Раздел 2. Описание организационных и технологических процессов, используемых для решения рассматриваемой межотраслевой проблемы

Раздел 2. Описание организационных и технологических процессов, используемых для решения рассматриваемой межотраслевой проблемы

2.1 Системы экологического менеджмента (СЭМ)

В данном разделе приводятся более подробные сведения в добавление к общим описаниям в разделе 1 и рассматриваются аспекты управления сточными водами и выбросами в атмосферу, подчеркивается важность достижения высокого уровня защиты окружающей среды в целом при операционном управлении химическим предприятием. Там, где это возможно, поддерживается совместный подход к водным и газообразным эмиссиям. Специфика среды учитывается только в тех случаях, когда задействуются стратегия или инструменты, характерные только для данной среды.

Данный раздел описывает управление защитой окружающей среды как взаимодействие между системами управления и инструментами управления, не ограничиваясь проблемами сточных вод и выбросов в атмосферу. В противном случае он не будет соответствовать цели интегрированного подхода.

Внедрение СЭМ на каждом конкретном объекте зависит от воздействия ведущейся деятельности на окружающую среду и должно учитывать конкретную экологическую ситуацию на территории производственной площадки и вокруг нее. В этой главе представлены общие принципы и относящиеся к ним инструменты, необходимые для внедрения СЭМ и подходящие для химических производств.

СЭМ является методом, позволяющим операторам установок решать экологические проблемы на систематической и очевидной основе. СЭМ являются наиболее действенными и эффективными, когда они образуют неотъемлемую часть общей системы менеджмента и операционного управления производством.

СЭМ фокусирует внимание оператора на экологических характеристиках установки. В частности, путем применения четких рабочих процедур как для нормальных, так и для нестандартных условий эксплуатации, а также путем определения соответствующих линий ответственности.

Все действующие СЭМ включают концепцию непрерывного совершенствования, а это означает, что управление окружающей средой - это непрерывный процесс, а не проект, который в конечном итоге подходит к концу. Существуют различные схемы процессов, но большинство СЭМ основаны на цикле PDCA (Планируй - делай - проверяй - исполняй), который широко используется в других контекстах менеджмента организаций. Цикл представляет собой итеративную динамическую модель, где завершение одного цикла происходит в начале следующего (см. рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 - Модель системы экологического менеджмента

СЭМ может принимать форму стандартизированной или нестандартной ("настраиваемой") системы. Внедрение и соблюдение международно признанной стандартизированной системы, такой как EN ISO 14001:2015, может повысить доверие к СЭМ, особенно при условии надлежащей внешней проверки. EMAS обеспечивает дополнительную достоверность в связи с взаимодействием с общественностью посредством заявления об охране окружающей среды и механизма обеспечения соблюдения применимого природоохранного законодательства. Однако нестандартизированные системы могут в принципе быть одинаково эффективными при условии того, что они должным образом разработаны и внедрены.

Стандартизированные системы (EN ISO 14001:2015 или EMAS) и нестандартизированные системы в принципе применяются к организациям, настоящий документ использует более узкий подход, не считая всех видов деятельности организации, например, в отношении их продуктов и услуг.

СЭМ может содержать следующие компоненты:

I. заинтересованность руководства, включая высшее руководство;

II. экологическую политику, которая включает в себя постоянное совершенствование установки посредством менеджмента;

III. планирование и установление необходимых процедур, целей и задач в сочетании с финансовым планированием и инвестициями;

IV. выполнение процедур, требующих особого внимания:

а) структура и ответственность;

б) набор, обучение, информированность и компетентность;

в) связи;

г) участие сотрудников;

д) документы;

е) эффективный контроль процесса;

ж) программы технического обслуживания;

з) готовность к чрезвычайным ситуациям и реагирование;

V. обеспечение соблюдения природоохранного законодательства;

VI. проверку работоспособности и принятие корректирующих мер с уделением особого внимания к следующим действиям:

а) мониторинг и измерение,

б) корректирующие и превентивные действия,

в) ведение записей,

г) независимый (когда это практически возможно) внутренний и внешний аудит для определения независимо от того, соответствует ли СЭМ запланированным мероприятиям и надлежащим ли образом внедряется и поддерживается;

VII. обзор СЭМ и ее постоянную пригодность, адекватность и эффективность со стороны высшего руководства;

VIII. подготовку регулярной экологической декларации;

IX. валидацию органом по сертификации или внешним верификатором СЭМ;

X. следование за развитием более чистых технологий;

XI. рассмотрение воздействия на окружающую среду от возможного снятия с эксплуатации установки на этапе проектирования нового завода и на протяжении всего срока его службы;

XII. применение отраслевого бенчмаркинга на регулярной основе;

XIII. план управления отходами.

В частности, для сектора химической промышленности также важно учитывать следующие потенциальные особенности СЭМ:

XIV. на установках/объектах с несколькими операторами, создание объединений, в которых определяются роли, обязанности и координация операционных процедур каждого оператора установки в целях расширения сотрудничества между различными операторами;

XV. инвентаризацию сточных вод и выбросов в атмосферу.

СЭМ содействует и поддерживает постоянное улучшение экологических характеристик установки. Если установка уже имеет хорошие общие экологические характеристики, СЭМ помогает оператору поддерживать высокий уровень производительности.

2.2 Производственный экологический контроль

Производственный контроль в области охраны окружающей среды (производственный экологический контроль, ПЭК) осуществляется в целях обеспечения выполнения в процессе хозяйственной и иной деятельности мероприятий по охране окружающей среды, рациональному использованию и восстановлению природных ресурсов, а также в целях соблюдения требований в области охраны окружающей среды, установленных законодательством в области охраны окружающей среды. Он также связан инструментами стратегии и безопасности.

Основная часть информации, которая позволяет оценивать достижение целей, поставленных СЭМ, собирается посредством системы измерений. Вероятно, наиболее важным вопросом является контроль правильной работы процессов производства, проверка соответствия установленных экологических целей, выявление и помощь в отслеживании несчастных случаев и инцидентов. Соответственно, производственный контроль технологических процессов и ПЭК являются взаимоувязанными процедурами.

Из множества организационных и технических подходов и решений, применимых для организации ПЭК, необходимо выбирать те, которые наилучшим образом отвечают поставленным задачам, имеют технологическую, отраслевую, подотраслевую и региональную специфику, а также соответствуют мощности производства.

Для различных подотраслей химической промышленности число и перечень параметров, подлежащих определению в процессе проведения ПЭК, изменяется в весьма широких пределах. При этом во всех случаях первоочередное внимание следует уделять наиболее существенным и значимым параметрам, характеризующим экологические аспекты предприятия. Согласно требованиям, установленным Федеральным законом от 10 января 2002 г. N 7-ФЗ (ред. от 29 июля 2017 г.) "Об охране окружающей среды", ст. 67, п. 5, "при осуществлении производственного экологического контроля измерения выбросов, сбросов загрязняющих веществ в обязательном порядке производятся в отношении загрязняющих веществ, характеризующих применяемые технологии и особенности производственного процесса на объекте, оказывающем негативное воздействие на окружающую среду (маркерные вещества)". Поэтому в процессе проведения ПЭК внимание следует уделять методам контроля, направленным, прежде всего, на определение маркерных веществ, характерных для данного производства.

Критерий промышленного внедрения играет большую роль при рассмотрении вопроса по оснащению стационарных источников объектов I категории "автоматическими средствами измерения и учета объема или массы выбросов загрязняющих веществ, сбросов загрязняющих веществ и концентрации загрязняющих веществ, а также техническими средствами фиксации и передачи информации об объеме и (или) о массе выбросов загрязняющих веществ, сбросов загрязняющих веществ и о концентрации загрязняющих веществ в государственный фонд данных государственного экологического мониторинга (государственного мониторинга окружающей среды)" в соответствии с пп. 9 и 10 ст. 67 Федерального закона от 10 января 2002 г. N 7-ФЗ (ред. от 3 июля 2016 г.) "Об охране окружающей среды". Массовый (обязательный) переход к внедрению автоматических средств измерений потребует определенного времени, что обусловлено необходимостью не только четко обосновать, какие именно параметры, в каких условиях и на каких постах (в каких точках) целесообразно определять, но и установить, какие автоматические средства измерений могут быть доступными и экономически обоснованными для объектов I категории и применимыми в целях передачи информации в фонд данных государственного экологического мониторинга. Речь идет о наличии предложений на рынке оборудования, характеристиках средств измерений, их производителях, возможностях сервисного обслуживания, стоимости и пр.

Для средств измерений, которые предполагают процедуры отбора проб с последующим аналитическим определением выбранных показателей, критерий внедрения является менее существенным, так как большинство предприятий, которые относятся к объектам I категории, либо располагает собственными аккредитованными лабораториями, либо прибегает к услугам аккредитованных центров, представляющих услуги в соответствующей области.

По ряду вопросов осуществления ПЭК большое значение имеет использование косвенных (расчетных параметров), которые позволяют получать необходимую для целей экологического контроля информацию без привлечения дополнительных ресурсов.

Основные принципы выбора наилучших подходов и методов для включения в ПЭК включают:

- наличие показателя в перечне загрязняющих веществ, в отношении которых применяются меры государственного регулирования в области охраны окружающей среды;

- существенность показателя для выполнения условий комплексного экологического разрешения и подтверждения соответствия установленным требованиям;

- обязательность контроля маркерных веществ;

- возможность контроля рисков возникновения тяжелых неблагоприятных последствий при отклонении параметра от заданного (нормального) интервала значений;

- учет временных характеристик технологических процессов;

- учет особенностей измерений в различных средах;

- учет метрологических требований;

- учет требований в области промышленной безопасности и охраны труда;

- обязательность организации непрерывных (автоматических) измерений;

- период внедрения (прежде всего, относится к непрерывным измерениям);

- целесообразность (возможность) аутсорсинга;

- экономическую целесообразность.

