Работа саранских ученых сообщает, что в условиях животноводческих помещений возможно деодорировать воздух весьма значительно. Правда, при этом приводятся весьма странные данные: например, при увеличении концентра- ции аммиака с 11,1 до 58,8 мг/м³ эффективность деодорации увеличилась на 7%. Поскольку достаточно твердо установлено, что аммиак практически не реагирует с озоном в газовой среде, неясно, о чем идет речь. Неясно также, как определялся уровень деодорации с такой точностью?

На стандартных очистных сооружениях главными источниками загрязнения атмосферного воздуха являются дурнопахнущие вещества, содержащиеся в отходящих газах метантенков и дру гих установок для анаэробного сбраживания (аэротенков, био- фильтров). Наиболее распространенными загрязнителями являются, как уже указывалось, меркаптаны, амины, сероводород, аммиак. Швейцарская очистная установка. предназначенная для очистки таких газовых выбросов, включает насадочные колонны и угольный фильтр. Отходящие газы, содержащие дурнопахнущие вещества, подаются в вертикальную колонну, и туда же вводится озонированный воздух. Сверху колонна орошается промывными водами с оптимальной величиной рН. Установка может очищать до 10000 м³/ч. Вариант этой установки для очистки такой органики, как диметилбутан, триметиламин, метилиндол, акролеин и т. п., рассматривается в работе. В патенте ФРГ предлагается очистительная установка для устранения отходящих газов на станциях, обрабатывающих шлам, накапливающийся при очистке сточных вод. Основные ча- сти установки орошаемый скруббер и катализатор. Озоно-каталитическая установка для устранения примесей органических соединений описывается в российском патенте. Подчеркивается, что применяемый в установке катализатор позволяет окислять органические примеси до углекислоты и воды.

Известный французский исследователь Бруно Лангле отмечает, что при эксплуатации очистных сооружений часто возникает проблема запаха, особенно на участках образования осадков. В качестве решения он предложил в обязательном порядке обрабатывать вентиляционные выбросы озоном в колоннах с на садкой, дозы озона при этом составляют 3-6 мг/м³ .

Одним из производств, в котором происходит выброс значительного количества органических загрязнителей, является производство синтетических каучуков, резин, резинотехнических изделий и пластмасс на основе диеновых углеводородов, стирола и других мономеров. Эта весьма несовершенная с точки зрения экологии технология (суммарный выброс токсичных углеводоро дов по одному предприятию может достигать 2000-3000 т/год). В настоящее время для очистки выбросных газов предлагается использовать установки термокаталитического окисления. При этом процесс окисления идет при 500°С и предполагает использование дорогостоящего платиносодержащего катализатора. Разработанный коллективом воронежских исследователей метод озонокаталитического окисления углеводородов в отработанном воздухе имеет ряд существенных преимуществ. Эта технология предусматривает ведение процесса при температуре 60-80°C, отвечающей температуре обработанного воздуха, выходящего из сушилок каучука, при этом не требуется дополнительного подогрева. Таким образом, не только экономится энергия, но и предотвращается загрязнение атмосферы продуктами сгорания газа. Кроме того, избранный катализатор-сорбент активиро- ванный уголь в десятки раз дешевле применяющегося ранее алюмоплатинового катализатора.

В разработке использовались озонаторы воронежской фир мы «КБ Химавтоматика» (КБХА), имеющие высокие технико- экономические показатели. Согласно регламенту этой тех нологии необходимо строго выдерживать массовое соотношение озона к стиролу 0,5:1. Концентрация озона при этом не столь существенна. Важно лишь массовое соотношение «стирол/озон». Согласно данным авторов, степень очистки воздуха от стирола соответствует санитарным нормам. Расчет показал, что общий экономический эффект применения такой технологии со ставляет 21 млн руб. в год в ценах 2003-2004 гг. при среднем объеме выброса около 180 тыс. м³/ч.

Авторы подчеркивают, что стоимость очистки этим методом в два раза ниже, чем у конкурирующего метода термокаталитического дожигания.

