Очищення повітря каналізаційних насосних станцій

ДЖЕРЕЛА НЕПРИЄМНИХ ЗАПАХІВ

Очищення повітря від неприємних запахів стало однією з найболіших 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. Основними речовинами, які обумовлюють неприємний запах, є сірководень, меркаптани, аміак і летючі органічні речовини, які утворюються при анаеробному контакті стічних вод і осаду з повітрям. Концентрація летючих речовин в повітрі тим більше, чим вище їх концентрація у воді і чим вище її температура.

СКЛАДНІСТЬ ОЧИЩЕННЯ ПОВІТРЯ НА КАНАЛІЗАЦІЙНИХ НАСОСНИХ СТАНЦІЯХ

Основними речовинами, які псують запах повітря на каналізаційних насосних станціях та очисних спорудах, є сірководень (H₂S), фенол, аміак, меркаптани, диметилсульфід, метан та і 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 забруднювальних речовин із порогом виявлення більшим, ніж ГДК (гранично допустима концентрація), ступінь видалення має бути ще вищим;
• система очищення повітря повинна витримувати ударні навантаження щодо сірководню (H₂S) і органічних речовин, які  у кілька разів вищі за 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. Концентрація цих речовин у повітрі, яка викликає неприємні почуття, у десятки і сотні разів менша ніж значення ГДК. Так, поріг чутливості сірководню становить 0,00012 – 0,0003 мг/дм³, що у сотні разів менше, ніж значення ГДК.

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. Тобто для зниження концентрації сірководню до значення ГДК необхідно зменшити його концентрацію більше ніж у 100 разів.

ШЛЯХИ ВИРІШЕННЯ ПРОБЛЕМИ

Зниження концентрації небезпечних речовин, як правило, здійснюється шляхом їх розбавлення свіжим повітрям та встановленням небезпечної санітарно-захисної зони (ДБН В.2.5-75:2013). Однак, для досягнення необхідної концентрації у повітрі 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 системами очищення повітря.

Одним з найефективніших методів очищення повітря каналізаційних насосних станцій є метод фотохімічного очищення, який побудований на використанні потужних окиснювачів, які утворюються під дією УФ випромінювання. Цей метод набуває широкої популярності завдяки можливості очищення газів з високою вологістю, великим вмістом сірководню, аміаку, формальдегіду та інших речовин, які мають неприємний запах. Крім цього метод відзначається високою ефективністю знешкодження бактерій і вірусів, низькими енерговитратами та простотою використання.

ОБГРУНТУВАННЯ ТЕХНОЛОГІЇ ОЧИЩЕННЯ ПОВІТРЯ

Так як найбільший вклад в запахи вносять речовини, у складі яких знаходяться сірка та аміак, подальші розрахунки технологічного комплексу з очищення повітря, необхідно здійснювати з врахованням концентрацій саме цих речовин.

Для дисоціації молекул сірководню та аміаку найбільш доцільною є технологія 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, які знаходяться у повітрі КНС, 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.

Крім того сірководень Н₂S та його похідні –  метилмеркаптан CH₄S та диметилсульфід C₂H₆S достатньо легко окислюються атомарним оксигеном О*, який утворюється під дією УФ опромінення. До складу атомарного оксигену О* входять атомарний кисень O^•, озон O₃ та ОН-радикали. Окиснювальний потенціал атомарного 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 цих реакцій метилмеркаптан СН₄S, диметилсульфід 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, диметиламінів 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 атомарний оксиген О* та інші кисневі радикали, які є сильнодіючими окиснювачами. Вони вступають у реакцію з молекулами органічних домішок і розкладають їх на екологічно безпечні речовини. Такий процес дозволяє видалити до 70 – 90 % меркаптанів та 40 – 60 % летючих органічних речовин. Тобто процес фотолізу забезпечує перетворення великої частини органічних речовин з неприємним запахом у менш токсичні речовини з менш інтенсивним запахом.

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 фотолізу та сорбційно-каталітичного процесів 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 Ф6500КНС

Технологічний комплекс ФОТОЛІЗ Ф6500КНС призначений для очищення повітря  на каналізаційних насосних станціях. 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) та сорбційно-каталітичного очищення 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 опромінення. Завдяки атомарному оксигену О* (комплексу високоактивних окиснювачів О^•, О₃, ОН^•, НО, Н₂O₂ та ін.), який утворюється під впливом УФ опромінення, забезпечується ефективне розкладання органічних речовин до рівня малотоксичних і нетоксичних 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 газів, 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 з неприємним запахом необхідно забезпечити доволі значну кількість квантів УФ випромінювання з енергією понад 4 еВ.  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).

ФОТОЛІЗ Ф6500КНС. ОСНОВНІ ТЕХНІЧНІ ПОКАЗНИКИ

№	Показник	Значення	Од. виміру
1	Номінальна продуктивність	6500	м3/годину
2	Середня концентрація сірководню у повітрі каналізаційної камери	8	мг/м3
3	Максимальна концентрація сірководню у повітрі каналізаційної камери	20	мг/м3
4	Аеродинамічний опір	250 … 350	Па
5	Діапазон робочих температур	+5 … +40	оС
6	Розрахункова ефективність очищення:
	сірководень (Н2S)	99,5	%
	меркаптани (CH3SH, C2H5SH)	94	%
	аміак (NH4)	98	%
	метан (CH4)	95	%
	мікроорганізми	95	%
7	Кількість УФ ламп	42	шт.
8	Потужність (без витяжного вентилятора)	23	кВт
9	Напруга електричної мережі	АС 400, 3 ф. 50 Гц	В
10	Кількість сорбційно – каталітичного завантаження	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	5500	мм
	ширина	1400	мм
	висота	2300	мм

КОНСТРУКТИВНІ ОСОБЛИВОСТІ

Основні конструктивні елементи технологічного комплексу очищення повітря каналізаційних насосних станцій виконуються з нержавіючої сталі та інших матеріалів, які стійкі до корозії.

Технологічний комплекс ФОТОЛІЗ Ф6500КНС 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*. При контактні УФ випромінювання та атомарного оксигену O* з повітрям каналізаційної насосної станції здійснюється перетворення молекул сірководню, меркаптанів, аміаку, фенолу та інших токсичних речовин, які присутні у повітрі каналізаційної насосної станції, у малотоксичні та нетоксичні речовини, які надходять у модуль сорбційно-каталітичного очищення.

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. Розміри модуля становлять 2000x1400x2300 мм.

Технологічний комплекс ФОТОЛІЗ Ф6500КНС 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 Ф6500КНС 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 оснащується системою захисного відключення системи електроживлення установки при випадковому дотику обслуговуючого персоналу до струмоведучих частин.

СИСТЕМА ДИСТАНЦІЙНОГО КОНТРОЛЮ

Технологічний комплекс ФОТОЛІЗ Ф6500КНС призначений для роботи у автоматичному режимі. Він оснащується системою дистанційного контролю через мережу GPRS, 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).

ОСНОВНІ ПЕРЕВАГИ ТЕХНОЛОГІЧНОГО КОМПЛЕКСУ ФОТОЛІЗ Ф6500КНС

• 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 Ф6500КНС 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 Ф6500КНС 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.