CC BY
7
УДК 574: 621.928
Л.В. ПЕЛИК
Л^вська комерцшна академш
ЕКОЛОГОБЕЗПЕЧН1 Ф1ЛЬТРУВАЛЬН1 ТЕКСТИЛЬН1 МАТЕР1АЛИ У ПИЛОГАЗООЧИСНИХ СИСТЕМАХ
До^джено xiMiuHm склад газового пилу, затриманого текстильними рукавними фыьтрами на газоочисних спорудах феросплавних заводiв. Проан^зовано ефектившсть арселонового текстильного Momepimy на предмет вилучення Cd, Pb, Mn, Zn, Cu, Cr, Al, Fe, Ca та Mg iз газового пилу.
Ключовi слова: рукавш фыьтри, фыьтрувальна арселонова тканина, фыьтрувальний нетканий маmepiал iз волокон арселону.
L.V. PELYK
Lviv Commercial Academy, Lviv, Ukraine
ECOLOGICALLY SAFE FILTERING TEXTILE MATERIALS IN THE DUST AND GAS PURIFICATION SYSTEMS
Abstract
The chemical composition of the dust, which is delayed textile bag filters for gas cleaning plants ferroalloy plants. The effectiveness arselonovyh textile materials on the subject of removing Cd, Pb, Mn, Zn, Cu, Cr, Al, Fe, Ca and Mg ofgas dust.
Keywords: bag filters, filter arselonova fabric, nonwoven filter material with fibers arselon.
Вступ
1нтенсивний розвиток промисловосп призводить до збшьшення пилових виквдв в атмосферу. У результата в атмосферi збшьшуеться вмют вуглекислого газу та пилу, аркового анпдриду та оксидiв азоту, а в окремих районах - арководню, чадного газу та шших шквдливих речовин. Найбшьшими джерелами забруднення навколишнього середовища е енергетика, чорна та кольорова металурпя, хiмiчна, нафтохiмiчна, машинобудiвна, прничовидобувна i легка промисловосп. Результати глобально! господарсько! дiяльностi людини та И наслiдки давно вже привели до необхвдносп захисту навколишнього середовища, обмеження об'ему промислових виквдв. Вiд повноти теоретичних уявлень як про пилогазовий потж, так i про процеси, як1 вiдбуваються у пилогазоочисних системах, залежать рiвень розробок систем i установок газоочистки, розробки нових структур фiльтрувальних рукавiв, ефектившсть !х експлуатацп та економiчнiсть. З ще! причини, при вирiшеннi питань охорони навколишнього середовища, обов'язковим е вивчення основних властивостей аеродисперсних систем, !х утворення i розвиток, закономiрностi коагуляцп, а також особливостi процеав осадження аерозольних частинок у пилогазоочисних системах. Закономiрностi рiзних процесiв коагуляцп дозволяють виявити можливостi розробок нових способiв вловлювання пилових викидiв, тдвищити ефективнiсть роботи фiльтрувальних рукавiв.
Постановка завдання
Метою роботи було дослщження хiмiчного складу газового пилу, затриманого текстильними рукавними фшьтрами на газоочисних спорудах феросплавних заводiв.
Об'екти та методи дослщження
На Актюбiнському феросплавному заводi (Республiка Казахстан) був встановлений рукавний фшьтр на основi арселоново! тканини, а на газоочисних спорудах Аксуського заводу (Республша Казахстан) - рукавний фшьтр на основi арселонового нетканого матерiалу. Випробування рукавних фшьтрш iз тканих матерiалiв проводилися на фшьтрах ФРЗП (фiльтр рукавний вшкритого типу iз системою регенерацп - зворотна продувка), а для нетканих матерiалiв проводилися на фiльтрах ФР1Р (фiльтр рукавний iз iмпульсною системою регенерацп).
Газопшкш cyMinii цих феросплавних завод1в мають практично однаковий склад. Температура газового пилу перед рукавним фшьтром становила 180-220 °С. Ефектившсть очистки фшьтрувальних текстильних матерiалiв iз волокна арселону пiсля 18 мюящв експлуатацп дослiджували на предмет вилучення Cd, Pb, Mn, Zn, Cu, Cr, Al, Fe, Ca та Mg iз газового пилу.
Результати дослщження За останш роки, особливо в галузях чорно! i кольорово! металургп, збiльшився попит на новi фiльтрувальнi матерiали для очистки технолопчних газiв iз витратою очищеного газу до 1 млн. м3/г з вимогою до вихвдно! концентраци в очищеному газi не бiльше 20 мг/м3 при умовах експлуатацп фiльтрiв з температурою до 200 0С. Причинами цього е все б№ш суворi законодавчi вимоги до викидiв в атмосферу i наша сощальна та моральна вiдповiдальнiсть за збереження навколишнього середовища.
Ф^трувальний матерiал та конструкция фшьтра повинш забезпечити не тiльки «^зичний ефект» очищення газiв вiд пилу та аерозолiв до необхiдного ступеня чистоти, але й бути економiчно ефективними. Промисловi пiдприeмства Укра!ни у минулому роцi викинули в атмосферу майже п'ять мiльйонiв тонн шшдливих речовин. На щдприемства чорно! металурги припадае близько 15 % вах промислових викидiв пилу. У цш галузi коефiцiент вловлювання пилу становить у середньому 85-87 %, коефщент знешкодження оксиду вуглецю - понад 90 %, коефiцiент вловлювання срчаного анпдриду -8- 9 % [1].
Очистка повиря та газiв ввд твердих i рвдких частинок, що мiстяться в них, необхвдна для попередження забруднення повiтряного басейну шшдливими речовинами. Антропогеннi викиди викликають не тiльки змiну фiзичного складу атмосфери, але й спричиняють ряд хiмiчних реакцiй мiж складовими атмосфери i викидами. Атмосфера стае багатокомпонентною системою зi змiнними за складом i термодинамiчними параметрами, тому передбачити ва хiмiчнi процеси практично неможливо [2]. Але деяш з них проявляються досить чiтко.
Частинки пилу е конденсацшними зародками водяно! пари. Вони абсорбують значну шльшсть сонячних променiв, що викликае пiдвищення температури. Це не дае можливостi туману роз^тися, i вiн довше утримуеться над промисловими мiстами. Вченими доведено [3], що у мютах, де в атмосферу викидаеться менша кшьшсть пилу, частота, середня iнтенсивнiсть та тривалють дощiв меншi.
У зв'язку з сучасними вимогами до охорони навколишнього середовища (еколопчно! безпеки), на багатьох промислових шдприемствах вводяться системи електронного контролю поточного стану фшьтрувальних елементiв. Це дозволяе рееструвати несанкцюноваш викиди i висувати достатньо жорстш вимоги до якостi фiльтруючих елеменпв.
Для забезпечення еколопчно! безпеки, створення сприятливого середовища життедiяльностi, запобiгання шшдливого впливу атмосферного повiтря на здоров'я людей та навколишне природне середовище здiйснюеться регулювання викидiв найбiльш поширених i небезпечних забруднюючих речовин, перелж яких встановлюеться Кабiнетом Мiнiстрiв Укра!ни. Вимоги до повноти вловлювання пилу визначаються санiтарними вимогами забезпечення чистоти атмосферного повиря, зокрема «Державними санпарними правилами охорони атмосферного повiтря населених мюць (вiд забруднення хiмiчними та бюлопчними речовинами)» [4], «Шдприемства чорно! металурги. Державш санiтарнi правила» [5] та «Правилами техшчно! експлуатаци газоочисних установок на шдприемствах чорно! металурги» [6].
Металургшш щдприемства зобов'язанi щорiчно розробляти конкретнi заходи, спрямованi на скорочення (лiквiдацiю) шк1дливих викидiв в атмосферу [7], яш повиннi передбачати:
1) шляхи вдосконалення технологiчних процеав;
2) забезпечення надiйно! та високоефективно! роботи газоочисних установок за рахунок оснащення !х високояк1сними необхвдними фшьтрувальними елементами;
3) зниження шк1дливих викидiв за рахунок технологiчних заходiв, герметизаци та аспiрацi!;
4) закриття або виведення з технолопчного процесу в установленому порядку цехiв, агрегатiв у випадках, коли неможливо iншими способами зменшити викид шк1дливих речовин в атмосферу;
5) рацюнальне розмiщення виробничих потужностей, благоустрiй територi!, !! озеленення i т.д.
Вiдповiдно до Закону «Про охорону атмосферного повiтря» та Закону «Про забезпечення
санггарного та ещдемюлопчного благополуччя населення» як1сть атмосферного повиря регулюеться гранично допустимими концентращями (ГДК), тобто такими концентрацiями шквдливих речовин у повiтрi, як1 при умовi дi! на людину протягом життя не будуть викликати змши у станi здоров'я населення та умовах його проживання (табл. 1).
Таблиця 1
Гранично допустимi концентрацп шк1дливих викид1в в атмосферу
Речовина Максимальна разова концентращя, мг/м3 Середньодобова концентращя, мг/м3 Клас небезпеки
Оксид залiза 0,04 3
Оксид кальцш 0,05 3
Оксид магн1ю 0,4 0,05 3
Пил неоргашчний, що мiстить двоокис кремн1ю (менше 20 %) 0,5 0,15 3
Оксид хрому 0,0015 0,0015 1
При розробщ нових фiльтрувальних текстильних матерiалiв ми дотримувалися технiчних вимог до гранично допустимих концентрацiй шквдливих речовин в атмосферному повпр^ як1 висуваються п1дприемствами металургiйного комплексу на встановлення рукавних фiльтрiв. Згiдно з цими вимогами,
загальний об'ем газопилово! сумiшi перед рукавним фетром - 500 тис. м3/год; насипна вага пилу становить 1,13 т/м3; основний хiмiчний склад пилу наступний: Cr2O3 - 38,15 %, SiO2 - 10,90 %, CaO - 0,75%, MgO - 23,73 %, Al2O3 - 8,14 %, FeO - 9,50 %, S - 0,45 %, C - 5,66 %; хiмiчний склад газу: СО - 67 г/м3, Ш - 16 г/м3, да2 - 0 г/м3, SO2 - 18 г/м3.
На першому етат дослiджень визначали втрату шд час прожарювання наважок затриманого фiльтрами пилу. Для цього наважки пилу прожарювали у сушильнiй шафi при температурi 10-110 0C. Прожарювання здiйснювали дешлька разiв до постшно! маси, i за рiзницею мас визначали втрати пiд час прожарювання. Проведенi дослщження показали, що втрати пiд час прожарювання газового пилу, затриманого на ф№трувальнш тканиш i на фшьтрувальному нетканому матерiалi, вiдрiзняються мiж собою бшьше нiж у 2 рази. Зокрема, для пилу, зiбраного iз фшьтрувально! тканини, цей показник становить 5,52 %, а для пилу, затриманого фшьтрувальним нетканим матерiалом - 2,13 %. Найiмовiрнiше, що втрата шд час прожарювання пов'язана iз втратою пгроскошчно! води зразками пилу. У подальшому для дослвджень використовували прожареш зразки пилу, в яких була вiдсутня гiгроскопiчна вода. Наважки пилу (1,4201 г), вщбраш з рiзних фiльтрiв, розчиняли у сумiшi нитратно! i хлоридно! кислот з додаванням пероксиду водню при тривалому нагрiваннi на пiсочнiй банi. Результати дослвджень представленi у табл. 2.
Таблиця 2
Хiмiчний ана. из складу газового пилу, затриманого арселоновими фшьтрувальмими текстильмими матерiалами
Iнгредieнт Рiзновид рукавного фттра
Арселонова тканина Арселоновий нетканий матерiал
маса, мг % маса, мг %
Наважка пилу пiсля прожарювання, г 1,4201 1,4201
Нерозчинний осад 559,31 39,38 1188,01 83,66
Ca CaO 5,41 7,56 0,38 0,53 1,01 1,41 0,07 0,09
Mg MgO 18,91 31,51 1,33 2,22 33,51 55,81 2,36 3,93
Cd не виявлено не виявлено
Pb PbO 11,75 12,66 0,83 0,89 не виявлено
Fe Fe2O3 19,22 27,51 1,35 1,94 25,91 37,01 1,82 2,63
Mn MnO 172,41 222,61 12,13 15,67 1,41 1,81 0,09 0,13
Zn ZnO 41,71 52,01 2,93 3,66 1,11 1,41 0,08 0,09
Cu CuO 0,15 0,19 0,01 0,013 0,075 0,094 0,005 0,007
Cr &2O3 0,51 0,73 0,04 0,05 24,71 36,11 1,74 2,54
Al M2O3 13,65 25,81 0,96 1,82 4,02 7,59 0,28 0,53
В обох випадках пил розчинився частково, причому пил, зiбраний i3 арселоново! тканини, розчинився значно краще. Нерозчинний осад, отриманий пiд час розчинення пилу, зiбраного i3 фшьтрувально! тканини i ф№трувального нетканого матерiалу, вiдповiдно становив 39,4 i 83,7 % вiд маси прожареного пилу. Найiмовiрнiше, нерозчиннi осади мютять пiсок (SiO2), сульфiди, карбши, як1 в таких умовах практично не розчиняються [9].
На другому етат дослвджень проводили анал1з фiльтратiв, одержаних в результатi розчинення пилу, на вмют Cd, Pb, Mn, Zn, Cu, Cr, Al, Fe, Ca та Mg. Концентращю хрому, зал1за та алюмiнiю визначали фотометричним методом. Зокрема, вмiст хрому встановлювали за допомогою хромазуролу S, зал1за - 1,10-фенантрол1ну, алюмiнiю - ерюхромщашну R. Вмiст кадмiю, свинцю, марганцю, цинку, мiдi, кальцiю та магшю визначали атомно-абсорбцiйним методом з використанням атомно-абсорбцiйного спектрофотометра AAS-1N ф1рми Carl Zeiss Jena (Шмеччина). Довжина хвиль резонансного випромпповання (X) шд час атомно-абсорбцшного визначення цих метал ¡в становила 228,8; 217,0; 279,5;
213,8; 324,9; 422,7; 285,2 нм, вшповщно. Визначення проводили у полуменевому Bapiarni (пропан -бутан - повиря). При необхщносп концентрування метaлiв здiйснювaли методом твердофазово! екстракцй' за допомогою концентрацшних пaтpонiв "ДИАПАК ИДК" фipми ЭЛСИКО (Росiя) i на основi закарпатських цеолiтiв згiдно з працями [8-9]. В окремих випадках для концентрування pозчинiв використовували метод випарювання.
Анaлiзуючи дaнi табл. 2, можна вiдмiтити, що ефективнiсть очищення газових викидiв на рукавних ф№трах, виготовлених iз фiльтpувaльного тканого i нетканого мaтеpiaлу, е piзною. Так, арселонова фшьтрувальна тканина ефективнiше затримуе кaльцiй - 5,41 мг (0,38 %), алюмшш - 13,65 мг (0,96 %), а також таы токсичш важк1 метали, як свинець - 11,75 мг (0,83 %), марганець - 172,41 мг (12,13 %), цинк - 41,71 мг (2,93 %), мшь - 0,15 мг (0,01 %). Рукавш фшьтри на основi нетканого мaтеpiaлу у бшьшш мipi очищають гaзовi викиди вш дpiбнодиспеpсних важкорозчинних сполук (шсок, сульфiди, карбщи), мaгнiю - 33,51 мг (2,36 %), зaлiзa - 25,91 мг (1,82 %). Встановлено, що фшьтрувальний нетканий мaтеpiaл взaгaлi не затримуе надзвичайно токсичний свинець, а у наважщ пилу, зiбpaного iз ф^трувально! арселоново! тканини, вмют його становить 0,83 %. Проте фшьтрувальний нетканий мaтеpiaл значно ефектившше затримуе токсичний хром.
На сьогодшшнш день piчне виробництво метaлiв piвне або перевищуе !х природний вмют у piчному пpиpостi бiомaси. Це порушуе природний кpугообiг метaлiв, викликае забруднення повiтpя, вод, гpунтiв. Токсичнють важких метaлiв обумовлена !х здатнютю брати участь в комплексоутвоpеннi. Особливо небезпечними е метали, що не входять до складу бюмолекул, тобто ксенобютики, зокрема кадмш i свинець. Iншi важк1 метали, так1 як Cr, Mn, Zn, Cu, також вщносяться до числа високотоксичних метaлiв, i тому можуть бути небезпечними для людини, тварин i екосистем в цшому. Надлишковий вмiст катюшв Mn2+, C^+, Cu2+, Zn2+ i Pb2+ призводить до зaмiщення ними шших кaтiонiв в активних центрах ферменпв. Кaтiони Pb2+, Cd2+, Cu2+ i
Zn2+
утворюють особливо мiцнi сполуки з кiнцевими тiогpупaми бiлкiв, зокрема з сульфурвмюними донорними групами ферменпв, витiсняючи кaтiони, як1 слабше зв'язаш. У таких випадках ферменти шпбуються. Тaкi важк1 метали називають тюловими отрутами.
Висиовки
Таким чином, проведет дослщження показали, що ефективнiсть вилучення компонентiв з газопилово! сумiшi феросплавних зaводiв фiльтpaми текстильних мaтеpiaлiв iз арселонового волокна е piзною. Рукавш фшьтри на основi нетканого мaтеpiaлу краще очищають гaзовi викиди ввд дpiбнодиспеpсних важкорозчинних сполук (пiсок (SiO2), сульфiди, карбщи), а також вш Mg, Fe та Cr. Рукавш фшьтри на основi арселоново! тканини ефектившше затримують кaльцiй, aлюмiнiй, а також так токсичнi важк1 метали, як свинець, марганець, цинк та мшь.
Лггература
1. Сердюков А. Качественный и количественный анализ пылесодержания газовых потоков /
A. Сердюков // Пылегазоочистка - 2009 : сборник статей междунар. конф., 29 - 30 сентября 2009 г. - М., 2009. - С. 139 - 143.
2. Скоробогатий Я.П. Основи екологи: навколишне середовище i техногенний вплив / Я.П. Скоробогатий, В. В. Ощаповський, В. О. Василечко, С. Л. Кусковець. - Львiв : Новий Свп - 2000, 2008. - 222 с.
3. Кратенко 1.С., Коробчанський В.О., Нiязовa Г.А., Зверева Л.В., Сотникова Т.Ф., Шелехова Л.В. Сашгарно-ппешчна оцiнкa стану довк1лля тд впливом ТЕЦ / 1.С. Кратенко,
B.О. Коробчанський, Г.А. Шязова, Л.В. Зверева, Т.Ф. Сотникова, Л.В. Шелехова // Довкшля та здоров'я. - 2009. - № 2 (49). - С. 37-40.
4. Державш санпарш правила охорони атмосферного повиря населених мюць (вш забруднення хiмiчними та бюлопчними речовинами). [Прийнятий 09-07-1997]. - № 201.
5. Шдприемства чорно! металурги. Державш саниарш правила. ДСП 3.3.1.038-99 - [Прийнятий 01.12.1999 ]. - № 38. - 25 с.
6. Правила техшчно! експлуатаци газоочисних установок на шдприемствах чорно! металурги. - К. : Металурпя, 1992. - 160 с.
7. Краснянский М. Е. Утилизация и рекуперация отходов: Учебное пособие. / М.Е. Краснянский // Харьков : Бурун и К, Киев : КНТ, 2007. - 288 с.
8. Vasylechko V.O., Gryschouk G.V., Polyans'ka I.I., Kuz'ma Yu.B. Adsorption of Mn(II) on Transcarpathian Mordenite // Polish J. Chem. - 2008. - V. 82, № 1-2. - Р. 443-451.
9. Василечко В., Грищук Г., Нерода I. Адсорбщя Pb(II) на закарпатському клиноптилолт / В. О. Василечко, Г.В. Грищук, 1.О. Нерода // Вюн. Львiв. ун-ту. Сеpiя хiм. - 2009. - Вип. 50. - С. 177-187.
References
1. Serdyukov A. Qualitative and quantitative analysis of gas flows pylesoderzhaniya / A. Serdyukov // Dust Filtration - 2009 : a collection of articles Intern. conf., 29 - 30 September 2009 - Moscow, 2009. - S. 139 - 143.
2 . Skorobogataya YP Bases ekologiï : navkolishne seredovische i technogenic vpliv / Y.P. Skorobogataya, V.V. Oschapovsky, V.O. Cornflowers, S.L. Kuskovets. - Lviv: new Svet - 2000, 2008 . - 222 .
3 . Kratenko I.S., Korobchansky V.O., Niyazova G.A., Zvereva L.V., Hundreds covalent TF, Shelekhova L.V. - Sanitarno gigienichna otsinka become dovkillja pid vplivom CHP / I.S. Kratenko V.O. Korobchansky, G.A. Niyazova , L.V. Zvereva, TF Hundreds - kov , LV Shelekhova // dovkillja that Zdorov'ya. - 2009. - № 2 (49 ). - S. 37-40 .
4 . Derzhavni sanitarni rules receptionists atmospheric povitrya population mists ( od zabrudnennya himichnimi that biologichnimi rechovinami ). [ Priynyaty 07/09/1997 ]. - № 201.
5 . Pidpriemstva chornoï metalurgiï . Derzhavni sanitarni rules. Particleboard 3.3.1.038-99 - [ Priynyaty 01.12.1999 ]. - № 38. - 25 .
6. Terms tehnichnoï ekspluatatsiï gazoochisnih installations on pidpriemstvah chornoï metalurgiï. - K.: Metalurgiya, 1992. - 160 .
7. Krasnyanskiy ME -using and recycling waste : Textbook. / ME Krasnyanskiy / / Kharkiv : Burundi and K Kiev: CST, 2007. - 288 .
8. Vasylechko VO, Gryschouk GV, Polyans'ka II, Kuz'ma Yu.B. Adsorption of Mn ( II ) on Transcarpathian Mordenite // Polish J. Chem. - 2008. - V. 82 , № 1-2. - P. 443-451 .
9. Cornflowers V., Grischuk G., Neroda I. Adsorbtsiya Pb (II) on zakarpatskomu cus noptiloliti / VO Cornflowers, GV Grischuk I.O.Neroda // Visn. Lviv. University that. Seriya him. - 2009. - Vip. 50. - S. 177-187 .
