Современные процессы газоочистки биотехнологических производств Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

Библиографический список

1. СанПин 2.1.4.1074-01. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы. М.: Федеральный центр госсанэпидемнадзора Минздрава России. 2002. 103 с.

2. Храменков С.В., Коверга А.В., Благова О.Е. Использование современных коагулянтов и флокулянтов в системе московского водопровода // Водоснабжение и санитарная техника. 2001. № 3. С. 4-6.

3. Волков В.З., Столярова Е.А., Никольская Е.А. Новые коагулянты в практике московского водопровода // Водоснабжение и санитарная техника. 2003. № 2. С. 2-6.

4. Храменков С.И. Москва не откажется от хлорирования питьевой воды // Водоочистка, водоподготовка, водоснабжение. 2008. № 10. С.70-71.

5. Усольцев В.А. [и др.]. Подготовка воды питьевого качества в городе Кемерове. М.: Изд-во ВИМИ,1996. 116 с.

УДК 633.15.033

СОВРЕМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ ГАЗООЧИСТКИ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

А.А. Тур1, И.И. Киселева2, В.В. Усов3

1Ангарская государственная техническая академия, 665835, г. Ангарск, ул. Чайковского,60.

2,3Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83;

В последнее время все большее внимание уделяется охране окружающей среды. Одна из наиболее острых проблем - загрязнение атмосферного воздуха. С целью исследования эффективности новых систем очистки воздуха от микроорганизмов при их выращивании в ферментаторах авторами предложена установка со сменными барботажными аппаратами газоочистки различных конструкций. Результаты исследования позволяют выполнить сравнительный анализ очистки воздуха от микрофлоры и определить наиболее эффективный аппарат газоочистки.

Ил. 5. Табл. 1. Библиогр. 3 назв.

Ключевые слова: воздух; очистка; аппарат; эффективность.

MODERN PROCESSES OF GAS TREATMENT IN BIOTECHNOLOGICAL PRODUCTION A.A. Tur, I.I. Kiseleva, V.V. Usov

1 Angarsk State Technical Academy, 60, Chaikovsky St., Angarsk, 665835. 2, National Research Irkutsk State Technical University, 83, Lermontov St., Irkutsk, 664074.

In recent years, increasing attention is paid to environmental protection. One of the most pressing problems is the air pollution. In order to study the efficiency of new systems of air purification from microorganisms in their cultivation in fermenters, the authors propose the installation with removable bubbling devices of different designs for gas treatment. The study results allow to perform a comparative analysis of air purification from microflora and determine the most efficient apparatus for gas treatment. 5 figures. 1 table. 3 sources.

Key words: air; purification (treatment); device; efficiency.

Современные биотехнологические процессы характеризуются большими выбросами отработанного в биореакторах воздуха, содержащего живые клетки микроорганизмов, что вызывает заболевания обслуживающего персонала и населения близлежащего региона.

Поэтому создание нового газоочистного оборудо-

вания является актуальной задачей, связанной с оптимизацией и экологической безопасностью биотехнологических производств.

Авторы статьи провели исследования по определению эффективности очистки загрязнённого микроорганизмами воздуха на барботажных аппаратах газоочистки различных конструкций (рис. 1).

1Тур Анатолий Александрович, доктор технических наук, профессор кафедры автоматизации и электроснабжения промышленных предприятий, тел.: 89832471231.

Tur Anatoly, Doctor of technical sciences, professor of the chair of Automation and Power Supply of Industrial Enterprises, tel.: 89832471231.

2Киселева Ирина Ивановна, кандидат технических наук, доцент кафедры строительно-дорожных машин и гидравлических систем, тел.: 89025786404, e-mail: [email protected].пепт

Kiseleva Irina, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the chair of Construction, Roadmaking Machinery and Hydraulic Systems, tel.: 89025786404, e-mail: [email protected].пепт

3Усов Владимир Владимирович, студент, тел.: 8(3952)405131. Usov Vladimir, student, tel.: 8 (3952) 405131.

Аппарат № 1 (рис. 1,а) имеет корпус 1 цилиндрической формы внутренним диаметром 800 мм и высотой 1200 мм, коническое днище 2 и плоскую крышку 3. Отработанный воздух из биореактора поступает в аппарат через воздухоподводящий патрубок 4, в нижней части которого установлен съёмный насадок 5, погружённый в улавливающую микроорганизмы промывную жидкость. Глубина погружения насадка регулируется изменением уровня жидкости. Для подачи промывной жидкости предусмотрен штуцер 6, а для слива - штуцер 7.

Аппарат № 2 (рис. 1,б) отличается от аппарата №1 тем, что отработанный воздух из биореактора поступает в устройство через многосопловый аэратор-насадок 5, представляющий собой усечённый конус, в нижней части которого закреплены трубки 8.

Аппарат газоочистки № 3 (рис. 1,в) представляет собой цилиндрический корпус 1 внутренним диаметром 800 мм и высотой 2400 мм, внутри которого находятся четыре колосниковые решетки 9 из поставленных на ребро полос, снабжённых отбойными пластинами размером 100х100 мм. Отбойные пластины расположены на тарелках таким образом, что площадь поперечного сечения аппарата полностью ими перекрывается. Промывная жидкость подаётся на орошение через форсунку-насадок 5 в верхней части аппарата, загрязнённый воздух - под нижнюю решетку-штуцер 4. В коническом днище 2 аппарата предусмот-

рен штуцер 7 для слива жидкости с уловленными микроорганизмами.

Аппарат № 4 (рис. 1,г) выполнен на базе аппаратов № 1 и № 2 и отличается от них тем, что в нижней части патрубка 4 устанавливался насадок 5 в форме усечённого конуса, на боковой поверхности которого равномерно расположены воздухораспределительные отверстия 10.

Все аппараты выполнены из коррозионно-стойкой стали. Главное требование к конструкции аппаратов -обеспечение малого гидравлического сопротивления при больших расходах воздуха. Кроме того, конструкция аппарата должна быть удобной для мытья и стерилизации.

Для проведения исследований были смонтированы установки, представляющие собой экспериментальный биореактор объемом 200 л, подключённый к аппаратам газоочистки. В качестве рабочей среды использовалась суспензия - культуральная жидкость с живыми микроорганизмами (рис. 2).

Для определения общего содержания микрофлоры в воздухе до и после очистки применили прибор для бактериологического анализа воздуха - щелевой прибор Кротова. Для определения и регулирования расхода воздуха, прошедшего через прибор, на наружной стенке размещён ротаметр. В верхней части корпуса находится вращающийся диск, на который устанавливается чашка Петри с питательной средой. б)

Рис. 1. Конструктивные схемы аппаратов газоочистки: 1 - корпус; 2 - днище; 3 - крышка; 4 - воздухоподводящий патрубок; 5 - насадок; 6 - патрубок подачи промывной жидкости; 7 - штуцер для слива промывной жидкости; 8 - трубки; 9 - колосниковые решетки;

10 - воздухораспределительные отверстия

загрязненный воздух 6- -'

очишенныи воздух

промывная

мхь—-

у жидкость

а)

очишенныи воздух

орошающая

г/

к

К,

у жидкость Ю

6)

3' 4' 5'

Рис. 2. Принципиальная схема установки: а) для аппаратов №1, №2, №4; б) для аппарата №3 1 - ферментатор; 2 - аппарат газоочистки; 3 - фильтр; 4 - компрессор; 5 - вентиль; 6 - пробоотборник; 7 - счетчик воздуха; 8 - термометр; 9 - насадок; 10 - колосниковые решетки

Отбор проб производился в течение 1 мин при объёмном расходе воздуха 0,0003 м3/с (20 л/мин). Инкубирование проводилось в термостате Т-567 при температуре 38 °С в течение 48 часов.

Эффективность очистки воздуха определяли по формуле /

С - С

у вх вых>

Е

вх

■ 100%,

где Свх и Сеых - концентрация микроорганизмов в воздухе на входе в аппарат и на выходе из него, шт./м3 (результаты испытаний представлены в таблице).

Концентрация микроорганизмов в воздухе на выходе из аппарата

Суть явлений, происходящих при контакте загрязнённого воздуха с промывной жидкостью на поверхности газораспределителя, заключается в следующем. Подаваемый на очистку отработанный воздух вытесняет жидкость из полости конуса до определённого уровня, при котором давление столба жидкости в корпусе конуса и давление подаваемого на очистку воздуха уравновешиваются. Крупные и часть мелких частиц под действием потока воздуха контактируют с поверхностью промывной жидкости, смешиваются с ней и под действием силы тяжести оседают на днище аппарата. Оставшиеся мелкие клетки микроорганизмов

Концентрация микроорганизмов Аппарат

№ 1 № 2 № 3 № 4

Свых, шт./м3 670 235 7587 215

Е, % 57,15 99 61,65 99,82

Наиболее эффективно воздух очищается в аппарате № 4. Особенность этой модели - насадок оригинальной конструкции (газораспределитель) (рис. 3).

воздух

Рис. 3. Конструкция газораспределителя: 1 - воздухоподводящий патрубок; 2 - корпус; 3 - воздухораспределительные отверстия

вытесняются из полости насадки вместе с пузырьками воздуха через отверстия, в которых происходит интенсивное дробление пузырьков воздуха и, следова-

в оз дух

¡Л

-ф-

Рис. 4. Схема распределения газового потока в аппарате №4

Е, %

99.95

99,90

99,85

99,80

99,75

/ N z1

N ■

/ / \ \

i i / V ft

J 4 X No \ v „2

X / \

/ s'

О 1 2 3 4 5 и, м/с

Рис. 5. Зависимость эффективности очистки Е воздуха в аппарате №4 от приведенной скорости воздуха и и концентрации в нем микроорганизмов, г/л:

1 - 52; 2 - 56; 3 - 64

тельно, более активный контакт с жидкостью, за счёт которого происходит переход микроорганизмов из воздуха в промывную жидкость (рис. 4).

В аппарате № 4 интенсификация процесса газоочистки достигается путём увеличении поверхности контакта фаз и продолжительности контакта между загрязнённым воздухом и промывной жидкостью. Это происходит в результате максимального увеличения площади проходных сечений отверстий, выполненных в стенке усечённого конуса, и их заглубления в промывную жидкость, что исключает образование больших газовых пузырей и унос клеток культуральной среды, которые характерны для аппаратов № 1 и № 3. Следует отметить более высокую степень очистки воздуха от микроорганизмов в аппарате № 4 по срав-

нению с аппаратом № 2. Это объясняется подъёмом части микроорганизмов в воздушное пространство над промывной жидкостью в аппарате № 2 (вторичный унос).

Простая конструкция газораспределителя аппарата № 4 даёт возможность эффективно очищать воздух, выходящий из биореактора. Зависимость эффективности очистки от приведённой скорости поступающего воздуха представлена на рис. 5, где видно, что максимальная степень очистки достигается при приведённой скорости воздуха 1-3 м/с.

На основе анализа результатов исследований за базовую принята конструкция аппарата газоочистки № 4, как наиболее эффективная и достаточно простая в техническом исполнении.

1. Балабеков О.С., Балтабаев Л.Ш. Очистка газов в химической промышленности. Процессы и аппараты. М.: Химия, 1991.

2. Калунянц К.А., Голгер Л.И., Балашов В.Е. Оборудование микробиологических производств: учебник для студ. вузов по специальности «Технология микробиол. пр-в». М.: Агро-промиздат, 1987. 397 с.: ил.

Библиографический список

3. Очистка отходящих газов технологических агрегатов микробиологической и медицинской промышленности / Дубин-ская Ф.Е. и [др.] // Химическое и нефтяное машиностроение. 1992. № 2. С. 31-33.

УДК 622.243.43

КРИТЕРИЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ДИНАМИЧЕСКОГО НАГРУЖЕНИЯ МЕРЗЛОГО ГРУНТА Ю. И. Чеботарев1

Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Получена математическая модель процесса разработки мерзлого грунта ковшом экскаватора с активными зубьями. Определены основные параметры, оказывающие влияние как на сопротивление разрушению мерзлого грунта, так и на удельную энергоемкость рабочего процесса, которая при рациональных значениях этих пара-

1 Чеботарев Юрий Иванович, доцент кафедры строительных, дорожных машин и гидравлических систем, тел.: (3952) 405134, 721001.

Chebotarev Yury Ivanovich, associate professor of the chair of Roadmaking Machinery and Hydraulic Systems, tel.: (3952) 405134, 721001.