Bortskaffelse av gassformig avløpsvann (med diagram)
Avhending av en gassformig avløp!
En gassformig avløpsstrøm generert i en industrienhet må til slutt utløses i atmosfæren. Før utslippet må det behandles ordentlig slik at konsentrasjonen av forurensningene (både partikkelformig og gassformig) reduseres til deres tillatte grenser. Avladning / bortskaffelse gjøres gjennom en stabel.
En stabel eller en skorstein er en vertikal sylindrisk eller rektangulær kanal. Når en gassformig strøm slippes ut gjennom en stabel, blir de forurensende stoffene som er tilstede i strømmen spredt inn i atmosfæren. En stabel kan ikke redusere forurensningene som er tilstede, men frigjør forurensningen i en passende høyde slik at når forurensningene diffunderer tilbake til jordoverflaten, vil konsentrasjonen være under den tillatte grensen for hvert forurensende materiale, selv under den mest ugunstige værforhold.
Når en gassstrøm utsender en bunke, strømmer den oppover til en viss høyde på grunn av sin kinetiske energi og oppdrift, før den svepes i horisontal retning med vind. Forurensningene som er til stede i gasstrømmen (etter at de kommer fra stakken) blir spredt både i horisontale og vertikale retninger på grunn av molekylær og eddy-diffusjon. Effluens av en gasstrøm fra stabelen og profilen til den resulterende plume under ideell tilstand er skissert i figur 4.18.
Faktisk plume profil:
Den faktiske plume profilen nedvind er avhengig av temperaturgradienten i troposfæren, vindhastigheten og topografien i umiddelbar nærhet av en stabel. Den troposfæriske temperaturgradienten avhenger av den innkommende solstrålingsintensiteten i løpet av dagen og graden av skydekke om natten.
Dispersjon av forurensende stoffer i en plume avhenger av vertikal luftbevegelse som følge av den troposfæriske temperaturgradienten og også på den vanlige vindhastigheten. Basert på de ovennevnte faktorene, har atmosfæren blitt klassifisert i forskjellige stabilitetsklasser. I tabell 4.15 er Pasquill-Gifford stabilitetsbetegnelsene oppført.
Fig. 4.19A - G viser de ulike typene av plumprofil som svarer til kjente atmosfæriske stabilitetsforhold.
(a) Faktisk troposfærisk temperaturgradient i forhold til den tørre adiabatiske gradienten.
Adiabatisk temperaturgradient, ----
Faktisk temperaturgradient, -----
(b) Plume profil
T = temperatur. U = vindhastighet
Z = høyde
Stack Design Approach:
Det er blitt nevnt i avsnitt 4.8 at en stabel brukes til å utlede en avfallsgasstrøm i en passende høyde fra bakken. Når utslippene er utslitt, blir bestanddelene (inkludert forurensningene, hvis noen) av gassen spredt. Noen deler av dem diffunderer tilbake til jordens overflate.
For å designe en stabel må man finne sin høyde Hs slik at konsentrasjonen av forurensningene som har diffustert tilbake til bakkenivå, ikke skal være mer enn deres respektive tillatte grenser, selv under de verste atmosfæriske forholdene. Det er også nødvendig å estimere tverrsnittsarealet til en stabel slik at trykket ved bunnen av stabelen vil være tilstrekkelig til å overvinne strømningsmotstanden for gasstrømmen gjennom stabelen.
Stab Høyde Estimering:
Stakkhøyde kan enten estimeres ved hjelp av noen empiriske relasjoner eller ved hjelp av en semi-empirisk tilnærming. De empiriske forholdene tar ikke hensyn til værtilstanden, mens den semi-empiriske tilnærmingen tar hensyn til plumeøkningen, vindhastigheten og værtilstanden. Det er selvsagt at den andre tilnærmingen gir et bedre estimat av stabellhøyden.
