CZ31903U1 - Zařízení pro čištění odpadního vzduchu - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká oblasti dekontaminace vzduchu, konkrétně zařízení pro čištění odpadního vzduchu.

Dosavadní stav techniky

S problémy se zápachem se potýká dnes a denně řada průmyslových hal a továren. Stoupající míra industrializace vede postupně k neudržitelnému vnášení cizorodých látek do životního prostředí. Nejvýznamnějšími oblastmi produkce vzdušných kontaminantů jsou spalovny fosilních paliv, jejich výroba či zpracování, producenti pachových látek jsou pak nejčastěji potravinářské a zemědělské provozovny a technologické celky pro nakládání s bioodpady. Nepříjemný zápach tedy doprovází i některé procesy na čistírnách odpadních vod neboli COV, na čerpacích stanicích či v jakémkoli dalším průmyslovém odvětví. Proto jsou vyvíjena stále nová zařízení a technologie na čištění odpadního vzduchu.

Jsou známá zařízení pro čištění odpadního vzduchu využívající sorpční filtry fungující na principu sorpce organických látek za pomocí náplňových filtrů. Jako náplně se používá aktivního uhlí nejrůznějších typů. Aby nedocházelo k nežádoucímu uvolňování zachycených škodlivin z filtrační náplně, musí být následně zajištěn jejich následný rozklad na neškodné jednoduché sloučeniny, jako je např. oxid uhličitý a voda. Takový postup lze zabezpečit kombinací klasické fyzikálně-chemické adsorpce a biologického odbourávání působením mikroorganismů usazených v náplni filtru.

Biofiltrem se rozumí zařízení, které odstraňuje škodlivé a zápašné látky organické i anorganické povahy na principu biologického odbourávání v biofilmu. Jde o filtrování čištěného vzduchu přes biologicky aktivní náplň, na které se nejprve páry organických látek sorbují a následně jsou tyto nasorbované látky biologicky odbourány působením specifických mikroorganismů. Princip spočívá v napodobení a zintenzivnění procesů probíhajících v přírodních podmínkách, souhrnně zvaných jako samočištění. Znečištěný vzduch prochází biofiltrem naplněným porézním materiálem pokrytým vrstvou biomasy. Při průchodu plynu biofiltrem dochází k zachycení a transportu polutantu do biomasy a k jeho následné biodegradaci na netoxické látky, jako jsou například oxid uhličitý, voda a v případě anorganických látek na jejich oxidované formy nebo jejich využití při tvorbě nové biomasy. Biofiltry jsou však často nespolehlivé, objemné, tedy prostorově velmi náročné na zastavěný prostor, při použití v diskontinuálních provozech dochází ke kolísání účinnosti r a jejich provoz je velmi nákladný.

Další možností pro odstraňování kontaminantů ze vzduchu je využití katalyticko-oxidačních spaloven. Katalyticko-oxidační spalovna slouží k čištění půdního vzduchu s obsahem ropných látek, které jsou bezplamenně spalovány na katalyzátoru. Součástí technologie je tepelný výměník, který zajišťuje udržování optimální katalytické teploty využíváním vznikající tepelné energie. Vhodně navržené katalytické spalovny mají vysokou účinnost, mohou zpracovávat velké objemy silně kontaminovaného vzduchu, mají nízkou tlakovou ztrátu, minimální energetické nároky a pracují v plně automatizovaném režimu. Nevýhoda spaloven je však v přítomnosti katalytických jedů, jako je As, Pb, F, Cl, S atd. v čištěném vzduchu a vysoké provozní náklady.

Úkolem technického řešení je vytvořit zařízení pro čištění odpadního vzduchu, které by účinně odstraňovalo plynné kontaminanty ze vzduchu, resp. rozkládalo organické, některé anorganické a pachové látky v odpadních vzdušninách a jehož provozní náklady by byly nízké.

