Bortskaffelse af et gasformigt spildevand (med diagram)

Bortskaffelse af en gasformig spildevand!

En gasformig udløbsstrøm, der genereres i en industrienhed, skal til sidst udledes i atmosfæren. Forud for dets udledning skal det behandles ordentligt for at nedbringe koncentrationen af ​​forurenende stoffer (både partikelformet og gasformigt) til deres tilladte grænser. Afladning / bortskaffelse sker gennem en stak.

En stak eller en skorsten er en lodret cylindrisk eller rektangulær kanal. Når en gasformig strøm tømmes gennem en stak, bliver de forurenende stoffer, der er til stede i strømmen, dispergeret i atmosfæren. En stabel kan ikke forringe de tilstødende forurenende stoffer, men det frigiver forurenende stof i en passende højde, så når forurenende stoffer diffunderer tilbage til jordens overflade, vil deres koncentration være under den tilladte grænse for hvert forurenende stof selv under den mest ugunstige vejrforhold.

Da en gasstrøm udsender en stabel, strømmer den opad til en vis højde på grund af sin kinetiske energi og opdrift, før den fjernes vandret i vandret retning. De forurenende stoffer, der er til stede i gasstrømmen (efter at være kommet fra stakken) bliver dispergeret både i vandret og lodret retning på grund af molekylær og eddy diffusion. Effluens af en gasstrøm fra stakken og profilen af ​​den resulterende plume under ideel tilstand er skitseret i figur 4.18.

Faktisk plume profil:

Den faktiske plume profil downwind afhænger af temperaturgradienten i troposfæren, vindhastigheden og topografien i umiddelbar nærhed af en stak. Den troposfæriske temperaturgradient afhænger af den indkommende solstrålingsintensitet i løbet af dagen og graden af ​​skydeksel om natten.

Dispersion af forurenende stoffer i en plume afhænger af vertikal luftbevægelse som følge af den troposfæriske temperaturgradient og også på den fremherskende vindhastighed. Baseret på ovenstående faktorer er den atmosfæriske tilstand blevet klassificeret i forskellige stabilitetsklasser. I tabel 4.15 er Pasquill-Gifford stabilitetsbetegnelserne angivet.

Figur 4.19A - G viser de forskellige typer af plumeprofil svarende til karious atmosfæriske stabilitetsbetingelser.

(a) Faktisk troposfærisk temperaturgradient i forhold til den tørre adiabatiske gradient.

Adiabatisk temperaturgradient, ----

Faktisk temperaturgradient, -----

(b) Plume profil

T = temperatur. U = vindhastighed

Z = højde

Stack Design Approach:

Det er blevet nævnt i afsnit 4.8, at en stabel anvendes til udledning af en spildgasstrøm i passende højde fra jorden. Når de er udledt, bliver bestanddelene (herunder eventuelle forurenende stoffer) af affaldet spredt. Nogle dele af dem diffunderer tilbage til jordens overflade.

For at designe en stak må man finde sin højde H s, således at koncentrationen af ​​forurenende stoffer, som er diffunderet tilbage til jorden, ikke bør være mere end deres respektive tilladte grænser selv under de værste atmosfæriske forhold. Det er også nødvendigt at estimere tværsnitsarealet af en stabel, således at trykket ved bunden af ​​stakken ville være tilstrækkeligt til at overvinde strømmen af ​​strømmen af ​​gasstrømmen gennem stakken.

Stab Højde Estimation:

Stakhøjden kan enten estimeres ved hjælp af nogle empiriske relationer eller ved hjælp af en semi-empirisk tilgang. De empiriske forhold tager ikke hensyn til vejrforholdet, mens den semi-empiriske tilgang tager højde for plumeforhøjelsen, vindhastigheden og vejrforholdet. Det siger sig selv, at den anden tilgang giver et bedre skøn over stakken højde.

