Результат интеллектуальной деятельности: Устройство для дезодорации и обезвреживания газовых выбросов

Предлагаемое изобретение относится к охране окружающей среды и может быть использовано для дезодорации и обезвреживания газовых выбросов массивов городских и промышленных отходов органического происхождения.

Известна установка для дезодорации и обезвреживания воздуха, содержащая корпус с размещенными в нем блоком питания и управления, вентилятором и насосом, облучателем с источником УФ излучения в виде газоразрядной лампы, причем блок питания и управления содержит высоковольтный источник постоянного тока, генератор импульсов поджога, накопительный конденсатор и схему управления, подключенную к источнику постоянного тока и генератору импульсов поджига [Патент РФ №292191, МПК A61L9/20, A61L2/10, 1995].

Основным недостатком известного устройства являются то, что его невозможно использовать для дезодорации и обеззараживания газовых выбросов массивов городских и промышленных отходов, так как при этом требуется обрабатывать значительные газовые объемы, что ведет к техническим трудностям и высоким издержкам.

Более близким к предлагаемому изобретению является устройство для термической утилизации твердых бытовых отходов, содержащее бурение скважины на полигоне захоронения отходов и проведение газификации органических компонентов отходов непосредственно в массиве складированных отходов при помощи контролируемого нагрева и подачи топлива с получением синтез-газа (биогаза) и его последующим выводом с помощью проложенной в скважине (углублении) газовоздушной магистрали, снабженной горелкой и электрическим поджигом (камеры сгорания), которую перемещают внутри массива по вертикали путем погружения-извлечения подводящих и отводящих труб, а по горизонтали – путем бурения скважин по рассчитанной сетке с чередованием подводящих и отводящих труб [Патент РФ №2536944, МПК B09B3/00, B09C1/06, F23G5/027, F23G5/34, 2014].

Основными недостатками известного устройства являются невозможность дезодорации и обезвреживания газовых выбросов выделяющихся с наружной поверхности полигона и высокие издержки на создание и эксплуатацию что, в конечном итоге, снижает его экологическую и экономическую эффективность.

Техническим результатом, на решение которого направлено предлагаемое изобретение, является повышение экологической и экономической эффективности устройства для дезодорации и обезвреживания газовых выбросов.

Технический результат достигается тем, что устройство для дезодорации и обезвреживания газовых выбросов включает участок массива на подошве полигона захоронения отходов, выкопанные в массиве N резервуаров глубиной погружения в массив до подошвы полигона, каждый из которых сверху герметично закрыт горизонтальным куполом, который через отверстие соединен с огневой колонкой, состоящей из, расположенных снизу–вверх горелочного колпака, снабженного сверху инжекционными горелками, верх которого расположен внутри коаксиально дымового патрубка, с образованием кольцевого всасывающего канала, верх дымового патрубка покрыт коническим зонтиком с образованием кольцевого выхлопного канала, при этом на высоте Н над поверхностью массива установлен кольцевой коллектор, оболочка которого выполнена из гибкого (например, резинотканевого) или жесткого, например, стали или пластмассы) герметичного материала, снабженной опорными стойками с опорным кольцом, кольцевой коллектор снабжен, расположенными по периметру верха его поверхности щелевыми соплами, направленными под углом к верхней образующей окружности коллектора равным α и соединенный через обратный клапан гибким воздуховодом с высоконапорным вентилятором, установленным на куполе.

Предлагаемое устройство для дезодорации и обезвреживания газовых выбросов (УДОГВ) приведено на фиг.1–6 (фиг. 1–общий вид УДОГВ, фиг. 2,3–огневая колонка, фиг. 4–разрез УДОГВ, фиг. 5,6–щелевое сопло).

Устройство для дезодорации и обезвреживания газовых выбросов включает участок массива 1 на подошве 2 полигона захоронения отходов, выкопанные в массиве 1 N резервуаров 3 (на фиг. 1–6 показан один резервуар) глубиной погружения в массив 1 до подошвы 2 полигона, каждый из которых сверху герметично закрыт горизонтальным куполом 4, который через отверстие 5 соединен с огневой колонкой 6, состоящей из, расположенных снизу–вверх горелочного колпака 7, снабженного сверху инжекционными горелками 8 (на фиг. 1–6 показана одна горелка 8), верх которого расположен внутри коаксиально дымового патрубка 9, с образованием кольцевого всасывающего канала 10, верх дымового патрубка 9 покрыт коническим зонтиком 11 с образованием кольцевого выхлопного канала 12, при этом на высоте Н над поверхностью массива 1 установлен кольцевой коллектор 13, оболочка которого выполнена из гибкого (например, резинотканевого) или жесткого например, стали или пластмассы) герметичного материала, снабженной опорными стойками 14 с опорным кольцом 15, кольцевой коллектор 13 снабжен, расположенными по периметру верха его поверхности щелевыми соплами 16, направленными под углом к верхней образующей окружности кольцевого коллектора 13 равным α и соединенный через обратный клапан 17 гибким воздуховодом 18 с высоконапорным вентилятором 19, установленным на куполе 4 (узлы крепления на фиг. 1 – 6 не показаны).

При этом, диаметр кольца коллектора 15 привязывается к размерам резервуара 3, диаметр оболочки коллектора 13 и рабочее давление в нем, угол наклона щелевых сопел 16 α, их число и размеры, производительность и давление высоконапорного вентилятора 19 определяют путем расчета и эксперимента.

В основу работы устройства положены возможность получения метана при сбраживании сырого массива бытовых отходов [С. В. Яковлев и др. Канализация. – М.: Госстройизд. 1976, с. 263], высокая пористость грунта массива и повышенная концентрация пахучих компонентов в приземном слое атмосферы [Л. Ф. Голдовская. Химия окружающей среды. – М.: Мир, 2005, с.86-90, с.155], сжигание пахучих компонентов и выброс их в более высокие слои атмосферы.

Предлагаемое устройство дезодорации и обезвреживания газовых выбросов работает следующим образом.

Предварительно, в массиве 1 полигона захоронения отходов выкапывают ямы–резервуары 3 по всей его площади, после чего резервуары 3 накрывают горизонтальными куполами 4, над которыми монтируют огневые колонки 6, вентиляторы 19 и кольцевые коллекторы 13. При этом опорное кольцо 15устанавлмвают на высоте Н от поверхности массива 1, значение которой выбирают из условия высоты максимальной загазованности воздуха (1,5–2 м) на нем.

Проведение дезодорации и обезвреживания газовых выбросов осуществляют непосредственно в массиве 1 складированных отходов при помощи естественного нагрева и увлажнения с получением биогаза (метана) и его последующим сжиганием в смеси с газовыми выбросами с поверхности массива 1 в огневой колонке 6. В теплое время года в массиве 1 происходит нагрев и увлажнение отходов, образующих нечто подобное сырому осадку в метантенке, которые насыщаются СО₂, NO_X, SO_X, NH₃ и пр. в результате процессов абсорбции, адсорбции и хемосорбции, которые протекают при этом с компонентами осадка (водой, частицами белков, жирами, песком, глиной и. д.). При этом сырой массив нагревается до температуры (30–50)⁰С, при которой происходит обезвреживание органических компонентов сырого массива 1 путем анаэробного сбраживания, которое является основным методом обезвреживания сырых осадков сточных вод, имеющих приблизительно тот же состав, что и массив бытовых отходов. В результате распада органических веществ бытовых отходов и взаимодействия продуктов распада с диоксидом углерода в качестве основных продуктов получается метан.

Метан образуется в результате восстановления СО₂ или метильной группы уксусной кислоты

где АН₂ – органическое вещество, служащее для метанобразующих бактерий донором водорода (жирные кислоты кроме уксусной и спирты кроме метилового);

Кроме этого многие виды метанообразующих бактерий окисляют молекулярный водород, образующийся в кислой фазе по реакции:

(2).

Микроорганизмы, использующие уксусную кислоту и метиловый спирт, осуществляют реакции:

При этом, в данном случае скорость реакций (1), (2) в связи с наличием в свободного СО₂ увеличивается, а реакций (3), (4) уменьшается, что повышает долю метана в получаемом газе.

Полученный биогаз собирается в резервуаре 3 за счет высокой пористости грунта массива 1, откуда биогаз через горелочный колпак 7 огневой колонки 6 поступает в инжекционную горелку 8, смешивается с газовоздушной смесью (газовыми выбросами), поступающей через кольцевой всасывающий канал 10, после чего полученная горючая смесь сжигается с уничтожением значительного количества пахучих газовых примесей (амины, NH₃ и пр.) (начало процесса горения можно осуществлять при помощи резервного топлива).

Отвод газовых выбросов массива 1 осуществляется следующим образом. После монтажа и сборки УДОГВ включают в работу высоконапорный вентилятор 19, который заполняет кольцевой коллектор 13 выхлопными газами из огневой колонки 6 и газовозушной смеси с поверхности массива 1, в результате чего в нем создается избыточное давление, под действием которого из наклонных щелевых сопел 16 с большим напором истекают в наклонно–вертикальном направлении воздушные струи (фиг. 1–6). Внутри цилиндрической полости, созданной наклонно–вертикальным направлением движения воздушных струй, создается вихревое движение воздушного потока, направленное вверх (образуя как бы «миниторнадо»), которому способствует самотяга, обусловленная разностью температур и плотностей нижних и верхних слоев воздуха [Ю. П. Гусев, Основы проектирования котельных установок – М.: Стройиздат, 1977, с.143], равную

h_С=H [ρ₀–(ρ₀∙273/( t_СР+273)]·g Па (5), где

ρ₀ – плотность наружного воздуха при температуре t₀ в приземном слое , кг/м³;

t_СР–средняя температура воздуха в полости 10, созданной наклонно–вертикальными цилиндрическими воздушными струями 9, ⁰С;

t_СР=( t₀ + t_В)/2 (6), где

t_В – температура воздуха на выходе из полости, образованной воздушными струями.

При вращении газовоздушного потока, создаваемого наклонно–вертикальными газовоздушными струями, подаваемого вентилятором19 из приземного слоя массива 1, в верхние слои атмосферы удаляется количество воздуха, загрязненного пахучими компонентами, многократно превышающее производительность вентилятора 19, в результате чего пахучие примеси из приземных слоев массива 1 рассеиваются в верхних слоях атмосферы (УДОГВ как бы отсасывает загрязненный воздух из нижних слоев атмосферы массива 1, работая как дымовая труба), а в приземные слои поступает более чистый воздух.

Таким образом, предлагаемое устройство дезодорации и обезвреживания газовых выбросов обеспечивает наряду с улучшением экологической ситуации в местах газовых выбросов массива бытовых отходов, утилизацию их наиболее опасной (органической) части с получением биогаза (топливного газа–метана), обеспечивающего собственные нужды процесса, что повышает экологическую и экономическую эффективность работы устройства.