Станція озонної дезодорації та дезінфекції повітря «NEWTEC fresh breeze»
Рис. 1, 2, 3. Внутрішні приміщення станції озонного очищення повітря продуктивністю 5 500 м3 / годину.
Станція «NEWTEC fresh breeze» (рис. 1, 2, 3) призначена для очищення повітря від диму, пилу, аерозолів, органічних забруднювачів, а також для його дезодорації та дезінфекції (повне знищення вірусів, бактерій, цвілі, грибків і т.д.) за допомогою озоно-повітряної суміші.
Озон має виключно високу бактерицидну і вірулентностну дію, а також дезодоруючий потенціал у порівнянні з хлором. Він повністю руйнує окислювально-відновну систему бактерій, їх цитоплазму, в той час як хлор діє тільки на ферменти мікробної клітини. Віруси не мають ферментів, тому хлор на них не діє.
Озон здатен знищувати майже всі відомі види вірусів, бактерій і мікроорганізмів.
Конструктивно станція виконана у вигляді контейнера (рис. 4, 5), силовий каркас якого зварений із нержавіючих труб квадратного перетину 100 × 100 × 4 і 80 × 40 × 3 мм. Бічні поверхні зашиті утепленими сандвіч-панелями товщиною 50 мм, зовнішня сторона яких виготовлена з нержавіючого листа, а внутрішня забарвлена білою порошковою фарбою.
Рис. 4, 5. Станція озонового очищення повітря «NEWTEC fresh breeze».
Комутаційні отвори розташовані в торцях контейнера для можливості лінійного розташування модулів на об’єкті з можливістю нарощування продуктивності комплексу.
Модульна конструкція знижує капітальні витрати на монтаж обладнання, спрощує її інтегрування в існуючі технологічні лінії, забезпечує гнучкість у нарощуванні продуктивності і високу ремонтопридатність. Технологію озонування можна впроваджувати локально, на окремих об’єктах, що призведе до зниження навантаження на центральні очисні споруди.
Рис. 6. Конструкція модуля в розрізі.
■■■ Області застосування станцій «NEWTEC fresh breeze»:
- Підприємства житлово-комунального господарства:
– Станції очистки стічних вод;
– Автотранспортні підприємства;
– Підприємства електротранспорту та метрополітену;
– Зони великого скупчення людей (зали очікування, кінотеатри, вокзали і т.д.);
– Підприємства ритуальних послуг і т.д.;
- Харчосмакові підприємства:
– Масложиркомбінати;
– М’ясопереробні цехи;
– Рибоконсервні заводи;
– Підприємства з виробництва м’ясо-кісткового борошна;
– Молокопереробні цехи;
– Овочеві бази;
– Консервні заводи і т.д.;
- Сільськогосподарські підприємства:
– Птахофабрики;
– Тваринницькі ферми;
– Кінні заводи;
– Комбікормові цехи;
– Скотомогильники;
– Цехи з обробки шкіри і хутра і т.д .;
- Медичні установи:
– Морги;
– Інфекційні відділення і т.п.
■■■ Технічні характеристики станції:
| Продуктивність, м3/ч | 5 500 |
| Питома витрата електроенергії, Вт/м3 | 1,27÷1,55 (max) |
| Режим роботи установки | безперервний, автоматичний |
| Наявність витратних матеріалів (у тому числі хімічних реагентів) | відсутні |
| Робочий діапазон температур зовнішнього повітря | +35 ÷ ‒40 °С |
| Встановлена потужність | не більше 8,5 кВА |
| — вентилятор повітряного фільтра | — 3,0 кВА |
| — озонатори | — 4,0 кВА |
| — мікроклімат всередині контейнера (освітлення і опалення — тільки під час сервісного обслуговування) | — 1,5 кВА |
| Габарити модуля: | |
| — висота | 2700 мм |
| — ширина | 2400 мм |
| — довжина | 5400 мм |
■■■ Аналіз хімічних перетворень, які відбуваються з органічними викидами у процесі їх нейтралізації озоном
Озон – потужний окислювач, який має набагато більшу реакційну здатність, ніж двоатомний кисень. Висока реакційна здатність озону зумовлена великою надлишковою енергією молекули:
О3 → 3/2 О2 + 100 кДж / моль.
Утворення озону проходить по зворотній реакції:
3O2 + 68 кКал / моль (285 кДж / моль) ↔ 2O3
Молекула О3 нестійка і при достатніх концентраціях у повітрі за нормальних умов мимоволі за кілька десятків хвилин перетворюється на молекулярний кисень O2 з виділенням тепла.
Підвищення температури і зниження тиску прискорюють перехід озону в двоатомний стан.
Озон підвищує ступінь окислення оксидів:
NO + O3 → NO2 + O2
Ця реакція супроводжується хемілюмінесценцією. Двоокис азоту може бути окислений до триоксидного азоту:
NO2 + O3 → NO3 + O2
з утворенням азотного ангідриду N2O5:
NO2 + NO3 → N2O5
Озон реагує з вуглецем при нормальній температурі з утворенням двоокису вуглецю:
C + 2O3 → CO2 + 2O2
Озон реагує з аміаком з утворенням нітрату амонію:
2NH3 + 4O3 → NH4NO3 + 4O2 + H2O
Озон реагує з воднем з утворенням води і кисню:
O3 + H2 → H2O + O2
Озон реагує з сульфідами з утворенням сульфатів:
PbS + 2O3 → PbSO4 + O2
У газовій фазі озон взаємодіє з сірководнем із утворенням двоокису сірки:
H2S + O3 → SO2 + H2O
За допомогою озону можна отримати сірчану кислоту як із елементарної сірки, так і з двоокису сірки:
S + H2O + O3 → H2SO4 3SO2 + 3H2O + O3 → 3H2SO4
У водному розчині проходять дві конкуруючі реакції з сірководнем: одна з утворенням елементарної сірки, інша – з утворенням сірчаної кислоти:
H2S + O3 → S + O2 + H2O 3H2S + 4O3 → 3H2SO4
Сульфат амонію (NH4) 2SO4 є цінним сільськогосподарським добривом і розкислювачем ґрунтів:
CaSO4 + CO2 + 2NH3 + H2O = CaCO3 + (NH4) 2SO4
Обробкою озоном розчину йоду в холодній безводній хлорній кислоті може бути отриманий перхлорат йоду (III):
I2 + 6HClO4 + O3 → 2I (ClO4) 3 + 3H2O
Твердий нітрілперхлорат може бути отриманий реакцією газоподібних NO2, ClO2 і O3:
2NO2 + 2ClO2 + 2O3 → 2NO2ClO4 + O2
Озон може реагувати при низьких температурах. При 77 K (-196 ° C), атомарний водень взаємодіє з озоном із утворенням супероксидного радикала з димеризацією останнього:
H + O3 → HO2 + O 2HO2 → H2O2 + O2
Обробка озоном розчину кальцію в аміаку призводить до утворення озоніду амонію, а не кальцію: 3Ca + 10NH3 + 6O3 → Ca × 6NH3 + Ca (OH) 2 + Ca (NO3) 2 + 2NH4O3 + 2O2 + H2
Озон використовується для видалення марганцю з води з утворенням осаду, який може бути видалений фільтруванням:
2Mn2 + 2O3 + 4H2O → 2MnO (OH) 2 + 2O2 + 4H
Озон перетворює ціаніди у багато разів менш токсичні ціанати:
CN- + O3 → CNO- + O2
Озон повністю розкладає сечовину:
(NH2) 2CO + O3 → N2 + CO2 + 2H2O
Взаємодія озону з органічними сполуками з активованим або третинним атомом вуглецю при низьких температурах призводить до відповідних гідротріоксідам.
Усі розрахунки витрат озону для нейтралізації сірководню й аміаку в органічних викидах БСА будуть проводитися відповідно до стехіометричного балансу хімічних формул грам-молекулярним способом. Розрахункова продуктивність контейнера по брудному повітрю становить 5 500 м3 / годину.