- 1 CZ 31903 Ul

Podstata technického řešení

Vytčený úkol je vyřešen zařízením pro čištění odpadního vzduchu podle tohoto technického řešení. Podstata technického řešení spočívá ve dvoustupňové kombinaci fotochemického zpracování odpadních vzdušnin v plynné i kapalné fázi. Zařízení pro čištění odpadního vzduchu je založeno na použití oxidativní technologie, tedy fotochemické oxidace pro rozklad organických, některých anorganických a pachových látek v odpadních vzdušninách. Zařízení zahrnuje fotolytický reaktor opatřený vstupem odpadního vzduchu s kontaminanty, výstupem meziproduktů kontaminantů v plynné fázi a alespoň jedním zdrojem UV-C záření s maximem v oblasti vlnové délky 185 nm, kde dochází k fotolytické oxidaci přítomných organických látek neboli kontaminantů, což umožňuje mimo jiné jejich snadnější přechod do kapalné fáze. Následně proud čištěného vzduchu vstupuje do druhého stupně, tedy do fotochemického reaktoru. Ten je opatřený vstupem meziproduktů kontaminantů v plynné fázi, kde vstupní kontaminanty i jejich parciálně oxidované rozkladné produkty modifikované na zpravidla polárnější, a tedy rozpustnější sloučeniny přecházejí do vodné fáze. Fotochemický reaktor je dále opatřený vstupem oxidačního činidla na bázi peroxidu vodíku a alespoň jedním zdrojem UV-C záření s vlnovou délkou 254 nm. Kontaminanty jsou zde dále rozkládány fotochemickým procesem indukovaným UV-C zářením o vlnové délce 254 nm za přítomnosti peroxidu vodíku tedy H2O2, který je prekurzorem vznikajících iniciátorů oxidace, a to hydroxylových radikálů. Fotochemický reaktor je dále opatřený výstupem přečištěného vzduchu, který je odváděn ze zařízení. Fotochemický reaktor je opatřen cirkulačním okruhem pro cirkulaci kapalné fáze, sestávající ze zásobní nádrže kapalné fáze, vedení kapalné fáze a alespoň jedné trysky pro rozprášení kapalné fáze ve fotochemickém reaktoru. Na výstupu z trysek dochází k intenzivnímu rozprášení kapalinné fáze do formy mikrokapének za vzniku velmi jemné suspenze až vodní mlhy. Zde dochází k účinnému kontaktu přítomných kontaminantů ve formě organických látek a obou fází - plynné, tvořené protékajícím proudem čištěného vzduchu, a kapalné, kterou vytváří mikrokapénky vody s obsahem peroxidu vodíku. Vznikající hydroxylové radikály jsou tak v přímém kontaktu s molekulami rozkládaných organických látek.

Principem oxidace organických látek jakožto kontaminantů v odpadním vzduchu v prvním stupni je působení energeticky bohatého extrémně krátkovlnného UV-C záření o vlnové délce 185 nm na čištěný proud vzduchu, které vede k primárnímu rozpadu přítomných organických látek za vzniku dalších reaktivních složek, tedy meziproduktů kontaminantů fotolytické dekompozice. Ve druhém stupni, tedy ve fotochemickém reaktoru pak z molekul peroxidu vodíku, kyslíku a vody vznikají silné oxidační prostředky, především kyslíkové, tedy ·Ο a hydroxylové, tedy ·ΟΗ radikály, které mají velmi razantní oxidační potenciál a dokážou radikálovým mechanismem přítomné rozkladné meziprodukty organických kontaminantů velmi účinně a rychle oxidovat až na finální oxidační produkty. Především hydroxylové radikály vznikající v tomto fotochemickém stupni při kontaktu peroxidu vodíku s UV-C zářením reagují prakticky s jakoukoli organickou látkou, a to až o několik řádů rychleji než běžné oxidanty typu ozonu nebo vlastního použitého oxidačního činidla peroxidu vodíku. Zároveň také dále probíhá přímá absorpce přítomného ultrafialového záření vlnové délky 254 nm molekulami primárních kontaminantů i jejich dekompozičními meziprodukty kontaminantů, které se tak dále dostávají na vyšší energetickou hladinu a dochází k jejich dalšímu rozpadu za vzniku dalších rozkladných, reaktivních sloučenin.