В 1970-1980-е гг. на Украине на Северодонецком производственном объединении «Стеклопластик» была смонтирована и эффективно эксплуатировалась опытно-промышленная установ- ка по обезвреживанию газовых выбросов, содержащих стирол (объем выброса 10 тыс. м³/ч). Озонатор ОП-121 производил 1,6 кг озона в час из воздуха. Концентрация стирола в газовоздушных выбросах, подаваемых на очистку, составляла 10-120 мг/м³; поглощение озонированной органики происходило в специально разработанных водных средах на скрубберах. Сте- пень очистки 90-98%.

Деодорирование газовых выбросов на предприятиях по пере- работке отходов каучука производилось на Воронежских пред- приятиях с помощью установки «дезодоратор». Установка включает озонатор, поглотители и специальные фильтры. Согласно утверждению авторов, установка позволила избавиться от запаха не только на территории жилой зоны, но и в непосредственной близости от цеха переработки полимеров.

Несколько другой способ очистки отходящих газов от сти рола предложен в авторском свидетельстве. Здесь в насадочную колонну подается, с одной стороны, воздух, загрязненный стиролом и озонированный воздух, а с другой стороны, в колонну подают водный раствор бутилового спирта с концентрацией 0,5- 0.9 мг/л. При этом образуется бензойная кислота. Расход озона в этом методе, согласно авторскому свидетельству, очень низкий. Степень очистки достигает 100%.

Безусловно, это интересный и, вероятно, перспективный ме тод утилизации стирольных выбросов. К сожалению, нам неизвестно, реализован ли этот метод в промышленности.

Существует определенное количество патентов, где озон успешно применяется для устранения органических примесей из выбросных газов различных производств. Так, в работе сообщается о разработке в США новой высокоэффективной системы очистки воздуха от различных загрязнителей под на званием «Air». Эта система, в основе которой лежит озонокаталитический процесс, эффективно улавливает летучие органические соединения, хлорированные углеводороды, микроорганизмы, пахучие примеси и окись углерода. В системе используется рециркуляция воздуха, и степень очистки превышает 60%.

Успешно используется озон при очистке газовоздушных выбросов на производстве паприна.

При гидротермической обработке древесины наблюдается выделение большого количества органических соединений. Использование озона, особенно при применении паровых лесосушильных камер, позволяет резко уменьшить токсичность выброса. В настоящее время существуют лишь предварительные лабораторные исследования, указывающие на перспективность такой технологии.

Успешно удается применить озон для очистки газовоздушных выбросов литейного производства. В этом случае сильно запы- ленные газы с температурой 150-300°С и суммарным содержанием органических и неорганических примесей на уровне 500- 600 мг/м³ после соответствующей подготовки и озонирования удается очистить до уровня ПДК по фенолу и формальдегиду. Доза озона при этом умеренная: 10-20 мг/м³ воздуха .

Устранение столь высоких концентраций загрязнений столь низкими дозами озона представляется весьма сомнительным. Неясно также, какой полный спектр загрязнений и как происходит их очистка?

Ферментативные производства отличаются наличием газовоз- душных выбросов с широким спектром органических веществ различной химической природы, а также присутствием микроорганизмов и влаги. Очистка таких выбросов представляет собой непростую задачу. На лабораторном ферментере исследовался процесс обезвреживания выбросов при синтезе лизина. В качестве массообменного аппарата использовался абсорбер с насадкой из керамических колец Рашига. При расходе выбросных газов около 60 л/мин и расходе воды на орошение абсорбера ~ 25 л/ч расход озона составляет 0,45-0,95 мг/мин. Уста новлено, что жидкофазное окисление озоном эффективно для всех групп органических веществ, присутствующих в выбросах. Степень очистки достигает 90% (против 45% при физической адсорбции в тех же условиях). При этом наряду с обезвреживанием выбросов происходило их обеззараживание. В воздушном потоке после обработки озоном живые микроорганизмы отсутствовали.

Установка для очистки и дезодорирования газовоздушных выбросов ферментеров озоном приводится в патенте. В работе используется абсорбер со щелочным раствором и циркуляцией газа.

