Мінаєва Наталя Олександрівна

РЕФЕРАТ

ЗМІСТ

• Вступ
• 1.Актуальність, мета і задачі дослідження
• 2. Загальні відомості про озон
• 3. Застосування озонатору
• 4. Можливості застосування озонування для очищення промислових газів, що відходять
• 5. Проведення експерименту
• Висновки
• Перелік посилань

ВСТУП

Атмосферне повітря є найважливішим життєзабезпечуючим природним середовищем і являє собою суміш газів і аерозолів приземного шару атмосфери, що склалася в ході еволюції Землі, діяльності і що знаходиться за межами житлових, виробничих та інших приміщень. Результати екологічних досліджень однозначно свідчать про те, що забруднення приземної атмосфери — найпотужніший, постійно діючий фактор впливу на людину, харчовий ланцюг і навколишнє середовище. Атмосферне повітря має необмежену ємність і грає роль найбільш рухомого, хімічно агресивного і всепроникного агента взаємодії поблизу поверхні компонентів біосфери, гідросфери та літосфери.

Таким чином, очевидно, що необхідно вживати термінові заходи щодо запобігання викидів забруднюючих речовин в атмосферне повітря, в тому числі удосконалити технології очищення викидів.

1. АКТУАЛЬНІСТЬ, МЕТА І ЗАДАЧІ ДОСЛІДЖЕННЯ

Метою роботи є дослідження процесу очищення газів методом озонування для зниження викидів шкідливих речовин в атмосферу з урахуванням забезпечення екологічної безпеки.

Завдання дослідження:

1. Проаналізувати літературу за темою дослідження.

2. Сконструювати і виготовити апарат.

3. Визначити ефективність апарату.

4. Зробити висновок про доцільність застосування озонатора для очищення викидів забруднюючих речовин.

2. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО ОЗОН

Озон (O₃) — друге відносно стійке (метастабільне) просте молекулярне з'єднання, яке поряд з формою O₂ утворює кисень. Усього відомо сім простих сполук кисню, включаючи комплекси O₄ і O₆. Основні фізико-хімічні властивості озону наведені в таблиці 2.1.

Таблиця  2.1 — Фізико-хімічні властивості озону

З моменту свого відкриття в кінці XVIII століття озон викликає незмінний інтерес фахівців різного профілю і дослідників завдяки своїм унікальним властивостям, в першу чергу-високою окисної і дезінфікуючої здібності. За окислювальної здатності озон (окислювальний потенціал 2,07 В) займає третє місце серед відомих окиснювачів, поступається фтору (окислювальний потенціал 2,41 В) і фториду кисню, у той час як хлор (окислювальний потенціал 1,73 В) — восьмим, а звичайний кисень (О₂) тільки тринадцяте місце.

Своєю високою активністю озон зобов'язаний, в основному, атомарному кисню, який він легко віддає при дисоціації молекули в хімічній реакції. Однак існують також і особливий клас реакцій, де озон реагує повністю (всієї молекулою), і хімічних сполук молекулярної форми озону з неорганічними і органічними речовинами (озоніди).

Особливою перевагою озону є те, що він представляє собою, безумовно, самий екологічно чистий окиснювач, фунгіцид, дезодоратор і дезінфектант.

Роль озону сьогодні настільки значна, що Міжнародна Антідіоксіновая Асоціація (МАА) запропонувала оцінювати ступінь промислової розвиненості і цивілізованості держав за кількістю виробленого і спожитого ними озону.

Озон високих концентрацій використовують при відбіленні целюлози і виробництві якісних сортів паперу, в гідрометалургії, при виготовленні друкованих плат, інтегральних схем.

Малі дози озону надають профілактичну і терапевтичну дію на людину і починають знову активно використовуватися в медицині.

Структурна схема використання озону наведена на рис. 2.1 [1].

3. ЗАСТОСУВАННЯ ОЗОНАТОРУ

В 1857 році була винайдена трубка для отримання озону і вперше використана фірмою Сіменс у створенні установки для очищення питної води. У наступні десятиліття озонові установки удосконалювалися, знаходили нове застосування. В даний час у Німеччині, Франції, Білорусії, Росії та інших країнах налагоджено серійне виробництво генераторів озону, які застосовуються в різних галузях народного господарства, промисловості, охороні здоров'я [2].

