CC BY
12
Поскольку характер этих изменений имеет тенденцию, аналогичную наблюдающейся при адаптации глаза к свету или при повышении уровня освещенности, когда также наблюдается повышение реобазы, мы считали возможным рассматривать это явление как факт положительный ■в гигиеническом отношении. Однако для большей обоснованности этого предположения мы сочли необходимым уточнить наблюдаемый факт и сравнить состояние электрической чувствительности глаза (состояние возбудимости нервных элементов) при указанных источниках света и при естественном дневном свете.
Для этого была поставлена дополнительная серия опытов (4) по определению электрической чувствительности глаза при лампах накаливания, люминесцентных лампах и естественном дневном освещении, при освещенности порядка 200 лк. В табл. 3 приведены данные этой серии опытов.
Таблица 3. Электрическая чувствительность зрительного анализатора при разном характере освещения (в микрофарадах)
Лампы Люмине- Естественный свет
накали- сцентные
вания лампы
Испытуемый А. Р X . Б. Р X 5,2 0,379 4,7 0,285 6,0 0,482 5,2 0,357 6.2 0,471 5,35 0,370
Из этих данных видно, что величина реобазы и хронаксии при искусственном освещении от люминесцентных ламп гораздо ближе к значению этих параметров при естественном дневном освещении, чем при освещении лампами накаливания.
Это обстоятельство, как нам кажется, подкрепляет вывод о том, что люминесцентные лампы как приближающиеся к условиям естественного освещения в гигиеническом отношении более совершенны, чем лампы накаливания.
Настоящий вывод подтверждается и фактами, ранее установленными при оценке функций органа зрения, а также данными, основанными на субъективной оценке, где достаточно четко было выявлено преимущество новых люминесцентных ламп, особенно при различении цветов и оттенков (см. сообщение I).
-й- -й-
В. Г. Мацак
Об очистке воздуха, загрязненного парами и газами
Из Центральной санитарно-гигиенической лаборатории Москвы
Исключительно быстрый рост городов и развитие промышленности все острее ставят вопрос об охране атмосферного воздуха от производственных выбросов паров и газов. Установленные зоны разрыва в пределах до 2 км, создавая трудности для транспорта работающих, далеко не всегда достигают поставленной цели и представляют в известной степени пассивный способ охраны атмосферного воздуха в жилых районах городов и в промышленных центрах. Закон об охране атмосферного воздуха должен стимулировать более энергичный переход на активные
методы борьбы с производственными выбросами в виде их улавливания, очистки и т. п.
Выбросы вредных веществ аппаратурой (хвостовые газы) характеризуются, как правило, высокой концентрацией этих веществ в сравнительно малом объеме газо-воздушной смеси. Поэтому улавливание вредных примесей в хвостовых газах часто дает и экономический эффект. Способы улавливания этих примесей в большинстве случаев хорошо изучены и добиться очистки хвостовых газов сравнительно легче, чем вентиляционного воздуха. В последнем содержание вредных примесей выражается сравнительно малыми концентрациями, хотя с санитарно-гигиенической точки зрения они могут во много раз превосходить предельно допустимые. Объем же воздуха, выбрасываемого вентиляционными приспособлениями, велик. Это создает значительные затруднения при его очистке и требует сравнительно больших затрат. В то же время использование улавливаемых веществ в большинстве случаев не удается ввиду их малого количества.
Гигиеническое и экономическое значение улавливания и очистки газов очень велико. Так, при улавливании кислых газов, например, сернистого газа, хлористого водорода, окислов азота и др. сохраняется растительность, окружающая предприятия, не так быстро разрушаются крыши зданий, меньше ржавеют металлические части и пр. Главное же,—'обеспечивается чистота воздуха на предприятии и в окружающих его жилых кварталах.
При очистке воздуха, приближающейся к 100%, возможен возврат его в производственные помещения (рециркуляция), что дает большую экономию топлива в зимнее время.
Подход к разрешению этой задачи в существенной степени зависит от содержания вредных газов и паров в выбрасываемом загрязненном воздухе.
1. Химический способ очистки
Наиболее полно газы улавливаются методом химической очистки; их приводят в соприкосновение с веществами, реагируя с которыми они переходят в относительно безвредные и нелетучие вещества. Так, например, имеющие кислую реакцию сероводород, сернистый газ, окислы азота, хлористый и фтористый водород при взаимодействии с щелочью переходят в соли, обычно растворимые в воде. Аммиак, имеющий щелочную реакцию, улавливается серной кислотой.
В ряде случаев возможно 100% улавливание газов. Например, если сероводород и сернистый газ промывать раствором щелочи с таким расчетом, чтобы в промывной жидкости оставалось 1—1,5% свободной щелочи, то возможно полное освобождение воздуха от этих газов.
Пары серной кислоты и серного ангидрида образуют с влагой воздуха стойкие туманы, поэтому надлежащая очистка от них воздуха методом найтрализации не удается.
Химическая очистка газов методом нейтрализации чаще всего производится в скрубберах различного устройства. Реагент при этом обычно находится в водном растворе (рис. 1). Чаще всего метод нейтрализации применяется для улавливания хвостовых газов, выделяемых заводской аппаратурой. Например, на заводах азотной кислоты после конденсационных башен для улавливания хвостовых газов, содержащих несконден-сированные окислы азота, ставят щелочные башни. Их эффективность достигает 80—90%. Проскакивает туманообразная часть и окись азота N0, еще не успевшая окислиться до Ы02.
На заводах контактной серной кислоты щелочные башни с хорошей эффективностью поглощают неокислившийся сернистый ангидрид, причем получается товарный продукт ^сульфит натрия.
Хлор также может полностью улавливаться растворами щелочи И гипосульфита.
Сероводород, получающийся при производстве сернистых красителей На анилзаводах, поглощается с большой эффективностью щелочью в скрубберах с мешалками. При поглощении сероводорода получается раствор сернистого и гидросернистого натрия, которые используются как сырье для производства сернистых красителей.
Приведенные способы имеют в большинстве случаев экономическое значение, так как получаются сравнительно ценные соли (сульфиты,
нитриты и нитраты, сульфиды и гидросульфиды, гипохлорит и пр.).
К сожалению, более широкое распространение этого способа очистки воздуха упирается в дефицитность реактивов, в частности, щелочей и кислот.
Иллюстрацией может служить тот факт, что контактные заводы серной кислоты в большинстве своем не имеют щелочных башен, а там, где они есть, эксплоатация идет с перебоями из-за недостатка щелочи.
2. Метод конденсации •
Этот метод для газов и паров может быть использован только в том случае, если они выделяются в чистом виде, т. е. без примеси воздуха. 1 ак, например, на одном из фенольных заводов нейтрализация бензосульфокислоты ведется с помощью сульфита натрия. При этом выделяется сернистый ангидрид почти в чистом виде. Вполне возможно, и это будет рентабельным, осушить и сжать его до 4 атм. При охлаждении сжатого газа до комнатной температуры (+20°), он перейдет в жидкое состояние и может быть собран в баллоны или цистерну.
Если же пар или газ содержит воздух, то конденсация может быть эффективно проведена лишь при значительно больших давлениях и более низких температурах, что значительно удорожает процесс. Поэтому метод конденсации в большинстве случаев не может быть применен для выхлопов аппаратуры, так как хвостовые газы обычно содержат воздух в количествах, превосходящих по объему загрязняющие его примеси. Еще менее пригоден этот метод для очистки вентиляционных выбросов, так как он потребовал бы огромного количества энергии на компрессию и холод для конденсации.
3. Метод растворения в жидкостях (абсорбция)
Этот метод широко применяется в промышленности. Получение соляной и азотной кислоты в технике ведется путем поглощения (абсорбции) хлористого водорода или пара азотной кислоты водой.
При применении метода абсорбции для улавливания, газов из газовоздушной их смеси необходимо иметь в виду, что этот метод эффективен только в том случае, если упругость пара или газа над поглощающей средой, а следовательно, и концентрация очень мала сравнительно с концентрациями в растворе. Так, получающийся раствор соляной и азотной кислоты способен испарять в воздух хлористый водород и азотную кислоту, но упругость пара, а следовательно, и концентрация их в воздухе, имеющем соприкосновение с жидкой фазой, значительно меньше, чем в жидкой фазе.
Рис. 1. Один из видов скрубберов для улавливания паров и газов /—загрязненный воздух;
— очищенный воздух; 3 — колосники; 4—насадка (кольца Рашига, кокс, гравий, хордовая насадка и пр.); 5 —сток отработанной жидкости; 6 — подача жидкости для очистки Еоздуха; 7—распределительно.; устройство
% Л/М03 в жидкой фазе
Представленные ниже кривые упругости пара над растворами этих кислот разной концентрации имеют характерную особенность. Эти кривые имеют вогнутость вниз, они негативны. Такова же кривая упругости
пара спирта и эфира в крезоле (рис. 2, 3 и 4).
Кривая упругости пара HCl над соляной кислотой показывает, что при достаточной промывке воздуха, содержащего HCl, даже 10% соляной кислотой могут быть достигнуты концентрации в воздухе 0,008 мг/л, что ниже предельно допустимого. Конечно, дело осложнится, если мы
Рис. 2. Упругость НС1 над соляной Рис. 3. Упругость пара НШ3 над
кислотой различной концентрации азотной кислотой различной кон-
центрации
станем поглощать 'газовоздушную смесь, уже содержащую туман соляной кислоты. Осадить туман промывкой полностью трудно. Для хвостовых же газов, где в газообразной фазе может содержаться главная масса хлористого водорода, улавливание водой дает хорошую эффективность, благодаря чему оно применяется на многих химических заводах.
Приведем другой пример. Предположим, что подлежащая очистке газовоздушная смесь содержит около 5 мг/л азотной кислоты. Примерно в такой концентрации содержатся окислы азота и пар азотной кислоты в хвостовых газах башенного процесса получения серной кислоты; близко к этому и содержание пара азотной кислоты в воздухе, отсасываемом от миграционных центрифуг, при производстве бездымного пороха.
Обращаясь к диаграмме упругости пара азотной кислоты над жидкой азотной кислотой различной крепости (рис. 3), мы видим, что если промывать указанную газо-воздушную смесь 30% азотной кислоты при температуре 20°, то большая часть пара азотной кислоты должна.
сконденсироваться. В воздухе концентрация пара азотной кислоты снизится с 5 мг/л до 0,12 мг/л, что дает эффективность поглощения, равную
(5 —0,12)-100
■ = 97%.
II иуир мг/л
100 -160
75 -120
50 -SO
25 ■ иа
0 0
О 10 20 30 из 50 ВО 70 80 90 100% % этилоВого спирта или этилового эфира В зкидкости
Рис. 4. Упругость паров этилового спирта и этилового эфира в крезольных растворах
Конечно, и здесь образовавшийся туман .может в значительной степени проскакивать через поглотительные устройства. Кроме того, низшие окислы азота (NO), которые могут иметься в газо-воздушной смеси, также будут проходить через улавливающие устройства.
Автор настоящей статьи, проводя работы по поглощению окислов азота и пара азотной кислоты на пироксилиновом производстве, на установке с мощностью, достаточной для очистки 1 ООО м3/час воздуха, получил поглощение, равное 80—90% окислов азота и пара азотной кислоты, содержащихся в отсасываемом от нитрационной центрифуги воздухе.
Если же мы обратимся к веществам, обладающим высокой упругостью паров, над поверхностью поглощения, например, к S02 или NH3 в воде, то эффективность извлечения их из воздуха будет малой. Например, промывая при 20° газовоздушную смесь 1 % раствором SO2 в воде, мы не можем получить упругость SO2 ниже 60 мм, что соответствует содержанию SO2 в воздухе 115 мг/л.
Другой пример: предположим, что для поглощения из воздуха аммиака, содержащегося в концентрации 1 мг/л, предположена промывка его водой. Обращаясь к кривой упругости Н3 над его растворами в воде (рис. 6), мы видим, что при 20° раствор аммиака в концентрации менее 0,1% имеет упругость пара, при которой концентрация его в воздухе, равная 1 мг/л, находится в равновесии с его раствором в воде. Следовательно, для поглощения потребуются огромные количества воды.
Последний расчет, показывающий техническую невозможность поглощения аммиака из воздуха водой, приведен потому, что временами делаются предложения об очистке воздуха от аммиака водой. Такие предложения делались, например, на заводе твердых сплавов (рис. 5 и 6).
С другой стороны, растворы спирта и эфира в крезоле и тетралине имеют негативные кривые упругости паров. На пироксилиновом производстве это дало возможность извлечения спирта и эфира из паро-воз-душных смесей посредством растворов крезола и тетралина примерно с 90% эффективностью (рис. 7).
Эти установки и на сегодняшний день еще не потеряли своего значения, несмотря на конкуренцию со стороны установок с твердым поглотителем (активированным углем).
Необходимо отметить, однако, что посредством ^сорбции невозможно добиться 100% очистки воздуха. Но при поглощении хлористого и фтористого водорода и азотной кислоты этот метод дает хорошие показатели в отношении степени очистки воздуха и не требует дефицитных щелочей или кислот. Получаемые в результате поглощения кислоты невысокой концентрации могут найти техническое применение. Способ аб-
О 10 го 30 г/л Содержание ЬОг В Воде
Рис. 5. Упругость БОз над раствором его в воде
Содержание NH3 В Sode
Рис. 6. Упругость NH3 над водными растворами его разной концентрации
сорбции может быть использован не только для очистки хвостовых газов, но и воздуха, отсасываемого механической вентиляцией от аппаратуры, например, из нит,рационных центрифуг при получении пироксилина.
Изложенное выше коснулось только малого числа из применяемых способов абсорбции.
Предложено большое количество абсорбентов и способов абсорбции для поглощения паров растворителей и газообразных веществ, многие из них представляют большой интерес.
Рис. 7. Схема абсорбционной установки / — воздуходувка, 2 — холодильник, 3—абсорбер, 4—ловушка капель, 5— сборник сорбента, в — сборник раствора, 7—насосы, 8 — теплообменник, 9—подогреватель, 10 — испаритель, // — ректификационная колонка, 12 — дефлегматор, 13 — холодильник, 14 — сборник
продукции
4. Метод поглощения твердыми сорбентами (аде ор бщи я)
Этот метод применяется преимущественно для улавливания паров многих летучих органических растворителей, как, например, спиртов, простых и сложных эфиров, альдегидов, кетонов, бензина, бензола и пр.
Гигиена и санитария, № 8 ——
25
с Се Не в акт. угле Л О,г г/см3
.в-Ч-—'
Кроме того, методом адсорбции можно поглощать окислы азота, пары отравляющих веществ, водяной пар (осушка) и ряд других паров и газов. Неприменим этот способ для поглощения окиси углерода, углекислоты, сероводорода и органических соединений, содержащих серу. Серу-содержащие вещества обычно разлагаются водяным паром в активированном угле с выделением элементарной серы. Сера же, осевшая в капиллярах адсорбента, не отгоняется с водяным паром и адсорбент выходит из строя.
Преимущества метода адсорбции заключаются в том, что он дает возможность одновременно поглощать несколько растворителей, например, пары ацетона, ацетатов и бензола, выделяющихся при окраске нитролаками.
В качестве адсорбентов в настоящее время применяются главным образом активированные угли и силикагель. Поглощающая способность этих веществ быстро растет с увеличением концентрации пара в воздухе до некоторой величины и далее остается постоянной, независимо от концентрации. Для иллюстрации приведем изотерму адсорбции бензола одним из образцов активированного угля (рис. 8). Этот образец мог поглощать около 0,18 г бензола на 1 см3 угля.
