с), продолжитель- ность фаз состояния. На озерах регистрируется уровень воды, пе- риоды формирования сплошного ледового покрова, ледостава и таяния льда. Гидрологические данные измеряются на специали- зированных станциях и постах сети Госкомгидромета.
Подземные воды контролируются по сети региональных наблюдательных скважин, пробуренных до соответствующего

40 горизонта распространения запасов, пригодных для водоснабже- ния.
Необходимым элементом контроля за соответствием водных ресурсов служит наблюдение за водопритоком в горные выра- ботки.
Выполнение контроля состояния водного бассейна необхо- димо для заблаговременного выявления тенденции к недопусти- мому сокращению запасов поверхностных вод и почвенной влаги или к переувлажнению поверхностных отложений и заболачива- нию земель. Используют следующие показатели признаков нега- тивных процессов: изменение мощности зоны аэрации, т.е. рас- стояние от земной поверхности до уровня подземных вод сплош- ного распространения; распределение долей поверхностного сто- ка, подземного стока в пределах аэрации, стока в подземные воды с постоянным уровнем капиллярной влаги от величины атмо- сферных осадков.
Для контроля качества вод существуют 4 категории пунк- тов контроля.
Пункты 1
-й категории располагаются на средних, больших водоемах и водотоках, в городах с населением свыше 1 млн. чел., в районах повторяющихся аварийных сбросов. Пункты 2
-й кате- гории размещаются в районах со средней загрязненностью воды, расположения городов с населением от 0,5 до 1 млн. чел. Пункты
3
-й категории устанавливаются на реках и озерах у городов с населением до 0,5 млн. чел., в устьях водопритоков, где наблюда- ется низкая загрязненность воды. Пункты 4
-й категории устанав- ливаются на незагрязненных водоемах и водостоках, располо- женных на территории заповедников и природных национальных парков. Измерения в пунктах контроля проводятся по специаль- ным программам. Всего стандартных программ 6, из них 4 преду- сматривают определение гидрологических и гидрохимических показателей и 2 – гидробиологических.
Состав сточных вод на промышленных предприятиях может значительно колебаться в зависимости от вида и регионов техно- логического процесса. Контроль состава сточных вод заключает- ся в измерения органолептических показателей воды: концентра- ция водородных ионов; содержание грубодисперсных веществ; химического потребления кислорода (ХПК); количества раство- ренного в воде кислорода, биохимического потребления кисло-

41 рода (БПК) и концентрации вредных веществ, для которых суще- ствуют нормируемые значения ПДК,
Из органолептических показателей воды контролируют два: цвет и запах.
Цвет воды устанавливают измерением ее оптической плот- ности на спектрофотометре при различных длинах волн прохо- дящего света.
Контроль запаха носит качественный характер, проводят его при комнатной температуре или при нагревании сточной воды в колбе до температуры 320 - 340 К.
Концентрация водородных ионов выражается величиной рН. Величина рН в сточных водах определяется электрометриче- ским способом, основанным на том, что при изменении величи- ны рН в жидкости на единицу, потенциал стеклянного электрода, опущенного в эту жидкость, изменяется на постоянную для дан- ной температуры величину.
Определение грубодисперсных примесей осуществляется измерением массовой концентрации механических примесей и фракционного состава частиц. Для этого применяют фильтрова- ние пробы сточной воды через фильтроэлементы. Определяют также скорость всплывания механических примесей.
Под ХПК понимается величина, характеризующая общее содержание в воде восстановителей, реагирующих с сильными окислителями. Выражается ХПК количеством кислорода, необ- ходимого для окисления находящихся в воде восстановителей.
Измерение ХПК определяют двумя группами методов: арбит- ражными и ускоренными.
Арбитражные проводятся с большой точностью за длитель- ный период времени.Ускоренный метод применяется для еже- дневных анализов.
Содержание растворенного кислорода в сточной воде изме- ряют перед сбросом воды в водоем. Наиболее всего распростра- нен подометрическйй метод Винклера для обнаружения раство- ренного кислорода с концентрацией более 0,0002 кг/м
3
. Меньшие концентрации измеряют колориметрическим методом.
Под БПК подразумевается количество кислорода, необхо- димое для окисления в аэробных условиях, в результате происхо- дящих в воде биологических процессов, органических веществ, содержащихся в 1 л сточной воды.