Ve výhodném provedení je fotolytický reaktor vytvořen jako uzavřená vertikální kolona. Fotochemický reaktor je s výhodou vytvořen jako uzavřená vertikální kontinuálně skrápěná dvouplášťová kolona, kde mezi vnitřním pláštěm a vnějším pláštěm je uspořádána tepelná izolace z minerální vlny.

Fotochemický reaktor je plně automatické zařízení kombinující standardní procesy, technické uspořádání a výhody progresivního typu vysokokapacitní mokré pračky vzduchu spolu se systémem pokročilých oxidačních procesů, probíhajících ve vodné části mikrokapének kapalné fáze, tedy pracího roztoku uvnitř fotochemického reaktoru, který je současně intenzivně

-2CZ 31903 Ul iluminována UV-C zářením o převládající vlnové délce v oblasti okolo 254 nm. Zařízení tak využívá synergického efektu procesů přímé fotooxidace v plynné fázi, mokré vypírky vzduchu spojené s přechodem do vodné fáze, absorpcí do kapalné fáze, resp. pracího roztoku a fotochemické oxidace pomocí hydroxylových radikálů. Fotochemický reaktor ve výhodném uspořádání sestává ze tří nosných perforovaných pater, kde v prvním patře je uspořádána zásobní nádrž kapalné fáze, nad kterou je uspořádána vrstva výplňových tělísek na bázi Raschigových kroužků, která zajišťuje velkou styčnou plochu fázového rozhraní rozprašované kapalné fáze s čištěným vzduchem, potřebnou k přechodu prachových částic ze vstupujícího vzduchu do kapalné fáze. Čištěný vzduch tak do druhého patra fotochemického reaktoru vstupuje již zbaven všech nečistot odstranitelných procesem prosté mokré vypírky. Tímto způsobem jsou eliminovány jak veškeré tuhé látky, tedy prach, tak i některé těkavé organické kontaminanty polárního charakteru, které jsou po absorpci v prací vodě představující kapalnou fázi a průchodu rozprašovacími tryskami v reakční části fotochemického reaktoru dále rozloženy fotochemickými oxidačními procesy. V druhém patře je uspořádán zdroj UV-C záření s vlnovou délkou 254 nm a alespoň jedna tryska pro kapalnou fázi. Zdroj UV-C záření s vlnovou délkou 254 nm je s výhodou tvořen patnácti výbojkami umístěnými v trubicích z křemenného skla vodorovně uspořádanými nad sebou. Jednotlivé trubice jsou od sebe vzdáleny vždy 5 cm, přičemž jsou uloženy křížem přes sebe a vyplňují tak vnitřní prostor druhého patra fotochemického reaktoru až nahoru po oblast rozprašovacích trysek. Ve třetím patře je uspořádán vertikální lamelový odlučovač aerosolu pro záchyt drobných kapek strhávaných proudem čištěného vzduchu, který prochází celým fotochemickým reaktorem směrem zdola nahoru.

S výhodou je dále vstup oxidačního činidla na bázi peroxidu vodíku napojen na vedení oxidačního činidla na bázi peroxidu vodíku, které je zaústěno do zásobní nádrže oxidačního činidla na bázi peroxidu vodíku. Takto externě připojený zásobovací okruh oxidačního činidla umožňuje kontinuální přídavek oxidačního činidla do prostoru fotochemického reaktoru pro účinné odstraňování kontaminantů z odpadního vzduchu.

