Способ очистки газов от органических веществ

 

Изобретение относится к способам очистки газов от микроорганизмов и неприятно пахнущих веществ и может быть использовано в микробиологической, химической, пищевой и медицинской промышленностях. Сущность изобретения: способ очистки газов от органических веществ включает окисление озоном, получаемым при пропускании газов через зону ионизации электрического разряда, причем очистку и стерилизацию газов осуществляют непосредственно в зоне коронного разряда за счет реакции ионов, молекул, радикалов и образовавшегося озона в газовой фазе между собой. 3 табл.

Изобретение относится к способам очистки отработанных газов от микроорганизмов и неприятно пахнущих веществ и может быть использовано в микробиологической, химической, пищевой и медицинской промышленности.

Газовоздушные выбросы микробиологических производств содержат частицы продуцента культуральной жидкости и органические неприятно пахнущие вещества от 2,5 до 16 мг/м³ в зависимости от вида продуцента. При развитии бактерий и плесневых грибков идентифицировано более 50 летучих ароматических веществ, в основном спирты, альдегиды, кетоны и эфиры. Объем газовоздушных выбросов отдельных цехов микробиологических заводов составляет до 40-50 тыс.м³/ч.

Многообразие источников образования и выделения неприятно пахнущих веществ, различия в физико-химических характеристиках выбрасываемых потоков, присутствие в них живых микроорганизмов делают проблему очистки газов от неприятно пахнущих веществ очень сложной, а применение обычных методов очистки неэффективным.

Известен способ очистки воздуха от производственных загрязнений путем поэтапной промывки его водными растворами солей. Причем перед каждой промывкой в воздух вводят озонированный газ или озон, а после окончательной обработки воздуха избыток содержащегося озона удаляют при помощи твердых катализаторов.

Недостатком известного способа является его сложность, так как озон, необходимый для окисления, получают в отдельном аппарате, по специальным коммуникациям транспортируют к реактору окисления, где дозируют в поток очищаемого газа. Кроме того, необходимо использование катализатора для удаления непрореагировавшего озона.

Известен способ очистки загрязненного органическими соединениями воздуха путем окисления их озоном в присутствии катализатора, в качестве которого используется преимущественно MnO₂, а также Pt и Pd. Продуктами окисления органических веществ, имеющих преимущественно 10 атомов С, являются вода и СO₂. Процесс осуществляют при 25-280^оС.

Недостатком способа является низкая степень окисления примесных углеводородов, которая составляет 5-10% в силу чего способ является недостаточно эффективным. Кроме того, необходимо использование катализаторов для окисления.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ асептирования газов, включающий окисление озоном, получаемым при пропускании газов через зону ионизации электрического разряда. При объеме камеры ионизации 0,5 м³ и длительном времени обработки от 15 до 45 мин (см. табл. 1, 2) процесс очистки происходит уже вне зоны ионизации электрического разряда, что требует дополнительных емкостей, коммуникаций для очистки газов. Кроме того, использование частоты 500 Гц предусматривает использование специальных генераторов.

Способ очистки не обеспечивает дезодорации газов от неприятно пахнущих веществ.

Цель изобретения упрощение процесса и обеспечение дезодорации газов от неприятно пахнущих веществ.

Для этого в способе очистки газов (например от микроорганизмов), включающем окисление озоном, получаемым при пропускании через зону ионизации электрического разряда, процесс очистки осуществляют непосредственно в зоне ионизации коронного разряда при удельной мощности разряда 0,35-0,95 ВА на 1 м³ очищаемого газа. Под воздействием высоковольтного электростатического поля, возникшего между электродами после приложения к ним напряжения 8,5 кВ, органические соединения разлагаются на ионы и радикалы. Присутствующие вода и кислород также подвергаются ионизации и реагируют с образованием озона и атомарного кислорода. В дальнейшем ионы и радикальные группы органических соединений окисляются кислородом, озоном и атомарным кислородом до углекислого газа и воды. Образующееся ультрафиолетовое свечение (100-400 нм) в зоне ионизации, а также перечисленные выше процессы и вещества губительно действуют на микроорганизмы. Таким образом, процесс очистки газов от неприятно пахнущих веществ и стерилизация газов происходят непосредственно в зоне ионизации коронного разряда.

Предлагаемый способ очистки газов осуществляется следующим образом.

Выходящие из ферментеров или посевных аппаратов отработанные газы, содержащие микроорганизмы и неприятно пахнущие органические вещества, направляют в зону ионизации коронного разряда. Под воздействием высокого напряжения 8-8,5 кВ, приложенного на электроды, возникает высоковольтное электростатическое поле, в результате воздействия которого происходит ионизация органических и неорганических веществ с образованием ионов, радикалов и атомарных составляющих, находящихся в возбужденном состоянии. Ионизация сопровождается ультрафиолетовым свечением (100-400 нм). Обладающие направленным движением ионы, сталкиваясь с молекулами газа, передают им некоторую энергию. В результате нейтральные молекулы приходят в движение, образуя течение среды, известное под названием электрический ветер, со скоростью до 0,5 м/с и выше. Молекулярный кислород распадается на атомарные составляющие. Молекула воды распадается на ионы Н⁺ и OН^-. Реакции между молекулярным и атомарным кислородом и OН^- приводят к образованию озона. Время реакции окисления и восстановления ионизированных веществ в газовой фазе ограничивается секундами.

Все эти процессы, а также озон и ультрафиолетовое излучение губительно действуют на микроорганизмы. В результате химических и фотохимических реакций, происходящих в газовой фазе, в том числе и окисление веществ присутствующим озоном и атомарным кислородом, органические вещества распадаются до углекислого газа и воды. Таким образом, происходит очистка газов от неприятно пахнущих веществ на выходе из ионизатора.

Поскольку приведенные выше реакции между радикалами и ионами приводят к очистке газов от органических соединений и микроорганизмов, а время реакции составляет секунды, требуется меньшее количество озона как для глубокого окисления, так и для распада озона (см. табл. 3).

Примеры выполнения способа.

П р и м е р 1. Выходящие из посевного аппарата отработанные газы в процессе культивирования лепидоцида направляют в ионизатор в зону коронного разряда с напряжением на электродах 8,5 кВ и рабочим током 0,56 мА. Объемный расход газа составляет 13 м³/ч. Удельная мощность разряда 0,36 ВА на 1 м³ очищаемого газа. В результате химических и фотохимических реакций между образовавшимися в зоне ионизации ионами и радикалами, а также озоном и кислородом происходит очистка газов от органических веществ и микроорганизмов.

Конструкция электродов ионизатора является "ноу-хау".

Эффективность очистки газов от микроорганизмов представлена в табл. 1. Как видно из таблицы, степень очистки газов от микроорганизмов составила 92,9% Степень очистки газов от неприятно пахнущих органических веществ определяли органолептическим методом согласно ГОСТ 22387.5-77. В результате анализа установлено, что интенсивность запаха снижается на 1-2 бала по сравнению с контрольным (табл. 2).

П р и м е р 2. Выходящие из посевного аппарата отработанные газы в процессе культивирования лепидоцида направляют в зону ионизации коронного разряда с напряжением на электродах 8,5 кВ и рабочим током 0,56 мА. Объемный расход газа составляет 8 м³/ч. Удельная мощность разряда 0,6 ВА на 1 м³ очищаемого газа.

Эффективность очистки газов от микроорганизмов составила 97,5% (см. табл. 1).

Интенсивность очистки газов от неприятно пахнущих органических веществ повышается на 2-3 балла по сравнению с контрольным (см. табл. 2).

Пример является оптимальным, поскольку снижение запаха на 2-3 балла удовлетворяет как критерию необходимого, так и критерию достаточного.

П р и м е р 3. Выходящие из посевного аппарата отработанные газы в процессе культивирования лепидоцида направляют в зону ионизации коронного разряда с напряжением на электродах 8,5 кВ и рабочим током 0,56 мА. Объемный расход газа 5 м³/ч. Удельная мощность разряда 0,95 ВА на 1 м³ очищаемого газа.

Эффективность очистки газов от микроорганизмов составляет 96,8% (см. табл. 1).

Интенсивность очистки газов от неприятно пахнущих органических веществ повышается на 2-4 балла (см. табл. 2).

Энергозатраты на очистку газов являются значительными 1 кВА/ч (1000 м³), но удовлетворяют требованиям производства. Например, объем газовоздушных выбросов цехов микробиологических заводов составляет 50000 м³/ч. Энергозатраты на очистку 50 кВт/ч.

П р и м е р 4. Выходящие из посевного аппарата отработанные газы в процессе культивирования лепидоцида направляют в зону ионизации коронного разряда с напряжением на электродах 8,5 кВ и рабочим током 0,56 мА.

Объемный расход газа 3 м³/ч. Удельная мощность разряда 1,58 ВА на 1 м³ очищаемого газа. Эффективность очистки газа от микроорганизмов составляет 96,8% Интенсивность очистки газов от неприятно пахнущих органических веществ повышается на 2-3 балла (см. табл. 2).

Энергозатраты на очистку газов являются очень большими 1,58 кВА/ч (1000 м³) или на 50000 м³/ч 80 кВА/ч.

П р и м е р 5. Выходящие из посевного аппарата отработанные газы в процессе культивирования лепидоцида направляют в зону ионизации коронного разряда с напряжением на электродах 8,5 кВ и рабочим током 0,56 мА. Объемный расход газа 17 м³/ч. Удельная мощность разряда 0,28 ВА на 1 м³ очищаемого газа.

Эффективность очистки газов от микроорганизмов в среднем составила 96,5% (см. табл. 1).

Интенсивность очистки газов от неприятно пахнущих веществ повышается всего на 1-2 балла. Следовательно, снижение удельной мощности разряда на 1 м³ очищаемого газа не обеспечивает достаточной степени очистки газов от неприятно пахнущих веществ.

Использование способа очистки отработанных газов позволяет исключить загрязнение окружающей среды микроорганизмами и неприятно пахнущими органическими веществами на 96,5-97,5% Предлагаемый способ очистки позволяет исключить технологическую операцию, связанную с очисткой от микроорганизмов, с применением теплообменников, циклонов и фильтров тонкой очистки, что приводит к сокращению производственных площадей, тем самым обеспечивая простоту технологии очистки воздуха.

Кроме того, в предлагаемом способе исключается загрязнение атмосферы озоном (см. табл. 3).

Формула изобретения

СПОСОБ ОЧИСТКИ ГАЗОВ ОТ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ, включающий окисление озоном, получаемым при пропускании газов через зону ионизации высоковольтного электрического разряда, отличающийся тем, что процесс осуществляют при удельной мощности разряда 0,35 0,95 В · А на 1 м³ очищаемого газа путем их разложения на ионы и радикалы с последующим окислением кислородом и образующимся озоном до углекислого газа и воды.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2