Empirisk tilnærming:
De empiriske ligningene som er oppført nedenfor, kan benyttes til estimering av stakkhøyde:
Hvis den beregnede Hs bruker Eq. (4, 64e) eller (4, 64f) være mer enn 30 meter, bør den beregnede stakkhøyden aksepteres.
Semi-empirisk tilnærming:
I denne tilnærmingen estimeres stakkhøyden gjennom følgende trinn:
Step-I:
En stakkhøyde, H s, antas. Den antatte høyden kan være den som er beregnet ved hjelp av empirisk tilnærming som er skissert i avsnitt 4.8.2.2.
Trinn-II:
Plumeoppgang, ΔH, beregnes ved hjelp av en egnet semi-empirisk ligning. Noen av ligningene som er rapportert i litteraturen er oppført i avsnitt 4.8.2.5. Disse ligningene er basert på den formodning som plume oppstigning er påvirket av to faktorer nemlig,
(i) Momentum av utgivelsesstrømmen fra stakken, og
(ii) Oppdrift av strømmen som følge av forskjellen i tetthet av stakgass og den for omgivende luft ved den fysiske stakkhøyde. Korrelasjonene foreslått av de ulike forfatterne er basert på dataene som er tilgjengelige for dem. Noen forfattere har tatt hensyn til værstabilitetskriteriet mens de utvikler sammenhenger.
Step-Ill:
Den effektive stakkhøyde H er tatt som
Trinn-IV:
Bruke ekv. (4, 67) og den estimerte H e, estimeres maksimal konsentrasjon av hver av de forskjellige forurensningene (tilstede i avløpsgassstrømmen) på bakkenivå tilsvarende de forskjellige atmosfæriske stabilitetsbetegnelsene. Hvis de er innenfor deres respektive tillatte grenser, aksepteres den antatte Hs som den faktiske stablingshøyde. Hvis ikke, blir den basert på en høyere verdi av H s enn den tidligere antatte en basert på trinnene II, III og IV gjentatt til et akseptabelt Hs er funnet som tilfredsstiller kriteriet spesifisert i trinn IV.
Forurensende konsentrasjonsprofil i en Plume:
En ligning som uttrykker forurensningskonsentrasjonsprofilen i en plume resultert fra en kontinuerlig punktkilde under steady state tilstand er blitt utviklet på grunnlag av følgende antagelser
og (iii) konsentrasjonsprofilen på en hvilken som helst nedvindingsplass (x, y, z) følger den gaussiske normaliserte sannsynlighetsfordelingskurven i K- og Z-retningene.
Basert på ovennevnte antagelser er den avledede ligningen som representerer konsentrasjonsprofilen
hvor C x, y, z = konsentrasjon av et forurensende stoff på et sted som har koordinater x, y & z,
Q = masse av det bestemte forurensende emitteret per tidsenhet,
U = vindhastighet ved høyde H e,
σ y = standardavvik for dispersjonskoeffisienten i y-retningen,
og σ Z. = standardavvik for dispersjonskoeffisienten i z-retningen.
De numeriske verdiene for σ v og σ z, avhenger av værforholdene, vindhastigheten og avstanden til et sted fra stabelbasis i den horisontale nedadgående retningen, dvs. X-koordinaten.
i ekv. (4, 66) representerer økt forurensningskonsentrasjon på grunn av grunnrefleksjon.
Konsentrasjonen av noe forurensende stoff i en hvilken som helst X ville være maksimumet på plume senterlinjen som svarer til y = 0 og Z = H e, under "nøytral tilstand". Uttrykket for grunnnivåkonsentrasjonen av forurensende stoffer under plume-senterlinjen ville være
At
er deres forhold uavhengig av X, så kan maksimal grunnkoncentrasjon av et bestemt forurensende stoff uttrykkes som
hvor X max er avstanden fra stabelbasen i nedvindingsretningen hvor forurensningskonsentrasjonen vil være maksimum på bakkenivå.
Det følger av at på den samme plasseringen, dvs. ved X max
Plott av de empirisk estimerte verdiene av σ y og σ z som tilsvarer de forskjellige kvalitative stabilitetsbetegnelsene som parametere, er vist i henholdsvis figur 4.20 A og 4.20 B.
Pasquill-Gifford Stabilitetsbetegnelser:
A: Ekstremt ustabil
B: Moderat ustabil
C: Litt ustabil
D: Nøytral
E: Litt stabil
F: Moderat stabilt.
Etter denne tilnærmingen estimeres σ z, x max ved bruk av Eq. (4, 70) basert på den allerede beregnede verdien av H e Eq. (4, 65). I samsvar med estimert σ z X max og en antatt stabilitetskategori, leses X fra figur 4.20B. Neste fra figur 4.20A leses a y tilsvarende X (les tidligere fra figur 4.20B) og den tidligere antatte stabilitetskategorien. Ved å bruke estimerte verdier av o og σ y, σ z, C X max,, 0, 0 Beregnes for hver forurensende som bruker Eq. (4, 69).
Den beregnede C X max for hvert forurensende stoff skal sammenlignes med den tillatte grensen. Hvis den beregnede C X max på ingen av forurensningene overskrider grensen, må prosedyren som er beskrevet ovenfor gjentas for hver av de andre stabilitetskategoriene. Hvis C X max beregnet for forurensende stoffer overskrider grensen for enhver stabilitetskategori, skal trinnene II, III og IV nevnt tidligere gjentas, forutsatt at en høyere verdi av H s er den som antatt tidligere før en tilfredsstillende løsning er ankommet.
Med henvisning til fig. 4.20A og 4.20B skal det påpekes at korrelasjonen mellom σ y og X kan være rimelig godt representert ved forholdet σ v = σ y X b, men det mellom o. og X stemmer ikke overens med korrelasjonen σ z = a z X b
En bedre korrelasjon ville ha skjemaet
De numeriske verdiene for a ' y a' z m og n har vist seg å være avhengige av atmosfærisk stabilitetsbetegnelse. Ulike estimater av a ' y a' z m og n har blitt rapportert i litteraturen. Et slikt estimat er gitt i tabell 4.16.
En bedre stakkhøydeestimeringsprosedyre ville være å følge trinnene som er oppført under Seksjon 4.8.2.3 sammen med Eq. (4, 73) i stedet for å bruke ekv. (4, 69).
Plume Rise Correlations:
Ulike etterforskere har forsøkt å korrelere plumeoppstigningen (AH) med de relevante variablene. Noen av disse er oppført nedenfor.
1. Hollandsk ligning er muligens den tidligste og det er en enkel.
hvor ΔH = plume stiger, (m)
U = vindhastighet, (m / s)
U s = Stabel gasshastighet ved stakkutgang, (m / s)
D s = stakkdiameter ved utgang, (m)
P = stabilt gasstrykk ved utgang, (kPa)
T s = stabelgass temperatur ved utgang, (K)
T a = omgivende lufttemperatur ved fysisk stakkhøyde, (K)
Da denne ligningen ikke tar hensyn til atmosfærisk stabilitet, har Holland antydet at estimert AH skal multipliseres med en faktor 1, 1 til. 1, 2 for ustabil tilstand og 0, 8 til 0, 9 for stabil tilstand. Senere studier har vist at Hollens ekvation gir et ganske konservativt estimat av AH med en faktor 2 til 3.
2. Moses og Carson har foreslått ligninger som er avhengige av stabilitetskriteriene som angitt nedenfor:
3. ASME Oppgavegruppe har anbefalt to likninger. For ustabile og nøytrale forhold er den anbefalte ligningen:
Beregning av stakkens tverrsnittsareal / diameter og stabilt trykkfall:
Stablens gassvolumstrømningshastighet kan uttrykkes som
hvor
D s = gjennomsnittlig stabeldiameter, m.
