Наиболее распространенным методом защиты воздушной среды является очистка воздуха в гидрофильтрах, каталитическое дожигание летучих компонентов, рассеивание вентиляционных выбросов (высокие трубы), рациональное размещение производств в жилых районах. Гидрофильтрами оборудуются участки, где производится окраска распылением (их эффективность достигает 90%), но они не очищают воздух от паров растворителей (такая очистка может быть выполнена каталитическим дожиганием при достаточно высокой концентрации паров растворителя в воздухе).
При очистке каталитическим способом применяют металлические, керамические или комбинированные конструкции с использованием катализаторов (платина, палладий, окислы хрома, железа, меди, кобальта). Сжигание обычно осуществляется в пламени природного газа, компоненты которого также окисляются. Эффективное окисление (сжигание) происходит при содержании кислорода в очищаемом выбросе не менее 17%.
В состав гидрофильтра входит орошаемый воздуховод; оросительные приспособления (переливные лотки, перфорированные трубы, форсунки); каплеуловитель и отстойник. Длительная эксплуатация гидрофильтра приводит к забиванию воздуховодных каналов и водоподающих устройств слоем краски, что снижает эффективность улавливания и увеличивает аэродинамическое сопротивление. Процесс очистки трудоемок.
Жидкость в гидрофильтре должна периодически заменяться во избежание ее загнивания (целесообразно обеспечить оборотное водоснабжение с очисткой жидкости в бассейне-отстойнике; допускается — с использованием гидроциклона или осуществлять очистку ее во флотационной установке). Полученный осадок после обезвоживания удаляется в шламонакопитель или на свалку. Для предотвращения загрязнения внутренних поверхностей гидрофильтра в воду добавляют кальцинированную или каустическую соду, эмульгатор или гексахлорофен.
Для очистки воздушных выбросов от органических соединений даже при низких концентрациях успешно применяется сравнительно дешевый сорбционный способ, при котором абсорбентом является вода, минеральные масла, раствор едкого натра, карбоната аммония.
Адсорбционный способ очистки воздуха предусматривает контакт с твердыми телами (активированный уголь, мелкопористые материалы), способными выборочно удерживать на своей поверхности отдельные компоненты газовой смеси. Адсорбированные на поверхности твердого тела загрязнители удаляются паром или нейтральными газами.
Загрязненную жидкость в пылеуловителях мокрого типа периодически очищают от уловленных аэрозолей и химических веществ подробно рассмотренными в других, главах способами: механическими, физико-химическими, химическими, электрохимическими, биологическими, термическими и комбинированными.
Удаляемая из пылеуловителей и фильтров пыль накапливается в бункерах, из которых ее регулярно удаляют. Внутренняя поверхность бункеров не должна иметь уступов и большой шероховатости стенок во избежание отложения на них пыли. Геометрические размеры и формы бункера регламентируются требованиями нормативных документов. При этом диаметр цилиндрического бункера должен быть не менее 1,5 диаметра циклона, а диаметр конического — не менее 1,2; высота цилиндрической части — не менее 0,8 диаметра циклона, а угол наклона конической части — не менее 600.
Разгрузка пыли из бункера, особенно в открытую тару, сопровождается интенсивным загрязнением атмосферы, что ухудшает условия труда персонала, повышает опасность возникновения пожара и взрыва.
Удаляемую из бункера пыль и опилки можно использовать для промышленных целей: сжигание (для получения тепла); изготовление брикетов из опилок (массой 0,3-0,4 кг при влажности 12—15%); изготовление древесного угля, плит (добавки пыли и опилок в их средний слой), формирование наружных слоев ДСП, различных прессованных изделий (оконные блоки, тара, контейнеры); переработка вместе с корой на удобрения.
Исследования по сжиганию осадка в горизонтальных и вертикальных циклонных топках промышленного масштаба производительностью до 1т по сухому веществу в час выполнялись на станции аэрации Байкальского целлюлозного завода и Котласского целлюлозно-бумажного комбината. Сжиганию подвергался осадок после термической сушки в сушилке со встречными струями топочных газов. Полученные данные подтвердили целесообразность подачи на сжигание достаточно сухого (менее 30% влажности) и мелкодисперсного осадка.
Огромным полем применения хлора в комбинации с органикой является целлюлозно-бумажные комбинаты и химические заводы, выпускающие пестициды, растворители, присадки для автомобильных нужд. Опасность этого заключается в том, что при наличии «компаньона» хлор становится источником образования диоксинов. В настоящее время всеми силами исключаются из жизни технологии, в которых при производстве бумаги используется хлор.
При горении нейлона; поролона, многих синтетических тканей и покрытий, полиуретановой набивки мебели выделяются цианиды (соли синильной кислоты). Обломки старых деревянных построек также могут оказаться опасными, если они были пропитаны консервантом пентахлорфенолом или окрашены масляными красками, содержащими свинец. Все это при сгорании оказывается в ОС и в легких людей.
При производстве древесноволокнистых плит образуются сточные воды с высокой концентрацией органических веществ (измельченное древесное волокно, целлюлоза, лигнин, полисахариды, органические кислоты, смолы и другие продукты распада древесины), эмульсии фенолоформальдегидных смол или парафины (использовались для придания ДСП водостойкости). Для уменьшения объема сточных вод используется частичный водооборот, но это повышает концентрацию органических веществ в оборотной воде. Типичные параметры сточных вод производства деревоволокнистых плит (ДВП) при использовании в технологическом процессе фенолоформальдегидных смол приведены в таблице.
При высокой БПКполн (14,5 г/л О2) обработка сточных вод, особенно для небольших населенных пунктов, вызывает большие трудности: из-за высокой концентрации загрязнений в стоках перед сбросом в общую канализацию они обязательно должны пройти предварительную очистку (например, методом анаэробного сбрасывания в метантенках с последующей доочисткой их в аэротенках). Большое распространение получили термические методы обеззараживания сточных вод.
Таблица 6.2. Типичные параметры сточных вод производства ДВП
| Наименование | Параметр | Наименование | Параметр |
|---|---|---|---|
| Температура, С | 50 | РН | 5,5 |
| Сухой остаток, мг/л | 10650 | ХПК, мг/л О2 | 24600 |
| Беззольное вещество, мг/л | 8270 | БПК5, мг/л О2 | 8300 |
| Взвешенные вещества, | 4050 | БПКП0ЛП, мг/л О2 | 14500 |
| Смолы, мг/л | 940 | Фенолы, мг/л | 1223 |
| Формальдегид, мг/л | 57 | Сахар, мг/л | 2100 |
| Азот аммонийный | 3,5 | Фосфор, мг/л | 7,1 |
В качестве примера термической переработки осадка сточных вод можно рассмотреть работу установки, используемой на Котласском целлюлозно-бумажном комбинате (КЦБК). Ее схема приведена на рисунке. Воздух (12) к керосиновым камерам сгорания авиационного типа (1) подается от компрессорной станции. Горячие газы из камер сгорания поступают в разгонные трубы диаметром 300 мм и длиной 900 мм. Сюда же подается смесь осадка из первичных отстойников и избыточного активного ила (10) с вакуум-фильтра типа БК-40 при помощи шнековых двухвальных питателей диаметром 200 мм (11).
Осадок, в котором имеется много волокна (до 60% на сухую массу) и даже мелких щепок дробится и сушится встречными струями газов ив пневмотрубе, по которой осадок поступает в классификатор (3) воздушно-проходного типа диаметром 2,5 м. Крупные фракции осадка изымаются из потока уже в наружном контуре классификатора и направляются обратно на узлы ввода. Фракции осадка средних размеров улавливаются во внутреннем контуре классификатора и возвращаются в шнековые питатели (11), подмешиваясь к влажному осадку.
Сухая пыль выделяется из газового потока, в батарее (4) из восьми центробежных циклонов диаметром 400 мм и двух циклонов диаметром 600 мм. Отработанные газы выбрасываются дымососом (5) типа Д-12 через дымовую трубу (6) в атмосферу, а пыль поступает в специальную топку (8) для сжигания (диаметр 800 мм, длина 2,5 м). В конструкции топки использован циклонный принцип (диаметр циклона 800 мм, высота топки 1200 мм).
Пыль подается с помощью вентилятора (7) в тангенциально расположенное сопло сечением 100×100 мм, в него встроен эжектор. Воздух к эжектору и второму соплу подается от общей линии (12). Образующаяся при сжигании осадка зола из-за вихревого движения газов в топке выбрасывается в зольник, из которого регулярно удаляется. Температура газа на выходе из установки поддерживается постоянной за счет изменения подачи керосина в топку или воздуха во второе сопло топки.
Некоторые результаты работы установки представлены в таблице 6.3.
Рис. 6.2. Схема установки для сушки и сжигания отходов целлюлозно-бумажного комбината
1 — камера сгорания; 2 — разгонная труба; 3 — классификатор; 4 — батарея циклонных сепараторов; 5 — дымосос; 6 — дымовая труба; 7 — вентилятор; 8 — циклонная топка; 9 — керосиновая механическая форсунка; 10 — подача осадка с вакуум-фильтра; 11 — шнековый питатель; 12 — подача воздуха.
Проведенные замеры показали, что сушильная установка работает устойчиво даже при умеренных скоростях движения газа в соплах и низких скоростях — в разгонных трубах. Высокие скорости обеспечивают дробление осадка в узле встречи струй. Недостаточная скорость компенсируется большим количеством возврата осадка из внутреннего контура классификатора влажностью 40—50%. Относительно низкие температуры газов после камер сгорания и высокие после сушилки можно объяснить поступлением значительной доли тепла (до 60%) с газами из топки (8) непосредственно в трубы.
Таблица 6.3. Показатели работы установки для сушки и сжигания осадка промышленных стоков Котласского ЦБК
| Контролируемый показатель, размерность | Результат замера | ||
|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 3 | |
| Расход воздуха в камере сгорания, м3/ч | 11000 | 8500 | 8200 |
| Расход керосина в камере сгорания, кг/ч | 185 | 100 | 110 |
| Расход керосина в процессе сжигания, кг/ч | 30 | 15 | — |
| Расход влажного осадка, т/ч | 4,3 | 3 | 3,2 |
| Температура газов после камер сгорания, °С | 480 | 355 | 405 |
| Температура газов на выходе установки, °С | 160 | 235 | 240 |
| Температура газов на выходе из топки, °С | 1000 | 1050 | 1200 |
| Скорость газов в соплах разгонных труб, м/с | 112 | 128 | 135 |
| Скорость газов на выходе труб, м/с | 56 | 36 | 38 |
| Влажность осадка до сушки, % | 78,7 | 78 | 79 |
| Влажность осадка после сушки, % | 15 | 5,5 | 4,6 |
| Зольность осадка на сухую массу, % | 38 | 31,4 | 36 |
| Производительность сушки по испаренной влаге, т/ч | 3,2 | 2,3 | 2,5 |
| Подача сухого осадка в топку, кг/ч | 470 | 560 | 555 |
| Коэффициент избытка воздуха в топке | 1,5 | 1,35 | 1,15 |
| Теплонапряжение топочного объема, Гкал/м3ч | 2,8 | 3,7 | 3,15 |
| Доля тепла, полученная от сжигания осадка, % | 33 | 60 | 60 |
При проведении замеров основное внимание было обращено на работу циклонной топки для сжигания осадка. В предварительно разогретую топку вдувался сухой осадок (в виде пыли размером до 0,25 мм), уловленный в циклонах. Мелкое волокно, содержащееся в стоках, в процессе дробления и сушки отделялось от частиц осадка и способствовало стабилизации горения в топке даже без впрыскивания керосина. Высокая зольность осадка компенсировалась его низкой влажностью.
Выявленные в замерах колебания при подаче осадка с вакуум-фильтров приводили к нарушению стабильности процесса горения осадка в режиме сухого золоудаления. Причиной этого является низкий температурный уровень процесса, при котором аккумулирующей способности (тепловой инерции) топочной камеры оказывается недостаточно. Поэтому пульсации поступления и влажности подаваемого осадка приводят к изменениям режима горения. При температуре в топке 1100°С имеет место зашлаковывание стен топки и выходного патрубка, шлак имел пористую структуру. В замере 3 сжигание осадка производилось при температуре в топке 12000С без подачи керосина и регулирования режима горения. Это обеспечивало наличие устойчивого яркого пламени, а расплавленная зола стекала по стенкам и после охлаждения имела вид тяжелой монолитной массы.
В режиме жидкого шлакоудаления пульсации при подаче осадка из-за работы вакуум-фильтра практически не отражаются на устойчивости процесса горения. Это подтверждает определяющее влияние величины температуры в камере сгорания на устойчивость процесса сжигания осадка.
В последние годы особенно на совместных предприятиях приняты соответствующие меры для увеличения глубины переработки древесины при производстве продукции. Это дало возможность увеличить выход товарной целлюлозы из каждого кубометра вывезенной древесины за 1999 г. (по сравнению с 1996 г.) на 37%, бумаги — на 29%, картона — на 12%.
Находят применение полимерно-бумажные плиты для обшивки стен, потолков, перегородок в любых видах строений, для изготовления деталей мебели и тары. Плиты изготавливают из смеси сухих влагопрочньгх отходов бумаги (картона) и термопластических полимеров (полиэтилен, полистирол, полипропилен, поливинилхлорид, пластик ABC, одноразовые шприцы, отходы оплетки кабеля).
Технология включает сушку отходов, их измельчение, смешивание, прессование плит и их обрезку. Отходы обрезки и брак снова используются в производстве. Например, на молокозаводе (г. Москва) обеспечивается безотходное экологически чистое производство (используются отходы бумаги для упаковки молочных продуктов и соков, легкие отходы макулатуры).