Абишова¹ А.С., Боканова² А.А., Дегембаева³ У.К., Баймаханулы⁴ А., Шойынбаева⁴ Г.Т.

¹Алматинский технологический университет, Алматы

²Евразийский национальный университет им. Л.Н.Гумилева, Астана

³Алматинский университет энергетики и связи

⁴Казахский Национальный Педагогический Университет им. Абая

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ВОЗДУХА РАБОЧЕЙ ЗОНЫ ЦЕХОВ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

На многих предприятиях текстильной, металлургической, химической, сельскохозяйственной промышленности воздушная среда рабочих мест загрязнена пылью, содержащей токсичные компоненты. Выделения в воздушную среду вредных веществ в виде газов, паров, пыли, связанные со спецификой работы, приводят к нежелательным отклонениям от санитарно-гигиенических требований, что приводит к профзаболеваниям рабочих. Это вызывает объективную необходимость разработки комплекс мер по защите воздушной среды, соблюдения санитарно-гигиенических требований на рабочих местах и в рабочей зоне, обеспечение чистоты воздуха выбрасываемого в атмосферу. Степень загрязнения зависит от количества выбросов вредных веществ, их химического состава, от высоты, на которой осуществляются выбросы, Регулирование качества воздушной среды рабочего места зависит от воздействия на нее токсических веществ и норм, ограничивающих это воздействие. Для атмосферного воздуха такими нормами являются ПДК загрязняющих веществ в атмосферном воздухе.

Поэтому разработка эффективных аппаратов по очистке и дезинфекции воздуха является актуальной. Существует множество способов по очистке воздуха рабочей зоны промышленных предприятий. Авторами предлагается применение озонной технологии, которая основана на сильнейших окислительных свойствах озона, являющимся высокоэффективным экологическим очистителем для дымовых газов, промышленных и бытовых сточных вод [1,2]. Применение озона исключает возникновение экологически вредных веществ, значительно уменьшает канцерогенные примеси в атмосферном воздухе.

Сейчас озон широко применяют в кондиционировании воздуха жилых и общественных помещений преимущественно при использовании рециркуляции. Установлено, что даже частично рециркулируемый воздух при озонировании приобретает все свойства и качества атмосферного воздуха.

В опубликованных ранее материалах предлагался озонатор, работающий на принципе ионно-конвекционного насоса. Озонирующий элемент был выполнен из фторопласта в виде стакана цилиндрической формы, а внутри закрытой части стакана осесимметрично прикреплена коронирующая игла из вольфрама, а к открытой части – тонкая сетка из нержавеющей стали. Озонирующий элемент имел следующие параметры: радиус закругления иглы 0,2 мм, внутренний радиус цилиндрической трубки равен 5 мм, расстояние от иглы до сетки менялось от 4 до 6 мм, а напряжение питания разрядной камеры - в диапазоне от 4 до 14 кВ. Как показали испытания, при одном озонирующем элементе эффект снижения давления воздуха в зоне коронного разряда мало заметен. Между тем, при выборе оптимального варианта параметров озонирующего элемента (расстояние L=5мм, U₀=8,5кВ) проявление этого эффекта было определено по изменению величины тока коронного разряда до появления электрического ветра (порядка до 1,5-2с) и после его появления. Однако, в прежнем озонаторе, при возможности существенного снижения давления воздуха в камере и увеличения разрядного тока, фактическое количество озона, вырабатываемое в озонаторе, было несколько снижено, чем ожидаемое, так как было связано с тем, что озон и электрический ветер созданы теми же коронирующими электродами. При этом уменьшалось количество озона на выходе озонатора. Удельные энергозатраты составляли 20 и 23,5 г озона на кВт∙ч соответственно [3,4].

Авторы разработали новый озонатор, который позволяет повысить эффективность применения свойств электрического ветра, упростить конструкцию озонатора и поднять производительность выхода озона.

