ДонНТУ   Портал магистров

Минаева Наталья Александровна

Факультет экологии и химической технологии

Кафедра прикладной экологии и охраны окружающей среды

Специальность Экология химической промышленности

Исследование процесса очистки газов методом озонирования

Научный руководитель: к.х.н., доц. Юлия Николаевна Ганнова

Резюме

Биография

Реферат

Библиотека

Ссылки

Отчет о поиске
Индивидуальный
раздел

РЕФЕРАТ

СОДЕРЖАНИЕ

• Введение
• 1. Актуальность, цель и задачи исследования и запланированные результаты
• 2. Общие сведения об озоне
• 3. Применение озонатора
• 4. Возможности применения озонирования для очистки отходящих газов
• 5. Проведение эксперимента
• Выводы
• Перечень ссылок

ВВЕДЕНИЕ

Атмосферный воздух является самой важной жизнеобеспечивающей природной средой и представляет собой смесь газов и аэрозолей приземного слоя атмосферы, сложившуюся в ходе эволюции Земли, деятельности человека и находящуюся за пределами жилых, производственных и иных помещений. Результаты экологических исследований однозначно свидетельствуют о том, что загрязнение приземной атмосферы — самый мощный, постоянно действующий фактор воздействия на человека, пищевую цепь и окружающую среду. Атмосферный воздух имеет неограниченную емкость и играет роль наиболее подвижного, химически агрессивного и всепроникающего агента взаимодействия вблизи поверхности компонентов биосферы, гидросферы и литосферы.

Таким образом, очевидно, что необходимо принимать срочные меры по предотвращению выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух, в том числе усовершенствовать технологии очистки выбросов.

1. АКТУАЛЬНОСТЬ, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ И ЗАПЛАНИРОВАННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

Целью работы является исследование процесса очистки отходящих газов методом озонирования для снижения выбросов вредных веществ в атмосферу с учетом обеспечения экологической безопасности.

Идея работы основана на способности озона проявлять окислительные свойства по отношению к органическим и неорганическим веществам, находящимся в жидкой, газообразной и твердой фазах.

Задачи исследования:

1. Проанализировать литературу по теме исследования.

2. Сконструировать и изготовить аппарат.

3. Определить эффективность аппарата.

4. Сделать вывод о целесообразности применения озонатора для очистки выбросов загрязняющих веществ.

2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОЗОНЕ

Озон (O₃) — второе относительно устойчивое (метастабильное) простое молекулярное соединение, которое наряду с формой O₂ образует кислород. Всего известно семь простых соединений кислорода, включая комплексы O₄ и O₆. Основные физико-химические свойства озона приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 — Физико-химические свойства озона

С момента своего открытия в конце XVIII века озон вызывает неизменный интерес специалистов различного профиля и исследователей благодаря своим уникальным свойствам, в первую очередь — высокой окислительной и дезинфицирующей способности. По окислительной способности озон (окислительный потенциал 2,07 В) занимает третье место среди известных окислителей, уступает фтору (окислительный потенциал 2,41 В) и фториду кислорода, в то время как хлор (окислительный потенциал 1,73 В) — восьмое, а обычный кислород (О₂) только тринадцатое место.

Своей высокой активностью озон обязан, в основном, атомарному кислороду, который он легко отдает при диссоциации молекулы в химической реакции. Однако существуют также и особый класс реакций, где озон реагирует полностью (всей молекулой), и химических соединений молекулярной формы озона с неорганическими и органическими веществами (озониды).

Особенным преимуществом озона является то, что он представляет собой, безусловно, самый экологически чистый окислитель, фунгицид, дезодоратор и дезинфектант.

Роль озона сегодня столь значительна, что Международная Антидиоксиновая Ассоциация (МАА) предложила оценивать степень промышленной развитости и цивилизованности государств по количеству произведенного и потребленного ими озона.

Озон высоких концентраций используют при отбелке целлюлозы и производстве качественных сортов бумаги, в гидрометаллургии, при изготовлении печатных плат, интегральных схем. Малые дозы озона оказывают профилактическое и терапевтическое воздействие на человека и начинают снова активно использоваться в медицине.

Структурная схема использования озона приведена на рис. 2.1 [1].

3. ПРИМЕНЕНИЕ ОЗОНАТОРА

В 1857 году была изобретена трубка для получения озона и впервые использована фирмой Сименс в создании установки для очистки питьевой воды. В последующие десятилетия озоновые установки совершенствовались, находили новое применение. В настоящее время в Германии, Франции, Белоруссии, России и др. странах налажено серийное производство генераторов озона, которые применяются в различных отраслях народного хозяйства, промышленности, здравоохранении [2].

Озонатор (генератор озона) — прибор, вырабатывающий озон из кислорода, содержащегося в атмосферном воздухе.