Forutsatt en passende stablingsgasshastighet i området 10-15 m / s, kan stakkets tverrsnittsareal / diameter estimeres ved å bruke Eq. (4, 77).
Når stablingsgasshastigheten (U s ), stabeldiameteren (D S ) og stabellhøyden er kjent, kan stabiltrykkfallstabelltrykket beregnes ved å benytte en modifisert Bernoulli (energibalanse) ligning som angitt nedenfor:
Eksempel 4.5:
En stabel skal konstrueres for en kullfyrt ovn hvor 500 t kull med 2% svovel, 20% aske og resten karbon skal brennes.
Følgende informasjon / data kan brukes til designformål:
Løsning:
Stakkhøyde (H s ) Estimering:
(i) Et foreløpig estimat av stabellhøyden er oppnådd basert på empirisk tilnærming Eq. (4.64e)
(ii) Et foreløpig estimat av den effektive stakkhøyde H e er oppnådd ved bruk av ekv. (4, 65)
H e = H s + ΔH
Plume stigning (ΔH) beregnes ved hjelp av Hollands ligning, Eq. (4, 74).
(iii) Maksimal konsentrasjon av bakkenivå på SO2 skal beregnes ved å bruke Eq. (4, 73)
a'y, a ' z, m og n skal leses fra tabell 4.16 tilsvarende en Pasquill-Gifford stabilitetsbetegnelse som sannsynligvis vil resultere i den maksimale verdien av S02-konsentrasjon på bakkenivå. Skanning av tabellene 4.15 og 4.16 som svarer til vindhastighet U = 4 m / s, viser at Pasquill-Gifford stabilitetsbetegnelse D vil resultere i maksimal S0 2 konsentrasjon. Verdiene av et ' z, a' y m og n leset fra tabell 4.16 er
Derfor vil stabellhøyden som resulterer i et bakkenivå S0 2 konsentrasjon nær 80 μg / m 3 er
H s = H e - ΔH = 200 - 31 = 169 m.
Stablets diameter, D s = 3, 06 m.
Plume Dust Deposition:
Støvpartikler, som emitteres gjennom en stabel, blir spredt som gassformige forurensninger. Men partiklene er større i størrelse og tettere enn stabelen gass / luft, begynner å settes umiddelbart etter utslipp på grunn av tyngdekraften. Partiklene oppnår endelig sine respektive terminalhastigheter. Terminalhastigheten til en partikkel med en diameter dpi kan uttrykkes som
hvor U t, ppt = terminal hastighet av partikler som har en diameter ppt og tetthet p p, m / s
g = akselerasjon på grunn av tyngdekraften, m / (s 2 )
dpi = partikkeldiameter (m)
p a = omgivende lufttetthet kg / (m 3 )
p p = partikkel tetthet kg / (m 3 )
C D = dra koeffektiv
Forutsatt at støvpartiklene er sfæriske, kan C D evalueres ved bruk av et hvilket som helst av de følgende forhold, avhengig av partikkel Reynolds-tallet;
Støvpartiklene legger seg til slutt på bakken. Relativt større partikler blir avsatt langs plumeaksen mens de finere partiklene blir avsatt rundt. Siden vindretningen og dens hastighet endres fra tid til annen, endrer plumeorienteringen følgelig.
Dermed er tidsgennemsnitlig støvavsetningshastighet estimert på forskjellige steder som en funksjon av X, nedvindingsavstanden fra stablingsbunnen. Ifølge Bosanquet et al. Avsetningshastigheten ved et punkt P på en avstand X fra stabelbasen kan uttrykkes som
F = en funksjon av U, dpi / U og X / H e (som vist i figur 4.21)
H e = ekvivalent stakkhøyde.
Stoffet av støvavsetning ved punktet P i det aksiale planet av plume kan beregnes ved å bruke ekv. (4.82)
Den totale avsetningshastigheten av alle partiklene med forskjellige størrelser kan estimeres ved å oppsummere hastighetene for de enkelte partikler som vist nedenfor:
