Биохимические методы очистки газов

Биохимические методы очистки основаны на способности микро- организмов разрушать и преобразовывать различные соединения. Раз- ложение веществ происходит под действием ферментов, вырабатывае- мых микроорганизмами в среде очищаемых газов. При частом измене- нии состава газа микроорганизмы не успевают адаптироваться для вы- работки новых ферментов и степень разрушения вредных примесей становится неполной. Поэтому биохимические системы более всего пригодны для очистки газов постоянного состава. Биохимическую га- зоочистку проводят либо в биофильтрах, либо в биоскрубберах.

В биофильтрах очищаемый газ пропускают через слой насадки, орошаемый водой, которая создает влажность, достаточную для под- держания жизнедеятельности микроорганизмов. Поверхность насадки покрыта биологически активной биопленкой (БП) из микроорганизмов. Микроорганизмы БП в процессе своей жизнедеятельности поглощают и разрушают содержащиеся в воздухе вещества, в результате чего про- исходит рост их массы. Эффективность очистки в значительной мере определяется массопереносом из газовой фазы в БП и равномерным распределением газа в слое насадки. Такого рода фильтры используют, например, для дезодорации воздуха. В этом случае очищаемый газо- вый поток фильтруется в условиях прямотока с орошаемой жидкостью, содержащей питательные вещества. После фильтра жидкость поступа- ет в отстойники и далее вновь подается на орошение.

В настоящее время биофильтры уже используют достаточно ши- роко для очистки отходящих газов от аммиака, фенола, крезола, фор- мальдегида, органических растворителей покрасочных и сушильных линий, сероводорода, метилмеркаптана и других сероорганических со- единений. Степень очистки отходящих газов составляет 95 – 99%. При нормальной эксплуатации после биофильтров наблюдается полная де- зодорация дурнопахнущих соединений, например, метилмеркаптана и сероводорода. Гидравлическое сопротивление биофильтров составляет от 250 до 2000 Па, а среднее время контакта 10 – 25 с.

Биоскрубберы – это абсорбционные аппараты, в которых оро- шающей жидкостью служит водная суспензия активного ила с микро- организмами. Обычно очищаемый газ подается в скруббер снизу и проходит через насадку в противотоке к орошающему абсорбенту.

Процессы разложения уловленных примесей протекают в реакторе- аэраторе. Для поддержания жизнедеятельности микроорганизмов в систему непрерывно вводят необходимые питательные вещества. Био- скрубберы находят применение для очистки отходящих газов литей- ных производств, содержащих фенол, формальдегид, аммиак, синиль- ную кислоту и продукты крекинга, а также для очистки газов окрасоч- ных цехов от бутилацетата, ксилола, спиртов.

Суммарное содержание примесей в газах, поступающих на очист- ку, может составлять 750 – 800 мг/м3. Производительность биоскруб- беров достигает 300 тыс. м3/ч, время контакта обычно не превышает 10 с, а гидравлическое сопротивление равно 1000-1500 Па. Степень очи- стки достигает 75-98 %.

Дальнейшее совершенствование систем биохимической газоочи- стки связано с интенсификацией процессов разложения уловленных примесей, чему способствует ввод мелкодисперсного активированного угля в орошающую жидкость. В этом случае микроорганизмы оказы- ваются адсорбированными на развитой внутренней поверхности угля. Предпринимаются попытки интенсификации биохимической очистки путем наложения электрических полей на систему, содержащую акти- вированный уголь.

Развитие методов биохимической очистки привело к созданию биофильтров с искусственно сформированной структурой и специаль- но выращиваемой БП. Линейные скорости очищаемых газов в таких системах могут достигать 0,5 – 1,0 м/с, что почти в 80 раз выше, чем при использовании природных материалов. Самые крупные биофильт- ры такого типа эксплуатируются в Германии (70 тыс. м3/ч). Это на- правление наиболее применимо для очистки газов с низкой концентра- цией примесей. В биоскрубберах широко используют полимерные ма- териалы (полиэтилен, поливинилхлорид). Биологические методы газо-

очистки рекомендованы для дезодорации отходящих газов ветсану- тильзаводов, предприятий пищевой промышленности, станций очистки сточных вод.

КОНДЕНСАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ

Конденсация применяется для удаления примесей из газов путем их охлаждения до температуры меньше точки росы удаляемых ве- ществ, Этот метод наиболее эффективен и чаще всего используется для очистки (утилизации) от углеводородов и других органических соеди- нений, имеющих достаточно высокие температуры кипения при обыч-

ных условиях и присутствующих в газовой фазе в значительных коли- чествах. Удаление таких загрязнителей реализуется в конденсаторах с водяным и воздушным охлаждением. Для более летучих загрязнителей используют двустадийную конденсацию – водяное охлаждение на пер- вой стадии и низкотемпературное захолаживание на второй. Охлажде- ние до низких температур только с целью удаления загрязнителей не является целесообразным, так как процесс очистки не удается провести достаточно полно. Так, например, даже при температуре 213 К и атмо- сферном давлении остаточные концентрации различных растворителей равны; для ацетона - 1775, метанола - 275, толуола - 8, изопропанола - 0,75 мг/м3. В большинстве случаев конденсацию целесообразно рас- сматривать как предварительную стадию, служащую для выделения ценных растворителей и уменьшения количества загрязнителей при последующей обработке газов.

Конденсацию проводят как при непосредственном контакте, так и путем косвенного охлаждения. В первом случае очищаемый газ непо- средственно контактирует с охлажденной жидкостью, во втором - ис- пользуется поверхностный трубчатый конденсатор. При непосредст- венном охлаждении большое значение имеет последующее разделение теплоносителя и уловленных примесей. Для этого подбирают такие компоненты, которые при определенных температурах за счет фазовых переходов образуют легко разделяющиеся составляющие. Конденса- цию проводят также путем адиабатического расширения газов, пода- ваемых под давлением на очистку. Для разделения различных приме- сей, содержащихся в охлаждаемых газах, используют ионизацию и фракционирование в электрическом поле.

Применение методов конденсации осложняется образованием ту- мана при глубоком охлаждении очищаемого газа. Это происходит, ко- гда скорость теплопередачи значительно превышает скорость массопе- реноса и основная часть газа охлаждается до температуры значительно ниже точки росы конденсируемых примесей. Для предотвращения ту- манообразования используют непосредственную конденсацию, так как в этом случае основная масса газа находится в контакте с холодными поверхностями (каплями или пленкой жидкости) и частички конденса- та в объеме не образуются.