Výhody zařízení pro čištění odpadního vzduchu podle tohoto technického řešení spočívají zejména v tom, že účinně odstraňuje plynné kontaminanty ze vzduchu, resp. rozkládá organické, některé anorganické a pachové látky v odpadních vzdušninách na jednoduché a neškodné produkty a jeho provozní náklady jsou nízké.

Objasnění výkresů

Uvedené technické řešení bude blíže objasněno na následujících vyobrazeních, kde: obr. 1 znázorňuje schéma zařízení pro čištění odpadního vzduchu, obr. 2 znázorňuje pohled na fotochemický reaktor.

Příklad uskutečnění technického řešení

Zařízení 1 pro čištění odpadního vzduchu zobrazené na obr. 1 se skládá ze dvou stupňů, konkrétně z fotolytického reaktora 2 a fotochemického reaktora 6 kolonové konstrukce, kde první stupeň, tedy fotolytický reaktor 2 je ozařován zdrojem 5 UV-C záření o převládající vlnové délce 185 nm a druhý fotochemický reaktor 6 je ozařován zdrojem 10 UV-C záření s převládající vlnovou délkou 254 nm. V prvním stupni fotolytického reaktora 2 probíhají přímé fotolytické procesy pouze v plynné fázi, zatímco ve druhém stupni fotochemického reaktora 6 za přítomnosti vody a oxidačního činidla na bázi peroxidu vodíku po převedení přítomných organických látek do vodné fáze, probíhají fotochemické procesy také ve fázi kapalné.

Prvním stupněm zařízení 1 je tedy fotolytický reaktor 2 vytvořený jako uzavřená vertikální kolona, tedy obdélníková skříň. Fotolytický reaktor 2 je vyrobený z nerezové oceli s otvíracími víky po obou stranách a dvěma skleněnými průzory v horní části, krytými zatmavěným sklem

-3 CZ 31903 U1 tloušťky 6 mm, do níž byl instalován zdroj 5 UV-C záření tvořený čtyři UV-C lampami emitujícími záření o vlnové délce 185 nm. Rozměry fotolytického reaktoru 2 jsou 925 mm x 262 mm x 123 mm. Odpadní vzduch je do fotolytického reaktoru 2 přiváděn vstupem 3 odpadního vzduchu s kontaminanty. Následně proud čištěného vzduchu opouští fotolytický reaktor 2 výstupem 4 meziproduktů kontaminantů v plynné fázi.

Fotochemický reaktor 6 je vytvořen jako uzavřená vertikální kontinuálně skrápěná dvouplášťová kolona, do které je čištěný vzduch přiváděn vstupem 7 meziproduktů kontaminantů v plynné fázi. Fotochemický reaktor 6 je opatřen cirkulačním okruhem pro cirkulaci kapalné fáze, který sestává ze zásobní nádrže 12 kapalné fáze, vedení 13 kapalné fáze vytvořené jako plastové potrubí procházející vně fotochemického reaktoru 6, pomocí kterého je kapalná fáze vedena do vysokotlakých rozprašovacích trysek 11 rozmístěných v horní části fotochemického reaktoru 6, dále z rotametrů neboli průtokoměrů 16 kapalné fáze a nerezového vysokotlakého čerpadla 17. Celý objem fotochemického reaktoru 6 je ozařován zdrojem 10 UV-C záření, který je tvořen patnácti výbojkami 18 zdroje UV-C záření s vlnovou délkou 254 nm umístěnými vodorovně nad sebou v trubicích z křemenného skla, které je optimálně chrání před vlivy přítomných kapének vody při současném zachování možnosti průchodu UV-C záření do celého reakčního prostoru uvnitř fotochemického reaktoru 6. Jednotlivé trubice jsou od sebe vzdáleny vždy 5 cm, přičemž jsou uloženy křížem přes sebe a vyplňují tak vnitřní prostor fotochemického reaktoru 6 až nahoru po oblast rozprašovacích trysek 11. Nad nimi jsou uloženy demistry neboli odlučovače pro odloučení kapek před výstupem vzduchu ven, do odtahu digestoře. Fotochemický reaktor 6 je dále opatřen výstupem 8 přečištěného vzduchu.