Озонатор (генератор озону) — прилад, що виробляє озон з кисню, що міститься в атмосферному повітрі.

Озонатори розрізняється за:

Широке застосування озонатори знайшли під час очищення і знезараження води. Озонатор води — незамінний в умовах погіршення екологічної обстановки обладнання, що дозволяє привести воду у відповідність з існуючими вимогами до її якості. Озонатор ефективно вирішує три основні завдання знешкодження води: її дезінфекцію (озон згубно діє на всілякі мікроорганізми), видалення з води неприємного запаху і присмаку, очищення води від токсичних сполук, нафтопродуктів і інших домішок. Зокрема, після впливу на воду озонатором з неї видаляються залізо, марганець, гербіциди, пестициди, сірчисті сполуки та інші шкідливі речовини органічного та неорганічного походження  [4].

В даний час озонатор води все частіше застосовується в системах промислової підготовки води і в інших областях людської діяльності (знезараження стічних вод, знезаражування води в плавальних басейнах, знезараження води в харчовій промисловості), так як дезінфекція та очищення води методом озонування не має сьогодні альтернативи ні з точки зору ефективності, ні з точки зору екологічної безпеки  [5].

4. МОЖЛИВОСТІ ЗАСТОСУВАННЯ ОЗОНУВАННЯ ДЛЯ ОЧИЩЕННЯ ПРОМИСЛОВИХ ГАЗІВ, ЩО ВІДХОДЯТЬ

Основними джерелами забруднення промислової зони підприємств є гази, що відходять і вентиляційні викиди, які відрізняються великою різноманітністю за складом і концентраціям. Для їх очищення найбільш доцільне застосування методів, при яких вуглеводні окислюються до нешкідливих речовин, наприклад, вода і вуглекислий газ, а оксиди окислюються до сполук, що легко вловлюються та утилізуються. В якості універсального засобу для цих цілей пропонується озон і електричний розряд  [6].

Ефективність очищення хімічних забруднень може становити до 99,9 %, залежно від концентрації забруднюючих речовин та потужності озонатору  [7].

При необхідності установка може бути оснащена контактним апаратом (скрубером, вугільним фільтром), на якому відбуватиметься доокислення домішок, що прореагували, залишковим озоном, що підвищує ефективність очищення і знижує витрати електроенергії на проведення процесу озоносінтеза в (3 – 5) рази. Вибір контактного апарату залежить від складу газів та їх концентрацій. Установка може випускатися в різної модифікації і продуктивності по оброблюваному і газу, що окисляється, у вигляді блоку складається з з'єднаних послідовно або паралельно реакторних модулів .

Озонатор можна застосовувати для окислення органічних речовин (розчинники, фенол, формальдегід, толуол, ксилол), сірчистого ангідриду, окису азоту, окису вуглецю, сірководню, ртуті, а також інактивації бактерій. При цьому вуглеводні окислюються до нешкідливих компонентів-вуглекислого газу і пари води:

Обробка відхідних газів в озонаторі-реакторі дозволяє гарантувати високі споживчі стандарти до якості очищення газів, що відходять (вентвикидів) і є екологічно чистим і ефективним методом очищення.

Споживання електроенергії на 1 г озону визначається від його концентрації за формулою (4.2):

де Э — розпад електроенергії;

C — концентрація озону, г/м³.

При оптимальній концентрації 14 г/м³ необхідна витрата електроенергії за формулою складе: Э=21 кВт-год/кг озону

Помітний вплив на продуктивність озонатора робить вологість повітря (кисню), використовуваного для освіти озону.

Тому при розробці справжнього способу виникає необхідність оцінити вміст озону в вихідному потоці димових газів залежно від їх вологості. До основних факторів, що впливає на продуктивність і к.к.д. озонатора установок відносяться:

Під поняттям к.к.д. озонаторної установки зазвичай розуміють питоме споживання електроенергії:

Одержаний в озонаторах тліючого розряду озон подається в робочі камери в режимі вільного витікання з них. Принципова схема установки озонування робочої зони за принципом використання тліючого розряду наведені на рис. 4.1. [8].

Іншим технологічним прийомом отримання озону є іонізація повітря за рахунок отримання жорсткого ультрафіолетового випромінювання від кварцових електроламп.  [8].

Дані типи озонаторів широко використовуються для знезараження побутових і виробничих приміщень, і в охороні здоров'я. Механізм утворення озону при цьому подібний утворенню озонного шару Землі від ультрафіолетового потоку Сонця.

У нашому випадку роль випромінювання ультрафіолетового потоку для озонування газоповітряної суміші можуть грати кварцові лампи, широко використовуються в промисловості.

Застосування кварцових ламп виправдано тим, що озон можна отримати безпосередньо в газоповітряному потоці.

Принципова схема озонування газоповітряного потоку наведена на рис. 4.2.

Утворений в газоповітряному трубопроводі озон реагує з речовинами газової суміші і під дією напору суміші виноситься з трубопроводу.

Розглянуті вище передумови озонування газоповітряної суміші газів викликають необхідність проведення експериментальних досліджень в області застосування методу озонування при очищенні промислових газів  [9].

5. ПРОВЕДЕННЯ ЕКСПЕРИМЕНТУ

Був виготовлений озонатор. Його схема та фотографії приведені на рисунку 5.1.

Експериментально озонатор випробувався в умовах виробництва на підприємстві Донецьке учбово-виробниче об’єднання Електроапарат Українського товариства сліпих. Апарат був установлений в аспіраційну систему від джерела викиду Преса гідравлічні

На пресовій ділянці з таблеток фенопласту виготовлюються патрони для ламп, розетки, вилки і інші електровироби: в кубла підігрітої пресформи укладаються таблетки, включається прес і під дією тиску з визначеною для кожного виробу витримкою часу відбувається пресування деталей. За допомогою пристосувань деталі з пресформи витягуються.

У газах, що відходять з даного джерела викиду, спостерігаються викиди фенолу. Були проведені відбори проб у двох місцях: до озонатору та після нього. П’ять проб до очищення та п’ять проб після були проаналізовані для визначення концентрації фенолу. Вимірювання проводилось за методикою Методика виконання вимірювань масової концентрації фенолу в організованих викидах промислових стаціонарних джерел забруднення атмосферного повітря, що затверджена Державною екологічною інспекцією України.

Методика призначена для визначення масової концентрації фенолу в організованих викидах промислових стаціонарних джерел забруднення атмосферного повітря в діапазоні від 0,5 до 200 мг/м³ температурі газопилового потоку до 250 °С.

Вимірювання вмісту фенолу виконувалось фотометричним методом.

Метод базується на взаємодії фенолу з діазотованим п-нітроаніліном у розчині натрію вуглекислого. При цьому утворюється сполука, яка забарвлює розчин в червоний колір[10].

Результати проведення вимірювання приведені у таблиці 5.1.

Таблиця 5.1 — Результати вимірювань

На основі отриманих даних була обчислена ефективність роботи озонатору, що становить 20,8 %.

ВИСНОВКИ

У цій роботі був вироблений огляд літературних джерел, розглянуті загальні відомості та основні характеристики озону. З’ясовано, що озон є одним з найсильніших окислювачів, що дає підставу використовувати його для окислення речовин. Були також розглянути області застосування озонаторів на даному етапі.

Був виготовлений озонатор, який надалі випробувався в умові підприємства Донецьке учбово-виробниче об’єднання Електроапарат Українського товариства сліпих. У результаті вимірювань були отримані результати, на основі яких була обчислена ефективність апарату. Ефективність складає 20,8 %.

Ефективність є невисокою, що можна пояснити недостатньою отужністю самого апарату. Тобто надалі потрібне удосконалення конструкції озонатору для підвищення потужності, а в наслідок цього, і ефективності.

Таким чином, озонування є дуже перспективним методом очищення газових викидів. Проведена робота дає підставу на доцільність проводити подальші дослідницькі практичні та лабораторні роботи по використанню озонатору для знешкодження промислових викидів цілого ряду забруднюючих речовин.

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ

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.