СПОСОБ МОКРОЙ ОЧИСТКИ ВОЗДУХА Российский патент 2013 года по МПК B01D47/00 B01D47/02 B01D53/44 C02F1/32 F24F7/00 

Изобретение относится к способам мокрой очистки загрязненного воздуха от пыли, аэрозолей, паров и газовых примесей и может быть использовано для очистки наружного воздуха приточных систем вентиляции административных или жилых зданий, расположенных в городах и населенных пунктах, где загрязнение атмосферы летучими органическими соединениями приобрело угрожающие размеры.

Известен способ мокрой очистки воздуха от пыли, который заключается в подаче загрязненного потока воздуха в определенный объем жидкости (Патент на изобретение RU 2071671, В09С 1/00, 10.01.1997).

Недостатком известного способа является то, что при прохождении загрязненного воздуха через объем жидкости формируются пузыри, часть пыли осаждается на стенке пузыря и поступает в очищающую воду, а основная часть находится внутри объема пузыря. При всплытии пузыря на поверхность жидкости он лопается и находящаяся внутри пыль вылетает в постоянно восходящий поток очищаемого воздуха, за счет чего происходит недостаточная эффективность его очистки. К недостаткам известного способа также относится периодичность процесса очистки воздуха, связанная с необходимостью периодической замены отработанной очищающей воды. Другой недостаток известного способа заключается в том, что используемая для очистки воздуха очищающая вода не вызывает деструкции летучего органического соединения, попадающего в ее состав.

Известен способ мокрой очистки воздуха от пыли, который включает подачу загрязненного потока воздуха на поверхность очищающей жидкости, захват и смешение под воздействием аэродинамических сил загрязненного потока воздуха и расчетного объема очищающей жидкости, последующее отделение захваченной очищающей жидкости от очищенного потока воздуха (Патент на изобретение RU 2188696, B01D 47/02, 28.05.2001). Недостатком известного способа является периодичность процесса, связанная с необходимостью периодической замены отработанной очищающей воды. Другой недостаток известного способа заключается в том, что используемая для очистки воздуха очищающая вода не вызывает деструкции летучего органического соединения, попадающего в ее состав.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению (прототипом) является способ мокрой очистки воздуха, включающий смешение потока очищаемого воздуха с потоком очищающей воды, разделение потоков очищенного воздуха и загрязненной воды, осветление загрязненной воды и последующее ее использование в качестве очищающей воды (Вихревые гидрофильтры «Вортекс», www.vorteks.su). Типовая эффективность очистки воздуха от пыли известным способом составляет не менее 99,5% при входной запыленности до 100 г/м³.

Основной недостаток прототипа заключается в том, что используемая для очистки воздуха очищающая вода не вызывает деструкции летучего органического соединения, попадающего в ее состав. В то же время экспериментально установлено наличие десорбции такого соединения из состава очищающей воды под воздействием постоянно контактирующего с ней потока воздуха. Это, очевидно, сопровождается вторичным загрязнением очищенного воздуха и делает неэффективной мокрую очистку воздуха водой от летучего органического соединения с использованием прототипа.

Технический результат изобретения состоит в повышении степени мокрой очистки атмосферного воздуха от летучего органического соединения водой, получении очищающей воздух воды, вызывающей деструкцию поступающего в нее летучего органического соединения, и обеспечении возможности безвозвратного удаления из атмосферного воздуха этого соединения, извлекаемого водой в процессе его мокрой очистки.

Технический результат достигается в предлагаемом способе мокрой очистки воздуха, включающем смешение потока очищаемого воздуха с потоком очищающей воды, разделение потоков очищенного воздуха и загрязненной воды, осветление загрязненной воды за счет того, что загрязненную воду после осветления подвергают коротковолновому ультрафиолетовому облучению и затем используют в качестве очищающей воды для очистки воздуха, содержащего летучее органическое соединение.

Из существующего уровня развития техники неизвестно техническое решение, включающее в свой состав прием использования для мокрой очистки воздуха очищающей воды, предварительно подвергнутой коротковолновому ультрафиолетовому облучению.