Empirisk tilgang:

De empiriske ligninger, der er angivet nedenfor, kan anvendes til estimering af stabelhøjde:

Hvis den beregnede H s bruger Eq. (4.64e) eller (4.64f) være mere end 30 m, skal den beregnede stakhøjde accepteres.

Semi-empirisk tilgang:

I denne tilgang estimeres stakken højde gennem følgende trin:

Trin-I:

En stakhøjde, Hs, antages. Den antagne højde kan være den, der er beregnet ved hjælp af den empiriske tilgang, der er beskrevet i afsnit 4.8.2.2.

Trin-II:

Plume stigning, ΔH, beregnes ved anvendelse af en passende semi-empirisk ligning. Nogle af de ligninger, der er rapporteret i litteraturen, er opregnet i afsnit 4.8.2.5. Disse ligninger er baseret på den formodning, at plume stigning er påvirket af to faktorer nemlig,

(i) Momentum af udgivelsesstrømmen fra stakken og

(ii) Opdrift af strømmen som følge af forskellen i tæthed af stakgas og den for omgivende luft ved den fysiske stakhøjde. Korrelationerne foreslået af de forskellige forfattere er baseret på de tilgængelige data. Nogle forfattere har taget hensyn til vejstabilitetskriteriet under udvikling af deres korrelationer.

Trin-Ill:

Den effektive stakhøjde H er taget som

Trin-IV:

Brug af ækv. (4, 67) og den anslåede H e, estimeres den maksimale koncentration af hver af de forskellige forurenende stoffer (til stede i spildevandsstrømmen) på jordoverfladen svarende til de forskellige atmosfæriske stabilitetsbetegnelser. Hvis disse er inden for deres respektive tilladte grænser, accepteres de antagne Hs som den faktiske stakhøjde. Hvis ikke, gentages der på baggrund af en højere værdi af H s end den tidligere antagne, der er baseret på trin II, III og IV, indtil der findes en acceptabel Hs, som opfylder kriteriet specificeret i trin IV.

Forureningsstofkoncentrationsprofil i en Plume:

En ligning, der udtrykker forureningsmiddelkoncentrationsprofilen i en plume resulterende fra en kontinuert punktkilde under steady state tilstand, er blevet udviklet ud fra følgende antagelser

og (iii) koncentrationsprofilen på en hvilken som helst downwind-placering (x, y, z) følger den gaussiske normaliserede sandsynlighedsfordelingskurve i K- og Z-retningerne.

Baseret på ovenstående antagelser er den afledte ligning, der repræsenterer koncentrationsprofilen,

hvor C x, y, z = koncentration af et forurenende stof på et sted med koordinater x, y & z,

Q = masse af det specifikke forurenende stof, der udledes pr. Tidsenhed,

U = vindhastighed ved højde H e,

σ y = standardafvigelse af dispersionskoefficienten i y-retningen,

og σ Z. = standardafvigelse af dispersionskoefficienten i z-retningen.

De numeriske værdier for σ v og σ z afhænger af vejrforholdet, vindhastigheden og afstanden for et sted fra stakken i vandret nedadgående retning, dvs. X-koordinaten.

i Eq. (4, 66) repræsenterer øget forureningskoncentration på grund af grundrefleksion.

Koncentrationen af ​​ethvert forurenende stof ved en hvilken som helst X ville være maksimumet ved plume center-linjen svarende til y = 0 og Z = H e, under "neutral tilstand". Udtrykket til grundkoncentrationen af ​​ethvert forurenende stof under plume center-linjen ville være

At

er deres forhold uafhængigt af X, så kan den maksimale koncentration af grundkoncentrationen af ​​et bestemt forurenende stof udtrykkes som

hvor X max er afstanden fra stakken base i nedadgående retning, hvor koncentrationen af ​​forurenende stoffer ville være maksimum på jorden.

Det følger heraf, at på det meget sted, dvs. ved X max

Plot af de empirisk estimerede værdier af σ y og σ z svarende til de forskellige kvalitative stabilitetsbetegnelser som parametre er vist i henholdsvis figur 4.20 A og 4.20 B.

Pasquill-Gifford Stabilitetsbetegnelser:

A: Yderst ustabil

B: Moderat ustabil

C: Lidt ustabil

D: Neutral

E: Lidt stabilt

F: Moderat stabilt.

Efter denne fremgangsmåde estimeres σ z, x max ved anvendelse af Eq. (4, 70) baseret på den allerede beregnede værdi af H e Eq. (4, 65). Svarende til den estimerede σ z X max og en antaget stabilitetskategori, læses X fra figur 4.20B. Næste fra figur 4.20A læses a y svarende til X (læs tidligere fra figur 4.20B) og den tidligere antagne stabilitetskategori. Brug de estimerede værdier af o og σ y, σ z, C X max,, 0, 0 Beregnes for hver forurenende stof, der anvender Eq. (4, 69).

Den beregnede C X max for hvert forurenende stof skal sammenlignes med den tilladte grænse. Hvis den beregnede C X max for ingen af ​​forurenende stoffer overstiger deres grænse, gentages proceduren beskrevet ovenfor for hver af de andre stabilitetskategorier. Hvis C x max beregnet for enhver forurenende stof overstiger grænsen for enhver stabilitetskategori, skal de tidligere nævnte trin II, III og IV gentages under forudsætning af en højere værdi af H s end den, der blev antaget tidligere, indtil der er opnået en tilfredsstillende løsning.

Under henvisning til fig. 4.20A og 4.20B skal det påpeges, at korrelationen mellem σ y og X kan være rimeligt godt repræsenteret af forholdet σ v = σ y X b, men det mellem o. og X svarer ikke til korrelationen σ z = a z X b

En bedre korrelation ville have formularen

De numeriske værdier af a ' y a' z m og n har vist sig at afhænge af atmosfærisk stabilitetsbetegnelse. Forskellige skøn over en ' y a' z m og n er blevet rapporteret i litteraturen. Et sådant estimat er angivet i tabel 4.16.

En bedre stabelhøjdeestimeringsprocedure ville være at følge de trin, der er angivet i afsnit 4.8.2.3 i forbindelse med Eq. (4, 73) i stedet for at bruge Eq. (4, 69).

Plume Rise Correlations:

Forskellige efterforskere har forsøgt at korrelere plume-stigningen (AH) med de relevante variabler. Nogle af dem er angivet nedenfor.

1. Hollands ligning er muligvis den tidligste og det er en simpel.

hvor ΔH = plume stiger, (m)

U = vindhastighed, (m / s)

U s = stakgashastighed ved stakudgang, (m / s)

D s = stakdiameter ved udgang, (m)

P = stakgastryk ved udgang, (kPa)

T s = stakgastemperatur ved udgang, (K)

T a = omgivende lufttemperatur ved fysisk stakhøjde, (K)

Da denne ligning ikke tager højde for atmosfærisk stabilitet, har Holland foreslået, at den estimerede AH multipliceres med en faktor på 1, 1 til. 1, 2 for ustabil tilstand og 0, 8 til 0, 9 for stabil tilstand. Efterfølgende undersøgelser har vist, at Hollands ligning giver et ret konservativt skøn over AH med en faktor 2 til 3.

2. Moses og Carson har foreslået ligninger, som er afhængige af stabilitetskriterierne som angivet nedenfor:

3. ASME-opgavegruppen har anbefalet to ligninger. For ustabile og neutrale forhold er den anbefalede ligning:

Estimering af stabilt tværsnitsareal / diameter og stak trykfald:

Stabelgasvolumetrisk strømningshastighed kan udtrykkes som

hvor

= Den gennemsnitlige volumetriske strømningshastighed for stakgas (den volumetriske strømningshastighed ved stakbasis og den øverste ville være forskellig, da stakgastemperaturen ville variere fra bunden til toppen på grund af varmetab gennem stakken) (m3 / s).

D s = gennemsnitlig stak diameter, m.

