Способ и устройство для реабилитации уличного воздуха

Изобретение предназначено для очистки уличного воздуха и может быть использовано в энергетике. Способ реабилитации уличного воздуха включает в себя охлаждение и увлажнение потока воздуха, поглощение частиц сажи и пыли в камере орошения разбрызгиваемой питательной водой, забор уличного воздуха из наиболее загазованной проезжей части улицы, подачу реабилитированного воздуха в пешеходную зону улицы. Питательной водой проводят в камере орошения абсорбцию двуокиси углерода, окислов азота, окислов серы. Питательную воду получают путем смешения свежей питательной воды с рециркуляционной водой, подкисленной в камере орошения, выводят часть подкисленной воды со шламом. В камере очистки проводят удаление из воздуха оставшихся окислов азота, окислов серы и уносимых капель насыщенной кислотными компонентами подкисленной воды, в результате их взаимодействия с гашеной известью (Са(ОН)₂), покрывающей поверхность перфорированных кассет, находящихся в съемных контейнерах с образованием нитрита кальция (Ca(NO₂)₂), сульфата кальция (CaSO₄), нитрата кальция (Ca(NO₃)₂) и углекислого кальция (СаСО₃), которые остаются на поверхности кассет, удаляют оставшиеся капели воды на сепарационных пластинах, ионизируют воздух в ионизаторе. Устройство для реабилитации уличного воздуха включает корпус с размещенным внутри приточным вентилятором и камерой орошения с оросительным устройством. Корпус закрыт крышей, содержит поддон и разделен вертикальной перегородкой с окном в своей нижней части на камеру орошения и камеру очистки. Наружная стенка камеры орошения в своей верхней части под крышей снабжена заборной решеткой, а внутри камеры орошения размещены приточный вентилятор и оросительное устройство, состоящее из вертикальных распределительных стояков с форсунками. В камере очистки помещены контейнеры с вертикальными перфорированными кассетами, покрытыми слоем гашеной извести (Ca(OH)₂), сепарационные пластины, ионизатор, вытяжной вентилятор и распределительная решетка. Изобретение обеспечивает повышение эффективности очистки уличного воздуха с одновременной утилизацией улавливаемых окислов азота, окислов серы, двуокиси углерода. 2 н.п.ф-лы, 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к энергетике, а именно к кондиционированию воздуха и, в частности, к способам и устройствам для очистки уличного воздуха от вредных компонентов отработавших газов автомобильного транспорта.

Известны способ для обработки воздуха жилых и общественных помещений, включающий очистку воздуха от пыли путем фильтрования и от вредных химических примесей в кассетах, заполненных смесью углеродного адсорбента и хемосорбента, солями NaCI и KCI, его ионизацию, и устройство-кондиционер, содержащее последовательно установленные в корпусе воздухозаборное отверстие с фильтром, вентилятор, кассеты, заполненные углеродным адсорбентом, хемосорбентом, солями NaCI и KCI, фильтрующее полотно, ионизатор и воздухораспределительную решетку [1].

Недостатками известного способа являются невозможность очистки уличного воздуха, загрязненного отработавшими газами автомобильного транспорта в больших объемах, высокая стоимость реагентов, что снижает его эффективность.

К недостаткам известного кондиционера относятся отсутствие оборудования для очистки уличного воздуха от выхлопных газов автомобильного транспорта, большое аэродинамическое сопротивление аппарата, что снижает его эффективность.

Более близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ реабилитации уличного воздуха, включающий в себя охлаждение и увлажнение потока воздуха, поглощение частиц сажи и пыли в камере орошения разбрызгиваемой питательной водой, забор уличного воздуха из наиболее загазованной проезжей части улицы и подачу реабилитированного воздуха в пешеходную зону улицы, осуществляемый в устройстве, включающем корпус с приточным вентилятором и камерой орошения с оросительным устройством [2].

Основными недостатками известного способа являются невозможность очистки уличного воздуха от окислов азота, окислов серы и их утилизации, что снижает его технологическую и экономическую эффективность.

Основным недостатком известного устройства является отсутствие оборудования для очистки уличного воздуха от окислов азота, окислов серы и их утилизации, что снижает эффективность его работы.

Техническим результатом, на решение которого направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности очистки уличного воздуха от вредных компонентов отработавших газов автомобильного транспорта и пыли с одновременной утилизацией улавливаемых окислов азота, окислов серы и двуокиси углерода с целью улучшения экологической обстановки в городских районах, переполненных автомобильным транспортом.

Технический результат достигается тем, что предлагаемый способ реабилитации уличного воздуха включает в себя забор воздуха из наиболее загазованной проезжей части улицы, охлаждение и увлажнение потока воздуха в камере орошения разбрызгиваемой питательной водой, полученной путем смешения свежей питательной воды с рециркуляционной подкисленной водой, абсорбцию полученной смесью из уличного воздуха двуокиси углерода, окислов азота, окислов серы с образованием соответствующих кислот с одновременным их окислением в газовой и жидкой фазах, в присутствии озона воздуха, поглощение частиц сажи, вывод части подкисленной воды, насыщенной двуокисью углерода, со шламом из поддона, удаление из уличного воздуха оставшихся окислов азота, окислов серы и уносимых капель насыщенной кислотными компонентами подкисленной воды в результате их взаимодействия в камере очистки с гашеной известью (Са(ОН)₂), покрывающей поверхность перфорированных кассет, находящихся в съемных контейнерах с образованием нитрита кальция (Са(NO₂)₂), сульфата кальция (CaSO₄), нитрата кальция (Са(NO₃)₂) и углекислого кальция (СаСО₂), которые остаются на поверхности кассет, удаление оставшихся капель воды на сепарационных пластинах, обогащение воздуха легкими аэроионами в ионизаторе, после чего реабилитированный воздух подается в пешеходную зону улицы.

Технический результат достигается также тем, что устройство для реабилитации уличного воздуха - уличный кондиционер - состоит из прямоугольного корпуса, закрытого крышей, с поддоном, соединенным через соответствующие штуцера с питательным трубопроводом и насосом, циркуляционным контуром, дренажным трубопроводом и разделенным вертикальной перегородкой с окном в нижней части на камеру орошения, наружная стенка которой в своей верхней части под крышей снабжена заборной решеткой, а внутри размещены приточный вентилятор и оросительное устройство, состоящее из вертикальных распределительных стояков с форсунками, и на камеру очистки, в которой по ходу движения воздуха помещены съемные контейнеры с вертикальными перфорированными кассетами, покрытыми слоем гашеной извести (Са(ОН)₂) с вертикальными воздушными каналами между собой, сепарационные пластины, ионизатор, вытяжной вентилятор и распределительная решетка.

В основу предлагаемого способа и работы предлагаемого уличного кондиционера положены химический состав уличного воздуха, загрязненного вредными компонентами выхлопных газов автомобильного транспорта (двуокись углерода, окислы азота, окислы серы, сажа, озон и т.д.) [3, с.86-90, с.155], высокая растворимость двуокиси углерода по сравнению с остальными компонентами воздуха в воде [4, с 316], высокая скорость реакции окисления NO в NO₂ и SO₂ в SO₃, которые хорошо растворяются в воде с образованием HNO₃ и H₂SO₄, в присутствии озона [5, с.275, 6, с.348], быстрое взаимодействие Са(ОН)₂ с CO₂ с образованием СаСО₃ [7, с.406], с NO_x и SO_x с образованием нитрита и нитрата кальция (Ca(NO₂)₂, Ca(NO₃)₂), сульфата кальция (CaSO₄) [5, с.415, 8, с.227].

Изобретение поясняется чертежом, где изображен уличный кондиционер.

Уличный кондиционер состоит из прямоугольного корпуса 1, закрытого крышей 2, поддона 3, снабженного питательным, циркуляционным и дренажным штуцерами 4, 5, 6 соответственно, разделенного от крыши 2 вертикальной перегородкой 7 с образованием окна между нижней кромкой перегородки 7 и днищем поддона 3 на камеру орошения 8, наружная стенка которой под крышей 2 снабжена воздухозаборной решеткой 9, а внутри размещены приточный вентилятор 10 и оросительное устройство, состоящее из вертикальных стояков 11 с форсунками 12, соединенных с питательным штуцером 4, и на камеру очистки 13, в которой по ходу движения воздуха помещены съемные контейнеры 14, в крышке которых 15 прикреплены вертикальные перфорированные кассеты 16 с отверстиями 17, покрытые слоем гашеной извести (Ca(OH)₂) 18 с вертикальными воздушными каналами 19 между собой, сепарационные пластины 20, ионизатор 21, вытяжной вентилятор 22 и распределительная решетка 23, а питательный штуцер 4 соединен трубопроводом с питательным насосом 24.

Очистка уличного воздуха от вредных компонентов отработавших газов автомобильного транспорта и пыли предлагаемым способом в уличном кондиционере осуществляется следующим образом. Предварительно, уличный кондиционер устанавливают на границе проезжей и пешеходной части участка улицы, наиболее загруженного автотранспортом таким образом, чтобы заборная решетка 9 была обращена в сторону проезжей части, а распределительная решетка 23 - в сторону пешеходной части, и подключают его ко всем коммуникациям. Уличный воздух через заборную решетку 9 засасывается приточным вентилятором 10 в камеру орошения 8, где скорость его резко падает, двигается сверху вниз, контактирует в перекрестном токе с частицами воды, поступающей из форсунок 12, установленных на распределительных стояках 11 по всей высоте камеры орошения 8, увлажняется и частично охлаждается. При этом параллельно вышеописанным процессам, в камере орошения 8 происходит улавливание водой частиц пыли и сажи, межфазный контакт разбрызгиваемой воды с воздухом, в результате чего происходит абсорбция этой водой большей части двуокиси углерода, химическое взаимодействие окислов азота, окислов серы, озона, кислорода, воды между собой в газовой и жидкой фазах, хемосорбция образовавшихся двуокиси азота (NO₂) и серного ангидрида (SO₃) водой (Н₂О) с образованием азотной (HNO₃) и серной (Н₂SO₄) кислот. Образовавшаяся подкисленная вода, насыщенная двуокисью углерода с механическими примесями, стекает в поддон 3, смешивается там с предыдущей кислой водой, откуда часть этой смеси, равная количеству воды, подаваемой на орошение, вместе со шламом через дренажный штуцер 6 выводится в канализацию, а другая часть из верхнего слоя воды в поддоне через циркуляционный штуцер 5 поступает в циркуляционный трубопровод, соединенный с питательным трубопроводом, смешивается с питательной водой, количество которой определяется заданным количеством поглощаемой двуокиси углерода из уличного воздуха, после чего смесь свежей и подкисленной воды питательным насосом 24 через питательный штуцер 4 снова поступает в камеру орошения 8. Очищенный от двуокиси углерода и некоторой части окислов азота и серы, пыли и сажи, увлажненный и частично охлажденный уличный воздух с частицами подкисленной воды из камеры орошения 8 через окно поступает в камеру очистки 13, где, при движении его снизу вверх по воздушным каналам 19, происходит взаимодействие оставшихся окислов с озоном и кислородом в газовой и жидкой фазах, абсорбция образовавшихся NO₂ и SO₃ частицами воды, осаждение их на боковые поверхности вертикальных перфорированных кассет 16, покрытых слоем гашеной извести (Са(ОН)₂) 18, с которой протекают реакции взаимодействия кислотных компонентов в частицах воды, оставшихся в воздухе двуокиси углерода, окислов азота, окислов серы, с образованием нитрита кальция (Ca(NO₂)₂), нитрата кальция (Са(NO)₃)₂, сульфата кальция (CaSO₄) и углекислого кальция (СаСО₃), которые остаются в слое 18, постепенно меняя его химический состав, после чего очищенный и осушенный воздух дополнительно освобождается от уносимых капель воды на сепарационных пластинах 20, при проходе через ионизатор 21 обогащается легкими аэроионами и вытяжным вентилятором 22 через распределительную решетку 23 подается в пешеходную сторону улицы.

При падении активности слоя 18 кассет 16 съемные контейнеры 14 заменяют на новые, заполненные регенерированными кассетами 16. Процесс регенерации заключается в очистке поверхности кассет 16 от слоя 18, содержащего смесь нитрита кальция, нитрата кальция, сульфата кальция, углекислого кальция, которые используются в сельском хозяйстве в качестве удобрений [8, с.227] и повторном покрытии поверхности кассет 16 слоем гашеной извести 18.

В качестве источника воды, подаваемой в камеру орошения 8 для поглощения двуокиси углерода в больших количествах, можно использовать воду станций откачки подземных вод метрополитена (при условии отсутствия в ней вредных примесей), а сбрасываемая в канализацию через дренажный штуцер 4 подкисленная вода в связи со значительным содержанием двуокиси углерода в ней будет способствовать процессам фотосинтеза [9, с.210] на полях орошения городских очистных сооружений.