Для надлежащей эксплуатации систем очистки сточных вод и систем очистки отходящих газов требуется контроль параметров технологического процесса и целенаправленная корректировка параметров ведения процесса. Измерение необходимых параметров может быть выполнен посредством онлайн-измерений (которые облегчают быстрое вмешательство и контроль) или аналитических результатов, полученных из проб технологических потоков в соответствии с программой контроля. Параметры, подлежащие контролю, способ и частота их измерения зависят от характеристик потоков, подлежащих обработке, методов очистки/обработки, технической возможности оптимального использования тех или иных средств измерения. Важную роль играет также экономическая составляющая, в частности объем капитальных вложений и операционные затраты.

2.3 Водопотребление. Образование сточных вод. Способы обращения и очистки

По информации, приведенной в ИТС 8, промышленные предприятия используют для технологических нужд как воду из поверхностных и подземных источников, так и ливневые и вторичные воды после использования, прошедшие предобработку. Предприятия химической промышленности не являются исключением.

Для промышленного предприятия крайне важна организация системы водоиспользования, учитывающая имеющиеся процессы на предприятии, качество и доступность исходной потребляемой воды, объемы потребления, климатические условия, доступность и целесообразность применения тех или иных технологий, требования законодательства в области промышленной безопасности и охраны окружающей среды, а также массу других аспектов. Основной целью системы водоиспользования должно быть снижение потребления исходной воды (как в валовом, так и в удельном отношении), забираемой из внешних источников. Удельное и валовое потребление исходной воды - один из наиболее объективных показателей эффективности системы водоиспользования предприятия.

2.3.1 Методы снижения потребления исходной воды

При управлении предприятием, проектировании нового и оптимизации существующего производства следует уделить особое внимание следующим аспектам водоиспользования, которые влияют на объем потребляемой исходной воды:

1) контроль объема потребляемой воды (использование приборов измерения потока);

2) возможность разделения потоков загрязненных вод, сточных вод и условно чистых вод; возможность разделения потоков сточных вод, содержащих загрязняющие вещества, и условно чистых вод;

3) совершенствование стратегий по снижению потребления исходной воды, например:

а) переход к технологиям, которые позволяют снизить количество потребляемой воды;

б) прямое использование сточных вод, в случае если это возможно (т.е. если состав загрязнений не влияет на технологический процесс);

в) предобработка сточных вод с последующим использованием, приводящим к снижению потребления исходной воды;

г) промывка под высоким давлением и при низком общем расходе;

д) использование систем создания вакуума без использования воды;

е) использование вакуумных систем с закрытым водяным циклом;

ж) использование систем с противоточной промывкой;

з) использование CIP-систем (Cleaning-In-Place).

4) использование способов очистки газовых выбросов в атмосферу, не предполагающих применение исходной воды (т.е. не использование абсорбционных методов).

Процедура рассмотрения и принятия решений при разработке стратегии оптимизации системы водоиспользования и, в частности, снижения потребления исходной воды и уменьшения стоков может быть упрощенно отражена в виде блок-схемы, приведенной на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 - Блок-схема процедуры оптимизации системы водоиспользования

На многих предприятиях внедряются СЭМ, в том числе сертифицированные на соответствие ГОСТ Р ИСО 14001 (см. 2.1). При этом следует ожидать позитивных результатов как с точки зрения финансовых показателей (снижение платы за негативное воздействие на окружающую среду), так и по натуральным показателям: сокращение объема сточных вод, сокращение потребления исходной воды, повышение объема воды, используемой в оборотном водоснабжении.

Ниже перечислены распространенные способы оптимизации системы водоиспользования.

В целях сокращения потребления оборотной охлаждающей воды применяют рекуперацию тепла экзотермических реакций посредством выработки технологического пара, использования избыточного технологического пара, энергетически зависимой дистилляции.

В целях сокращения потребления исходной воды и образования сточных вод производят отделение сточных вод, содержащих загрязняющие вещества, от условно чистых ливневых или иных вод, а также проводят мероприятия по предупреждению загрязнения условно чистой воды.

В целях сокращения потребления исходной воды создают замкнутые системы водооборота, применяют системы рециркуляции воды, а также используют в технологических процессах условно чистую воду, отводимую с крыш и навесов.

Создают системы сбора и разделения сточных вод, в том числе ливневых и дренажных вод в производственных коллекторах водостока для их обработки и последующего использования. Можно предусмотреть разделение потоков воды по степени загрязненности с последующей очисткой на локальных очистных сооружениях, что, в свою очередь, снижает гидравлическую нагрузку на водосборные объекты и объекты по обработке сточных вод.

Для упрощения повторного использования воды производят раздельный отвод технологических вод (например, конденсата и охлаждающих вод). Перед повторным использованием воды проводится контроль содержания растворенных солей методом измерения электропроводности. Следует уделять внимание максимально возможному извлечению из сточных вод загрязняющих веществ, возникающих вследствие потерь сырья или продукта, для их последующего использования.

В целях постоянной оптимизации процесса обработки сточных вод и обеспечения стабильного и бесперебойного функционирования объекта обработки сточных вод на предприятиях применяется ПЭК (см. 2.2); при этом показатели, подлежащие контролю, а также периодичность контроля различаются в зависимости от предприятия и зависят, в частности, от объема сточных вод, видов и количества загрязнений и требований к качеству их очистки. Постоянный контроль качества сбрасываемых сточных вод осуществляют в коллекторе, сборной камере или колодце на выпуске с очистных сооружений.

Важен контроль и учет объемов потребления различных вод. Для определения расходов воды применяют традиционные методы: ультразвуковые или индукционные расходомеры.

Одним из способов снижения потребления исходной воды является внедрение системы контроля целостности и герметичности оборудования, включая трубопроводные системы и насосные установки. То же относится и к оснащению отстойников и других узлов обработки вод, где могут иметь место утечки.

Предприятия могут проводить мероприятия по предотвращению чрезвычайных ситуаций (например, оборудуют резервные хранилища на случай чрезвычайной ситуации для аккумулирования сбросов сточных вод и (или) для обеспечения противопожарных мер для их последующей очистки, обработки и использования).

При снижении общего и удельного потребления исходной воды ожидаемо снижается количество сточных вод, направляемых после очистки на сброс.

2.3.2 Методы на "конце трубы"

Выбор технологических подходов, методов, мер и мероприятий, направленных на очистку сточных вод, содержащих загрязняющие вещества, определяется составом и особенностями потоков, рассмотренных ниже.

При оценке качества вод принимаются во внимание следующие основные характеристики:

1) общие показатели: pH, минерализация (сухой остаток), БПК, ХПК, соотношение БПК:ХПК, содержание взвешенных веществ;

2) неорганические показатели: азотная группа (аммоний-ион, нитраты, нитриты, общий азот), общий фосфор, сульфиды, хлориды, сульфаты, фториды, металлы (Na, Ca, Mg, Al, Fe, Mn, Cr, Cu, Zn);

3) органические показатели: общий органический углерод, содержание нефтепродуктов, АОХ, фенолов, ПХДД/ПХДФ.

Значимость этих параметров и применимость их для контроля зависит от специализации конкретного предприятия и используемых им технологий, которые также определяют перечень ЗВ и их концентрацию до очистки.

Ниже рассмотрены основные способы обработки сточных вод, содержащих загрязняющие вещества, перед их повторным использованием или сбросом, применяемые в химической промышленности. Выбор технологических подходов, методов, мер и мероприятий, направленных на обработку вод, определяется составом и особенностями сточных вод конкретных возможностей применения. Данные способы относятся к методам "на конце трубы" (см. 1.4.2), которые используются в случае, если предотвращение образования сточных вод невозможно или нецелесообразно по разным причинам. Воды после очистки могут быть использованы в производственных процессах.

Способы очистки вод можно разделить на механические, химические, физико-химические и биологические или биохимические. Применение того или иного метода в каждом конкретном случае определяется характером загрязнения. Чаще всего применяется комбинация различных способов.

2.3.2.1 Безреагентные методы физико-механической обработки

2.3.2.1.1 Процеживание

Для улавливания крупных загрязнений и мусора предприятия применяют процеживание, представляющее собой процесс фильтрования воды через сетки и решетки. Используют решетки с механизированным и ручным удалением задержанных загрязнений. Зазор между прутьями решеток может варьироваться от 2 до 16 мм. Использование решеток с меньшим зазором позволяет оптимизировать дальнейшую очистку вод за счет размещения решеток с малым зазором (2-4 мм) после решеток с большим зазором, что предотвращает переполнение подводящего лотка.

2.3.2.1.2 Отстаивание

Для выделения взвешенных веществ на большинстве предприятий применяют отстаивание - процесс выделения в отстойниках взвешенных загрязнений под действием гравитационных сил за счет разности плотностей загрязнений и воды. Отстойники могут выполнять функции усреднителей.

На предприятиях используют горизонтальные, радиальные и вертикальные отстойники, отличающиеся направлением потока очищаемой воды. Горизонтальные и радиальные отстойники применяют при больших расходах воды. При этом горизонтальные отстойники при равной пропускной способности характеризуются меньшей эффективностью очистки в сравнении с радиальными за счет меньшей длины водосливной кромки. Их используют в тех случаях, когда их компактность является неоспоримым преимуществом. Вертикальные отстойники, ограниченные величиной расхода до 1000 м³/ч, чаще всего применяют при выделении аморфных гидроксидных осадков, не поддающихся транспортированию скребками. При необходимости выделения мелкодисперсных загрязнений перед отстаиванием применяют коагулирование и флокулирование. В этом случае конструкция отстойника иногда включает камеру хлопьеобразования.

Для удаления песка и крупнодисперсных загрязнений используют песколовки, а для удаления больших количеств жиров и нефтепродуктов применяют нефтеловушки и жироловушки соответственно, или совмещенные аппараты.

2.3.2.1.3 Гидроциклонирование

Для выделения взвешенных веществ применяют гидроциклонирование, представляющее собой процесс выделения взвесей за счет разницы их плотности с плотностью воды во вращающемся потоке, образованном тангенциальным впуском исходной воды, в цилиндрический корпус аппарата. Используют открытые безнапорные и напорные гидроциклоны.

В безнапорных гидроциклонах процесс выделения загрязнений происходит под действием гравитационных сил; центробежные силы малы и на процесс практически не влияют.

В напорных гидроциклонах процесс выделения взвесей протекает под действием центробежных сил; при этом в аппаратах малых диаметров эти силы могут превосходить гравитационные в сотни и тысячи раз.

2.3.2.1.4 Центрифугирование

Для выделения взвешенных веществ применяют центрифугирование, представляющее собой процесс выделения загрязнений за счет разницы плотностей в поле центробежных сил, возникающих в центрифуге при вращении ротора. Центробежные силы могут превышать гравитационные в 100-3000 раз и более. Центрифугирование применяется главным образом для обезвоживания осадка, выделенного на очистных сооружениях.

2.3.2.1.5 Флотационные методы очистки

Для очистки сточных вод от жидких (масел, нефтепродуктов и проч.) и иных загрязнений многие предприятия применяют флотационные методы, основанные на выделении из жидкости веществ с помощью диспергированного воздуха.

Применяют напорную, импеллерную флотацию и электрофлотацию, использование которых зависит от объема поступающих сточных вод, исходного качества загрязнений, а также необходимой степени очистки.

Образующийся в процессе флотационной очистки воды поверхностный продукт (флотопена), содержащий выделенные загрязнения и часто полезные компоненты (например, нефтепродукты, жиры и т.д.), направляют на утилизацию. Выделившийся во флотаторе донный осадок также направляют на обработку.

Для интенсификации и повышения эффективности очистки воды процесс флотации используют в сочетании с реагентами (коагуляция, флокуляция), поскольку при этом обеспечивается высокий эффект очистки и сокращаются потери воды с отводимыми выделенными загрязнениями (в виде пены) в сравнении с процессом отстаивания.

2.3.2.1.6 Фильтрование

Фильтрование представляет собой процесс улавливания загрязнений в пористой среде, которая может быть образована зернистыми минеральными, искусственными полимерными и волокнистыми материалами. Процесс очистки происходит за счет адгезии загрязнений к поверхности загрузки, а также вследствие их механического улавливания в ее порах.

В качестве зернистых загрузок используют песок, керамзит, цеолит, гравий, горелые породы, антрацит и т.д.; многие предприятия используют искусственные загрузки (полистирол, пенополиуретан, волокнистые отходы синтетических волокон).

2.3.2.1.7 Магнитная сепарация

Для безреагентной очистки сточных вод используют высокоградиентные магнитные сепараторы. Для очистки вод, содержащих ферромагнитные или парамагнитные вещества, используют электромагниты либо постоянные магниты.

2.3.2.2 Физико-химические методы обработки

Для удаления из сточных вод коллоидных и растворенных загрязнений, исходя из свойств удаляемых веществ, характеристик обрабатываемых сточных вод, технико-экономических соображений, а также местных условий, применяют физико-химические методы.

Физико-химические методы подразделяют на регенеративные и деструктивные.

Регенеративные методы основаны на применении химических, физических и физико-химических процессов, в которых удаляемое вещество извлекается из воды без изменения структуры, свойств и химического состава с целью дальнейшего использования. К ним относят коагулирование, флокулирование с отстаиванием и флотацией, фильтрованием, а также ионообменное извлечение и концентрирование, мембранные методы извлечения и концентрирования, адсорбцию, экстракцию, отгонку, отдувку с поглощением (дегазацию), отгонку с паром (эвапорацию), ректификацию, кристаллизацию и др.

Деструктивные методы базируются на химических и физико-химических процессах, в результате которых удаляемые вещества претерпевают изменения, превращаясь в другие соединения или вещества, часто переходящие в иное фазовое состояние. К ним относят нейтрализацию кислот и оснований, химическое осаждение загрязняющих воду веществ в виде труднорастворимых соединений, электрохимическое и гальванохимическое осаждение, химическое окисление, электрохимическое окисление, жидкофазное окисление, сжигание, химическое восстановление, электрохимическое и гальванохимическое восстановление.

2.3.2.2.1 Коагуляция и флокуляция

Коагуляция - процесс укрупнения дисперсных частиц в результате их взаимодействия и объединения в агрегаты. Коагуляцию применяют для ускорения процесса осаждения тонкодисперсных примесей и эмульгированных веществ. Коагуляция может происходить самопроизвольно, под влиянием химических и физических процессов. В процессах очистки сточных вод коагуляция проводится под влиянием добавляемых к ним специальных веществ - коагулянтов. Коагулянты в воде образуют хлопья гидратов окисей металлов, которые быстро оседают под действием силы тяжести. Хлопья обладают способностью улавливать коллоидные и взвешенные частицы и агрегировать их. Так как коллоидные частицы имеют слабый отрицательный заряд, а хлопья коагулянтов обладают слабым положительным зарядом, то между ними возникает взаимное притяжение. В качестве коагулянтов обычно используют соли алюминия, железа или их смеси. Выбор коагулянта зависит от его состава, физико-химических свойств и стоимости.

Флокуляция - это процесс агрегации взвешенных частиц при добавлении в сточную воду высокомолекулярных соединений, называемых флокулянтами (полиэлектролитами). В отличие от коагуляции при флокуляции агрегация происходит не только при непосредственном контакте частиц, но и в результате взаимодействия молекул адсорбированного на частицах флокулянта. Для очистки вод используют природные и синтетические флокулянты. При выборе состава и дозы флокулянта учитывают свойства его макромолекул и природу диспергированных частиц.

Флокуляцию проводят для интенсификации процесса образования хлопьев гидроокисей алюминия и железа с целью повышения скорости их осаждения. Использование флокулянтов позволяет снизить дозы коагулянтов, уменьшить продолжительность процесса коагулирования и повысить скорость осаждения образующихся хлопьев.

2.3.2.2.2 Электродиализ

Процесс очистки сточных вод электродиализом основан на разделении ионизированных веществ под действием электродвижущей силы, создаваемой в растворе по обе стороны мембран.

2.3.2.2.3 Ионный обмен

Ионный обмен представляет собой процесс взаимодействия раствора с твердой фазой, обладающей свойствами обменивать ионы, содержащиеся в ней, на другие ионы, присутствующие в растворе. Вещества, составляющие эту твердую фазу, носят название ионитов. Поглотительная способность ионитов характеризуется обменной емкостью, которая определяется числом эквивалентов ионов, поглощаемых единицей массы или объема ионита.

2.3.2.2.4 Адсорбция

Адсорбция - это процесс перехода растворимых веществ из раствора на поверхность твердого вещества (адсорбента), высокопористых частиц. Адсорбент имеет конечную емкость для того или иного растворенного вещества, и, когда эта емкость полностью использована, требуется замена отработанного адсорбента свежим материалом. Отработанный адсорбент подвергается регенерации, утилизации или термической переработке.

2.3.2.2.5 Десорбция летучих примесей

Для удаления из воды растворенных кислых (CO₂, H₂S, SO₂, SO₃, NO₂) и щелочных (NH₃, СН₃, NH₂) газов применяют дегазацию (отдувку воздухом, инертными газами или паром) с использованием реагентов (химический метод) или с нагреванием и вакуумированием (физико-химический метод) и продувкой воздухом в барботажных или насадочных аппаратах. При низких концентрациях газов в воде, нецелесообразности или невозможности их утилизации, а также при условии, что продукты обработки реагентами не препятствуют дальнейшей очистке или использованию сточных вод, могут применяться химические методы дегазации.

При производстве карбамида образующийся в отделении выпарки конденсат сокового пара содержит примеси аммиака, диоксида углерода и карбамида. Очистку подобных сточных вод от аммиака, имеющегося в растворе и образующегося в результате гидролиза карбамида, проводят посредством десорбции в одну или две ступени; в последнем случае схемы могут предусматривать проведение гидролиза карбамида.

2.3.2.2.6 Мембранные методы

Для очистки вод применяют мембранные методы, к которым относятся ультрафильтрация, нанофильтрация, обратный осмос.

Ультрафильтрацию применяют для удаления из воды взвешенных веществ, органических веществ, коллоидных частиц нефтепродуктов, а также снижения мутности, окисляемости и т.д.

Для очистки воды после микрофильтрации применяют нанофильтрацию, обеспечивающую удаление из воды многозарядных ионов и молекул размером 0,01-0,001 мкм, молекул органических веществ массой более 200 а. е. м. и вирусов. Селективность при очистке воды от тяжелых металлов и солей жесткости составляет 98-99 %, при удалении однозарядных ионов - порядка 50 %.

Обратный осмос применяется при обессоливании для выделения и концентрирования ионов минеральных солей (в том числе ионов тяжелых металлов) и низкомолекулярных органических веществ при исходных концентрациях от 2-5 до 20-35 г/л. Установки обратного осмоса обеспечивают возможность очистки воды одновременно от растворимых неорганических (ионных) и органических загрязняющих примесей, высокомолекулярных соединений, взвешенных веществ, вирусов, бактерий и других вредных примесей.

Мембранные технологии могут обеспечивать наивысшую степень очистки воды, удаляя из нее не только привнесенные загрязнения, но и растворенные вещества, приближая качество воды к дистилляту. Их использование ограничено возможностью использования или утилизации рассолов и экономической целесообразностью.

2.3.2.2.7 Ректификация

При образовании концентрированных сточных вод в небольших количествах, содержащих органические вещества и растворенные органические жидкости, может применяться ректификация (азеотропная или в присутствии перегретого водяного пара). При этом установки перегонки и ректификации сточных вод, как правило, входят в состав технологических схем основных производств, а выделенные из сточных вод вещества обычно используют на этих же производствах.

2.3.2.2.8 Экстракция

Для очистки небольших количеств концентрированных сточных вод от органических примесей (летучих и нелетучих фенолов, нефтепродуктов, пестицидов) на отдельных предприятиях применяют экстракционный метод. Его применяют при значительных концентрациях извлекаемых веществ или высокой их товарной ценности, а также при обработке сточных вод, содержащих высокотоксичные загрязняющие вещества, когда неприемлемы либо неосуществимы другие известные методы. Область применения - извлекаемые вещества с исходными концентрациями 2000-30000 мг/л. В связи с высокими остаточными концентрациями извлекаемых веществ (300-800 мг/л) и экстрагента сточные воды после извлечения основного количества вещества подвергают доочистке другими методами.

2.3.2.2.9 Нейтрализация

Если в сточных водах присутствуют свободные кислоты или основания, обуславливающие кислую или щелочную реакцию среды, то многие предприятия применяют нейтрализацию, если величина pH их ниже 6,5 (кислая вода) или выше 8,5 (щелочная вода). Кроме того, регулирование pH используют при обработке воды методами коагуляции и флокуляции при осаждении, окислении, восстановлении.

Нейтрализация кислых сточных вод

Кислая среда обусловлена присутствием в них свободных минеральных кислот (серная, соляная, азотная, ортофосфорная, фтористоводородная, гексафторкремниевая и др.) и в меньшей степени органических кислот. Кроме того, нейтрализация таких вод необходима для предотвращения коррозии трубопроводов и канализационных сооружений. В зависимости от местных условий при очистке вод применяют следующие способы нейтрализации кислых вод:

- взаимная нейтрализация кислых и щелочных вод при их смешении;

- нейтрализация щелочными реагентами: едкий натр, кальцинированная сода, гидроксид кальция (известь), карбонат кальция (известняк, доломит);

- нейтрализация отходами производства, например карбидный шлам ацетиленовых станций, шламы от установок химического умягчения воды и др.;

- нейтрализация фильтрованием через нейтрализующие материалы: известняк - CaCO₃, доломит - , магнезит - МgСО₃.

Нейтрализация щелочных сточных вод

Щелочная среда обусловлена присутствием в них свободных щелочей (едкий натр, едкое кали), оснований щелочноземельных металлов (гидроксиды кальция, магния, бария) карбонатов щелочных и щелочноземельных металлов, аммиака. Щелочные воды подвергают нейтрализации не только для соблюдения условий спуска сточных вод в водные объекты и на сооружения биологической очистки, но и для предотвращения разрушения бетонов и снижения интенсивности карбонатных отложений в трубопроводах.

В зависимости от местных условий предприятия применяют следующие способы нейтрализации щелочных сточных вод:

- взаимная нейтрализация кислых и щелочных вод при их смешении (если таковые имеются на предприятии, производстве);

- нейтрализация минеральными кислотами (серная, соляная, азотная);

- нейтрализация CO₂ воздуха при длительном выдерживании их в открытых бассейнах или аэрированием воздухом;

- нейтрализация диоксидом углерода или CO₂ воздуха в пенных аппаратах или скрубберах; ограничение - повышенная кальциевая жесткость (> 0,7 мг-э/л);

- нейтрализация топочными газами котельных, ТЭЦ в пенных аппаратах или скрубберах; ограничение - повышенная кальциевая жесткость (> 0,12 мг-э/л) при наличии в газах SO₂, SO₃.

2.3.2.2.10 Химическое осаждение

Для удаления из сточных вод ионов тяжелых (Fe, Cu, Zn, Ni, Sn, Pb, Hg, Cr⁺³, Cd и др.) и легких (Al, Ti, Be) металлов применяют способ выделения этих веществ в виде труднорастворимых соединений при определенных значениях pH; их удаление основано на образовании труднорастворимых гидроксидов, карбонатов, основных солей при обработке воды щелочными реагентами с учетом пределов растворимости труднорастворимых соединений, требований к остаточным концентрациям удаляемых веществ, количества образующихся осадков.

Для удаления из сточных вод сульфатов, сульфитов, сульфидов, фосфатов, фторидов, арсенатов многие предприятия применяют их перевод в труднорастворимые соединения с помощью солей кальция, железа и алюминия с учетом требований к качеству очищенной воды по остаточным концентрациям удаляемых веществ.

Для удаления из воды ионов тяжелых металлов, фторидов, фосфатов, хроматов не применяют электрохимическое и гальванохимическое осаждение.

2.3.2.2.11 Окислительные и восстановительные методы

Для деструкции токсичных минеральных и органических веществ с превращением их в малотоксичные или нетоксичные соединения (во многих случаях - CO₂ и Н₂O) применяют окислительные методы, включающие:

- окисление активным хлором (применяют для деструкции цианидов, фенолов, роданидов, сернистых соединений);

- окисление озоном (применяют для деструкции цианидов, роданидов, фенолов, нитритов, СПАВ, пестицидов, альдегидов, лигнинов, сернистых соединений);

- окисление пероксидом водорода (применяют для деструкции цианидов, роданидов, красителей, СПАВ);

- окисление кислородом на катализаторах (применяют для деструкции цианидов, роданидов, сульфидов, меркаптанов);

- окисление перманганатом калия (применяют для деструкции цианидов, роданидов, неионогенных СПАВ);

- электрохимическое окисление на аноде (применяют для обезвреживания незначительных объемов концентрированных сточных вод от цианидов, роданидов, красителей и других органических соединений);

- жидкофазное окисление, сжигание в циклонных печах, в печах с псевдоожиженным слоем (применяют на нескольких предприятиях для обезвреживания незначительных объемов высококонцентрированных вод, загрязненных различными органическими веществами).

Для перевода некоторых токсичных веществ в соединения, более легко удаляемые из воды осаждением или в виде газообразных продуктов, применяют восстановительные методы.

Для очистки хромсодержащих вод на большинстве предприятий применяют реагентное восстановление соединений Cr⁺⁶. При этом Cr⁺⁶ восстанавливается в Cr⁺³ с последующим осаждением его в виде труднорастворимых гидроксидов при определенном значении pH. В качестве восстановителя применяют сульфит и бисульфит натрия, SO₂ соли Fe⁺², гидразин.

Для обработки относительно концентрированных сточных вод, содержащих нитриты, отдельные предприятия применяют реагентное восстановление нитритов с превращением их в молекулярный азот. В качестве восстановителей используют Fe⁺², карбамид, сульфаминовую кислоту и др. Применение метода ограничивается созданием кислой среды в начале процесса (pH_нач < 3).

Для очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов, включая Cr⁺⁶, применяют электрохимическое восстановление, основанное на электролизе сточных вод, с использованием стальных или алюминиевых анодов, подвергающихся электролитическому растворению. Процесс аналогичен обработке вод солями железа и алюминия, однако при его реализации не происходит обогащения воды сульфатами и хлоридами. Для электрохимического восстановления предприятия используют различные виды катодов: пористые; объемно-насыпные проточные, плоские пластины с инертной загрузкой.

2.3.2.3 Биологическая очистка сточных вод

При соотношении БПК/ХПК более 0,35, pH = 6-8, температуре воды 8 °C - 37 °C и концентрации грубодисперсных примесей до 150-2000 мг/л применяют биологическую очистку.

Биологическую очистку в естественных условиях (для очистки сравнительно небольших количеств сточных вод, а также для их доочистки) осуществляют на полях фильтрации, в фильтрующих траншеях, фильтрующих колодцах, а также в биологических прудах с высшей водной растительностью и без нее и окислительных каналах, где развиваются микроорганизмы, участвующие в самоочищении природных водоемов.

Биологическую очистку сточных вод в искусственных условиях многие предприятия осуществляют на биологических очистных сооружениях, включающих в себя биофильтры, аэротенки различных модификаций с подачей воздуха, а также анаэробные реакторы.

Проведение дополнительной очистки биохимически очищенных сточных вод многие предприятия осуществляют с помощью биологических прудов (рассчитанных на продолжительность пребывания в них воды от 2 до 17 сут, а в ряде случаев и более).

В биофильтрах очистку воды осуществляют прикрепленной микрофлорой, развивающейся на поверхности загрузки. В роторных биофильтрах, биотенках, биосорберах микроорганизмы развиваются и удерживаются инертной насадкой из пластмасс, песка или активированного угля.

При необходимости глубокого удаления биогенных элементов азота и фосфора применяют процессы нитрификации (окисление аммонийного азота до нитритов и нитратов) и денитрификации (восстановления окисленных форм азота нитритов и нитратов до газообразного азота).

Более глубокого удаления фосфора достигают при применении биореагентного способа. При очистке концентрированных (по БПК) сточных вод для предварительной обработки может применяться анаэробный метод с использованием метантенков.

Для отделения от воды избыточной биомассы, образующейся в процессах биологической очистки, используют вторичные отстойники или илоотделители, входящие в состав биологических сооружений вместе с биофильтрами и аэротенками.

Для доочистки сточных вод после биологической используют зернистые фильтры, иногда фильтры с синтетической загрузкой. Наиболее глубокую доочистку осуществляют на биосорберах с биологической регенерацией активированного угля.