Under antagelse af en passende stabelgashastighed i intervallet 10-15 m / s kan stakets tværsnitsareal / diameter estimeres under anvendelse af Eq. (4, 77).

Når stabelgashastigheden (U s ), stakdiameteren (D S ) og stakhøjden er kendt, kan staktryksfaldet / stabelbasistrykket beregnes under anvendelse af en modificeret Bernoulli (energibalance) ligning som angivet nedenfor:

Eksempel 4.5:

En stak skal udformes til en kulfyret ovn, hvori 500 T kul med 2% svovl, 20% aske og resten carbon skal brændes.

Følgende informationer / data kan anvendes til designformål:

Opløsning:

Stab Højde (H s ) Skøn:

(i) Et foreløbigt skøn over stakken højde er opnået baseret på den empiriske tilgang Eq. (4.64e)

(ii) Et foreløbigt skøn over den effektive stabelhøjde H e opnås ved anvendelse af Eq. (4, 65)

H e = H s + ΔH

Plume stigning (ΔH) beregnes under anvendelse af Hollands ligning, Eq. (4, 74).

(iii) Den maksimale koncentration på grundniveauet af SO2 skal beregnes ved anvendelse af Eq. (4, 73)

a'y, a ' z, m og n skal læses fra tabel 4.16 svarende til en Pasquill-Gifford stabilitetsbetegnelse, som sandsynligvis vil resultere i den maksimale værdi af S02-koncentration på jorden. Scanning af tabellerne 4.15 og 4.16 svarende til vindhastigheden U = 4 m / s fremgår det, at Pasquill-Gifford stabilitetsbetegnelse D ville resultere i maksimal S0 2 koncentration. Værdierne for en ' z, a' y m og n læset fra tabel 4.16 er

Stakhøjden, som ville resultere i et jordniveau S0 2 koncentration tæt på 80 μg / m 3 er

H s = H e -ΔH = 200 - 31 = 169 m.

Stakdiameter, D s = 3, 06 m.

Plume Dust Deposition:

Støvpartikler, der emitteres gennem en stak, bliver spredt som de gasformige forurenende stoffer. Men partiklerne er større i størrelse og tættere end stakken gas / luft, begynder at sætte sig umiddelbart efter emission på grund af tyngdekraften. Partiklerne opnår endelig deres respektive terminalhastigheder. Terminalhastigheden af ​​en partikel med en diameter dpi kan udtrykkes som

hvor U t, dpi = terminalhastighed af partikler med en diameter dpi og densitet p p, m / s

g = acceleration på grund af tyngdekraft, m / (s 2 )

dpi = partikeldiameter (m)

p a = omgivende lufttæthed kg / (m 3 )

p p = partikeldensitet kg / (m 3 )

C D = træk koeffektiv

Under antagelse af støvpartiklerne at være sfæriske, kan C D vurderes under anvendelse af et hvilket som helst af de følgende forbindelser afhængigt af partikel Reynolds-tallet;

Støvpartiklerne sætter sig endelig ned på jorden. Relativt større partikler bliver afsat langs plumeaksen, mens de finere partikler deponeres rundt omkring. Da vindretningen og dens hastighed ændrer sig fra tid til anden, ændrer plumeorienteringen sig derfor.

Derfor estimeres den tidsgennemsnitlige støvaflejringshastighed på forskellige steder som en funktion af X, nedvindingsafstanden fra stakken. Ifølge Bosanquet et al. aflejringshastigheden ved et punkt P i en afstand X fra stakbase kan udtrykkes som

F = en funktion af U, dpi / U og X / H e (som vist i figur 4.21)

H e = tilsvarende stakhøjde.

Stoffets aflejring ved punktet P i plumens aksiale plan kan beregnes ved anvendelse af Eq. (4, 82)

Den samlede aflejringshastighed for alle partiklerne med forskellige størrelser kan estimeres ved at opsummere satser for de individuelle partikler som vist nedenfor: