CZ30077U1 - Filtrační náplň pro zařízení určené k čištění odpadního vzduchu od amoniaku - Google Patents

Description

Oblast techniky

Řešení se týká filtrační náplně pro zařízení určené k čištění odpadního vzduchu od amoniaku, pocházejícího z různých technologií, zejména z technologií zpracování bioodpadů, včetně bioodpadů obsahujících suroviny živočišného původu a ze zemědělského provozu živočišného směru. Filtrační zařízení s takovou náplní může být jako přídavný modul použito i pro další typy zařízení produkující odpadní plyny s obsahem amoniaku. Navrhované řešení umožňuje provozně a ekonomicky nenáročně a ekologicky přijatelně odstraňovat amoniak z odpadního vzduchu.

Dosavadní stav techniky

Amoniak (NH₃) a produkt jeho přeměny po reakci s vodou amonný iont (NH4 ) jsou v současnosti jedním z nej důležitějších polutantů zatěžujících ekosystémy. Působením tohoto polutantu dochází k eutrofizaci přírodních nebo přírodě blízkých ekosystémů. Množství amoniaku, které je emitováno ve vyspělých zemích odpovídá zhruba množství do ovzduší uvolňovaných oxidů dusíku.

Dle zahraničních a tuzemských údajů se amoniak ze zemědělské produkce na jeho celkové koncentraci v ovzduší podílí z cca 95 % až 98 %. Amoniak vzniká rozkladem bílkovin a močoviny v exkrementech hospodářských zvířat. Dalším významným zdrojem emisí amoniaku do ovzduší je zpracování biologicky rozložitelných odpadů, zejména živočišného původu, z důvodu většího obsahu bílkovin. Proto podobné technologie a odpovídající techniky vyžadují uplatnění speciálních filtračních zařízení s vhodnou filtrační náplní.

Většina antropogenních látek a jejich směsí, které se dostávají širokým spektrem stacionárních a mobilních zdrojů do zemské atmosféry, má nepříznivé účinky na lidi, zvířata i rostliny. Proto neodvratným úkolem současných i budoucích generací je toto znečištění ovzduší efektivně řešit. Základními předpoklady jsou prevence a předcházení vzniku škodlivin. V případě, z pohledu současného vědeckého poznání, nevyhnutelných znečišťujících úniků (do kterých zrovna lze přiřadit většinu zdrojů emisí amoniaku), musí být nasazena taková technologická opatření, která povedou k omezení produkce znečišťujících polutantů a k odstraňování jejich nej nebezpečnějších složek.

Limitní hodnoty koncentrací škodlivých látek v odpadních plynech, které stanovují jak evropské, tak národní legislativní nástroje, v naprosté většině nejsou dosažitelné pouze v rámci dané dostupné výrobní technologie. Z toho důvodu se za výrobní a zpracovatelské technologické linky velmi často zařazuj í zařízení na čištění odpadních plynů. Jejich konstrukční vlastnosti a funkční principy se liší v závislosti na druhu a koncentraci odpadní látky i na druhu a kapacitě vlastního technologického procesu. V neposlední řadě hraj í významnou roli při volbě zařízení na čištění odpadních plynů ekonomické možnosti znečišťovatele.

Obecně je možné metody čištění odpadních plynů rozdělit na fyzikální, chemické, biologické a jejich kombinace. V případě fyzikálních postupů se uplatňují např. metody zkapalňování kontaminujících látek ochlazením, adsorpce na aktivním uhlí, zeolitech a jiných vhodných materiálech s vysokou adsorpční schopností.

Z ekonomických a praktických důvodů je jedním z nejvíce rozšířených způsobů odstraňování par organických látek a dalších škodlivin z pracovního i venkovního ovzduší, včetně zápašných látek, jejich adsorpce na pevných adsorbentech. Jde o technologicky poměrně jednoduchý postup. Nejvíce používány jsou průmyslově vyráběné uhlíkaté adsorbenty. Procesy adsorpce však mohou být návratné. Aby nedocházelo k nežádoucímu uvolnění zachycených škodlivin z filtrační náplně, je vhodné zapojení mechanizmů absorpce, zejména chemosorpce, která zajistí zvýšení účinnosti systému čištění odpadního vzduchu, zejména od amoniaku, který se špatně odstraňuje adsorpčním způsobem.

Z výše uvedených důvodů je žádoucí vyvinout nové, účinné a současně provozně-ekonomicky únosné (tj. dostatečně levné) a ekologicky přijatelné filtrační náplně, které zajistí nejenom účin-1 CZ 30077 Ul nou sorpci škodlivin, zejména amoniaku, ale umožní výhodné materiálové využití odpadních produktů pro produkci hnojivých substrátů. Je velmi žádoucí rozšiřovat sortiment podobných produktů směrem k ekonomicky a technologicky nenáročným řešením a snadno přístupným surovinám.

Podstata technického řešení

Výše uvedené zadání splňuje a problémy řeší filtrační náplň podle tohoto technického řešení, jejíž podstata spočívá v tom, že její základní účinná složka má tuhou konzistenci a je tvořena umělým způsobem prouhelněnou organickou hmotou neboli umělým uhlím, rozdrobenou na částice menší než 10 mm a napuštěnou kyselinou sírovou a vodou, přičemž požadovaný obsah kyseliny sírové je 5 až 30 % hmotn. a požadovaný obsah vody je 3 až 12 % hmotn. z celkové směsi, zbytek je představen prouhelněnou organickou hmotou. Vhodnost této hmoty pro navržené řešení se určuje základním elementárním složením vykazujícím poměr obsahu kyslíku k uhlíku O:C v organické sušině menší než 0,4 a poměr vodíku k uhlíku H:C v organické sušině menší než 1,3. Takové charakteristiky elementárního složení svědčí o dostatečně vysokém stupni prouhelnění a tím i stabilizace organické hmoty, tj. její odolnosti vůči působení chemických a biologických činitelů. Jako vhodnou základní hmotu pro filtrační náplň lze s výhodou použít biouhlí splňující uvedené požadavky elementárního složení nebo aktivní uhlí, které tyto požadavky splňuje vždy bez výjimky.

Požadovaný obsah 5 až 30 % hmotn. kyseliny sírové a minimálně 3 % hmotn. vody ve výsledné směsné filtrační náplni lze například dosáhnout úpravou výše popsané prouhelněné organické hmoty -jejím smícháním se silným vodným roztokem kyseliny sírové s koncentrací v rozmezí 50 až 70 % hmotn. s výhodou ve váhovém poměru 2 díly roztoku ku 1 dílu hmoty po reakční dobu minimálně 24 hodin a následným oddělením tuhého podílu jako finálního produktu vhodného pro filtrační náplň.

Výše popsané složení filtrační náplně zabezpečuje procesně efektivní, provozně a ekonomicky nenáročné a ekologicky přijatelné čištění odpadního vzduchu z technologií produkujících odpadní amoniak. Použití takové filtrační náplně pro zařízení určené k čištění odpadního vzduchu od amoniaku pocházejícího z různých technologií, zejména z technologií zpracování bioodpadů, včetně bioodpadů obsahujících suroviny živočišného původu a ze zemědělského provozu živočišného směru, je zcela bezodpadové a použité chemické látky se ve finále stávají složkami hnojivého substrátu s vysokým obsahem dusíku a síry. Výhodou kombinace chemosorpce a povrchové adsorpce, kterou poskytuje přípravek dle tohoto technického řešení, je odstranění z čištěného vzduchu nejenom amoniaku, hlavně chemosorpcí, ale i některých dalších škodlivin, hlavně adsorpci, zejména organických sloučenin zodpovědných na šíření obtěžujících zápachů, což je velmi aktuální pro výše zmíněné zdroje amoniaku, zejména pro zpracování bioodpadů.

Příklady uskutečnění technického řešení

Následující příklady provedení filtrační náplně technické řešení pouze dokládají, aniž by ho jakkoliv omezovaly.

Příklad 1

Přípravek, který tvoří základní složku filtrační náplně, byl zhotoven hydrotermální úpravou digestátu ze zemědělské bioplynové stanice zpracovávající kejdu hospodářských zvířat a rostlinnou produkci jako je kukuřičná siláž, zelená hmota obilovin, senáže apod. Stupeň dosaženého prouhelnění a tím i stabilizace organického podílu dokládá výrazné snížení poměru obsahu O:C v organické sušině z původních 0,51 na 0,22 a H:C z původních 1,64 na 1,16. Následně tento přípravek prouhelněné organické hmoty byl usušen, rozdrcen na velikost částic menších než 10 mm a následně nasycen vodným roztokem kyseliny sírové o koncentraci 60 % hmotn., a to smícháním přípravku a roztoku v poměru 1:2 na dobu 24 hodin s občasným promícháváním vzniklé suspenze. Po nasycení byla tekutá část oddělena filtrováním. Na základě laboratorně stanoveného rozdílu mezi množstvím roztoku a koncentrace kyseliny sírové před a po smíchání přípravku a roztoku bylo zjištěno množství absorbované kyseliny a vody v tuhém podílu. Obsah kyseliny

-2CZ 30077 Ul sírové dosáhl hodnoty 15,1 % hmotn., obsah vody 9,2 % hmotn. Takto zhotovený tuhý přípravek byl odzkoušen v laboratorních modelových pokusech, kde byl použit jako jednosložková náplň filtrační kolony k odstranění amoniaku z odpadních plynů, vzniklých při vápnění bioodpadů v hmotnostním poměru 25 % práškového páleného vápna k hmotnosti bioodpadů. Jako vhodný bioodpad s vysokým obsahem dusíkatých látek byl použit kuchyňský odpad ze živočišných surovin ve směsi s 20 % slepičí podestýlky. Odstranění zápašných látek bylo potvrzeno senzorickým testem odéru původního a filtrovaného vzorku.

Příklad 2

Jako vhodný přípravek prouhelněné organické hmoty bylo použito aktivní uhlí zformované do částic o velikosti 1 až 4 mm. Následně byl tento materiál nasycen vodným roztokem kyseliny sírové o koncentraci 60 % hmotn., a to smícháním přípravku a roztoku v poměru 1:2 na dobu 24 hodin s občasným promícháváním vzniklé suspenze. Po nasycení byla tekutá část oddělena filtrováním. Na základě laboratorně stanoveného rozdílu mezi množstvím roztoku a koncentrace kyseliny sírové před a po smíchání přípravku a roztoku bylo zjištěno množství absorbované kyseliny a vody v tuhém podílu. Obsah kyseliny sírové dosáhl hodnoty 24,9 % hmotn. a obsah vody 4,3 % hmotn. Takto zhotovený tuhý přípravek byl odzkoušen v laboratorních modelových pokusech, kde byl použit jako jednosložková náplň filtrační kolony k odstranění amoniaku z odpadních plynů, vzniklých při vápnění bioodpadů v hmotnostním poměru 25 % práškového páleného vápna k hmotnosti bioodpadů. Jako vhodný bioodpad s vysokým obsahem dusíkatých látek byl použit kuchyňský odpad ze živočišných surovin ve směsi s 20 % slepičí podestýlky. Odstranění zápašných látek bylo potvrzeno senzorickým testem odéru původního a filtrovaného vzorku. Průmyslová využitelnost

Filtrační náplň, podle uvedeného technického řešení, je možno poměrně nenákladným a jednoduchým způsobem průmyslově vyrábět. Využitím této filtrační náplně lze zajistit procesně efektivní, provozně a ekonomicky nenáročné a ekologicky přijatelné čištění odpadního vzduchu z technologií produkujících odpadní amoniak, jako například různé technologie zpracování bioodpadů, včetně bioodpadů obsahujících suroviny živočišného původu a některé zemědělské technologie, především z oblasti živočišné výroby (stáje hospodářských zvířat, zařízení pro shromáždění, zpracování a skladování statkových hnojiv apod.). Po vyčerpání absorpčních schopností filtrační náplně jí lze bud odborně zregenerovat a opakovaně upravit a použít, nebo tuto hmotu použít jako agrochemicky cenný hnojivý substrát s vysokým obsahem dusíku a síry. Výstup byl realizován v rámci projektu TA ČR evidovaném pod číslem TA04020903.

Claims (2)

1. Filtrační náplň pro zařízení určené k čištění odpadního vzduchu od amoniaku pocházejícího z různých technologií, zejména z technologií zpracování bioodpadů, včetně bioodpadů obsahujících suroviny živočišného původu a ze zemědělského provozu živočišného směru, vyznačující se tím, že její základní účinná složka má tuhou konzistenci a je tvořena umělým způsobem prouhelněnou organickou hmotou neboli umělým uhlím, rozdrobenou na částice menší 10 mm a napuštěnou kyselinou sírovou a vodou, přičemž požadovaný obsah kyseliny sírové je 5 až 30 % hmotn. a požadovaný obsah vody je 3 až 12 % hmotn. z celkové směsi, zbytek je představen prouhelněnou organickou hmotou, jejíž vhodnost pro toto řešení se určuje základním elementárním složením vykazujícím poměr obsahu kyslíku k uhlíku O:C v organické sušině menší než 0,4 a poměr vodíku k uhlíku H:C v organické sušině menší než 1,3, které svědčí o dostatečně vysokém stupni prouhelnění a tím i stabilizace organické hmoty, tj. její odolnosti vůči působení chemických a biologických činitelů.

2. Filtrační náplň podle nároku 1, vyznačující se tím, že jako vhodná prouhelněná organická hmota je použito biouhlí.