Большинство предприятий нефтеперерабатывающей промышленности проводят биохимическую очистку сточных вод производственной канализационной системы как отдельно, так и вместе с бытовыми сточными водами завода и заводского поселка, прошедшими предварительную механическую очистку. Биохимическую очистку осуществляют по одноступенчатой и двухступенчатой схемам. При двухступенчатой схеме допускается подача сточных вод с более высоким содержанием сульфидов и более высоким БПК.

При биологической очистке сточных вод используют ультрафильтрационные блоки мембран (МБР) из полого волокна с внешней поверхностью фильтрования, которые погружают в аэрируемый объем воды, при этом вторичные отстойники не применяют. Данный подход позволяет достичь высокой степени очистки воды.

2.3.2.4 Обеззараживание сточных вод

Для уничтожения содержащихся в них патогенных микробов применяют обеззараживание (дезинфекцию) сточных вод следующими методами:

- химические (преимущественно применение различных соединений хлора, озона);

- физические (термические, с применением ультразвуковой обработки, ультрафиолетового излучения);

- обеззараживание сточных вод в условиях искусственных и естественных биоценозов.

2.3.2.5 Сбор и очистка ливневых и дренажных вод

Для очистных сооружений ливневых вод одной из главных задач является правильный выбор схемы водосбора, очистки и сброса воды. Правильность выбора обусловлена рациональностью технических решений, удобством эксплуатации, стоимостью строительства и обслуживания. Очистные сооружения ливневых вод используются двух типов:

- накопительная схема очистки;

- проточная схема очистки.

При накопительной схеме очистки вода сначала собирается в накопительный (обычно железобетонный) резервуар, затем в течение длительного времени перекачивается на очистку. Достоинством такой схемы является то, что вследствие длительного периода откачки возможно использование компактных очистных систем достаточно низкой производительности. Недостатки заключаются в следующем:

- необходимость строительства бетонных резервуаров;

- необходимость подвода электроэнергии для насосов;

- высокая стоимость и сложность строительства, оснащения и дальнейшей эксплуатации бетонных резервуаров.

При проточной схеме вода поступает на очистные сооружения непосредственно из водосборной сети. Излишняя, не подлежащая очистке вода сбрасывается по отводящему трубопроводу. Главным достоинством этой схемы является отсутствие необходимости в строительстве накопительного резервуара и подвода электроэнергии, что позволяет значительно сократить сроки монтажа очистных сооружений. К недостаткам проточной схемы можно отнести необходимость использования очистных систем большей производительности, чем при накопительных схемах.

2.3.2.6 Комбинации методов очистки

Комбинированный метод предполагает использование одновременно двух и более из вышеуказанных методов очистки. Делается это с целью достижения максимального эффекта. Выбор методов очистки для комбинирования зависит от особенностей промышленных стоков и водоема, куда идет слив очищенной воды. Стандартной схемой комбинирования методов очистки является последовательность из механического, биологического и физико-химического очищения.

Примером комбинированного метода очистки воды является метод электрофлотокоагуляции. Электрофлотокоагуляция, как пример выступает в качестве безреагентного способа регенерации отработанных моющих растворов, объединяет электрокоагуляцию и электрофлотацию.

Другим вариантом комбинированного метода очистки воды является электрокаталитическая очистка. Процесс электрохимической деструкции с каталитическим окислением органических примесей осуществляют двумя методами:

1) введением в электродное пространство вместе с потоком жидкости подвижного или гранулированного неподвижного катализатора;

2) введением катализатора в поток после электролиза в специальном реакторе.

2.3.2.7 Обезвоживание осадков сточных вод

Из множества методов обезвоживания осадков сточных вод предприятия выбирают подходящие, исходя из свойств осадков и местных условий.

Для обезвоживания осадков (шламов) в химической промышленности применяются процессы фильтрования (под давлением или под вакуумом), центрифугирования, механического отжима (ленточные фильтр-прессы), а также применяется обезвоживание осадков на иловых площадках, шламохранилищах, шламонакопителях.

2.4 Обращение с газовыми выбросами, их обработка и очистка

Источниками образования выбросов в атмосферу в химической промышленности могут быть различные технологические переделы и вспомогательные процессы (генерация энергии, транспортировка и обработка сырья, продуктов и полупродуктов, очистка стоков, обработка отходов и пр.). Обращение с газовыми выбросами, так же как и обращение со сточными водами, является одним из основных видов деятельности химических предприятий, неотрывно связанным с производством продукции и защитой окружающей среды. Выбросы в атмосферу могут быть локализованы в объединенную систему сбора, обработки/регенерации и очистки, а могут быть диффузными, отходящими как от неплотностей оборудования, так и с поверхности различных инженерных сооружений, где присутствуют технологические среды.

Согласно 2.1 и 2.2, основной задачей организационного характера (например, применение СЭМ) является разработка решений, направленных на снижение образования выбросов в атмосферу и степени их загрязненности. Максимальная локализация диффузных выбросов в атмосферу с целью достижения возможности их обработки или/и очистки. Например, при проектировании объекта химического производства предусматривается работа оборудования под разрежением, с отводом отходящих газов в систему их обработки/регенерации или очистки. Соответствующий ПЭК также должен иметь место.

Задачами технического характера являются регламентное операционное управление производственной установкой, применение метода "на конце трубы". В данном случае, как и в случае со сточными водами применение технологий "на конце трубы" не рассматривается как операции, целью которых является только очистка отходящих газов перед выбросом в атмосферу или возврат полезных компонентов в технологию. В производствах химической продукции стадии очистки отходящих газов интегрированы в технологическую систему в качестве полноправного технологического передела. При этом он может являться ключевым с точки зрения ведения технологического процесса и его экономических показателей. Очистка газового потока может быть сопряжена с получением растворов или смесей заданного состава, необходимых для дальнейшего использования. Для этого могут использоваться как стандартные аппараты, так и нестандартные, разработанные непосредственно для данного процесса.

Способы очистки отходящих газов и их контроля подробно описаны в релевантных информационно-технических справочниках по НДТ 2, НДТ 18, НДТ 19, НДТ 22, НДТ 22.1. В настоящем справочнике НДТ рассматриваются системы, внедряемые для предотвращения загрязнения окружающей среды (установки для очистки отходящих газов).

В зависимости от характера загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферный воздух, методы очистки отходящих газов подразделяют на две большие группы (см. рисунок 2.3).

Рисунок 2.3 - Классификация методов очистки отходящих газов

Устройства для очистки газов от пыли подразделяют на пылеуловители и воздушные фильтры.

Обезвреживание отходящих газов от газообразных и парообразных токсичных веществ осуществляют с применением:

- физико-химических методов: абсорбции (физической и хемосорбции), адсорбции, термической нейтрализации, каталитической нейтрализации;

- биохимических методов.

Обычно применяют комбинацию разных методов (многоступенчатые схемы очистки).

Выбор метода очистки зависит от следующих факторов:

а) исходная концентрация вредных (загрязняющих) компонентов и требуемая степень очистки отходящих газов;

б) объемы очищаемых газов и их температура;

в) наличие сопутствующих газообразных примесей и пыли;

г) потребность во вспомогательных материалах;

д) наличие пространства для сооружения газоочистной установки;

е) простота эксплуатации и технического обслуживания;

ж) климатические и природные ограничения;

з) доступность ресурсов;

и) возможность использования или утилизации выделенных примесей;

к) взрыво- и пожароопасность;

л) экономической целесообразности применения метода.

В производствах крупнотоннажной химии наибольшее распространение получили методы обработки/очистки газовых потоков, описанные ниже.

2.4.1 Очистка отходящих газов от аэрозолей (пыли и туманов)

Современные аппараты обеспыливания газов можно разбить на четыре группы:

- механические обеспыливающие устройства, в которых пыль отделяется под действием сил тяжести, инерции или центробежной силы;

- мокрые, или гидравлические, аппараты, в которых твердые частицы улавливаются жидкостью;

- пористые фильтры, на которых оседают мельчайшие частицы пыли;

- электрофильтры, в которых частицы осаждаются за счет ионизации газа и содержащихся в нем пылинок.

2.4.1.1 Циклоны

Широкое применение на предприятиях химической промышленности получили центробежные обеспыливающие устройства (циклоны). В циклонах рекомендуется улавливать частицы пыли размером более 10 мкм.

Степень очистки газа в циклоне зависит не только от размеров отделяемых частиц и скорости вращения газового потока, но от конфигурации основных элементов и соотношения геометрических размеров циклона.

Часто для очистки больших количеств запыленных газов вместо циклона большого диаметра применяют несколько циклонных элементов значительно меньшего диаметра (их монтируют в одном корпусе). Такие циклоны называют батарейными циклонами, или мультициклонами.

2.4.1.2 Мокрые пылеуловители

Для тонкой очистки газов от пыли применяют мокрую очистку - промывку газов чистой водой или растворами. Тесное взаимодействие между жидкостью и запыленным газом осуществляется в мокрых пылеуловителях либо на поверхности жидкой пленки, стекающей по вертикальной или наклонной плоскости (пленочные или насадочные скрубберы), либо на поверхности капель (полые скрубберы, скрубберы Вентури) или пузырьков газа, пены (барботажные (пенные) пылеуловители).

Классификация мокрых пылеуловителей представлена на рисунке 2.4.

Эффективность мокрых пылеуловителей в основном зависит от смачиваемости пыли. При улавливании плохо смачивающейся пыли в воду вводят поверхностно-активные вещества, способствующие повышению смачиваемости.

Рисунок 2.4 - Классификация мокрых пылеуловителей

2.4.1.3 Электроосаждение

Данный метод очистки основан на ионизации молекул газа электрическим разрядом. По конструкции электрофильтры подразделяют на трубчатые и пластинчатые. В электрофильтрах улавливают пыль с частицами размером выше 5 мкм.

Степень очистки газа в электрофильтре в значительной степени зависит от проводимости пыли. Для увеличения эффективности электроды электрофильтра иногда смачивают водой, такие электрофильтры называются мокрыми.

2.4.1.4 Очистка с использованием фильтрации

Способы очистки отходящих газов с использованием принципа фильтрации широко применяются в химической промышленности, для этого используются фильтры различной конструкции, движущей силой процесса фильтрации выступает перепад давления, который возникает на пористой перегородке, которая задерживает частицы аэрозоля на поверхности или в порах. Общая классификация фильтров для очистки газовых потоков приведена на рисунке 2.5.

Рисунок 2.5 - Классификация фильтров

2.4.1.4.1 Рукавные (тканевые) фильтры

При очистке посредством рукавных фильтров газы, содержащие взвешенные твердые частицы, проходят пористые тканевые перегородки, пропускающие газ и задерживающие на своей поверхности твердые частицы. Выбор ткани для рукавов определяется ее механической прочностью, химической и термической стойкостью.

Главным достоинством рукавных фильтров является высокая эффективность очистки, достигающая 99 % для всех размеров частиц.

2.4.1.4.2 Фильтры для туманов/аэрозолей

Очистка газов от тумана, в частности при производстве серной кислоты, может производиться как в электрофильтрах, так и в фильтрах, снабженных фильтрующими кислотостойкими материалами.

Электрофильтры обычно применяются для очистки газов при содержании в них тонкодисперсного аэрозоля в больших количествах (более 5 г/нм³).

Фильтры с использованием фильтрующих материалов применяются при меньших содержаниях тумана и брызг (менее 5 г/нм³). В качестве фильтрующего материала в фильтрах применяются сетки, тканые и нетканые фильтрующие маты, изготовленные из коррозионно-стойких материалов.

Для улавливания частиц размером менее 3 мкм наиболее эффективным является применение фильтров Бринка с так называемым диффузионным (броуновским) типом улавливания тонкодисперсных частиц тумана.

Фильтрующий материал фильтра Бринка состоит из мата, изготовленного из коррозионностойкого нетканого материала, помещенного между двумя концентрическими металлическими решетками. Толщина волокон в этом нетканом фильтрующем материале составляет 6-7 мкм, что обеспечивает развернутую поверхность контакта фильтрующего материала с очищаемым газом.

Плотность фильтрующих матов в фильтрах Бринка броуновского типа существенно выше, чем вышеописанных фильтров ударного типа.

Механизм захвата тонкодисперсных частиц в фильтрах броуновского типа заключается в захватывании поверхностью стекловолокон тонкодисперсных частиц в результате их броуновского движения. Скорость движения газа в фильтрующем материале фильтра Бринка броуновского типа на порядок ниже, чем в фильтрах ударного или переходного типа и составляет 0,1-0,3 м/с.

Эффективность сепарации мелких частиц в фильтрах Бринка достигает 99,5 %.

2.4.2 Очистка отходящих газов от летучих соединений

2.4.2.1 Абсорбция

Метод абсорбции основывается на разделении газо-воздушной смеси на составные части посредством поглощения одного или нескольких газовых компонентов (абсорбатов) этой смеси жидким поглотителем (абсорбентом) с образованием раствора.

Для удаления из выбросов аммиака, хлористого/фтористого водорода целесообразно применять в качестве поглотительной жидкости воду, потому что их растворимость в воде составляет сотни граммов на 1 кг воды. При поглощении из газов диоксида серы или хлора расход воды будет более значительным, потому что их растворимость составляет только сотые доли грамма на 1 кг воды. В некоторых особых случаях вместо воды применяют водные растворы сернистой кислоты (для улавливания водяных паров), вязкие масла (для улавливания ароматических углеводородов из коксового газа) и др.

Контакт газового потока с жидким растворителем производится либо пропусканием газа через насадочную колонну, либо распылением жидкости, либо барботажем газа через слой абсорбирующей жидкости. В зависимости от способа контакта "газ - жидкость" различают:

- насадочные башни - форсуночные и центробежные скрубберы;

- скрубберы Вентури;

- барботажно-пенные скрубберы;

- тарельчатые и другие скрубберы.

Широкое распространение получили башни с колпачковыми тарелками. Иногда вместо колпачковых тарелок применяют перфорированные пластины с большим количеством мелких отверстий (диаметром примерно 6 мм), которые создают пузырьки газа одинаковой формы и размера; более мелкие отверстия затрудняют стекание промывной жидкости, особенно при значительном расходе газа.

Применение абсорбционных методов обычно связано с использованием схем, включающих узлы абсорбции и при необходимости десорбции. Десорбцию растворенного газа (или регенерацию растворителя) проводят либо снижением общего давления (или парциального давления) примеси, либо повышением температуры, либо использованием двух приемов одновременно.

Достоинством абсорбционных методов является экономичность очистки большого количества газов и осуществление непрерывных технологических процессов.

2.4.2.2 Хемосорбция

Метод хемосорбции базируется на поглощении газов и паров твердыми или жидкими поглотителями с образованием слаболетучих химических соединений на поверхности или в растворе.

Для реализации хемосорбции используют насадочные башни, пенные и барботажные скрубберы, распылительные аппараты типа труб Вентури и аппараты с различными механическими распылителями. Также широко используют аппараты с подвижной насадкой, достоинством которых является высокая эффективность разделения при умеренном гидравлическом сопротивлении, а также большая пропускная способность по газу.

Основным недостатком этих методов является значительное снижение температуры газов после осуществления очистки, что в конечном итоге приводит к снижению эффективности рассеивания остаточных газов в атмосферном воздухе (для этих целей может использоваться дополнительный подогрев отходящих газов). Также следует учитывать, что оборудование громоздко и требует создания системы жидкостного орошения.

2.4.2.3 Адсорбция

Метод адсорбции базируется на использовании физических свойств некоторых твердых тел с ультрамикроскопической структурой селективно извлекать из газовой смеси отдельные компоненты и концентрировать их на своей поверхности. В пористых телах с капиллярной структурой поверхностное поглощение дополняется капиллярной конденсацией.

Основными направлениями использования адсорбции являются:

- извлечение летучих органических соединений для их повторного использования или циркуляции в замкнутом цикле; также может использоваться в качестве автономной системы, в качестве стадии концентрирования для повышения эффективности последующего извлечения, например с помощью мембранной сепарации или для обработки выбросов систем газоочистки;

- очистка от загрязняющих веществ (например, ЛОС, H₂S, запахи, микропримеси газов, которые не могут быть использованы для циркуляции в замкнутом цикле или каким-либо иным образом) также может осуществляться с использованием в качестве адсорбента гранулированного активированного угля, который не регенерируется, а подвергается сжиганию.

В качестве промышленных адсорбентов в основном используются смешанно-пористые материалы с высокоразвитой внутренней поверхностью, имеющие искусственное или природное происхождение; в соответствии с размером пор, преобладающим в их структуре, адсорбенты подразделяют на микро-, переходно- и макропористые. Наиболее широко применяются следующие виды адсорбентов:

- гранулированный активированный уголь (адсорбент с широким диапазоном эффективности как для полярных, так и неполярных соединений), который может быть пропитан, например, окислителями (перманганатом калия или соединениями серы) для улучшения удержания тяжелых металлов; можно использовать в сочетании с полимерами;

- цеолиты, свойства которых зависят от их производства, служащие простыми молекулярными ситами, избирательными ионообменниками или гидрофобными адсорберами летучих органических соединений; можно использовать в сочетании с полимерами;

- макропористые полимерные частицы, которые используются в виде гранул или шариков, не обладают высокой избирательностью в отношении летучих органических соединений;

- силикагель;

- натрий-силикаты алюминия.

К основным видам адсорбционных систем относят:

- адсорбцию с неподвижным слоем;

- адсорбцию с псевдоожиженным слоем;

- непрерывную адсорбцию с подвижным слоем;

- адсорбцию при переменном давлении (PSA - pressure selective adsorption).

Адсорбция применяется для регулирования содержания, извлечения, рециркуляции или подготовки к последующей обработке летучих органических соединений и выбросов в атмосферу органических загрязняющих веществ, например выбросов, которые образуются при обезжиривании, покраске распылением, экстракции растворителями, покрытии металлической фольгой, нанесении пленочных покрытий, меловании бумаги, производстве лекарственных препаратов и др.

Адсорбенты можно использовать последовательно: например, на первом этапе для отделения высоких концентраций летучих органических соединений применить полимеры, а на втором этапе для отделения менее концентрированных летучих органических соединений использовать цеолиты.

Выбор конструкции адсорбера определяется скоростью газовой смеси, размером частиц адсорбента, требуемой степенью очистки и др. Конструктивно адсорберы выполняются в виде вертикальных, горизонтальных либо кольцевых емкостей, заполненных пористым адсорбентом, через который фильтруется поток очищаемого газа. Вертикальные адсорберы обычно применяют при небольших объемах очищаемого газа; горизонтальные и кольцевые - при высокой производительности, достигающей десятков и сотен тысяч м³/ч.

Использование адсорбции при переменном давлении позволяет отделять газы или пары из смеси отходящих газов и одновременно регенерировать адсорбент. Процесс включает четыре этапа:

1) создается давление газа, поступающего в адсорбер;

2) адсорбция происходит при высоком давлении, и, следовательно, образуются чистые компоненты;

3) давление сбрасывается;

4) производится продувка при низком давлении или под вакуумом.

Фильтрация газа может происходить через неподвижный (адсорберы периодического действия) или движущийся слой адсорбента. Наиболее широко применяются адсорберы периодического действия, в которых период контактирования очищаемого газа с твердым адсорбентом чередуется с периодом регенерации адсорбента. Эти установки отличаются конструктивной простотой, но в то же время имеют низкие допускаемые скорости газового потока и, следовательно, повышенную металлоемкость и громоздкость. Основным недостатком этих аппаратов являются большие энергетические затраты, связанные с преодолением гидравлического сопротивления слоя адсорбента.

Цикличность адсорбционных процессов предопределяет необходимость периодической регенерации насыщенных целевыми компонентами поглотителей. Ключевой операцией восстановления сорбционной способности адсорбентов является десорбция, потому что для ее проведения требуется от 40 % до 70 % общих затрат на адсорбционную газоочистку. Десорбцию проводят, используя повышение температуры, вытеснение адсорбата более хорошо сорбирующимся веществом, снижение давления (в том числе создание вакуума) или комбинацию этих приемов. Возможность эффективного осуществления десорбции и концентрирования загрязняющих веществ с последующим обезвреживанием этих загрязняющих веществ в ряде случаев определяет целесообразность выбора адсорбции как метода очистки отходящих газов.

Термическую десорбцию проводят, нагревая насыщенный адсорбент до определенной температуры, которая обеспечивает необходимую интенсивность процесса, прямым контактом с потоком водяного пара, горячего воздуха или инертного газа, или же проводя нагрев через стенку с подачей и в аппарат некоторого количества отдувочного агента (обычно инертного газа). Использование температурного интервала от 100 °С до 200 °С, как правило, обеспечивает возможность десорбции компонентов, поглощенных активными углями, силикагелями и алюмогелями. Использование температурного интервала от 200 °С до 400 °С обычно является достаточным для десорбции примесей, поглощенных цеолитами.

Холодная (или вытеснительная) десорбция основывается на различии сорбируемости целевого компонента и вещества, используемого в качестве десорбента (вытеснителя). Для десорбции поглощенных адсорбентом органических веществ можно использовать диоксид углерода, аммиак, воду, некоторые органические и другие вещества, которые могут обеспечить эффективное вытеснение целевого компонента и относительную простоту его последующей десорбции из адсорбента. Этот подход является перспективным при реализации адсорбционных процессов на основе использования цеолитов, которые характеризуются повышенной адсорбционной активностью в отношении паров воды, что предопределяет ее эффективность как десорбента поглощенных цеолитами веществ.

Десорбцию посредством снижения давления можно реализовать двумя способами: редуцированием давления в системе после насыщения поглотителя на стадии адсорбции, проводимой под избыточным давлением, или созданием в системе разрежения при осуществлении стадии адсорбции под нормальным давлением.

Вакуумная десорбция (из-за значительных энергозатрат и необходимости обеспечения герметичности соответствующих установок) используется в ограниченных масштабах.

Десорбция, базирующаяся на перепаде давления между стадиями адсорбции и десорбции, используется в установках короткоцикловой безнагревной адсорбции, которые получили в последнее время достаточно широкое применение в целях осушки воздуха и других газов, которая в ряде случаев является необходимой ступенью, предшествующей очистке газов от вредных примесей.

2.4.2.4 Термическая нейтрализация

Метод термической нейтрализации базируется на способности горючих токсичных компонентов (газов, паров и дурнопахнущих веществ) окисляться при наличии свободного кислорода и высокой температуры газовой смеси до менее токсичных веществ.

Во многих случаях термическая нейтрализация вредных примесей имеет ряд преимуществ перед методами адсорбции и абсорбции:

- отсутствие шламового хозяйства;

- небольшие габариты очистных установок;

- простота обслуживания;

- высокая эффективность обезвреживания при низкой стоимости очистки и др.

Область применения термической нейтрализации определяется характером продуктов реакции, образующихся при окислении (например, при сжигании некоторых газов образующиеся продукты реакции во много раз превышают исходный газовый выброс по токсичности), поэтому термическая нейтрализация используется только для обработки отходящих газов, которые содержат загрязняющие вещества органического происхождения, в соответствии с проектнообоснованными требованиями, включая требования в области промышленной безопасности. Различают три схемы термической нейтрализации газовых выбросов:

- прямое (непосредственное) сжигание в пламени;

- термическое окисление;

- каталитическое сжигание.

Прямое (непосредственное) сжигание в пламени и термическое окисление осуществляют при температурах 600 °С - 800 °С, каталитическое сжигание - при 250 °С - 450 °С. Выбор схемы термической нейтрализации определяется химическим составом загрязняющих веществ, их концентрацией, начальной температурой газовых выбросов, объемным расходом и предельно допустимыми нормами выброса загрязняющих веществ.

Прямое сжигание используют только в тех случаях, когда отходящие газы имеют теплоту сгорания, необходимую для осуществления реакции с минимальным расходом топлива. Из экономических соображений этот вклад должен превышать 50 % общей теплоты сгорания. Эти системы огневого обезвреживания обеспечивают степень очистки 90 % - 99 %, если время пребывания вредных веществ в высокотемпературной зоне превышает 0,5 с, температура обезвреживания газов, содержащих углеводороды, превышает 500 °С - 650 °С, а содержащих оксид углерода - 660 °С - 750 °С.

Термическое окисление применяют в тех случаях, когда температура отходящих газов высока, но в них отсутствует достаточное количество кислорода, либо когда концентрация горючих примесей настолько низка, что они не обеспечивают подвод теплоты, необходимой для поддержания пламени. При температуре отходящих газов, которая достаточна для самовоспламенения газовоздушной смеси, процесс дожигания происходит в камере с подмешиванием свежего воздуха.

Окисление газовоздушной смеси представляет собой окисление горючих газов и ароматических веществ в потоке отходящих газов путем нагревания смеси загрязняющих веществ с воздухом или кислородом до температуры, превышающей температуру самовоспламенения газовоздушной смеси на 300 °С - 350 °С, и поддержания высокой температуры в течение достаточного для полного окисления компонентов времени.

Если температура отходящих газов недостаточна для протекания процесса окисления, то поток отходящих газов подогревают в теплообменнике, после чего пропускают через рабочую зону, в которой сжигают природный или какой-либо другой высококалорийный газ.

Факельное сжигание представляет собой высокотемпературное окисление, используемое для сжигания горючих компонентов отходящих газов в открытом пламени и применяемое преимущественно для сжигания легковоспламеняющихся газов по соображениям безопасности или при возникновении нештатных условий эксплуатации.

2.4.2.5 Каталитическое окисление

Каталитическое окисление используют для превращения токсичных компонентов отходящих газов в безвредные/менее вредные для окружающей среды вещества, осуществляя введение в систему дополнительных веществ-катализаторов, которые позволяют выполнить процесс при более низких температурах.

Каталитическое окисление базируется на взаимодействии удаляемых веществ с одним из компонентов, присутствующих в очищаемом газе, или со специально добавляемым в смесь веществом. Катализатор, взаимодействуя с одним из реагирующих соединений, образует промежуточное вещество, которое распадается с образованием продукта регенерированного катализатора.

Принцип действия каталитических окислителей аналогичен принципу действия высокотемпературных окислителей; основное отличие заключается в том, что при каталитическом окислении газ проходит через слой катализатора после прохождения через зону пламени. Катализатор позволяет увеличить скорость реакции окисления и проводить преобразования при более низких температурах реакции (по сравнению с высокотемпературным окислением). Кроме того, использование катализаторов позволяет применять окислители с меньшими габаритами.

Каталитическое окисление характеризуется кратковременностью протекания процесса (иногда достаточно нескольких долей секунды), что позволяет резко сократить габариты реактора. Температура, необходимая для осуществления реакции органических газов и компонентов отходящих газов при прохождении газообразных отходов через слой катализатора, доходит до уровня, который превышает точки самовоспламенения газообразных отходов, и они сгорают под действием кислорода, обычно присутствующего в потоке загрязненного газа. В случае недостатка кислорода его вводят в поток отходящих газов с помощью эжектирования, воздуходувки или вентилятора. По сравнению с термическим окислением каталитическое окисление проходит при более низких температурах, чем термическое окисление, и, соответственно, сопровождается более низкими: требованиями к изоляции, энергопотреблением, включая использование дополнительного топлива, вероятностью возникновения пожара.

Основным критерием выбора катализатора является его долговечность и активность, о которой судят по количеству продукта, получаемого с единицы объема катализатора, или по объемной скорости каталитического процесса, при которых обеспечивается требуемая степень обезвреживания обрабатываемого газа.

В большинстве случаев в качестве катализаторов используют металлы (платину, палладий и другие металлы) или их соединения (оксиды меди, марганца и т.п.). Катализаторную массу, как правило, выполняют из шаров, колец, пластин или проволоки, свитой в спираль из хрома, никеля, оксида алюминия с нанесенными на их поверхность (сотые доли процента по отношению к массе катализатора) благородными металлами.

Большое влияние на срок службы катализатора оказывают некоторые вещества (например, химически активные вещества), присутствующие в потоке отходящего газа и отравляющие/блокирующие катализаторы. Отравление катализатора посредством блокирования может быть обратимым: так, образование масляных или жировых покрытий на поверхности катализатора снижает его эффективность, но эти покрытия могут сгорать при повышении температуры. Однако в присутствии некоторых химических веществ отравление катализатора может быть необратимым. К таким веществам относятся:

- быстродействующие ингибиторы (например, фосфор, висмут, мышьяк, сурьма, свинец, ртуть), воздействие которых приводит к необратимой потере каталитической активности в зависимости от температуры потока и концентрации таких веществ в потоке;

- ингибиторы замедленного действия (например, железо, олово, кремний), воздействие которых приводит к необратимой потере каталитической активности, но при более высоких концентрациях, чем у быстродействующих ингибиторов;

- обратимые ингибиторы (например, сера, галогены), воздействие которых приводит к образованию обратимого поверхностного покрытия на поверхности катализатора в зависимости от температуры потока и концентрации таких веществ в потоке;

- поверхностные блокировщики (например, твердые органические вещества), образующие обратимый покрывающий слой, блокирующий поверхность катализатора;

- активаторы поверхностный эрозии и блокировщики (например, инертные частицы), образующие покрывающий слой на поверхности катализатора в сочетании с эрозией катализатора в зависимости от размера частиц, свойств гранул и скорости потока отходящих газов.