Озонаторы различается по:

Широкое применение озонаторы нашли при очистке и обеззараживании воды. Озонатор воды — незаменимое в условиях ухудшающейся экологической обстановки оборудование, позволяющее привести воду в соответствие с существующими требованиями к ее качеству. Озонатор эффективно решает три основные задачи обезвреживания воды: ее дезинфекцию (озон губительно действует на всевозможные микроорганизмы), удаление из воды неприятного запаха и привкуса, очистку воды от токсичных соединений, нефтепродуктов и других примесей. В частности, после воздействия на воду озонатором из нее удаляются железо, марганец, гербициды, пестициды, сернистые соединения и другие вредные вещества органического и неорганического происхождения [4].

В настоящее время озонатор воды все чаще применяется в системах промышленной подготовки воды и в других областях человеческой деятельности (обеззараживание сточных вод, обеззараживание воды в плавательных бассейнах, обеззараживание воды в пищевой промышленности и т.п.), так как дезинфекция и очистка воды методом озонирования не имеет сегодня альтернативы ни с точки зрения эффективности, ни с точки зрения экологической безопасности [5].

4. ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ОЗОНИРОВАНИЯ ДЛЯ ОЧИСТКИ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ

Основными источниками загрязнения промышленной зоны предприятий являются отходящие газы и вентвыбросы, которые отличаются большим разнообразием по составу и концентрациям. Для их очистки наиболее целесообразно применение методов, при которых углеводороды окисляются до безвредных веществ, например, вода и углекислый газ, а оксиды окисляются до легко улавливаемых и утилизируемых соединений. В качестве универсального средства для этих целей предлагается озон и электрический разряд [6].

Эффективность очистки химических загрязнений может составлять до 99,9 %, в зависимости от концентрации загрязняющих веществ и мощности озонатора  [7].

При необходимости установка может быть оснащена контактным аппаратом (скруббером, угольным фильтром), на котором будет происходить доокисление непрореагировавших примесей остаточным озоном, что повышает эффективность очистки и снижает затраты электроэнергии на проведение процесса озоносинтеза в (3 – 5) раза. Выбор контактного аппарата зависит от состава газов и их концентраций. Установка может выпускаться в различной модификации и производительности по обрабатываемому и окисляемому газу в виде блока состоящего из соединенных последовательно или параллельно реакторных модулей.

Озонатор можно применять для окисления органических веществ (растворители, фенол, формальдегид, толуол, ксилол), сернистого ангидрида, окиси азота, окиси углерода, сероводорода, ртути, а также инактивации бактерий. При этом углеводороды окисляются до безвредных компонентов - углекислого газа и паров воды:

Обработка отходящих газов в озонаторе-реакторе позволяет гарантировать высокие потребительские стандарты к качеству очистки отходящих газов (вентвыбросов) и является экологически чистым и эффективным методом очистки.

Потребление электроэнергии на 1 г озона определяется от его концентрации по формуле (4.2):

где Э — распад электроэнергии;

C — концентрация озона, г/м³.

При оптимальной концентрации 14 г/м³ необходимый расход электроэнергии по формуле составит: Э=21 кВт-час/кг озона

Заметное влияние на производительность озонатора оказывает влажность воздуха (кислорода), используемого для образования озона.

Поэтому при разработке настоящего способа возникает необходимость оценить содержание озона в исходящем потоке дымовых газов в зависимости от их влажности. К основным факторам, влияющим на производительность и к.п.д. озонатора установок относятся:

Под понятием к.п.д. озонаторной установки обычно понимают удельное потребление электроэнергии:

Получаемый в озонаторах тлеющего разряда, озон подается в рабочие камеры в режиме свободного истечения из них. Принципиальная схема установки озонирования рабочей зоны по принципу использования тлеющего разряда приведены на рис. 4.1. [8].

Другим технологическим приемом получения озона является ионизация воздуха за счет получения жесткого ультрафиолетового излучения от кварцевых электроламп [8].

Данные типы озонаторов широко используются для обеззараживания бытовых и производственных помещений, и в здравоохранении. Механизм образования озона при этом подобен образованию озонного слоя Земли от ультрафиолетового потока Солнца.

В нашем случае роль излучения ультрафиолетового потока для озонирования газовоздушной смеси могут играть кварцевые лампы, широко используемые в промышленности.

Применение кварцевых ламп оправдано тем, что озон можно получить непосредственно в газовоздушном потоке.

Принципиальная схема озонирования газовоздушного потока приведена на рис. 4.2.

Образующийся в газовоздушном трубопроводе озон реагирует с веществами газовой смеси и под действием напора смеси выносится из трубопровода.

Рассмотренные выше предпосылки озонирования газовоздушной смеси отходящих газов вызывают необходимость проведения лабораторных и исследований в области применения метода озонирования при очистке отходящих газов [9].

5. ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА

Был изготовлен озонатор. Его схема и фотографии приведены на рисунке 5.1.

Экспериментально озонатор испытывался в условиях производства на предприятии Донецкое учебно-производственное объединение Электроаппарат Украинского общества слепых. Аппарат был установлен в аспирационную систему от источника выброса Пресса гидравлические

На прессовой участке с таблеток фенопласта изготавливаются патроны для ламп, розетки, вилки и другие электроизделия: в гнезда подогретой прессформы заключаются таблетки, включается пресс и под действием давления с определенной для каждого изделия выдержкой времени происходит прессование деталей. С помощью приспособлений детали из прессформы вытягиваются.

В отходящих газах из данного источника выброса наблюдаются выбросы фенола. Были проведены отборы проб в двух местах: до озонатора и после него. Пять проб до очистки и пять проб после были проанализированы для определения концентрации фенола. Измерение проводилось по методике Методика выполнения измерений массовой концентрации фенола в организованных выбросах промышленных стационарных источников загрязнения атмосферного воздуха, утвержденной Государственной экологической инспекцией Украины.

Методика предназначена для определения массовой концентрации фенола в организованных выбросах промышленных стационарных источников загрязнения атмосферного воздуха в диапазоне от 0,5 до 200 мг/м³ при температуре газопылевого потока до 250 °С.

Измерение содержания фенола выполнялось фотометрическим методом.

Метод основан на взаимодействии фенола с диазотированным п-нитроанилином в растворе натрия углекислого. При этом образуется соединение, которое окрашивает раствор в красный цвет [10].

Результаты проведения измерения приведены в таблице 5.1.

Таблица 5.1 — Результаты измерений

На основе полученных данных была вычислена эффективность работы озонатора, которая составляет 20,8 %.

ВЫВОДЫ

В этой работе был произведен обзор литературных источников, рассмотрены общие сведения и основные характеристики озона. Выяснено, что озон является одним из сильнейших окислителей, что дает основание использовать его для окисления веществ. Были также рассмотреть области применения озонаторов на данном этапе.

Был изготовлен озонатор, который в дальнейшем испытывался в условии предприятия Донецкое учебно-производственное объединение Электроаппарат Украинского общества слепых. В результате измерений были получены результаты, на основе которых была вычислена эффективность аппарата. Эффективность составляет 20,8 %.

Эффективность невысокая, что можно объяснить недостаточной мощностью самого аппарата. То есть в дальнейшем требуется усовершенствование конструкции озонатора для повышения мощности, а в следствие этого и эффективности.

Таким образом, озонирование является очень перспективным методом очистки газовых выбросов. Проведенная работа дает основание на целесообразность проводить дальнейшие исследовательские практические и лабораторные работы по использованию озонатора для обезвреживания промышленных выбросов целого ряда загрязняющих веществ.

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ

1. Лунин, В.В. Физическая химия озона / В.В. Лунин, М.П. Попович, С.Н. Ткаченко. — М.: Издательство МГУ, 1998. — 480 с.
2. Применение озонаторов в народном хозяйстве [Электронный ресурс] — Режим доступа: http://ecospb20041.narod.ru/application.htm.
3. Воронов, Ю.В. Водоотведение и очистка сточных вод: Учебник для вузов / Ю.В. Воронов, С.В. Яковлев. — М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2006. — 704 с.
4. Василенко, Л.В. Методы очистки промышленных сточных вод: учеб. Пособие / Л.В. Василенко, А.Ф. Никифоров, Т.В. Лобухина — Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. университет, 2009. — 174 с.
5. Кожиков, В.Ф. Озонирование воды / В.Ф. Кожиков, И.В. Кожиков. — М: Издательство МГУ, 1974. — 325 с.
6. Пригожин, В.И. Теоретические экспериментальные исследования создания высокоэффективного озонаторного оборудования / В.И. Пригожин, М.В. Бударин // «Альтернативная энергетика и экология» международный научный журнал. — 2004. — №10. — с. 16–20.
7. Минаева Н.А. Обезвреживание газових выбросов методом озонирования / Н.А. Минаева, Ю.Н. Ганнова // Охорона навколишнього середовища та раціональне використання природних ресурсів / Збірка доповідей XXIII Всеукраінської наукової конференції аспірантів та студентів. Т. 1 — Донецьк: ДонНТУ, 2013 — с. 18–19.
8. Самойлович В.Г. Современные тенденции в конструировании промышленных озонаторов / В.Г. Самойлович, В.В. Панин, Л.Н. Крылова // Тезисы докл. всерос. конф., посвящ. озону и другим экологически чистым окислителям, науке и технологиям — Москва, 2005 — с. 56–58.
9. Пичугин Ю.П. Структура барьерного разряда и синтез озона / Ю. П. Пичугин // Тезисы докл. всерос. конф., посвящ. озону и другим экологически чистым окислителям, науке и технологиям — Москва, 2005 — с. 68–70.
10. Методика виконання вимірювань масової концентрації фенолу в організованих викидах промислових стаціонарних джерел забруднення атмосферного повітря. МВХ 08. 315-2001. — Х.: НДПІ «Енергосталь», 2001. — 12 с.