吸收凈化、吸附凈化、催化轉(zhuǎn)化、燃燒轉(zhuǎn)化、生物轉(zhuǎn)化等氣態(tài)污染物控制方法

文章導(dǎo)讀

大氣中的污染物會(huì)對(duì)人類產(chǎn)生不良的影響，治理大氣污染已成為節(jié)能減排的主要措施之一。本文總結(jié)氣態(tài)污染物的六種控制方法，包括吸收凈化、吸附凈化、催化轉(zhuǎn)化、燃燒轉(zhuǎn)化、生物轉(zhuǎn)化以及其他凈化方法。

第一節(jié) 吸收凈化

 

概述：吸收是利用混合物中不同組分在吸收劑中溶解度的不同，或者與吸收劑發(fā)生選擇性化學(xué)反應(yīng)，從而將有害組分從氣流中分離出來(lái)的過(guò)程。吸收分物理吸收和化學(xué)吸收。

　　

1.     吸收平衡

　　

（1）物理吸收：亨利定律描述氣液間的平衡→P=E·x。

　　

（2）化學(xué)吸收：利用相平衡與化學(xué)平衡來(lái)計(jì)算某組分的總濃度。

　

2.     雙膜理論

　　

吸收是氣相組分向液相轉(zhuǎn)移的過(guò)程。一個(gè)假設(shè)理論：假設(shè)在氣—液界面兩側(cè)各存在一個(gè)靜止膜，在氣相一側(cè)稱為氣膜，在液相一側(cè)稱為液膜。在膜外氣體或液體主體中，由于湍流擴(kuò)散作用因而不存在濃度梯度。氣相的擴(kuò)散阻力全部在氣膜內(nèi)，液相擴(kuò)散阻力全部在液膜內(nèi)，膜內(nèi)僅發(fā)生分子擴(kuò)散。因而。氣液間的傳質(zhì)速率取決于通過(guò)氣膜和液膜的分子擴(kuò)散速率。

　　

3.     吸收設(shè)備

三大類→液膜表面吸收器、氣泡表面吸收器和液滴表面吸收器。

第二節(jié) 吸附凈化

 

概述：氣體混合物與適當(dāng)?shù)亩嗫仔怨腆w接觸時(shí)，利用固體表面存在的未平衡的分子引力或化學(xué)鍵力，把混合物中某一組分或某些組分吸留在固體的表面上，這種分離氣體混合物的過(guò)程稱為氣體吸附。特別用于用其他方法難以分離的低濃度有害物質(zhì)和排放標(biāo)準(zhǔn)要求嚴(yán)格的廢氣處理。

　　

一．吸附過(guò)程：

　　

1.     物理吸附和化學(xué)吸附：物理吸附主要依靠分子間的范德華引力產(chǎn)生的，它可以使單分子層吸附也可以使多分子層吸附；而化學(xué)吸附是靠吸附劑與吸附質(zhì)之間的化學(xué)鍵力產(chǎn)生的，只能是單層吸附。

　　

2.     吸附劑及再生：

　　

（1）要求：比面積大；選擇性好，有利于混合氣體的分離；具有一定的粒度、較高的機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性；大的吸附量；來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉。

　　

（2）再生方法：加熱解析再生、降壓或真空解析、置換再生法。

　　

二．吸附裝置：固定床、流動(dòng)床和沸騰床。

　　

三．固定床吸附裝置的計(jì)算：穿透曲線法和希洛夫方程。

第三節(jié) 催化轉(zhuǎn)化

 

概述：使氣態(tài)污染物通過(guò)催化劑床層，經(jīng)歷催化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì)或易于處理和回收利用的物質(zhì)的方法。該法與其他凈化方法的區(qū)別在于：無(wú)需使污染物與主氣體分離，避免了其他方法可能產(chǎn)生的二次污染，又使操作過(guò)程簡(jiǎn)化。另一方面，對(duì)不同濃度的污染物都具有很高的轉(zhuǎn)化效率。

　　

一．催化作用與催化劑：

　　

1.     催化反應(yīng)：催化劑加速反應(yīng)速率是通過(guò)降低活化能來(lái)實(shí)現(xiàn)的。→反應(yīng)物分子被催化劑表面的活性中心吸附后，形成了一種具有活性的絡(luò)合物，使原分子的化學(xué)鍵松弛，從而降低了活化能。

　　

2.     催化劑：由主活性物質(zhì)、載體和助催劑組成。→主活性物質(zhì)一般附著在惰性載體上。載體有兩個(gè)作用→提供大的比表面積和增大催化劑的機(jī)械強(qiáng)度。助催劑和主活性物質(zhì)都附于載體上。

　　

二．氣固相催化反應(yīng)器及其計(jì)算：

　　

1.     氣固相催化反應(yīng)器的類型：?jiǎn)螌咏^熱反應(yīng)器、多段絕熱器和列管式反應(yīng)器。

　　

2.     接觸時(shí)間：反應(yīng)物通過(guò)床層的時(shí)間，等于空間速度的倒數(shù)。

第四節(jié) 燃燒轉(zhuǎn)化

 

概述：通過(guò)熱氧化作用將廢氣中是可燃有害成分轉(zhuǎn)化為無(wú)害或易于進(jìn)一步處理和回收的物質(zhì)的方法。

　　

1.     空燃比：空氣與燃料的質(zhì)量比。

　　

2.     燃燒類型：直接燃燒、熱力燃燒和催化燃燒。

　　

3.     熱能回收：回收廢熱用于預(yù)熱進(jìn)口的冷廢氣、熱凈化氣再循環(huán)、廢熱利用。

第五節(jié) 生物轉(zhuǎn)化

 

概述：利用微生物的生命活動(dòng)把廢氣中的氣態(tài)污染物轉(zhuǎn)化為少害甚至無(wú)害的物質(zhì)。

　　

1．處理原理：生物處理可分為需氧生物氧化和厭氧生物氧化。

　　

2．生物凈化方法：活性污泥法、微生物懸浮法、土壤法和堆肥法。

第六節(jié) 其他凈化方法

 

1.     電子束照射法

　　

2.     膜分離法：混合氣體在壓力梯度作用下透過(guò)特定薄膜時(shí)，不同氣體具有不同的透過(guò)速度，從而使氣體混合物中的不同組分達(dá)到分離的效果。

 

　　

3.石灰石-石膏法工作原理：利用石灰石粉料漿洗滌煙氣，使石灰石與煙氣中的SO2反應(yīng)生成亞硫酸鈣，脫去煙氣中的SO2，再將亞硫酸鈣氧化反應(yīng)生成石膏。

　　

4.煙氣吸收和氧化系統(tǒng)：

　　

（1）吸收塔：吸收塔是煙氣脫硫系統(tǒng)的核心裝置，需求持液量大、氣液相見(jiàn)的相對(duì)速度高、氣液接觸面積大、內(nèi)部構(gòu)件少、壓力降小等特點(diǎn)

　

（2）除霧器：凈煙氣出口設(shè)除霧器，通常為二級(jí)除霧器，裝在塔的圓育頂部或塔出口彎道后的平直煙道上,并設(shè)置沖洗水,間歌沖洗除霧器。冷煙氣中殘余水分一般不能超過(guò)100 mg/m³，否則會(huì)玷污熱交換器、煙道和風(fēng)機(jī)等。

　　

（3）氧化槽:氧化槽的功能是接受和儲(chǔ)存脫硫劑，溶解石灰石，鼓風(fēng)氧化CaSO4,結(jié)晶生成石膏。

　　

5.SO2控制技術(shù)：

　　

（1）石灰石/石灰法濕法煙氣脫硫技術(shù)

 

（2）氧化鎂濕法煙氣脫硫技術(shù) 

 

（3）海水煙氣脫硫技術(shù) 

 

（4）濕式氨法煙氣脫硫技術(shù)

 

（5）噴霧干燥法煙氣脫硫技術(shù)

 

（6）循環(huán)流化床煙氣脫硫

 

（7）雙堿法煙氣脫硫技術(shù)

 

（8）磷銨肥法煙氣脫硫技術(shù)

 

（9）煙氣生物脫硫

　　

6.氮氧化物控制技術(shù)：

 

（1）低NOx燃燒技術(shù)

 

（2）選擇性催化還原法（SCR）煙氣脫硝

 

（3）選擇性非催化還原法（SNCR）脫硝

 

（4）濕法煙氣脫硝技術(shù)

 

（5）煙氣同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)

　　

7.低氮燃燒原理：根據(jù)NOx的生成機(jī)理，抑制燃燒過(guò)程中NOx生成的技術(shù)原理主要是減少燃料周圍的氧濃度，降低火焰值溫度，以及將已經(jīng)生成的NOx還原為N2。

 

種類：（1）低過(guò)量空氣燃燒（2）空氣分級(jí)燃燒（3）燃料分級(jí)燃燒 （4）煙氣再循環(huán)技術(shù)（FGR）（5）循環(huán)流化床燃燒系統(tǒng)（補(bǔ)充）

　　

8. 選擇性催化還原（SCR）原理：

　　

基本原理是采用NH3作為還原劑，將NOx還原成N2。SCR脫硝的基本過(guò)程是:將還原劑NH3均勻分布到320 ~400℃的煙氣中，并與煙氣一道通過(guò)一個(gè)填充催化劑的脫氮反應(yīng)器,

　　

9.選擇性非催化還原法（SNCR）原理：

　　

在選擇性非催化還原法(SNCR)脫硝工藝中,尿素或氨基化合物在較高的反應(yīng)溫度(930~1090℃)注入煙氣,將NOx還原為N2。還原劑通常注進(jìn)爐膛或者緊靠爐膛出口的煙道。主要的化學(xué)反應(yīng)可以表示為:

　　

10.VOCs控制技術(shù)：

　　

（1）預(yù)防性措施：替代產(chǎn)品、改進(jìn)工藝、更換設(shè)備、防止泄漏等

　　

（2）控制性措施：末端治理

　　

種類及特點(diǎn)：

　　

（1）燃燒法控制VOCs污染：將有害氣體、蒸汽、液體或煙塵通過(guò)燃燒轉(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì)的過(guò)程稱為燃燒法凈化,該法適用于凈化可燃的或在高溫情況下可以分解的有害物質(zhì)。化工、噴漆、絕緣材料等行業(yè)的生產(chǎn)裝置中所排出的有機(jī)廢氣廣泛采用燃燒凈化的手段。燃燒法還可以用來(lái)消除惡臭。

　　

（2）吸收法控制VOCs污染：吸收法是采用低揮發(fā)或不揮發(fā)性溶劑對(duì)VOCs進(jìn)行吸收，再利用VOCs分子和吸收劑物理性質(zhì)的差異進(jìn)行分離。吸收效果主要取決于吸收劑的吸收性能和吸收設(shè)備的結(jié)構(gòu)特征。

　　

（3）冷凝法控制VOCs污染：冷凝法是利用物質(zhì)在不同溫度下具有不同飽和蒸氣壓這一性質(zhì),采用降低溫度、提高系統(tǒng)的壓力或者既降低溫度又提高壓力的方法,使VOCs冷凝并與廢氣分離。該法特別適用于處理廢氣體積分?jǐn)?shù)在10-2以上的有機(jī)蒸氣,不適宜處理低濃度的有機(jī)氣體，而常作為其他方法凈化高濃度廢氣的前處理,以降低有機(jī)負(fù)荷并回收有機(jī)物。

　　

（4）吸附法控制VOCs污染: 吸附法是將含VOCs的氣態(tài)混合物與多孔性固體接觸,利用固體表面存在的未平衡的分子吸引力或化學(xué)鍵力,把混合氣體中VOCs組分吸附留在固體表面。

　　

（5）生物法控制VOCs污染: VOCs生物凈化是附著在濾料介質(zhì)中的微生物在適宜的環(huán)境條件下，利用廢氣中的有機(jī)成分作為碳源和能源，維持其生命活動(dòng),并將有機(jī)物同化為CO2、H2O和細(xì)胞質(zhì)的過(guò)程。生物法處理VOCs的工藝主要有生物洗滌法、生物滴濾法和生物過(guò)濾法。