Различия в способе контактирования потока газа с катализатором позволяют подразделить системы каталитического окисления на две группы: системы с неподвижным слоем и системы с псевдоожиженным слоем.

В системах каталитического окисления с неподвижным слоем можно использовать монолитный катализатор, представляющий собой пористый твердый блок с параллельными непересекающимися каналами, которые выровнены в направлении потока газа. Достоинством монолитного катализатора является минимальное истирание при тепловом расширении (сжатии) во время пуска (останова) и в общем низком падении давления. Также применяют уплотненный слой катализатора, состоящий из частиц, которые поддерживаются в трубе или в неглубоких лотках, через которые проходит газ; по сравнению с монолитным катализатором падение давления достаточно высоко, а частицы катализатора имеют тенденцию к разрушению в результате термического расширения при нагреве (охлаждении) слоя катализатора во время пуска (останова).

Достоинством каталитических окислителей с псевдоожиженным слоем являются очень высокие коэффициенты массопередачи, хотя общее падение давления немного выше, чем в каталитических окислителях с монолитным катализатором. Дополнительным преимуществом является высокая теплопередача псевдоожиженного слоя по сравнению с нормальным коэффициентом теплопередачи газа. Кроме того, такие окислители обладают более высокой толерантностью к твердым частицам в газовом потоке по сравнению с использованием уплотненного слоя катализатора или монолитных катализаторов. Это объясняется постоянным истиранием гранул псевдоожиженного слоя катализатора, которое способствует удалению частиц с внешней поверхности катализаторов на постоянной основе. Основным недостатком является постепенная потеря катализатора за счет истирания.

Значительное влияние на скорость и эффективность каталитического окисления оказывает температура газа: для каждой реакции, протекающей в потоке газа, характерна так называемая минимальная температура начала реакции, ниже которой катализатор не проявляет активности. Эта температура зависит от природы и концентрации улавливаемых вредных (загрязняющих) веществ.

Используют два конструктивных вида каталитических устройств:

- каталитические реакторы, в которых происходит контакт газового потока с твердым катализатором, размещенным в отдельном корпусе;

- термокаталитические реакторы, в которых в общем корпусе размещены контактный узел и подогреватель.

Модельная установка термокаталитического окисления может включать следующие элементы:

- каталитический реактор (основной модуль), который предназначен для очистки выбросов от органических и неорганических соединений (за исключением галоген- и серосодержащих веществ);

- теплообменный модуль (основной модуль), который обеспечивает предварительный подогрев входящего неочищенного газа и охлаждение очищенного горячего газа (рекуперация тепла);

- фильтрационный модуль (дополнительный модуль), который обеспечивает очистку от взвешенных веществ, смолистых веществ);

- сорбционный модуль (дополнительный модуль), который обеспечивает очистку кислых газов, галоген-, серо- и фосфоросодержащих соединений, а также аккумуляцию загрязняющих веществ;

- дополнительные модули, например для подачи мочевины (в случае высокого содержания оксидов азота), управления потоками (смешение воздуха, электрозадвижки), проведения различных видов мониторинга (измерение перепадов давления, температуры, концентраций).

Каталитическое окисление целесообразно применять для очистки небольших объемов отходящих газов, характеризующихся незначительными различиями в типе и концентрации летучих органических соединений, при условии отсутствия веществ, отрицательно воздействующих на катализатор, или иных загрязняющих веществ аналогичного действия. При каталитическом окислении также удаляются оксид углерода и (до некоторой степени) сажа, хотя удаление последних требует наличия специальных устройств.

Термокаталитические установки для очистки газовых выбросов можно устанавливать в местной вытяжной вентиляционной системе, системах местных отсосов, линиях сбросных газов, системах очистки и рециркуляции воздуха помещений.

2.4.3 Биохимические методы очистки отходящих газов

Биохимические методы газоочистки основаны на способности микроорганизмов преобразовывать различные соединения в менее токсичные компоненты или соединения с меньшим молекулярным весом. Разложение веществ происходит под действием ферментов, которые вырабатываются микроорганизмами под влиянием отдельных соединений или группы веществ, присутствующих в очищаемых газах. Биохимические методы газоочистки целесообразно применять для очистки отходящих газов постоянного состава: при частом изменении состава газа микроорганизмы не успевают адаптироваться к новым веществам и вырабатывают недостаточное количество ферментов для их разложения, что приводит к слабой разрушающей способности биологической системы по отношению к вредным компонентам газов. Высокая степень газоочистки достигается в том случае, когда скорость биохимического окисления уловленных веществ больше скорости их поступления из газовой фазы.

Биохимическую очистку отходящих газов выполняют в биофильтрах и биоскрубберах.

2.4.3.1 Биофильтры

Во время биологической фильтрации поток отходящих газов проходит через слой фильтра-насадки, где он окисляется микроорганизмами природного происхождения и разлагается на углекислый газ, воду, неорганические соли и биомассу. В качестве насадки можно использовать влажный органический субстрат (например, торф, компост, древесную щепу) или инертный материал (например, глину, активированный уголь, полиуретан). В случае использования искусственных материалов на них предварительно выращивают биологически активную пленку орошением водой или суспензией активного ила. При этом способность активного ила к расщеплению уловленных веществ устанавливают по соотношению полной биохимической потребности в кислороде (БПКп) до начала процессов нитрификации и химической потребности в кислороде (ХПК), которая характеризует окисление вещества до диоксида углерода и воды. При соотношении БПК_п:ХПК > 0,5 вещества поддаются биохимическому окислению.

Эффективная работа биофильтров обеспечивается за счет равномерного распределения очищаемого воздуха по всей фильтрующей поверхности, равномерной влажности (20 % - 50 %) и плотности фильтрующего слоя, поддержания оптимальных температур (25 °С - 35 °С) и значения pH 6,5-8,5.

Биологическая фильтрация преимущественно применяется для низких концентраций загрязняющих веществ, легко растворимых в воде. Как правило, биологическую фильтрацию не используют для отходящих газов, содержащих большое количество различных и (или) меняющихся (по составу) загрязняющих веществ. Кроме того, следует учитывать, что при использовании биофильтрации не удаляется метан, что связано с чрезмерно высоким необходимым временем пребывания в фильтре обычных размеров.

Большинство биофильтров представляют собой открытые фильтры, которые хотя и являются менее дорогостоящими по сравнению с замкнутыми, но менее эффективны. Кроме того, открытые фильтры не всегда позволяют обеспечить достаточное удаление выбросов и зачастую не обладают технологическими характеристиками для достижения достаточного сокращения выбросов ЛОС. В связи с этим более предпочтительным является применение замкнутых биофильтров с контролируемыми подачей и оттоком отходящих газов. Замкнутые высокотехнологичные биофильтры можно усовершенствовать с целью сокращения содержания широкого спектра ксенобиотических соединений.

Капельный фильтр с подвижным орошаемым слоем представляет собой вариант технологического подхода, основанный на биологической обработке в реакторе с орошаемым слоем, наполненным 50-150 м³ синтетических шариков особой формы, в которых и на которых растут колонии микроорганизмов, разлагающих поступающие загрязняющие вещества.

2.4.3.2 Биоскрубберы

Биоскрубберы представляют собой абсорбционные аппараты (абсорберы, скрубберы), в которых орошающей жидкостью (абсорбентом) служит водяная суспензия активного ила (например, со станций биологической обработки сточных вод). Таким образом, биоскруббер сочетает в себе мокрую очистку газа (адсорбцию) и биологическое разложение. Содержащиеся в очищаемых газах вредные вещества улавливаются абсорбентом и расщепляются микроорганизмами активного ила. Поскольку биохимические реакции протекают с относительно невысокой скоростью, то для достижения высокой эффективности работы установки требуется промежуточная емкость, которая может быть либо выполнена в виде отдельного реактора, либо встроена в основание абсорбера.

Конструкция биореактора основана на использовании активированного ила или системы "ил-на-носителе". Водно-иловую смесь возвращают в реактор. Абсорбированные загрязняющие вещества разлагаются в вентилируемых иловых резервуарах.

Башенный биоскруббер проектируют таким образом, чтобы обеспечивалась продолжительность контакта около 1 с в зависимости от загрязняющих веществ.

В зависимости от состава отходящего газа производительность биоскруббера достигает желаемого уровня только после нескольких недель адаптации. Внесение культур, подготовленных в ферментерах, применяется к загрязняющим веществам, содержащим серу (меркаптаны, сероводород, диметилсульфид и т.д.) или хлор (хлорированные метаны или этаны).

Испарение, сопровождающееся минерализацией и дозированным добавлением питательных веществ (добавляемых к орошающей жидкости для обеспечения микроорганизмов недостающими элементами, такими как фосфор, азот или калий) и (или) нейтрализующих агентов, обычно приводит к увеличению содержания соли в абсорбенте.

В резервуарах для хранения циркуляционных вод иногда может возникать запах, что требует сбора отработанного воздуха и отведения его к станции очистки.

Биологическая обработка в реакторе с орошаемым слоем аналогична биологической промывке, но микроорганизмы фиксируются на опорных элементах. Этот технологический подход позволяет удалять легкобиоразлагаемые компоненты (аммиак, амины, углеводороды, сероводород и др.).

Биологическая промывка применяется при низких концентрациях загрязняющих веществ, легко растворимых в воде.

Биологическая промывка широко используется в химической и нефтехимической промышленности, а также на канализационных очистных сооружениях.