ИССЛЕДОВАНИЕ СОРБЦИОННЫХ СВОЙСТВ ОПИЛОК ДЛЯ ОЧИСТКИ ОТ SO2

В условиях роста промышленного производства и увеличения количества выбросов в атмосферу возникает острая необходимость проводить доочистку газов от следовых количеств загрязняющих веществ, таких как оксиды серы и азота, формальдегид, оксиды азота, углеводороды, альдегиды, тяжёлые металлы, аммиак, пыль. Диоксид серы, это бесцветный газ, присутствующий в выбросах черной и цветной металлургии, деревообрабатывающей промышленности, цементных заводов, ТЭЦ, нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов [1, с. 14]. Присутствующий в выбросах диоксид серы способен оказывать резорбтивное и рефлекторное действие на организм человека, а так же обладает эффектом суммации [2]. Поэтому очистка выбросов от следовых количеств диоксида серы является актуальной проблемой.

На сегодняшний день на предприятиях используются механические, физико-химические, электрические способы очистки воздуха. Для очистки от следовых количеств диоксида серы наиболее подходящими являются физико-химические методы. При их использовании на предприятии применяются простые, небольшие конструкции очистных сооружений в некоторых аппаратах отсутствуют движущиеся части, что увеличивает износостойкость оборудования. В зависимости от характера протекания процесса физико-химические методы очистки делятся на: абсорбцию, адсорбцию, хемосорбцию, термическую нейтрализацию и каталитическое превращение [3, с. 92]. Лучшим методом из указанных для очистки следовых количеств загрязняющих веществ является адсорбционный метод. Он не требует подготовки газов, применения катализаторов и имеет достаточно большой температурный диапазон работы.

Объектом исследования в работе является диоксид серы и его поглощение древесными опилками. Диоксид серы в лабораторной установке был получен в результате химической реакции (1):

                        (1)

Для проверки сорбционных свойств опилок в лаборатории создавались условия аналогичные валовому выбросу диоксида серы на предприятии. В качестве адсорбента для поглощения диоксида серы из воздуха были взяты мелкие опилки весом в 50 грамм, предварительно просеянные и высушенные в термостате при температуре 50°С до постоянного веса. Постановка эксперимента была основана на измерение показателя рН после проведения серии опытов с различным периодом. За момент насыщения сорбента принималось снижение значения рН дистиллированной воды на выходе из установки меньше 5. Опыты ставились с различными концентрациями диоксида серы в исходной емкости 0,5, 0,8 и 1 мг/м³ соответственно. Относительная погрешность при измерении концентрации диоксида серы составляла ±0,005 мг/м³. Для сравнения изменения кислотности у опилок до начала эксперимента было измерено начальное значение рН, которое составляло 5,37±0,06. Для измерения рН опилки весом в 50 г засыпались в колбу объемом 1000 мл и заливались дистиллированной водой в пропорции 1:10 полученный раствор настаивался в течение часа, далее замерялось значение рН.

Схема лабораторной установки представлена на рисунке 1. Эксперимент проводился в статических условиях при относительной влажности внутри установки 60±1 %, температура воздуха в лаборатории, на момент проведения опытов, составляла 23°С.

Рисунок 1. Схема установки

где К – двухканальный компрессор, 1-1, 2-1 – емкость с диоксидом серы, 1-2, 2-2 – емкость с дистиллированной водой, В-1, В-2 – ручной запорный вентиль, 1-3, 1-5, 2-3, 2-5 – емкость с лишайником, 1-4, 2-4 – емкость с сорбентом, 1-6, 2-6 – контрольная колба с дистиллированной водой.

Результаты проведенных экспериментов интерпретированы на рисунке 2. На графике изменения рН сорбента из древесных опилок в зависимости от времени приведены интервалы погрешностей проведенных опытов.

Рисунок 2. Изменение рН опилок весом 50 г за время проведения опыта

Проанализировав полученные данные на рисунке 1 было установлено, что сорбирующие свойства опилок весом в 50 грамм, при концентрации диоксида серы 0,5 мг/м³,  прекращаются после 25 часов проведения эксперимента, так как на 26 часе зафиксировано снижение значения рН<5 (4,88) в  дистиллированной воде на выходе из установки. За оставшееся время эксперимента (6 часов) значение рН опилок снижается с 3,70, достигает значения 3,61 и перестает существенно изменяться.

При концентрации диоксида серы в исходной емкости 0,8 мг/м³  момент насыщения сорбента наступает уже после 17 часов проведения эксперимента, к этому времени значение рН сорбента снижается с 5,37 до 3,76. Так же зафиксировано снижение показателя рН дистиллированной воды ниже 5 (4,95).

При концентрации диоксида серы 1 мг/м³  момент насыщения сорбента наступает на 11 часе проведения эксперимента. Значение рН сорбента снижается с 5,37 до 3,70. Значение рН дистиллированной воды к моменту насыщения достигает значения 4,99.

Исходя из серии проведенных опытов по сорбции диоксида серы опилками установлено, что при концентрации диоксида серы 0,5 мг/м³  насыщение опилок весом в 50 г происходит за 25 часов, при с_so2=0,8 мг/м³  за 17 часов, а при с_so2=1 мг/м³  за 11 часов.

Степень извлечения диоксида серы из воздуха рассчитывалась по формуле (2) [4]:

                                                 (2)

где Е – степень извлечения, %, С_исх – исходная концентрация загрязняющих веществ в сорбенте, моль/л, С_исп – концентрация загрязняющих веществ после проведения опыта, моль/л.

Подставив полученные экспериментальные данные в формулу (2) были получены следующие значения:

при С_SO2 = 0.5 мг/м³ за 25 часов – Е= 0,0097845 мг/г;

при С_SO2 = 0,8 мг/м³ за 17 часов – Е= 0,009754мг/г;

при С_SO2 = 1 мг/м³ за 11 часов – Е= 0,009786 мг/г;

Степень извлечения диоксида серы рассчитывалась по формуле (3) [4]:

                                                   (3)

Исходя из проведенных опытов по сорбции следовых количеств диоксида серы древесными опилками и подстановки полученных значений в формулу (3), степень очистки воздуха (И, %) достигает следующих значений:

при С_SO2 = 0.5 мг/м³ за 25 часов – И=97,85 %;

при С_SO2 = 0,8 мг/м³ за 17 часов – И=97,53 %;

при С_SO2 = 1 мг/м³ за 11 часов – И=97,86 %.

В ходе работы было установлено, что при наступлении момента предполагаемого насыщения значение рН сорбента после 25 часов эксперимента при концентрации 0,5 мг/м³ составляло 3,70. При концентрации диоксида серы 0,8 мг/м³ за 17 часов рН=3,76. На 11 часе эксперимента при концентрации диоксида серы 1 мг/м³ значение рН=3,70. В результате проведенных опытов установлено, что с повышением концентрации диоксида серы время активного поглощения древесными опилками уменьшалось. Проведенные расчеты степени извлечения диоксида серы из воздуха опилками достигли в среднем 97,6 %. Степень извлечения при этом равна 0,0097 мг/г.

Список литературы:

1. Оценка воздействия и выявления источников загрязнения окружающей среды: учебное пособие / В.И. Сафарова и др.; Уфимский государственный авиационный технический университет – Уфа: РИК УГАТУ, 2016. – 139с. ISBN 978-5-4221-0933-3;
2. 62.      ГН 2.1.6.1338-03 Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест / [Электронный ресурс]. – Режим доступа. – URL: http://www.gosthelp.ru/text/GN216133803Predelnodopust.html (дата обращения 20.02.2018);
3. Экозащитная техника и технологии: учебное пособие / Н.А. Амирханова и др.; под ред. Н.А. Амирхановой; Уфимский государственный авиационный технический университет. – Уфа: УГАТУ, 2012. – 396 с.;
4. Хлынина Н.Г. Изучение сорбционных свойств сорбентов в статистических условиях/ Хлынина Н.Г., Алексейко И.С. //Вестник КрасГАУ №1- Красноярск, 2008. – с. 92-99.