Предлагаемый озонатор работает в полузакрытом режиме и состоит из отдельных озонирующих элементов, расположенных в полузакрытой камере прямоугольной формы. Озонирующие элементы в виде электродной системы «провод-сетка», содержат коронирующие электроды и внешние электроды в виде сеток, расположенные в закрытой части камеры, выполненные из озоностойкого изоляционного материала (фторопласт, винипласт, керамика и т.п.) [5]. Из такого же материала изготовлены внутренняя разрядная камера, где расположен основной озонирующий элемент и боковые стойки, на которых крепятся коронирующие и внешние электроды в виде сетки. К коронирующим электродам подведено от блока питания (БП) высокое напряжение отрицательной полярности, а сеточные электроды заземлены.

Озонатор работает следующим образом. При подаче напряжения (-U), достаточной величины на коронирующие электроды, между ними и сеточными электродами возникают и протекают коронные разряды. Причем образованные при этом отрицательные объемные заряды, состоящие в основном из ионов кислорода и озона, стремятся к сеточным электродам под нулевым потенциалом, где частично нейтрализуются, образуя молекулы кислорода и озона, а большая часть ионов под действием электрического ветра увлекается к выходу озонатора. С течением некоторого времени (не более 5 сек.) устанавливается устойчивый электрический ветер, направленный в открытую часть разрядной камеры, и озонатор начинает работать в режиме ионно-конвекционного насоса. При этом наблюдается постепенное снижение давления воздуха внутри разрядной камеры и, как и следовало ожидать, увеличивается сила разрядного тока [5].

Следует отметить, что в образовании озона и создании электрического ветра участвуют в одинаковой мере все озонирующие элементы озонатора. Между тем, наибольшие благоприятные условия для снижения давления воздуха в зоне разряда создаются для основного озонирующего элемента, находящегося во внутренней разрядной камере. К этому способствуют озонирующие элементы, расположенные сверху и снизу основного озонирующего элемента. На рисунке 1 показан основной озонирующий элемент.

Рис.1

Здесь приняты следующие обозначения: поток зарядов в канале постоянного сечения F и поток зарядов с иглы, трубка тока которого представляет собой параболоид вращения с переменным сечением F, которое связано с F₁ соотношением

При напряжении питания 6 кВ ток коронного разряда составил 2 мА. Производительность озонатора по озону равна 0,4г/час, а удельные энергозатраты при этом составили 33,3 г/кВт.ч. Сравнение данных озонирующих элементов при открытом режиме показало, что при аналогичных формах и размерах, потребляемой мощности (12 Вт) производительность по озону составила 0,3 г/час.

Сравнение значения снижения напряжения источника питания при постоянстве силы тока разряда с известной зависимостью напряжения коронного разряда от давления атмосферного воздуха позволяет ориентировочно определить давление воздуха в области разряда, например, в нашем случае, снижение давления воздуха относительно атмосферного (680 мм.рт.ст.) составило порядка 100 мм.рт.ст.

Таким образом, предлагается разработанный авторами озонатор, который позволяет повысить эффективность применения свойств электрического ветра, упростить конструкцию озонатора и поднять производительность выхода озона.

Предлагаемый озонатор можно использовать не только для очистки и дезинфекции воздуха, но и для очистки и обеззараживания воды, а также для обработки продуктов питания, молодики птицы и крупного, мелкого рогатого скота.

Литература

1. Разумовский С.Д., Зайков Г.Е. Озон и его реакции с органическими соединениями. –М.:Химия, 1984. -820 с.

2. Филипов Ю.В., Вобликова В.А., Пантелеев В.И Электросинтез озона. –М.: МГУ, 1987. -237 с.

3. Бахтаев Ш.А. Коронной разряд на микропроводах. Алматы, Наука, 1984.

4. Бахтаев Ш.А., Боканова А.А., Матаев У.М., Абдурахманов А.А. Озонатор.// Патент РК № 471,бюлл.№4 от 16.04.2009 г.

5. Абишова А.А., Дегембаева У.К., Шойынбаева Г.Т., Абылова А.М. Озонатор//Заявка НИИС РК от 9.08.10г.