Нужно отметить, что воздушно-паровая смесь полностью отделяется от содержащихся в ней летучих растворителей при прохождении через
. открыт
0,1
О 10 го 30 ¿Л 50 ВО 70 мг/л Содержание СеНв В воздухе
Рис. 8. Изотерма адсорбции пара бензола — при 15° в активированном угле
—
1 6 А 1 ИМ*" я*----
закрыт
С
I, I I,
4
Рис. 9. Схема адсорбции паров летучих растворителей активированным углем
1 — отсосы от укрытий, 2 — воздуховод, 3 — огнепреградитель, 4—Еоздуходувка, 5 — задвижка Лудло, 6 — адсорберы, 7 —активированный уголь, 8 — холодильник, 9 — сепаратор, 10 — краны,
11 — мотор
слой активированного угля в несколько сантиметров. Так как в адсорбентах слой поглотителя имеет обычно толщину 0,5—1 м, то это гарантирует от проскока растворителя, и установка может работать довольно длительное время до насыщения адсорбента. Приводим одну из схам адсорбционной установки (рис. 9).
Обычно после насыщения адсорбента выделение поглощенных им" паров (десорбция) производится путем его продувки водяным паром. Водяной пар и пары растворителей конденсируются и отделяются от воды и друг от друга различными способами, например, при несмешиваю-щихся жидкостях (бензин и вода) в сепараторах, устроенных по типу' флорентийского сосуда, а при смешивающихся жидкостях (спирт и вода)— ректификацией.
Таким образом, методом адсорбции можно выделить с высокой эффективностью, приближающейся к 100%, большое число паров и газов из довольно разбавленных паро- и газовоздушных смесей.
Заканчивая этим чрезвычайно краткое изложение современных способов очистки воздуха, мы должны указать, что для большинства кислых и щелочных газов, для паров органических растворителей и некоторых других газов в настоящее время разработаны способы выделения их из воздуха с очень большой эффективностью, приближающейся к 100%. Однако до сих пор не найдено достаточно эффективного и дешевого способа улавливания окиси углерода.
Очистка воздуха от паров растворителей (бензин, ацетон, ацетаты и др.) применяется только для хвостовых газов и не используется, несмотря на хорошую эффективность, для очистки вентиляционного воздуха (из-за дороговизны способа очистки).
Возможность применения для целей очистки вентиляционного воздуха твердых сорбентов (активированный уголь и силикагель) представляла бы во многих случаях большой интерес. Малярные цехи в автомобильной и самолетостроительной промышленности, заводы резиновых изделий, пласткожи и др. имеют мощные вентиляционные установки, выбрасывающие воздух, содержащий пары разнообразных растворителей, но в концентрациях меньших 5 мг/л. Подобная концентрация является пределом для возможности рентабельного использования рекуперацион-ных установок. Главным препятствием здесь является высокая стоимость сорбента и очень большой расход на электроэнергию, которая нужна для преодоления сопротивления рекуперационных устройств.
Обычно рекуперационные установки дают при полной нагрузке сопротивление в 1 ООО—1 500 мм водяного столба, вентиляторы же, применяемые в вентиляционной технике, могут преодолевать сопротивление в 50—150 мм водяного столба.
Поэтому, в целях создания возможности очищать вентиляционный воздух от паров летучих растворителей, необходимо итти по пути удешевления сорбентов и уменьшения сопротивления фильтров. Чрезвычайно полезной задачей было бы создание фильтра с твердым сорбентом, дающим сопротивление не более 50 мм водяного столба.
Для очистки воздуха сорбцией, жидкими растворителями или химическим способом в настоящее время применяется чрезвычайно большое число конструкций скрубберов. Важно стандартизировать их конструкции и детализировать область применения.
Вопросами практической очистки загрязненного воздуха от газов и паров в настоящее время занимаются преимущественно трест «Газоочистка», проектные конторы и проектные отделы.
Отдельными вопросами очистки воздуха от газов и паров занимался ряд институтов, в частности, НИОГАЗ, который в настоящее время расширил область своих работ и преобразован в Институт санитарной очистки воздуха при Министерстве химической промышленности. Частично занимались этими вопросами и институты гигиены и охраны труда.
Задачи гигиены здесь определяются по следующим направлениям — установление гигиенических задач по очистке выбросов, методы санитарного контроля за работой соответствующих уловителей и других приспособлений, направленных к тем же целям, и за достижением тех норма-, тивов, которые указываются санитарными органами.
-й- -й й-