■ Сірководень
Сірководень у газовій фазі взаємодіє з озоном за формулою:
О3 + H2S → Н2О + SO2
Енергія активації процесу дорівнює 34,7 кДж / моль.
Для нейтралізації 34 грам сірководню необхідно 48 грам озону. Коефіцієнт відношення «озон / сірководень» – 48/34 = 1,41.
Вміст сірководню в 5 500 м3 брудного повітря з концентрацією 10,34 мг / м3 складає:
5 500 м3 × 10,24 мг / м3 = 56 320 мг або 0,05632 кг
Для його нейтралізації необхідно:
56 320 мг × 1,41 = 79 411 мг або 0,079411 кг озону
■ Аміак
Озон реагує з аміаком із утворенням нітрату амонію – одного з найбільш ліквідних сільськогосподарських добрив – аміачної селітри:
2NH3 + 4O3 → NH4NO3 + 4O2 + H2O
Для нейтралізації 34 грам аміаку необхідно 192 грами озону. Коефіцієнт відношення «озон / аміак» – 192/34 = 5,65.
Вміст аміаку в 5 500 м3 брудного повітря з концентрацією 3,34 мг / м3 складає:
5 500 м3 / годину × 3,34 мг / м3 = 18 370 мг або 0,01837 кг.
Для його нейтралізації необхідно:
18 370 мг × 5,65 = 103 790 мг або 0,10379 кг озону
■ Метан
Дослідження, які були проведені фахівцями Інституту гігієни та медичної екології ім. А.Н. Марзєєва АМН України, показали, що концентрація метану в результаті очистки знизилася з 43,8 мг / м3 до 3,2 мг / м3.
У чистому складі метан не має запаху. Для виявлення присутності метану до його складу як ароматичний маркер додають метилмеркаптан.
Згідно з діючими санітарними нормами, гранично допустима концентрація метану в повітрі, яка не завдає шкоди організму людини, становить 300 мг / м3 (Хімічна енциклопедія, Наукове видавництво «Велика Російська енциклопедія», М., 1992 р., Тобто 3, стор. 55).
Таким чином, нормативи по метану як забруднювачі повітря не порушуються.
Сумарна потреба озону для повної нейтралізації шкідливих органічних викидів сірководню та аміаку в рамках експерименту склала:
0,079411 + 0,10379 = 0,1832 кг (О3)
На практиці озонатори повинні мати дворазовий запас по сумарній продуктивності на випадок залпового збільшення концентрації забруднень.
■■■ Принцип дії установки
Технологія озонування базується на багаторічному світовому досвіді її використання. В основу сучасної технології озонування закладені новітні наукові досягнення в галузі фізики, хімії, радіоелектроніки та матеріалознавства.
Принцип роботи установки по нейтралізації шкідливих органічних викидів і дезодорації повітря полягає в турбулентному змішуванні повітряного потоку, який містить шкідливі органічні речовини, з потоком 20% озоно-повітряної суміші в трубному резервуарі з акрилу або поліпропілену.
Озон, безумовно, є одним із найпотужніших окислювачів і його застосування засноване на його бездоганних бактерицидних і фунгіцидних властивостях.
Для інтенсифікації протікання хімічних процесів окислення потоки брудного повітря і озоно-повітряної суміші вводяться в трубний колектор у зустрічних напрямках.
Турбулентність створюється завдяки аеродинамічним напрямляючим потоку, які розташовані всередині резервуара під кутом до вектора руху повітря.
У даній технології озон синтезується з кисню повітря в тліючому (коронному) високовольтному електричному розряді (рис. 7).
Рис. 7. Синтез озону в коронному розряді.
Тліючий розряд має велику ефективність і разом із новими схемотехнічними рішеннями дозволяє знизити енергоспоживання на 30% у порівнянні з озонаторами з бар’єрним типом розряду.
У струмі озону сірчисті з’єднання окислюються до сірчанокислих, нітрити – до нітратів. Оксиди азоту швидко реагують з озоном і утворюють вищі оксиди:
NO + O3 → NO2 + O2 NO2 + O3 → NO3 + O2 NO2 + NO3 → N2O5
Аміак окислюється озоном до азотнокислого амонію (NH4NO3):
2NH3 + 4O3 → NH4NO3 + 4O2 + H2O
Озон розкладає галогеноводні і переводить нижчі оксиди у вищі. Галогени, які беруть участь як активатори процесу, також утворюють вищі оксиди.