Не совсем обычный способ очистки отходящих газов представлен в патенте. Органические загрязнения выброса окисляются на марганцевом катализаторе, но предварительно эти газы пропускают через зону барьерного разряда с частотой 2.1-2,6 кГц. Озон в очищенных газах отсутствует. Утвержда ется, что способ позволяет вести очистку газов от всех видов органических веществ. Степень очистки достигает 99,6-100%. Авторы особо рекомендуют этот способ для очистки газовых выбросов на производствах мясомолочной продукции. Однако столь простой, универсальный и совершенный способ очистки вызывает большие сомнения.

В американском патенте описан способ разложения озоном (концентрация 3-100 г/м³) газов, образующихся в про цессе тепловой обработки осадков сточных вод с последующей утилизацией кислородсодержащего газа.

Аналогичные установки представлены в заявках на патенты.

Эффективность по току (n %), т.е. отношение реально произведенного озона (в граммах) к теоретическому значению, рассчитываемому по закону Фарадея, является важнейшей характеристикой процесса, в работе она составляла 2,5% при плотности тока 74 мА/см², что весьма, как мы увидим далее, скромная величина. Несколько лучшие результаты представлены в . Здесь 79% при низкой плотности тока 8,9 мА/см². Концентрация озона очень низкая ~ 0,3 ÷ 0,4 мг/л. Связь между концентрацией озона и эффективностью по току представлена на рисунке.

Схематически вид ячейки «М» представлен на рис. 1.2.

Как видно из данных табл. 1.1. энергорасход на образование озона в озонаторах «M» очень высокий: 200 кВт-ч/кг, или же 5 г/кВт-ч.

В двух сравнительно новых работах использовались алмазные электроды, легированные бором, нанесенные на пористую подложку с ниобиевым напылением. Компоновка таких ячеек представлена на рис. 1.3.
В такой конструкции два пористых электрода плотно прижимаются к мембране, образуя своего рода «электрохимический сэндвич». Ячейка работала весьма эффективно. Выход по току составлял 24-29%, а наибольшее значение достигало 47%. Концентрация растворенного озона достигала 10 мг/л. При этом в воде образовывались кроме озона и ОН*. Наличие ОН* в растворе подтверждено прямым измерением концентрации ОН* по данным ЭПР (метод спиновой ловушки). Авторы этих работ отмечают сильную зависимость основных параметров таких ячеек от ряда чисто конструктивных деталей, например, от диаметра отверстий в металлической подложке или толщины электродов.

Как видно из данных табл. 1.1. энергорасход на образование озона в озонаторах «M» очень высокий: 200 кВт-ч/кг, или же 5 г/кВт-ч.

В двух сравнительно новых работах использовались алмазные электроды, легированные бором, нанесенные на пористую подложку с ниобиевым напылением. Компоновка таких ячеек представлена на рис. 1.3.
В такой конструкции два пористых электрода плотно прижимаются к мембране, образуя своего рода «электрохимический сэндвич». Ячейка работала весьма эффективно. Выход по току составлял 24-29%, а наибольшее значение достигало 47%. Концентрация растворенного озона достигала 10 мг/л. При этом в воде образовывались кроме озона и ОН*. Наличие ОН* в растворе подтверждено прямым измерением концентрации ОН* по данным ЭПР (метод спиновой ловушки). Авторы этих работ отмечают сильную зависимость основных параметров таких ячеек от ряда чисто конструктивных деталей, например, от диаметра отверстий в металлической подложке или толщины электродов.

Интересные данные по всем основным параметрам электрохимической ячейки приведены в работе. Электрохимическая ячейка содержала мембранно-электродную сборку, включающую электрод из легированной двуокиси олова и твердый электролит. Воздушный катод изготавливался из пористой платины.

В том случае, когда отсутствовал проток деионизованной воды через анодное пространство, концентрация озона в газе достигала 15% вес. Производительность нескольких таких элементов, соединенных параллельно, может достигать 1 г/ч. На работу генератора оказывают сильное влияние такие параметры, как ток ячейки и скорость потока воды (если ячейка работает с протоком воды).

В этой же статье приводится таблица сравнения основных показателей электрохимической ячейки, сконструированной авторами, и типичного барьерного разряда, производящих технолоический озон (табл. ниже).