В технике известен прием очистки воды от летучего органического соединения, к примеру фенола, включающий облучение ультрафиолетовым излучением воды, содержащей фенол в своем составе (Химия и технология воды, 2008, т.30, №3). Такой прием очистки воды от фенола основан на его фотоокислительной деструкции в водной среде под воздействием ультрафиолетового излучения. При этом в отсутствие ультрафиолетового излучения снижения в воде концентрации фенола не обнаруживают. Недостатком известного приема очистки воды от фенола, применительно к мокрой очистке воздуха, является необходимость воздействия ультрафиолетового излучения непосредственно на воду, содержащую фенол. Это очень сложно обеспечить технически в масштабах очистки приточного воздуха систем вентиляции зданий, поскольку источник ультрафиолетового излучения должен находиться в непосредственном контакте с водной средой в момент поступления в нее фенола из очищаемого воздуха.

В предлагаемом техническом решении летучее органическое соединение абсорбируют очищающей водой, предварительно подвергнутой коротковолновому ультрафиолетовому облучению. Такая очищающая вода, как показали лабораторные опыты, вызывает деструкцию внесенного в нее летучего органического соединения. Его деструкция в этом случае происходит, скорее всего, под воздействием возникающего продукта ультрафиолетового облучения очищающей воды, который сохраняет реакционную способность разрушать молекулы летучего органического соединения в водной среде уже после прекращения ее облучения ультрафиолетом. По всей вероятности продукт фотолиза, возникая в очищающей воде за период воздействия коротковолнового ультрафиолетового облучения, сохраняет свою реакционную способность вплоть до момента поступления летучего органического соединения в очищающую воду из очищаемого воздуха. В этот момент продукт фотолиза в составе очищающей воды, обладающий наведенной коротковолновым ультрафиолетовым облучением реакционной способностью, вступает во взаимодействие с молекулами летучего органического соединения и разрушает их.

Таким образом, не известная ранее последовательность операций по мокрой очистке воздуха, включающая смешение потока очищаемого воздуха с потоком очищающей воды, которую предварительно подвергают коротковолновому ультрафиолетовому облучению, обеспечивает возможность безвозвратного удаления из атмосферного воздуха летучего органического соединения за счет его разрушения в два не известных из существующего уровня развития техники приема. Перед подачей очищающей воды на смешение с очищаемым воздухом сначала осуществляют разрушение абсорбированного водой летучего органического соединения под непосредственным воздействием коротковолнового ультрафиолетового облучения, а затем его разрушают продуктом фотолиза в момент абсорбции очищающей водой.

Пример 1. Берут пробу дистиллированной воды объемом 500 мл, помещают в химический стакан емкостью 800 мл и используют в качестве очищающей воды для очистки воздуха, для чего с применением воздушного аквариумного компрессора и насадки для мелкопузырчатой аэрации через пробу воды, помещенной в стакан, 10 мин пропускают воздух. Затем отработанную очищающую воду осветляют две минуты отстаиванием и в количестве 398 мл отбирают для дальнейшей работы. После чего, моделируя поступление летучего органического вещества в очищающую воду, к 398 мл отобранной воды добавляют 2 мл раствора фенола, имеющего концентрацию 5 мкг/мл, в расчете на получение 400 мл пробы воды, содержащей 25 мкг/л этого вещества. Пробу перемешивают и в соответствии с ПНД Ф 14.1:2.104-97(2004) определяют, что она содержит 25,1 мкг/л фенола. Опыт повторяют согласно примеру 1 три раза и получают тот же результат в допустимых пределах экспериментальной погрешности.

Из данных, представленных в примере 1, следует, что при очистке воздуха согласно прототипу снижения в очищающей воде концентрации летучего органического соединения, поступившего в очищающую воду, относительно прогнозируемой расчетной величины не обнаруживают.

Пример 2. Берут пробу дистиллированной воды объемом 500 мл, помещают в химический стакан емкостью 800 мл и используют в качестве очищающей воды для очистки воздуха, для чего с применением воздушного аквариумного компрессора и насадки для мелкопузырчатой аэрации через пробу воды, помещенной в стакан, 10 мин пропускают воздух. Затем отработанную очищающую воду осветляют две минуты отстаиванием и посредством перистальтического насоса с расходом 7,5 л/ч пропускают внутри кварцевой трубки диаметром 5 мм, выполненной в виде змеевика с диаметром витка 45 мм, после чего собирают ее в другом химическом стакане емкостью 800 мл. Во время пропускания пробы через кварцевую трубку ее облучают коротковолновым ультрафиолетовым излучением, исходящим из ртутно-кварцевой лампы низкого давления ДРБ-8, которую располагают внутри змеевика по всей его длине на одной оси с ним, при этом используют змеевик с длиной, равной длине лампы с цоколями 300 мм. Пробу облучают коротковолновым ультрафиолетовым излучением в течение 4 мин (для чего ее четырежды пропускают внутри кварцевой трубки змеевика) и в количестве 398 мл отбирают для дальнейшей работы. После чего, моделируя поступление летучего органического вещества в очищающую воду, к 398 мл отобранной воды добавляют 2 мл раствора летучего органического вещества фенола с концентрацией 5 мкг/мл в расчете на получение 400 мл пробы воды, содержащей 25 мкг/л этого вещества. Пробу перемешивают и в соответствии с ПНД Ф 14.1:2.104-97(2004) определяют, что она содержит 18,8 мкг/л фенола. Это свидетельствует о снижении содержания фенола на 25,0% относительно прогнозируемой расчетной величины, которая в подобном случае обычно достигается исходя из общепринятой методики приготовления раствора реагента. Опыт повторяют согласно примеру 1 три раза и получают тот же результат в допустимых пределах экспериментальной погрешности.

Из данных, представленных в примере 2, следует, что предварительное коротковолновое ультрафиолетовое облучение очищающей воздух воды придает ей не известное из существующего уровня развития техники свойство разрушать летучее органическое соединение, которое поступает в очищающую воду после завершения ее облучения.

Пример 3. Берут 398 мл дистиллированной воды, помещают в химический стакан емкостью 800 мл, добавляют при постоянном перемешивании 2 мл раствора летучего органического соединения фенола с концентрацией 5 мкг/мл в расчете на получение 400 мл пробы воды, содержащей 25 мкг/л этого соединения. Полученную смесь анализируют на содержание фенола, определяют, что она содержит 25,1 мкг/л фенола, и используют в качестве очищающей воды для очистки воздуха. С этой целью при помощи воздушного аквариумного компрессора и насадки для мелкопузырчатой аэрации через полученную смесь пропускают воздух в течение десяти минут, затем смесь анализируют на содержание фенола и определяют, что она содержит 22,0 мкг/л фенола. Опыт повторяют согласно примеру 3 три раза и получают тот же результат в допустимых пределах экспериментальной погрешности.

Из данных, представленных в примере 3, следует, что при осуществлении известного способа очистки воздуха в пробе очищающей воды, содержащей 25,1 мкг/л фенола под действием очищаемого воздуха, пропускаемого через нее воздуха, за 10 мин происходит снижение содержания летучего органического вещества на 12,3%.

Представленные в примере 3 данные свидетельствуют о десорбции 12,3% летучего органического соединения из используемой в известном способе очищающей воды, под воздействием постоянно поступающего в нее потока очищаемого воздуха и уносе его в составе очищенного от пыли воздуха, вызывая его вторичное загрязнение.

Пример 4. Опыт ведут согласно примеру 3 и получают пробу воды в объеме 400 мл, содержащую 22,0 мкг/л летучего органического соединения фенола. Полученную пробу воды облучают коротковолновым ультрафиолетовым излучением согласно примеру 2 и определяют, что она содержит 2,8 мкг/л фенола.

Из данных, представленных в примере 4, следует, что при осуществлении предлагаемого способа очистки воздуха в пробе очищающей воды под непосредственным воздействием коротковолнового ультрафиолетового облучения происходит снижение содержания летучего органического соединения на 87,3%.

Пример 5. Опыт ведут согласно примеру 1, но к 398 мл отобранной воды добавляют 2 мл раствора бензола, имеющего концентрацию 50 мкг/мл, в расчете на получение 400 мл пробы воды, содержащей 250 мкг/л этого вещества. Пробу перемешивают и в соответствии с ПНД Ф 14.1:2.6-95 определяют, что она содержит 253 мкг/л бензола. Полученную смесь используют в качестве очищающей воды для очистки воздуха. С этой целью при помощи воздушного аквариумного компрессора и насадки для мелкопузырчатой аэрации через нее пропускают воздух в течение десяти минут, затем смесь анализируют на содержание бензола и определяют, что она содержит 227 мкг/л бензола.

Полученную пробу воды облучают коротковолновым ультрафиолетовым излучением согласно примеру 2 и определяют, что она содержит 32 мкг/л бензола.

Из данных, представленных в примере 5, следует, что при осуществлении предлагаемого способа очистки воздуха в пробе очищающей воды под непосредственным воздействием коротковолнового ультрафиолетового облучения происходит снижение содержания летучего органического соединения на 85,9%.

Пример 6. Приточный воздух системы вентиляции здания подвергают очистке от летучего органического вещества фенола согласно известному техническому решению (прототипу) и используют для этого установку «ВОРТЕКС 10000». Перед пуском установки в работу осуществляют мониторинг содержания фенола в наружном воздухе и обнаруживают в нем 0,02 мг/м³ этого летучего, вредного для человека и животных органического соединения. Оно легко абсорбируется через кожу и желудочно-кишечный тракт, а его пары легко абсорбируются через легкие, и, попав в организм человека или животных, играет роль протоплазматического яда по отношению ко всем его клеткам. Нормируемые для этого токсичного вещества предельно допустимые концентрации в атмосферном воздухе составляют: среднесуточная - 0,003 мг/м³, а максимально разовая - 0,01 мг/м³.

Содержание пыли в наружном воздухе не определяют. В этих условиях считают, что соблюдается заявленная в паспорте установки эффективность очистки воздуха от пыли не менее 99,5%.

Затем установку вводят в расчетный режим эксплуатации, для чего ее подключают к сети электропитания и, убедившись, что на лицевой панели горит индикатор «сеть», включают в работу нажатием кнопок «вентилятор» и «насос». Через 30 секунд после запуска отпущенные для выхода установки на номинальную производительность по очищаемому воздуху 10 тыс. м³/ч, регулируя степень открытия вентилей, устанавливают по расходомерам требуемые расходы воды в оборотной системе водоснабжения установки. Расход оборотной очищающей воды устанавливают на уровне 15 м³/ч, добавочной воды из городского водопровода - 635 л/ч, продувочной воды в канализацию (для предотвращения карбонатных отложений) - 585 л/ч.

Через 10 мин работы при расчетном режиме эксплуатации в соответствии с Методическими указаниям МУК 4.1.1478-03 определяют, что очищенный поток воздуха содержит 0,01578 мг/м³ фенола. Через один час работы установки при расчетном режиме эксплуатации получают тот же результат в допустимых пределах экспериментальной погрешности. Одновременно в соответствии с ПНД Ф 14.1:2.104-97(2004) определяют, что продувочная вода, отводимая из установки в канализацию, содержит 72,2 мкг/л фенола.

На основании полученных данных рассчитывают степень очистки воздуха от летучего органического соединения (n_оч), которую в настоящем примере определяют по равенству:

n_оч=(0,02-0,01578)100/0,02=21,1%

Кроме того, рассчитывают степень безвозвратного удаления из атмосферного воздуха летучего органического соединения n_бв. Ее определяют, сравнивая расход летучего органического соединения, поступающего в установку с очищаемым воздухом (0,02 мг/м³×10000 м³/ч=200 мг/ч), с его суммарным расходом на выходе из установки. В настоящем примере n_бв=0, поскольку суммарный расход летучего органического соединения на выходе из установки равен его расходу, поступающему в установку с очищаемым воздухом. Суммарный расход летучего органического соединения на выходе из установки легко рассчитать. Он складывается из расхода фенола, уносимого с очищенным воздухом (0,01578 мг/м³×10000 м³/ч=157,8 мг/ч) и сбрасываемого с продувочной водой (72,2 мкг/л×585 л/ч/1000=42,2 мг/ч).

Таким образом, из данных, представленных в примере 6, следует, что после очистки воздуха согласно прототипу содержание летучего органического соединения в приточном воздухе системы вентиляции здания снижается на 21,1%, но безвозвратного его удаления в процессе очистки не происходит.

Пример 7. Приточный воздух системы вентиляции здания подвергают очистке согласно примеру 6, но поток оборотной воды перед использованием в качестве очищающей в течение 4,2 мин подвергают воздействию ультрафиолетового излучения. Для этого погружным насосом фирмы «Pedrolla», установленным в баке оборотной воды установки «ВОРТЕКС 10000», оборотную воду подают в блок ультрафиолетовой обработки, где ее в равных долях пропускают через пять ультрафиолетовых модулей серии У ДВ-150/21 (производство НПО «ЛИТ»), Каждый модуль названной серии имеет камеру обеззараживания объемом 0,21 м³, предназначенную для ультрафиолетового воздействия в течение 4,2 мин на поток воды с расходом 3 м³/ч. Далее под остаточным напором облученную оборотную воду через гребенку подают в узел контакта газа и жидкости (вихревой скруббер «Вортекс»).

Затем через 10 мин работы установки при расчетном режиме эксплуатации в соответствии с Методическими указаниям МУК 4.1.1478-03 определяют, что очищенный поток воздуха содержит 0,00298 мг/м³ фенола. Через один час работы установки при расчетном режиме эксплуатации получают тот же результат в допустимых пределах экспериментальной погрешности.

Одновременно в соответствии с ПНД Ф 14.1:2.104-97(2004) определяют, что продувочная вода, отводимая из установки в канализацию, содержит 2,8 мкг/л фенола.

На основании полученных данных рассчитывают степень очистки воздуха от летучего органического соединения (n_о), которую в настоящем примере определяют по равенству:

n_оч=(0,02-0,00298)100/0,02=85,1%

Кроме того, рассчитывают степень безвозвратного удаления из атмосферного воздуха летучего органического соединения n_бв. Ее определяют, сравнивая расход летучего органического соединения, поступающего в установку с очищаемым воздухом (0,02 мг/м³×10000 м³/ч=200 мг/ч), с его суммарным расходом на выходе из установки. В настоящем примере n_бв=(200-31,4)100/200=84,3%, поскольку суммарный расход летучего органического соединения на выходе из установки в единицу времени равен 31,4 мг/ч. Суммарный расход летучего органического соединения на выходе из установки легко рассчитать. Он складывается из расходов фенола, уносимых с очищенным воздухом (0,00298 мг/м³×10000 м³/ч=29,8 мг/ч) и с продувочной водой (2,8 мкг/л×585 л/ч/1000=1,6 мг/ч).

Таким образом, из данных, представленных в примере 7, следует, что после очистки воздуха предлагаемым способом содержание летучего органического соединения в приточном воздухе системы вентиляции здания снижается на 85,1%, при этом степень его безвозвратного удаления процессе очистки достигает 84,3%.

Пример 8. Приточный воздух системы вентиляции здания подвергают очистке от летучего органического вещества бензола предлагаемым способом и используют для этого установку «ВОРТЕКС 10000». Перед пуском установки в работу измеряют содержание бензола в наружном воздухе в соответствии с методикой ПНД Ф 13.1:3.68-09 и обнаруживают в нем 0,48 мг/м³ этого летучего, вредного для человека и животных органического соединения. Нормируемые для этого токсичного вещества предельно допустимые концентрации в атмосферном воздухе составляют: среднесуточная - 0,1 мг/м³, а максимально разовая - 0,3 мг/м³.

Далее установку пускают и вводят в расчетный режим эксплуатации в соответствии с примером 1, после чего очистку воздуха осуществляют в соответствии с примером 7 и определяют, что очищенный поток воздуха содержит 0,07 мг/м³ бензола.

На основании полученных данных рассчитывают степень очистки воздуха от летучего органического соединения (n_о), которую в настоящем примере определяют по равенству:

n_оч=(0,5-0,075)100/0,5=85%

Далее установку пускают и вводят в расчетный режим эксплуатации в соответствии с примером 1, после чего очистку воздуха осуществляют в соответствии с примером 7 и определяют, что очищенный поток воздуха содержит 0,07 мг/м³ бензола. Одновременно в соответствии с ПНД Ф 14.1:2.6-95 определяют, что продувочная вода, отводимая из установки в канализацию, содержит 18 мкг/л бензола.

На основании полученных данных рассчитывают степень очистки воздуха от летучего органического соединения (n_о), которую в настоящем примере определяют по равенству:

n_оч=(0,48-0,07)100/0,5=85,4%

Кроме того, рассчитывают степень безвозвратного удаления из атмосферного воздуха летучего органического соединения n_бв. Ее определяют, сравнивая расход летучего органического соединения, поступающего в установку с очищаемым воздухом (0,48 мг/м³×10000 м³/ч=480 мг/ч), с его суммарным расходом на выходе из установки. В настоящем примере n_бв=(4800-710,5)100/4800=85,2%, поскольку суммарный расход летучего органического соединения на выходе из установки в единицу времени равен 710,5 мг/ч. Суммарный расход летучего органического соединения на выходе из установки легко рассчитать. Он складывается из расходов бензола, уносимых с очищенным воздухом (0,07 мг/м³×10000 м³/ч=700,0 мг/ч) и с продувочной водой (18 мкг/л×585 л/ч/1000=10,5 мг/ч).

Таким образом, из данных, представленных в примере 8, следует, что после очистки воздуха предлагаемым способом, содержание летучего органического соединения в приточном воздухе системы вентиляции здания снижается на 85,4%, при этом степень его безвозвратного удаления процессе очистки достигает 85,2%.

Сравнительные характеристики предлагаемого и известного (прототипа) способов мокрой очистки воздуха представлены в таблице.

Таблица Сравнительные характеристики предлагаемого и известного способов мокрой очистки воздуха Показатели, характеризующие способы Предлагаемый Известный Степень очистки атмосферного воздуха от летучего органического соединения 85,1-85,4 21,1 Степень безвозвратного удаления из атмосферного воздуха летучего органического соединения, % 84,3-85,2 0

Представленные в таблице данные свидетельствуют о повышении, ориентировочно на 64%, степени мокрой очистки водой атмосферного воздуха от летучего органического соединения предлагаемым способом. При этом в отличие от известного предлагаемый способ позволяет удалять безвозвратно около 84,3-85,2% извлекаемого из атмосферного воздуха летучего органического соединения в процессе очистки, в то время как в известном способе такая возможность отсутствует.

Таким образом, не известная ранее последовательность операций по очистке воздуха путем смешения потока очищаемого воздуха с потоком очищающей воды, разделение потоков очищенного воздуха и загрязненной воды, осветление от пыли загрязненной воды, заключающаяся в том, что загрязненную воду после осветления от пыли подвергают коротковолновому ультрафиолетовому облучению и используют в качестве очищающей воды для очистки воздуха, содержащего летучее органическое соединение, обеспечивает положительный результат. Он состоит в безвозвратном удалении летучего органического соединения из очищаемого воздуха водой и достижении при этом его содержания в очищенном воздухе ниже нормируемого значения среднесуточной ПДК.

Изобретение может быть использовано для очистки наружного воздуха приточных систем вентиляции административных или жилых зданий от пыли, аэрозолей, паров и газовых примесей. Способ мокрой очистки загрязненного воздуха включает смешение потока очищаемого воздуха с потоком очищающей воды, разделение потоков очищенного воздуха и загрязненной воды, осветление загрязненной воды от пыли, подвержение осветленной воды коротковолновому ультрафиолетовому облучению и использование ее в качестве очищающей воды для очистки воздуха, содержащего летучее органическое соединение. Технический результат - обеспечение безвозвратного удаления летучего органического соединения из очищаемого воздуха водой и достижение при этом его содержания в очищенном воздухе ниже нормируемого значения среднесуточной ПДК. 1 табл.

Способ мокрой очистки воздуха, включающий смешение потока очищаемого воздуха с потоком очищающей воды, разделение потоков очищенного воздуха и загрязненной воды, осветление от пыли загрязненной воды, отличающийся тем, что загрязненную воду после осветления от пыли подвергают коротковолновому ультрафиолетовому облучению и затем используют в качестве очищающей воды для очистки воздуха, содержащего летучее органическое соединение.