Джерела неприємних запахів
Очищення повітря від неприємних запахів стало однією з найбільших проблем сучасності. Джерелами неприємних запахів є каналізаційні насосні станції, станції очищення стічних вод, підприємства харчової галузі і сільського господарства, підприємства з переробки хімічної сировини тощо.
Особливості очищення повітря на КНС
Основними речовинами, які псують запах повітря на каналізаційних насосних станціях та очисних спорудах, є сірководень (H2S), фенол, аміак, меркаптани, диметилсульфід, метан та інші летючі органічні речовини, які утворюються у місцях контакту стічних вод і осаду з повітрям. Рівноважна концентрація летючих речовин у повітрі тим більша, чим вища їхня концентрація у воді та чим вища температура води.
Складність очищення повітря обумовлена тим, що:
- у повітрі знаходиться досить висока кількість аерозолів з великою концентрацією небезпечних речовин (до 10 мг/м3);
- повітря насичене великою кількістю аерозольних часток та має високу вологість – до 100%;
- необхідно видаляти запахи до межі чутливості, а не просто знижувати концентрації більше ніж на 90%;
- необхідно брати до уваги що для забруднюючих речовин із порогом виявлення більшим ніж ГДК (гранично допустима концентрація) необхідна більш висока ступінь очищення;
- система очищення повітря повинна витримувати ударні навантаження щодо сірководню (H2S) та інших органічних речовин, які у кілька разів вищі за їх середні концентрації;
- необхідно забезпечувати високу надійність очищення повітря як у теплу, так і у холодну пору року;
- система очищення повинна надійно працювати в автономному режимі.
У таблиці подано концентрації низки забруднювальних речовин, які характерні для більшості каналізаційних насосних станцій (КНС).
Приблизний склад та концентрація небезпечних речовин у повітрі КНС
| Речовина | Середня концентрація небезпечних речовин у повітрі КНС, мг/м3 | Пікові концентрація небезпечних речовин у повітрі КНС, мг/м3 | ГДК, мг/м3 |
| Сірководень (H2S) | 8 | 30 | 0,008 |
| Окис вуглецю (CO) | 20 | 35 | 5 |
| Аміак (NH3) | 20 | 40 | 0,02 |
| Фенол (C6H6O) | 0,5 | 2,0 | 0,01 |
| Летючі органічні речовини (ЛОР) | 12 | 40 | – |
Середні та пікові концентрації небезпечних речовин залежать від фізико-хімічного складу стічних вод і можуть відрізнятися від наведених у таблиці.
Якісний склад повітря
Діючі санітарно-гігієнічні нормативи практично не враховують подразнювального впливу речовин, які мають неприємний запах, на психічний стан людини (поріг чутливості). Основним джерелом неприємних запахів є речовини, які у своєму складі мають сірку (сірководень, метилмеркаптан, диметилсульфід), фенол та аміак.
Згідно проведених досліджень концентрація сірководню всередині каналізаційної насосної станції КНС проекту 902 становить 4 – 8 мг/м3, а при залпових викидах вона може досягати 20 мг/м3. При цьому ГДК для сірководню у населеній зоні становить 0,08 мг/м3, а його концентрація у повітрі, яка викликає неприємні почуття, становить 0,00012 – 0,0003 мг/дм3, що у сотні разів менше, ніж значення ГДК.
Тобто для зниження концентрації сірководню до значення ГДК необхідно зменшити його концентрацію більше ніж у 100 разів.
Метод фотохімічного очищення
Зниження концентрації небезпечних речовин, як правило, здійснюється шляхом їх розбавлення свіжим повітрям та встановленням відповідної санітарно-захисної зони (ДБН В.2.5-75:2013). Однак, у цьому випадку для досягнення відповідної концентрації небезпечних речовин необхідно або збільшувати розміри санітарно-захисної зони, або використовувати значні об’єми чистого повітря. Що є дуже проблематичним в умовах щільної міської забудови. Єдиним виходом з цього становища є оснащення діючих та нових, що проектуються, каналізаційних насосних станцій та очисних споруд системами очищення повітря.
Одним з найефективніших методів очищення повітря від неприємних запахів є метод фотохімічного очищення, який засновано на використанні потужних окиснювачів (атомарного кисню, озону та OH – радикалів), що утворюються під дією УФ випромінювання. Цей метод набуває широкої популярності завдяки можливості очищення повітря з високою вологістю, великим вмістом сірководню, аміаку, формальдегіду та інших речовин, які мають неприємний запах. Крім цього цей метод відзначається високою ефективністю знешкодження бактерій і вірусів, низькими енерговитратами та простотою використання.
Обгрунтування вибору технології очищення
Враховуючи, що найбільший вклад в запахи вносять речовини, у складі яких знаходяться сірка та аміак, подальші розрахунки технологічного комплексу з очищення повітря, необхідно здійснювати з врахуванням концентрацій саме цих речовин.
Як вже було зазначено, для руйнування ( дисоціації) молекул сірководню та аміаку найбільш доцільним є застосування технології фотохімічного окислення, яка здатна забезпечити достатньо високу ефективність процесу дисоціації, має високу швидкість хімічних реакцій і мало впливає на збільшення аеродинамічного опору витяжних вентиляторів. Ефективність дисоціації молекул сірководню, аміаку та інших речовин, що знаходяться у повітрі, методом фотохімічного очищення обумовлено тим, що енергія квантів УФ випромінювання перевищує енергію дисоціації цих молекул. Так енергія УФ випромінювання на хвилі 184,9 нм становить 6,7 еВ, а на хвилі 253,7 нм – 4,88 еВ, що більше енергії дисоціації сірководню – 3,78 еВ та аміаку – 4,51 еВ.
Крім того сірководень Н2S та його похідні – метилмеркаптан CH4S та диметилсульфид C2H6S достатньо легко окислюються атомарним оксигеном О*, який утворюється під дією УФ опромінення. До складу оксигену О* входять атомарний кисень O•, озон O3 та ОН-радикали. Окиснювальний потенціал оксигену становить Е = 2,7 еВ, що в 1,29 рази перевищує окислювальний потенціал озону, та в 1,23 раз – хлору. Це дозволяє швидко і ефективно окислювати органічні речовини.
Н2S + hν + О* → НО• + НS; 2HS + 2O2 → H2SO4
CH4 + hν + 3O2 → 2CO + 4H2O; 2CO + O2 → 2CO2
CH4S + hν + 3O2 → CO2 + SO2 + 2H2O; C2H6S + hν + 3O2 → H2S + 2CO2 + 2H2O
4NH3 + hν + 3O2 → 2N2 + 6H2O; NH(CH3)2 + hν + 6O2 → 4CO2 + 6H2O + 2NO2
В результаті таких реакцій метилмеркаптан СН4S, диметилсульфид C2H6S та сірководень Н2S перетворюється на діоксид сірки SО2 та воду H2O. Аміак NH3 та метан CH4 перетворюються на безпечні вуглецевий газ CO2 та воду H2O. Оксид азоту NO окислюється до NO2, а алкани до альдегідів з утворенням значної кількості вільних радикалів HO• та НО2•, які забезпечують ефективне окислення сірководню, метилмеркаптану, сульфідів, диметиламіну NH(CH3)2 та інших небезпечних речовин.
Технологічне рішення
Очищення повітря починається з видалення з повітря пилу і завислих частинок (блок попереднього очищення). Далі повітря потрапляє до фотохімічного реактора, де у процесі фотолітичного озонування утворюються оксиген О* та інші кисневі радикали, які є сильнодіючими окиснювачами. Вступаючи у взаємодію з молекулами сірководню та інших органічних домішок вони розкладають їх на екологічно безпечні речовини. Такий процес дозволяє видалити до 70 – 90 % сірководню та до 40 – 60 % летючих органічних речовин. Тобто процес фотолізу забезпечує перетворення великої частини органічних речовин, які мають неприємний запах, у менш токсичні речовини.
Після проходження фотохімічного реактора повітря надходить до блоку сорбційно-каталітичного очищення, де здійснюється окислення органічних речовин. Це дозволяє видалити до 99,5% речовин з неприємним запахом і до 98% легких органічних речовин. В результаті таких дій повітря очищується від небезпечних речовин з неприємним запахом (сірководню, аміаку, фенолу та інших), а також здійснюється знешкодження бактерій і вірусів, які присутні у цьому повітрі.
Технологічний комплекс очищення повітря ФОТОЛІЗ
Технологічний комплекс ФОТОЛІЗ спеціально розроблений для очищення повітря каналізаційних насосних станціях (КНС). Він також може використовуватись для очищення, знезараження та дезодорації повітря на станціях очищення каналізаційних стічних вод, на підприємствах з переробки промислового сміття та побутових відходів, на підприємствах хімічної, фармацевтичної та харчової промисловості, на птахофабриках, тваринних комплексах тощо.
В основу технології покладено метод фотохімічного розкладання (фотолізу) токсичних ароматичних речовин (сірководень, аміак, метан та інші), які мають неприємний запах, і концентрація яких у повітрі обмежена санітарними нормами.
Механізм очищення побудовано на взаємодії квантів УФ випромінювання з молекулами органічних речовин, що проходять через зону УФ опромінення. Завдяки оксигену О* (комплексу високоактивних окиснювачів О•, О3, ОН•, НО, Н2O2 та ін.), який утворюється під впливом УФ опромінення, забезпечується ефективне розкладання органічних речовин. Наявність блоку сорбційно-каталітичного очищення забезпечує зменшення концентрацій сірководню H2S до 0,04 мг/м3, аміаку – до 0,4 мг/м3 та летючих органічних речовин до 3 – 4 мг/м3 (фонова концентрація 2 мг/м3), що забезпечує відсутність неприємного запаху у санітарній зоні КНС.
Технологічна схема очищення
Ефективність очищення
Ефективність очищення повітря залежить від інтенсивності УФ опромінення та концентрації аерозолю і дрібнодисперсних частинок, що містяться у повітрі, а також від хімічного складу повітря, що очищаються. Зі зменшенням концентрації шкідливих речовин у повітрі збільшується ефективність їх очищення.
| Речовина | Концентрація на вході, мг/м3 | Концентрація на виході, мг/м3 | Ефективність очищення, % | ГДК, мг/м3 | Поріг чутливості, мг/м3 |
| Сірководень (H2S) | 8 | 0,04 | 99,5 | 0,008 | 0,00012 – 0,0003 |
| Окис вуглецю (CO) | 20 | 1 | 95 | 5 | – |
| Аміак (NH3) | 20 | 0,4 | 98 | 0,02 | 0,035 |
| Фенол (C6H6O) | 0,5 | 0,01 | 98 | 0,01 | – |
| Летючі органічні речовини | 12 | 3 | >75 | – |
Досвід експлуатації установок фотохімічного очищення повітря КНС показує, що для досягання необхідної ефективності знешкодження речовин, які мають неприємні запахи, необхідно забезпечити доволі значну кількість квантів УФ випромінювання з енергією понад 4,5 еВ. Тобто інтенсивність УФ опромінення провинна бути достатньо високою. Таке технологічне рішення здатне забезпечити зниження концентрації небезпечних речовин у повітрі каналізаційної насосної станції: по сірководню – з 8 мг/м3 до 0,04 мг/м3 (при пікових викидах до 20 мг/м3), по летючим органічним речовинам з 12 мг/м3 до 3 мг/м3 (при пікових викидах до 40 мг/м3), що забезпечує зниження їх концентрації у повітрі санітарної зони до порогу чутливості (порогу сприйняття).
Основні технічні показники
| № | Показник | ФОТОЛІЗ ФВ200 | ФОТОЛІЗ ФВ6500 | Од. виміру |
| 1 | Номінальна продуктивність | 200 | 6500 | м3/годину |
| 2 | Середня концентрація сірководню у повітрі каналізаційної камери | 10 | 8 | мг/м3 |
| 3 | Максимальна концентрація сірководню у повітрі каналізаційної камери | 20 | 20 | мг/м3 |
| 4 | Аеродинамічний опір | 350 … 400 | 250 … 350 | Па |
| 5 | Діапазон робочих температур | +5 … +40 | +5 … +40 | оС |
| 6 | Розрахункова ефективність очищення: | |||
| сірководень (Н2S) | 99,5 | 99,99 | % | |
| меркаптани (CH3SH, C2H5SH) | 94 | 94 | % | |
| аміак (NH4) | 98 | 98 | % | |
| метан (CH4) | 95 | 95 | % | |
| мікроорганізми | 95 | 95 | % | |
| 7 | Кількість УФ ламп | 6 | 42 | шт. |
| 8 | Потужність (без витяжного вентилятора) | 0,5 | 23 | кВт |
| 9 | Напруга електричної мережі | AC 230 | АС 400, 3 ф. 50 Гц | В |
| 10 | Кількість сорбційно – каталітичного завантаження | 0,01 | 3,5 | м3 |
| 11 | Періодичність заміни сорбційно – каталітичного завантаження | 1 раз у 6 – 12 місяців (в залежності від хімічного складу повітря) | ||
| 12 | Розміри (загальні): | |||
| довжина | 300 | 5500 | мм | |
| ширина | 600 | 1400 | мм | |
| висота | 1250 | 2300 | мм | |
Конструктивні особливості
Технологічний комплекс ФОТОЛІЗ складається з фільтру попереднього очищення повітря, реактора фотохімічного очищення та сорбційно-каталітичного модуля. При необхідності комплекс оснащується вентиляційною установкою.
Фільтр попереднього очищення виконується вигляді окремого модуля. Його розміри становлять 1250x1400x2300 мм. Він має категорію очищення G3 – G5, що дозволяє видаляти з повітря пил та частину аерозолів.
Модуль фотохімічного очищення має розміри 2000x1400x2300 мм. Всередині цього модуля знаходяться спеціальні ультрафіолетові лампи, які здатні виробляти атомарний оксиген O*.
Сорбційно-каталітичний модуль забезпечує процес подальшого очищення повітря. У якості сорбційно-каталітичного завантаження можуть використовуватись активоване вугілля або алюмосилікати, до складу яких додаються необхідні каталізатори. Модуль забезпечує доокислення молекул ароматичних речовин, в результаті чого стає можливим глибоке очищення повітря від сірководню, аміаку та інших токсичних речовин.
Основні конструктивні елементи технологічного комплексу ФОТОЛІЗ виконуються з нержавіючої сталі та інших матеріалів, які стійкі до корозії.
Технологічний комплекс ФОТОЛІЗ може бути додатково оснащений витяжним вентилятором, системою контролю хімічного складу повітря та іншим необхідним обладнанням. При необхідності комплекс може бути розміщено у стандартному модулі контейнерного типу.
Надійність та безпека експлуатації
Безвідмовність роботи технологічного комплексу ФОТОЛІЗ забезпечується без постійного обслуговування і контролю в умовах температури навколишнього середовища в інтервалі від 278 К (5 °С) до 308 К (35 °С) і відносній вологості від 85% при температурі 298 К (25 °С).
Електричне обладнання технологічного комплексу виконується у відповідності до вимог міжнародних стандартів:
- ДСТУ 7237:2011 ССБП. Електробезпека. Загальні вимоги та номенклатура видів захисту;
- ДСТУ ІЕС 61140:2005 Захист проти ураження електричним струмом. Загальні аспекти щодо установок та обладнання (ІЕС 61140:2001, IDT);
- ДСТУ EN 61547:2016 (EN 61547:2009, IDT) Електромагнітна сумісність. Обладнання для загального освітлення. Вимоги до завадостійкості;
- ІЕС 60529:1999 Ступені захисту, забезпечувані оболонками (Код IP);
Ступінь захисту електротехнічного обладнання – IP54.
Технологічний комплекс ФОТОЛІЗ оснащується системою захисного відключення системи електроживлення установки при випадковому дотику обслуговуючого персоналу до струмоведучих частин.
Система дистанційного контролю
Технологічний комплекс ФОТОЛІЗ призначений для роботи у автоматичному режимі. Він оснащується системою дистанційного контролю через мережу Інтернет, яка забезпечує передачу оперативної інформації про роботу установки на комп’ютер, планшет або мобільний телефон оператора, що дозволяє здійснювати оперативний контроль за ефективністю очищення повітря. Система дистанційного контролю побудована на платформі хмарного сервісу OWEN-CLOUD, яка архівує та зберігає данні про роботу УФ установки (https://cloud.owen.ua).
ООсновні переваги
- ефективне усунення специфічних запахів до межі чутливості;
- висока ефективність очищення вентиляційних викидів від токсичних речовин, таких як: сірководень, меркаптани, аміак, оксиди азоту та ін.;
- ефективне знезараження повітря;
- висока надійність і простота експлуатації;
- висока енергоефективність і низька собівартість процесу очищення;
- питомі енерговитрати на знешкодження вентиляційних викидів складають 3,5 Вт∙годин/м3;
- модульність конструкції, установка складається з трьох послідовно встановлених модулів – модуля попереднього очищення, модуля фотохімічного окислення, модуля сорбційно-каталітичної очистки;
- можливість використання відпрацьованого сорбенту в якості високоефективних комплексних мінеральних добрив.
Технологічний комплекс ФОТОЛІЗ досить компактний. Він об’єднує в собі достоїнства двох технологій очищення: фотохімічного окислення і сорбційно-каталітичного очищення, що дозволяє досягти необхідного ступеня очищення.
Для своєї роботи він не потребує ані води, ані хімічних реагентів, що робить його перспективним для очисних споруд, де утворюються великі обсяги неприємно пахучих викидів. На виході технологічного комплексу отримують чисте повітря, вуглецевий газ, двоокис азоту та воду.
Технологічний комплекс ФОТОЛІЗ призначений для очищення, дезодорації і знезараження повітря і вентиляційних викидів аналізаційних очисних споруд та каналізаційних насосних станцій; підприємств харчової та хімічної промисловості; фармацевтичних заводів; металургійних комбінатів, тваринницьких ферм, птахофабрик тощо.