Если опираться на данные этой таблицы, то можно подумать, что барьерный разряд это прошлое, а будущее за электрохимией. Однако авторы этой работы явно лукавят. В реальности современные озонаторы могут производить (и производят до 15% вес, озона в газе). Энергопотребление в барьерных озонаторах при достаточно высоких концентрациях не превышает 12 - 14 кВт/кг, а существуют и менее энергоемкие озонаторы. Кроме того, поскольку все последние конструкции барьерных озонаторов работают с использованием кислорода, как озонообразующего газа, то проблемы с образованием окислов азота не существует. Существенно, что данные, приведенные в таблице выше относятся к ячейке с размерами электрода 4х6см; при использовании электродов больших размеров 8х13 см эти показатели гораздо ниже.Так, максимальное значение токовой эффективности не превышает 4%. Правда, в заключение статьи авторы сообщают, что им удалось поднять этот показатель до 18%, но ни каких деталей не приводится.

Прогресс в электрохимическом производстве озона, связан ный в первую очередь с разработкой новых электродов, хорошо показан в докладе Р.С. Картрайта. Алмазные электроды, описанные в этой работе, представляют собой тонкие слои кристаллического алмаза, нанесенные на ниобиевую подложку. Средний размер зерна алмаза лежит в субмикронной области (менее 5 мкм). Вид типичного электрода изображен на рис. 1.5.

Максимальная площадь равномерного покрытия электрода, реализованного к настоящему времени, достигает 0,5 м². Как уже упоминалось, алмазные электроды характеризуются рекордным перенапряжением до 2,8 В, что приводит к появлению ОН-радикалов. Для подтверждения реальности существования ОН-радикалов авторы использовали радикальную метку DMPO [11].

С применением алмазных электродов авторы [11] разработали устройство для очистки и дезинфекции проточной воды. Прибор способен дезинфицировать воду с расходом 0,5 м³/ч. Общий вид прибора представлен на рис. 1.6. Какие-либо другие параметры прибора авторами не приводятся.

В работах сообщается о создании на основе электрохимической ячейки с воздушным катодом и алмазным анодом прибора, где образующийся озон успешно используется для очистки окрашенных сточных вод и загрязнений, возникающих в воде фармацевтических производств. Вообще-то в самом факте успешной очистки таких загрязнений нет ничего необычного. Озон для подобных целей используется в течение многих лет.

Рис. 1.6. Общий вид ячейки для дезинфекции воды
1 - вход воды; 2 - отделение для электрохимической ячейки; 3 - дросселирующее устройство: 4 - камера для дезинфекции воды

Коммерческий аппарат для очистки воды был разработан на основе конструкции Л.М. Да Силва с коллегами [14]. Такой генератор мог производить 6 г/ч озона с кон- центрацией 15% вес. Энергетический выход при этом достигал 70 г/Вт-ч, что соответствует энергорасходу 14 кВт-ч/кг. Одновре менно с производством озона ячейка производила также водород ~ 5 г/ч.

Именно производство водорода приводит авторов [13] к мысли о возможности комбинировать генератор озона и топливный элемент, работающий на смеси воздуха и водорода. Схема такого оригинального гибрида представлена на рис 1.7.

Насколько нам известно, реальная разработка этой интерес ной идеи еще не реализована.

В заключение можно сделать следующие выводы. Электрохимические анализаторы озона могут использоваться в тех случаях, когда габариты, вес, простота устройства являются основными требованиями. При этом энергетические показатели несущественны. Речь, очевидно, должна идти о приборах с производительностью по озону в несколько грамм. Наличие строгой связи между значением тока и количеством возникающего озона существенно для целей калибровки анализаторов озона.

Хотя и здесь существует определенные "подводные камни". Электрохимические электроды - сложные, многослойные композиции. Насколько стабильны такие электроды при многолетней эксплуатации, даже просто при многолетнем хранении, неясно. Вообще нам неизвестны исследования по ресурсу и стабильности производства озона во времени этими генераторами, что является необходимым при разработке промышленных изделий.

Автор книги "Теория и практика получения и применения озона"
В.В. Лунин, Самойлович, В.Г., С.Н. Ткаченко, И.С. Ткаченко

По вопросам и предложениям свяжитесь с нами любым удобным способом

Телефон: 8 (800) 775-28-45
E-mail: info@ozonbox.pro
Соцсети: Вконтакте | Rutube