Высота уличного кондиционера определяется зоной максимальной загазованности уличного воздуха и высотой рабочей зоны стоящего человека с учетом угла расширения струи воздуха, вытекающей из распределительной решетки 23, а площадь сечения, число кассет 16 и их размеры, мощность и производительность вентиляторов 10 и 22, ионизатора 21, насоса 24, объем поддона 3, поглотительная способность камеры очистки 13, расход воды на орошение в камере орошения 8 и рециркуляцию определяются производительностью по воздуху, его загрязненностью и требуемой степенью его очистки. При этом уличный кондиционер желательно изготавливать в виде типовых секций, каждая из которых может работать отдельно, что позволяет увеличивать или уменьшать производительность установки в целом в зависимости от экологической обстановки на улице.

Таким образом, предлагаемый способ и устройство для реабилитации уличного воздуха - уличный кондиционер - позволяют без применения дорогих и опасных химических реагентов очистить уличный воздух от вредных компонентов выхлопных газов автомобильного транспорта, а именно двуокиси углерода, окислов азота, окислов серы, сажи и уличной пыли, используя в качестве активных поглотителей сбросные воды и гашеную известь и утилизовать уловленные компоненты, что увеличивает его технологическую и экономическую эффективность.

Источники информации

1. А.с. СССР №1702111, Мкл. F16F 3/16, 1991.

2. Патент РФ №2115066, Мкл. F24F 7/04, 1998.

3. Л.Ф.Голдовская. Химия окружающей среды. - М.: Мир, 2005, 285 с.

4. Справочник химика, т.III. - М. - Л.: Химия, 1965, 1006 с.

5. Неницеску К. Общая химия. - М.: Высш. Школа, 1958. - 448 с.

6. Кутепов А.М. и др. Общая химическая технология. - М.: Высш. Школа, 1985, 448 с.

7. Абрамов Н.И. и др. Водоснабжение. - М.: Стройиздат, 1960. - 579 с.

8. Позин М.Е. Технология минеральных удобрений. - Л.: Химия, 1983. - 360 с.

9. Комов В.П. и др. Биохимия. - М.: Дрофа, 2004, 640 с.

1. Способ реабилитации уличного воздуха, включающий в себя охлаждение и увлажнение потока воздуха, поглощение частиц сажи и пыли в камере орошения разбрызгиваемой питательной водой, забор уличного воздуха из наиболее загазованной проезжей части улицы, подачу реабилитированного воздуха в пешеходную зону улицы, отличающийся тем, что питательной водой проводят в камере орошения абсорбцию двуокиси углерода, окислов азота, окислов серы с образованием соответствующих кислот с одновременным их окислением в газовой и жидкой фазах в присутствии озона воздуха, питательную воду получают путем смешения свежей питательной воды с рециркуляционной водой, подкисленной в камере орошения, выводят часть подкисленной воды, насыщенной двуокисью углерода, со шламом из поддона, в камере очистки проводят удаление из воздуха оставшихся окислов азота, окислов серы и уносимых капель насыщенной кислотными компонентами подкисленной воды, в результате их взаимодействия с гашеной известью (Са(ОН)₂), покрывающей поверхность перфорированных кассет, находящихся в съемных контейнерах, с образованием нитрита кальция (Са(NO₂)₂), сульфата кальция (CaSO₄), нитрата кальция (Са(NO₃)₂) и углекислого кальция (СаСО₃), которые остаются на поверхности кассет, удаляют оставшиеся капли воды на сепарационных пластинах, ионизируют воздух в ионизаторе.

2. Устройство для реабилитации уличного воздуха - уличный кондиционер, включающее корпус с размещенным внутри приточным вентилятором и камерой орошения с оросительным устройством, отличающееся тем, что прямоугольный корпус закрыт крышей, содержит поддон и разделен вертикальной перегородкой с окном в своей нижней части на камеру орошения и камеру очистки, при этом наружная стенка камеры орошения в своей верхней части под крышей снабжена заборной решеткой, а внутри камеры орошения размещены приточный вентилятор и оросительное устройство, состоящее из вертикальных распределительных стояков с форсунками, а в камере очистки по ходу движения воздуха помещены контейнеры с вертикальными перфорированными кассетами, покрытыми слоем гашеной извести (Са(ОН)₂), с вертикальными воздушными каналами между собой, сепарационные пластины, ионизатор, вытяжной вентилятор и распределительная решетка.