Konstrukčním materiálem fotochemického reaktoru 6 je HD polyethylen stabilizovaný proti účinkům UV záření, ze kterého je vyroben kompletní fotochemický reaktor 6 sestávající z uzavřené vertikální kontinuálně skrápěné dvouplášťové kolony, kde mezi vnitřním pláštěm a vnějším pláštěm je uspořádána tepelná izolace z minerální vlny, s vestavěnými nosnými děrovanými patry a přírubovými otvory pro vstup i výstup vzduchu. Stejnými přírubami jsou řešeny i čtyři revizní otvory umístěné v různých výškách fotochemického reaktoru 6 tak, aby byl zajištěn přístup do všech částí fotochemického reaktoru 6. Fotochemický reaktor 6 je opatřen vstupem 9 oxidačního činidla na bázi peroxidu vodíku, který je napojen na vedení 15 oxidačního činidla na bázi peroxidu vodíku, které je zaústěno do zásobní nádrže 14 oxidačního činidla na bázi peroxidu vodíku.

Na spodním nosném prvním patře 19 je uložena 600 mm vysoká vrstva výplňových tělísek na principu Raschigových kroužků, která zajišťuje velkou styčnou plochu fázového rozhraní kapalné fáze ve formě prací vody s čištěným vzduchem, potřebnou k přechodu prachových částic ze vstupujícího vzduchu do kapalné fáze. Čištěný vzduch tak do ozařovaného fotochemického reaktoru 6 vstupuje již zbaven všech nečistot odstranitelných procesem prosté mokré vypírky. Nad vrstvou Raschigových kroužků se nachází druhé patro 20, tedy vlastní ozářený reakční prostor fotochemického reaktoru 6 s napříč uloženými trubicemi z křemenného skla, nad kterými je vyvedeno skrápěcí potrubí zakončené vysokotlakými tryskami 11. V horní části fotochemického reaktoru 6 nad tryskami 11 je na dalším nosném roštovém třetím patru 21 uložen vertikální lamelový odlučovač aerosolu pro záchyt drobných kapek strhávaných proudem čištěného vzduchu, který prochází celým zařízením X směrem zdola nahoru. Čištěný vzduch je tedy v tomto případě veden vstupem 7 meziproduktů kontaminantů v plynné fázi, který je vytvořen ve spodní části fotochemického reaktoru 6 a přečištěný vzduch opouští zařízení X výstupem 8 v horní části fotochemického reaktoru 6. Takto uspořádaný fotochemický reaktor 6 je znázorněn na obr. 2. Čištěný vzduch může být

-4CZ 31903 U1 však do fotochemického reaktoru 6 veden vstupem 7 meziproduktů kontaminantů v plynné fázi, který bude uspořádaný v horní části fotochemického reaktoru 6 a přečištěný vzduch následně bude odcházet z fotochemického reaktoru 6 výstupem 8 v dolní části fotochemického reaktoru 6. Zařízení 1 je tedy funkční a účinné v obou směrech a způsobech uspořádání.

Pro emitaci potřebné intenzity UV záření je ve fotochemickém reaktora 6 použito celkem patnáct výbojek 18 zdroje UV-C záření s vlnovou délkou 254 nm typu Philips TUV 36T5 HO 4P SE o jednotkovém příkonu 75 W, které emitují záření s maximem v oblasti vlnové délky 254 nm. Jedná se o jednopaticové T5 výbojky délky 850 mm bez generace ozonu.

