УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА ОТ ТВЕРДЫХ И ГАЗООБРАЗНЫХ ВКЛЮЧЕНИЙ Российский патент 1997 года по МПК B03C3/16 

Изобретение относится к области атмосферы и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства.

Наиболее близким по конструкции и достигаемому эффекту является устройство для очистки воздуха от пыли, содержащее корпус с крышкой, входной и выходной воздушные патрубки, электроды, водопроницаемую и пенообразующую перегородки (авт.св. 1791049, B 08 B 15/00, 1993).

Однако с помощью известного устройства нельзя добиться высокой эффективности очистки от твердых и особенно газообразных вредных примесей, так как последние в большинстве своем плохо растворимы в воде и не в полной мере взаимодействуют отдельно со щелочными либо с кислотными жидкими средами, а также требует развитую поверхность межфазного взаимодействия (жидкости и газов).

Корпус выполнен диэлектрическим, линейно-протяженным, разделен сплошной водонепроницаемой перегородкой на камеру орошения и камеру приготовления активированной жидкости, а по обе стороны перегородки камеры приготовления расположены электроды, разделенные ею на две группы, причем одна группа электродов подключена к отрицательному полюсу источника тока, образуя щелочную часть камеры приготовления, другая группа электродов подключена к положительному полюсу источника тока, образуя кислотную часть камеры приготовления, а в камере орошения размещены форсунки таким образом, что первые по ходу воздушного потока соединены со щелочной частью камеры приготовления, в то время как следующие за ними с кислотной частью камеры приготовления.

На фиг. 1 изображен общий вид устройства сбоку; на фиг. 2 то же, вид сверху; на фиг. 3 то же, вид спереди.

Пример. Линейно-протяженный диэлектрический корпус 1 устройства разделен сплошной жесткой водонепроницаемой перегородкой 2 на камеру орошения 3 и камеру приготовления активированной жидкости 4. Камера 4 разделена диэлектрической водонепроницаемой перегородкой 5 на две части. Перегородка 3 выполнена в виде каркаса с натянутым на него водопроницаемым диэлектрическим материалом (брезентом). В одной части камеры 4 закреплены электроды 6, а в другой электроды 7. Электроды 7 подключены к положительному полюсу источника постоянного тока, а электроды 7 к отрицательному полюсу источника. В камере 3 последовательно установлены две группы форсунок 8 и 9, соединенные соответственно трубопроводами 10 и 11 отдельно с каждой частью камеры 4. Причем трубопровод 10 соединен с той частью камеры 4, в которой установлены электроды 7, а трубопровод 11 соединен с той частью камеры 4, в которой установлены электроды 6. Камера 3 имеет входной 12 и выходной 13 воздушные патрубки. Камера 4 своей входной частью посредством трубопровода 14 через насос 15 сообщается со сливной коробкой 16. В нижней части сливной коробки 16 находится шламонакопитель 17.

Устройство работает следующим образом. Перед подачей запыленного воздуха в камеру орошения 3 сливную коробку 16 заполняют водой. Затем насосом 15 нагнетают воду в камеру приготовления 4. Электроды 6 и 7, находящиеся в двух частях камеры 4 подключают к разноименным полюсам источника постоянного тока (электроды 6 к положительному полюсу, электроды 7 к отрицательному). После такого подключения к источнику тока в камере 4 происходит электролиз воды, плавно движущейся вдоль перегородки 5 по камере 4. Этот электролиз при наличии водопроницаемой перегородки 5 приводит к смещению химического равновесия. При этом анионы [OH]^- движутся к аноду (+), а катионы [H3O]⁺ к катоду (-). Встречая на своем пути водонепроницаемую мембрану, функции которой в устройстве выполняет водопроницаемый материал (брезент), ионы соответствующих знаков концентрируются у поверхности этого материала [OH]^- со стороны катода, [H3O]⁺ со стороны анода). При этом напряжение и величина тока определяют интенсивность изменения активации (величины показателя pH среды) в строго ограниченном объеме, а площадь электродов и степень водопроницаемости материала объем активации (распределение плотности зарядов в среде). Таким образом, в объеме жидкости, находящемся в зоне расположения электродов 6, концентрируются катионы [H3O]⁺, образуя кислотную среду с pH5,5-6. В объеме жидкости, находящимся в зоне расположения электродов 7, концентрируются анионы [OH]^-, образуя щелочную среду с pH8-8,5. Активированная таким образом вода под давлением насоса 15 раздельно поступает в трубопроводы 10 и 11, а затем к форсункам 8 и 9, образующим соответственно каскады щелочных и кислотных факелов орошения.

Запыленный воздух поступает в патрубок 12 камеры 3 и последовательно орошается с помощью форсунок 8 щелочной водой, а затем форсунками 9 кислотной воды. Частицы пыли, находящиеся в воздухе соударяются сначала с каплями щелочной воды. Так как процесс распыливания в камере орошения 3 происходит, в данном случае относительно щелочной среды, характеризующейся повышенными смачивающими и пенообразующими свойствами, то он переходит в образование пенного аэрозоля, в котором задерживаются и оседают вместе с пузырьками пены пылевые частицы как мелких (размером менее 100 мкм), так и более крупных фракций, а также основная масса растворимых газовых примесей (например, SO₂).

Факел пенного аэрозоля имеет существенные отличия от факела капель жидкости при мокрой очистке воздуха. Во-первых, частицы пыли при больших скоростях, сталкиваясь с каплями обычной воды, преобретают свойства упругого тела, что снижает вероятность захвата быстро движущихся пылевых частиц. Капли же щелочной среды имеют более низкое поверхностное натяжение, что увеличивает вероятность захвата частиц, имеющих большие скорости. Во-вторых, щелочная жидкость имеет избыточный отрицательный объемный заряд, тем, самым захватывая пылевые частицы, имеющие положительный заряд.

Аналогичные процессы наблюдаются в устройстве и при орошении запыленного воздуха кислотной жидкостью. Однако в этом случае кислотная среда, имея более высокое поверхностное натяжение, захватывает пылевые частицы с отрицательным зарядом за счет наличия собственного избыточного положительного объемного заряда.

В орошении газовых примесей необходимо отметить, что щелочная жидкость хорошо растворяет растворимые в воде газы, (например, SO₂), а кислотная жидкость нерастворимые в воде газы (например, NOx). После взаимодействия с загрязненным воздухом капли жидкости с уловленной пылью и растворенными газами оседают на нижней части камеры орошения 3, скапливаются и стекают в общую сливную коробку 16. При этом происходит, во-первых, нейтрализация щелочной и кислотной составляющих активированной воды, во-вторых, физическая адсорбция и хемосорбция растворенных газов частицами уловленного пылевого материала в жидкой среде. Это обуславливает интенсивное образование коагуляционных структур, способных к быстрому выпадению в осадок. Таким образом, в сливной коробке 16 остается осветленная вода, а коагуляционные структуры в виде шлама оседают в шламонакопитель 17. Осветленная вода насосом 15 снова подается в устройство на активацию и орошение.

Реализация описанных процессов в устройстве позволяет повысить эффективность очистки воздуха от твердых и газообразных примесей при обеспечении рециркуляции жидкости в устройстве и нейтрализации стоков за счет смешения щелочной и кислотной жидких сред.

С целью подтверждения существенности отличительных признаков заявляемого устройства на лабораторном стенде проводили испытания заявляемого устройства. Результаты испытаний сведены в таблицу.

Из таблицы видно, что использование заявляемого устройства позволяет добиться эффективности очистки:
86,2 94,3% для твердых примесей, что в среднем на 10% выше, чем у прототипа;
69,8% для NO₂ (плохо растворим), что на 34,1% выше, чем у прототипа;
75,1% для SO₂ (хорошо растворим), что на 14,6% выше, чем у прототипа;
73,1% для CO (хорошо растворим), что на 16,8% выше, чем у прототипа.

Использование: защита атмосферы во всех отраслях народного хозяйства. Сущность: в устройстве для очистки воздуха от твердых и газообразных примесей корпус выполнен диэлектрическим, линейно-протяженным, разделен сплошной водонепроницаемой перегородкой на камеру орошения (КО) и камеру приготовления (КП) активированной жидкости. По обе стороны перегородки КП расположены электроды (Э), разделенные ею на две группы. Одна группа Э подключена к отрицательному полюсу источника тока, образуя щелочную часть КП. Другая группа Э подключена к положительному полюсу источника тока, образуя кислотную часть КП. В КО размещены форсунки. Первые по ходу воздушного потока соединены со щелочной частью КП. Следующие за ними -с кислотной частью КП. 3 ил., 2 табл.

Устройство для очистки воздуха от твердых и газообразных примесей, содержащее корпус с камерой орошения и приготовления, входной и выходной воздушные патрубки, перегородку, выполненную из диэлектрического водопроницаемого материала, водонепроницаемую перегородку, источник постоянного тока, электроды, сливную коробку, отличающееся тем, что корпус выполнен диэлектрическим, линейно-протяжным, водонепроницаемая перегородка выполнена сплошной и разделяющей корпус на камеру орошения и камеру приготовления активированной жидкости, электроды расположены по обе стороны водопроницаемой перегородки в камере приготовления и разделены ею на две группы, одна из которых подключена к отрицательному полюсу источника тока, образуя щелочную часть камеры приготовления, другая подключена к положительному полюсу источника тока, образуя кислотную часть камеры приготовления, а камера орошения снабжена форсунками, первые по ходу воздушного потока которых соединены с щелочной частью камеры приготовления, а следующие за ними с кислотной частью камеры приготовления.