Озон активно вступає в реакцію з ароматичними сполуками, при цьому реакція йде як із руйнуванням, так і без руйнування ароматичного ядра.
З озоном реагують феноли, при цьому відбувається руйнування останніх до з’єднань із порушеним ароматичним ядром типу Хіноін, а також малотоксичних похідних ненасичених альдегідів і кислот.
■■■ Вибір оптимальних режимів мікшування
Процес мікшування відбувається у трубному колекторі, в який брудне повітря подається на очистку. У колектор тангенційно, в напрямку руху брудного повітря, вмонтоване коліно, по якому надходить озоно-повітряна суміш. Закручуючись у загальний джгут, два потоки змішуються і разом рухаються до резервуару-змішувача. Тут починається основний процес нейтралізації (рис. 8).
У резервуарі процеси змішування відбуваються в турбулентному режимі на зустрічних курсах.
Сопла подачі озоно-повітряної суміші спрямовані тангенційно до корпусу резервуара. Обидва сопла розміщені у верхній частині резервуару.
Нижня частина резервуара має форму конуса для збору і відводу конденсату.
Вихлопний трубопровід починається в нижній частині резервуара і вертикально піднімається вгору.
■■■ Алгоритм роботи обладнання
Для надійного окислення органічних сполук продуктивність озонатора по озону повинна перевищувати максимально очікувані обсяги сірководню, аміаку та інших органічних похідних.
На вихлопі з резервуара-змішувача змонтовані датчики контролю озону, які відрегульовані на величину 1,1 ГДК. Такий надмірний рівень регулювання необхідний для надійного руйнування газової органіки на етапах очистки.
За датчиками озону, безпосередньо перед викидом очищеного повітря в атмосферу, знаходяться термокаталітичні деструктори озону. Таким чином, вихлоп системи очищення відповідає нормам СанПіН і не загрожує навколишньому середовищу.
Рис. 8. Принципова схема установки для дезінфекції та дезодорації повітря на БСА.
У разі перевищення величини 1,1 ГДК електричний сигнал від датчиків по зворотному зв’язку надходить на пульт управління озонаторами для коригування виробництва озону.
■■■ Режим роботи обладнання
Технологічний процес знезараження і нейтралізації викидів є системним і легко піддається повній автоматизації. Він не потребує витратних матеріалів і присутності обслуговуючого персоналу, має модульний принцип, який дозволяє вибирати потрібну конфігурацію і продуктивність. Таке технічне рішення забезпечує безперебійну роботу і практично 100% надійність.
■■■ Інвестиційна привабливість проекту
Озонна технологія нейтралізації шкідливих органічних викидів, дезінфекції та дезодорації повітря є сучасною екологічно чистою технологією і має низку істотних переваг, а саме:
- повну 100-% очищення брудного повітря (Протоколи № 1, 2);
- відсутність витратних матеріалів;
- відсутність хімічних реагентів;
- компактне і локальне розташування;
- енергоефективність (питомі витрати електричної енергії – 1,27 Вт / м3);
- автоматичний режим роботи (відсутність обслуговуючого персоналу);
- потреба тільки в одному виді енергії – електричному;
- економічність роботи;
- модульне виконання, яке свідчить про високий ступінь надійності;
- екологічна чистота;
- висока санітарно-гігієнічна ефективність (повне знезараження повітряно-крапельної суміші від мікробів і вірусів);
- сучасний дизайн.
■■■ Санітарно-медичні висновки Академії медичних наук України
Впровадження новітньої екологічно чистої технології озонування, яка базується на фізичних безреагентних методах, дозволить у найкоротший час, із мінімальними капітальними витратами, в автоматичному режимі забезпечити якісну дезінфекцію і дезодорацію брудного повітря, що створює «парниковий ефект».
Протокол № 1.
Протокол № 2.