Zařízení J_ pro čištění odpadního vzduchu je konstruováno jako automatické, má dva vlastní samostatné elektrorozvaděče, z nichž jeden je osazen elektroinstalací cirkulačně pracího systému a druhý zajišťuje elektroinstalaci pro zdroje 5, 10 UV-C záření, tedy UV-C výbojky, což jsou vysokonapěťové části jako předřadníky, stykače, ovládání, kontrolní diody. Nátok vody do cirkulačního okruhu je řízen elektromagnetickým solenoidovým ventilem s bypassem. Zásobní nádrž 12 kapalné fáze je opatřena automatickým systémem udržování nastavené teploty, dohřev zajišťuje elektrické topné těleso umístěné u dna zásobní nádrže 12, potrubní rozvody jsou temperovány prostřednictvím topných kabelů.

Průmyslová využitelnost

Zařízení pro čištění odpadního vzduchu podle tohoto technického řešení lze využít v různých výrobních provozech z mnoha odvětví průmyslu a zemědělských provozů, úpraven biologických surovin a odpadů jako jsou kompostámy či bioplynové stanice, nebo v čistírenských zařízeních na bázi čistíren odpadních vod. Další široké uplatnění může toto zařízení nalézt při čištění odpadních vzdušnin ze vzduchotechnikových odtahů výrobních hal v automobilovém průmyslu, jako jsou lakovny, výrobny kompozitů a plastových dílů, nebo ve farmaceutickém průmyslu či polygrafickém průmyslu.

NÁROKY NA OCHRANU

Claims (6)

1. Zařízení pro čištění odpadního vzduchu, vyznačující se tím, že zahrnuje fotolytický reaktor (2) opatřený vstupem (3) odpadního vzduchu s kontaminanty, výstupem (4) meziproduktů kontaminantů v plynné fázi a alespoň jedním zdrojem (5) UV-C záření s vlnovou délkou 185 nm, dále zahrnuje fotochemický reaktor (6) opatřený vstupem (7) meziproduktů kontaminantů v plynné fázi napojeným na výstup (4) meziproduktů kontaminantů v plynné fázi, výstupem (8) přečištěného vzduchu, vstupem (9) oxidačního činidla na bázi peroxidu vodíku a alespoň jedním zdrojem (10) UV-C záření s vlnovou délkou 254 nm, přičemž fotochemický reaktor (6) je dále opatřen cirkulačním okruhem pro cirkulaci kapalné fáze, sestávající ze zásobní nádrže (12) kapalné fáze, vedení (13) kapalné fáze a alespoň jedné trysky (11) pro rozprášení kapalné fáze ve fotochemickém reaktora (6).

2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že fotolytický reaktor (2) je vytvořen jako uzavřená vertikální kolona.

3. Zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že fotochemický reaktor (6) je vytvořen jako uzavřená vertikální kontinuálně skrápěná dvouplášťová kolona, kde mezi vnitřním pláštěm a vnějším pláštěm je uspořádána tepelná izolace z minerální vlny.

-5 CZ 31903 Ul

4. Zařízení podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že fotochemický reaktor (6) sestává ze tří nosných perforovaných pater, kde v prvním patře (19) je uspořádána zásobní nádrž (12) kapalné fáze, nad kterou je uspořádána vrstva výplňových tělísek na bázi Raschigových kroužků, v druhém patře (20) je uspořádán zdroj (10) UV-C záření s vlnovou délkou 254 nm

5 a alespoň jedna tryska (11) pro kapalnou fázi a ve třetím patře (21) je uspořádán vertikální lamelový odlučovač aerosolu.

5. Zařízení podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že zdroj (5) UV-C záření s vlnovou délkou 254 nm je tvořen patnácti výbojkami (18) zdroje UV-C záření s vlnovou délkou ío 254 nm umístěnými v trubicích z křemenného skla vodorovně uspořádanými nad sebou.

6. Zařízení podle některého z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že vstup (9) oxidačního činidla na bázi peroxidu vodíku je napojen na vedení (15) oxidačního činidla na bázi peroxidu vodíku, které je zaústěno do zásobní nádrže (14) oxidačního činidla na bázi peroxidu vodíku.