冶金资源与环境.ppt

冶金工程专业课程,课程名称：冶金资源与环境 课程时间：1-5周, 7-9周 主 讲 人：陈登福 杨剑 2010年3月,,目 录,1,2,3,4,5,概 论,冶金工业的污染物排放及其危害,钢铁工业废气的控制治理与综合利用,冶金固体废弃物的处理与利用,钢铁工业废水的治理与利用,2.1 钢铁冶金工业流程,冶金工业的污染特点是量大、面广、危害重 钢铁企业主要排污工序 焦化 烧结 炼铁 炼钢 轧钢,焦化 一般指有机物质碳化变焦的过程 烟煤在隔绝空气的条件下，加热到950-1050，经过干燥、热解、熔融、粘结、固化、收缩等阶段最终制成焦炭，这一过程叫高温炼焦 冶金焦是高炉焦、铸造焦、铁合金焦和有色金属冶炼用焦的统称。由于90%以上的冶金焦均用于高炉炼铁，因此往往把高炉焦称为冶金焦,焦化污染 烟气和粉尘(装煤、出焦、熄焦工序)；H2S等有害污染物(副产品工序)；焦炉煤气等。粉尘中主含C粒和脉石成分等 熄焦、焦炉煤气除尘和副产品回收工序产生的废水中的水体污染物有：酚、氰化物、氨、氯化物等,烧结 烧结是把粉状物料转变为致密体的一种工艺过程 高炉炼铁生产前，将各种粉状含铁原料，配入适量的燃料和熔剂，加入适量的水，经混合和造球后在烧结设备上使物料发生一系列物理化学变化，烧结成块，其目的在于通过颗粒间的冶金结合以提高其强度 目前生产上广泛采用带式抽风烧结机生产烧结矿。主要包括烧结料的准备，配料与混合，烧结和产品处理等工序 灰尘(破碎及筛分、干燥、烧结工序)；SOx、NOx等气态污染物(烧结过程)。粉尘中主含铁的氧化物和脉石成分等,炼铁 钢铁生产中的重要环节。这种方法是由古代竖炉炼铁发展、改进而成的。尽管世界各国研究发展了很多新的炼铁法，但由于高炉炼铁技术经济指标良好，工艺简单，生产量大,劳动生产率高,能耗低，这种方法生产的铁仍占世界铁总产量的95以上 高炉炉顶工序(产生粉尘、SO2、HF、CO等)；渣场工序(产生灰尘、SO2等)；铸铁机工序(产生灰尘)。粉尘中主含铁的氧化物和脉石成分等 高炉冷却水(热水的热污染)；煤气净化工序(固体悬浮物、酚、氨、氰化物等)；高炉冲渣工序(固体物、H2SO4等) 高炉渣。包括炼钢铁水渣、铸造生铁渣、特种生铁渣 高炉、烧结等工序。包括高炉鼓风机及蒸气机透平，冷风管道节流装置，热风炉鼓风机，高炉放风阀，烧结机组的排风机、空压机等,炼钢 在高温条件下，用氧气或铁的氧化物把生铁中所含的过量的碳和其它杂质转为气体或炉渣而除去 炼钢过程的污染 转炉工序(产生粉尘、CO等)；电炉工序(产生粉尘、CO、SOx、NOx等)；其粉尘中主含铁的氧化物。浇铸工序(产生粉尘、水蒸气等) 炉体冷却水(热水的热污染)；氧枪等冷却水(有一定温度的软水)；煤气净化水(含氧化铁的固体物、HF、H2SO4等)；炉渣水淬工序(热水、固体物、H2SO4等)；浇铸工序(热水、固体物、氧化铁皮、油类物质等) 钢渣。包括转炉渣与电炉渣。连铸工序的氧化铁皮 氧枪吹氧，空压机、鼓风机、模铸钢锭的脱模、整模、电炉炼钢炉料熔化、机车运输等,轧钢 轧钢的目的一方面是为了得到需要的形状；另一方面是为了改善钢的内部质量，提高钢的力学性能 轧钢过程的污染 加热工序(产生烟气、SO2等)；金属酸洗、轧制工序(产生酸雾、氧化铁的烟气等) 设备冷却水(热水、含铁氧化物等)；热轧、冷轧工序(油类物质、氧化铁皮、其它固体物质等)；酸洗工序(亚铁盐、氢氧化铁、含铁的沉淀物、废酸等) 轧机运转、钢材轧制、钢材与辊道摩擦碰撞、热锯切割、钢板的人工精整、翻板、空压机、钢锭加热用鼓风机、电动机等,2.2 烟气中的主要污染物及其危害,清洁空气的组成 自然状态下的大气由混合气体、水汽和悬浮物微粒组成。除去水汽和微粒的空气称为干洁空气,大气污染 由于人类活动和自然过程引起的某种物质进入大气层中，呈现出足够的浓度并达到足够的时间，并因此而危害了人体的舒适、健康和福利或危害了环境的现象 局部地区大气污染 区域性大气污染 广域性大气污染 全球性大气污染,大气污染物的种类 种类很多。根据其存在形态，分为两大类。即颗粒污染物和气态污染物。 (1) 颗粒污染物 粉尘(dust)。系指悬浮于气体介质中的细小粒子 烟(fume)。系指冶金过程形成的固体粒子的气溶胶 飞灰(flyash)。系指由燃料燃烧后产生的烟气带走的灰分中分散的较细的粒子 灰分(ash)系指含碳物质燃烧后残留的固体渣 黑烟(smoke)。系指由燃烧产生的能见气溶胶。不包括水蒸汽 雾(fog)。泛指小液体粒子的悬浮体 总悬浮物颗粒(TSP)。系指大气中粒径小于100微米的所有固体颗粒,大气污染物的种类 (2) 气态污染物 气态污染物极多，主要有5个方面 以二氧化硫为主的含硫化合物 以一氧化氮和二氧化氮为主的含氮化合物 碳的化合物 碳氢化合物 卤素化合物,大气质量控制标准 指以保障人体健康和生态系统不受破坏为目标，对大气环境中各种污染物所规定的含量限度。它是进行大气质量管理评价，制订大气污染防治规划和污染排放标准的依据，也是环境管理部门的工作指南和监督依据 1982年我国制订的“大气环境质量标准”GB3095-82将大气的环境质量分为三级。 一级标准：为保护自然生态和人群健康，在长期接触的情况下，不发生任何影响的空气质量要求 二级标准：为保护人群健康和城市、乡村的动植物在长期和短暂接触情况下，不发生伤害的空气质量要求。 三级标准：为保护人群不发生急性、慢性中毒和城市一般动植物(敏感者除外)正常生长的质量要求,钢铁行业的主要大气污染物 二氧化硫 氟化物 烟尘 一氧化碳 氮氧化物,二氧化硫(SO2) SO2是一种无色有刺激性的气体，为最普遍和最主要的污染大气的物质。SO2的浓度是衡量大气污染程度的一项重要指标 (1) SO2的来源 主要来源：燃烧含硫的燃料；熔化含硫化物的矿石 来源的主要工业部门：金属的冶炼，燃煤电厂发电，石油及其炼油工业，化学工业等行业 钢铁生产中排放的SO2在所有工业部门中占第二位 烧结工序是钢铁冶炼工艺中排放SO2所占比重最大的工序，占总排放量的40%-60%,（2）SO2的迁移及运动 工业SO2通过烟囱排入大气 SO2在低空停留的时间不长，小于714天。因而一般不会形成有毒的气体层 SO2遇水雾会形成硫酸雾 SO2在大气中通过光化学作用和空气中的微尘催化作用发生氧化，生成硫酸和硫酸盐微粒 形成酸雨降落到地表,（3）SO2的危害 大气被SO2污染以后，平均浓度一般仍然较低，但是在短时间内可能出现局部的SO2浓度高峰值则非常有害，往往造成急性烟雾事件 硫酸雾腐蚀性较强，对人体有害 低浓度SO2长期作用于呼吸道和肺部，会使呼吸系统的生功能减退，肺胞的弹性减弱，肺功能降低；可引起气管炎、支气管哮喘、肺气肿等 SO2进入血液，会破坏酶的活性，影响醣及蛋白质的代谢 硫酸雾对金属工业、城市中的各种建筑和结构有较严重的腐蚀 SO2对农作物有害。将使之生长不良和减产,氟化物 (1) 氟化物的来源 氟化物是钢铁生产污染大气的主要物质之一 如用萤石炼钢排出的烟气、矿石烧结排放的烟气，均含有较高的氟化物 氟化物的其它来源：磷肥厂、玻璃制造及搪瓷制造厂等 (2) 烟气中氟化物的种类及性质 烟气中氟化物的种类：元素氟、可溶解的气态氟化物HF、可溶解的NaF、以及不能溶解的冰晶石(Na3AlF3)等 烟气的氟化物中，主要含量为HF，毒性很大 元素F在空气中与水蒸气反应可迅速地形成HF，HF可吸附在空气中的微尘上。HF在水中的溶解度极大,(3)氟化物的危害 对人体的危害。可由人体的呼吸道吸收 F可与人体中的骨骼、血液中的Ca结合生成CaF，导致氟骨症 高浓度的HF能引起支气管炎和肺炎 氟化物可引起牙齿的酸蚀症，使人易患牙炎 氟化物可引起皮肤的骚痒和皮炎 对植物的危害 危害程度比SO2大得多，可大近几十倍 植物受害后，几小时可出现枯萎现象，绿色消失，以幼芽、幼叶阶段受害最为严重 氟化物对植物有蓄积毒害的作用。任何低浓度的氟化物在长时间作用下，植物的受害也很严重 对动物的毒害作用 氟化物可在动物组织中积蓄。可使动物出现牙根萎缩、牙齿松动、骨骼异常、骨质软化。可使动物特别是牛的体质变弱，产奶量降低 HF与硫酸铍一道时，可显著增加它对动植物的毒害作用 氟化物对金属、玻璃有一定的损害作用,灰尘(总悬浮物颗粒物，TSP) (1) 来源 烟尘是大气中最重要的污染物质。量很大，组成很复杂。 来源：燃料燃烧过程为第一位； 矿石的处理为第二位； 冶金生产排放的烟尘量占第三位。冶金工业是排放粉尘的主要工业部门。 我国目前已成为世界上烟尘排放量最大的国家之一,(2) 烟尘的种类、尺寸及性质 烟尘的种类(化学成分)：与生产与排放工艺、原料及燃料种类及性质不同而异。 钢铁工业排放的烟气含有：氧化铁、二氧化硅、三氧化二铝、氧化钙及其它的金属氧化物。 钢铁工业排放烟尘的尺寸：最大的达几百微米，最小的远远小于一个微米。 烟尘在大气中的性质：大于10个微米的尘粒在离烟囱不远处将很快沉降；101微米之间的尘粒可长时间飘浮于空气中；小于1微米的尘粒将随气流一道运动，很不容易沉积,(3) 烟尘的危害 对人体的危害很大。 烟尘化学成分。烟尘中游离的SiO2、有毒的金属氧化物、放射性物质粉尘的危害性最大。 烟尘颗粒大小与尺寸。烟尘颗粒越细，危害程度越大。2m的粉尘，人体器官可防护95%，绝大部分进入人体的粉尘可排出体外。2m的灰尘，50%左右将在支气管、肺部沉积而不能排出。 烟尘的浓度。烟尘的浓度越高，危害性就越大。 引起的疾病包括：支气管哮喘、肺气肿、气管炎、肺炎、肺癌、TSP污染严重的地区幼儿易患软骨病,一氧化碳(CO) (1) 来源 来源于燃料燃烧的不完全氧化反应，因而燃烧产生的废气中含有一定的CO 在钢铁冶金过程的高温状态下(1000)，碳的燃烧反应得到的产物中绝大部分为CO(90%) 来源：机动车辆排出的废气，燃煤电厂锅炉煤粉燃烧产生的废气，燃煤和燃油或燃气的蒸气锅炉产生的废气，冶金生产过程炼焦、炼铁、炼钢及加热炉、矿粉的烧结过程等排出大量的CO 从CO对环境的影响中，以汽车排放废气中的CO对大气的污染(特别是城区大气污染)最为严重,(2) CO的危害及性质 CO轻于空气，为一种无色、无味和难溶于水的气体。它在空气中比较稳定，变成CO2的速度很慢。 CO对人体的危害非常严重。 危害机理：由人体呼吸进入肺部后，与血液中的血红蛋白结合成为碳氧血红蛋白，排出氧气。血红蛋白中的CO与血红蛋白的结合力比氧与血红蛋白的结合力高300400倍。 当人体吸入CO后，很快血液中的血红蛋白就会失去向人体各器官输送氧气的能力，引起人体缺氧。将引起中枢神经系统受到损害，严重者昏迷以至死亡。 空气中的CO浓度为1ppm时，人体受到中毒；为100ppm，将使人神智不清或晕厥,氮氧化物(NOx) (1) 来源及性质 氮氧化物包括：NO、NO2、N2O3、N2O5等 对人体健康影响较大的有NO、NO2。NO2为红褐色的气体，毒性很大(毒性是NO的5倍)。NO为无色的气体 NOx主要由烧结、电炉冶炼、炼焦等工序产生。钢铁冶炼其它工序产生的废气中也含有一定NOx (2) 氮氧化物的危害 NOx对人体呼吸器官具有刺激作用。当进入人体的支气管和肺部后，可生成腐蚀性很强的硝酸、亚硝酸或硝酸盐。引起支气管炎、肺炎、甚至引起肺气肿 亚硝酸盐还可与人体血液中的血红蛋白结合，形成正铁血红蛋白，引起组织缺氧,2.3 废水中的主要污染物及其危害,水资源是极其宝贵的自然资源，是人类生存不可缺少的物质。因此，水资源的污染是环境保护中的重要研究课题。 工业废水是水体最主要的污染源。它量大，面广，所含污染物的种类很多，成分复杂，有些污染物危害很大。一些污染物在水中还不易被净化,水质 自然界中没有绝对纯粹的水。无论是天然水或是各种污水、废水里均含有一定数量的杂质。对各种杂质，按其在水中的存在状态可分为三类。即悬浮物质、溶解物质和胶体物质 悬浮物质由大分子尺寸(10-3mm)的颗粒组成，靠浮力和粘滞力悬浮于水中。 溶解物质则由分子和离子组成，它们被水的分子结构所支承，其颗粒度最小(10-6mm)。 胶体物质颗粒度(10-610-3mm)介于悬浮物质与溶解物质之间 水质是指水和其中所含的杂质共同表现出来的物理学、化学和生物学的综合特性,水质指标 悬浮物 溶解氧 生化需氧量 化学需氧量 pH值 细菌污染指标 温度,硬度 浑浊度 电导率 颜色 总有机碳和总需氧量,悬浮物 工业废水和生活污水中呈固态不溶解的物质 包括不溶于水中的无机物、有机物及泥砂、黏土、微生物等 水中悬浮物含量是衡量水污染程度的指标之一。悬浮物是造成水浑浊的主要原因。水体中的有机悬浮物沉积后易厌氧发酵，使水质恶化,溶解氧 溶解于水中的分子态氧称为溶解氧，通常记作DO，用每升水里氧气的毫克数表示 水中溶解氧的多少是衡量水体自净能力的一个指标，DO 高，水体的自净能力大 它跟空气里氧的分压、大气压、水温和水质有密切的关系 在自然情况下，空气中的含氧量变动不大，故水温是主要的因素，水温愈低，水中溶解氧的含量愈高 在20、100kPa下，纯水里大约溶解氧9mgL,生化需氧量 水体中微生物分解有机物消耗水中溶解氧的数量，记为BOD，反映的是水体受有机物污染的程度 在生化需氧量表示的有机物中，不包括不可分解的有机物(难生物降解有机物)，也不包括变成残渣的有机物。因此，它不是有机物的全部，而只是其中的一大部分 有氧条件下，水中可分解的有机物由于好氧微生物(好氧细菌)的作用，可被分解而无机化,化学需氧量 水体中能被氧化的物质进行化学氧化反应所消耗的溶解氧量，记为COD 一般情况下，化学需氧量可用来代表废水中有机物的总量 测量方法 目前应用最普遍的是酸性高锰酸钾氧化法与重铬酸钾氧化法 高锰酸钾（KMnO4）法，氧化率较低，但比较简便，在测定水样中有机物含量的相对比较值时，可以采用 重铬酸钾（ K2Cr2O7 ）法，氧化率高，再现性好，适用于测定水样中有机物的总量,pH值 氢离子浓度指数的数值俗称“pH值”，表示溶液的酸性或碱性程度 pH值对工业废水和生活污水的处理及综合利用、对水生生物的生长繁殖、对排水管道的使用寿命有很大影响。 对pH值影响最大的是重碳酸盐HCO3、碳酸盐CO32-和氢氧化物OH,细菌学污染指标 表示水遭受微生物污染的情况或指示水被微生物污染的可能性 水中细菌数很多。大部分无害，少部分能引起肝炎、伤寒、霍乱、痢疾、脑炎等疾病。 常用细菌总数和大肠杆菌群表示水体被细菌污染的程度,温度 水体中的水受热温度升高将产生热污染 热污染是指现代工业生产和生活中排放的废热所造成的环境污染 热污染是一种能量污染 热污染危害 使水中溶解氧减少 为水中致病微生物形成温床，使它们得以滋生、泛滥，引起疾病流行 热污染防治 废热的综合利用 加强隔热保温，防止热损失 寻找新能源,硬度 水中离子沉淀的能力，一般指水中Ca2+、Mg2+等盐类的含量 暂时硬度(碳酸盐): 主要成分是钙、镁的酸式碳酸盐，其次是钙、镁的碳酸盐，由于这些盐类一经加热煮沸就会分解成为溶解度很小的碳酸盐，硬度大部分可以除去。 永久硬度(非碳酸盐)：表示水中的钙、镁的氯化物、硫酸盐、硝酸盐等盐类的含量，这些盐类经加热煮沸不会产生沉淀，使硬度不变化 总硬度：暂时硬度与永久硬度之和,浑浊度 表示水的浑浊程度，即水中不溶解的物质对光线透过时所产生的阻碍程度 与悬浮物的质量浓度、颗粒的大小、形状、折射指数等有关,电导率 表示物质导电的性能，电导率越大则导电性能越强，反之越小 影响因素 温度 掺杂程度 各向异性,颜色 纯水是无色的，但自然界的水由于杂质影响而呈现出一定的颜色 水的颜色有真色和表色之分 真色是由于水中所含溶解物质或胶体物质造成的，即除去水中悬浮物后所呈现的颜色 表色包括溶解物质、胶体物质和悬浮物质共同引起的颜色 天然水真色的鉴定：方法是用铂钴标准比色法。1升水中含有相当于1毫克铂时所产生的颜色规定为1度，也称为1个真色单位。 对于废水和污水的颜色不作真色测定，而常用文字表述。必要时采用稀释倍数的方法测定色度。即在比色管中将水样用无色清洁水稀释成不同的倍数，当刚好看不见颜色时的稀释倍数就为色度。 水的色度是评价感官质量的重要指标，也是评价水是否受到污染的标志,总有机碳和总需氧量 总有机碳：指水体中溶解性和悬浮性有机物含碳的总量。将水在900下高温燃烧，有机碳即氧化成CO2，量测所产生的CO2量，可求出水中总有机碳值。单位以碳的mg/L计。水中的无机碳在此高温下也会转化为CO2，故测定时须去除无机碳的干扰 总需氧量：指水样中的有机物在900下高温燃烧，变成稳定的氧化物时所需要的氧量,水质标准 水质标准分为两大类 一类是国家正式颁布的统一规定 另一类是各用水部门或设计、研究单位所确定的各种水质要求 地面水环境质量标准(1988年国家环保局修订颁布) 污水综合排放标准(1988年国家环保局颁布),水体污染物 固体污染物 有机污染物 有毒污染物 营养性污染物 生物污染物,感官污染 酸碱污染物 热污染 需氧污染物质 其它污染物,固体污染物 来源：冶金工业中，主要来源于烟气除尘、冲渣、煤气洗涤等工序 存在形态：以三种形式存在，即溶解态、胶体态和悬浮态。水质检验时固体微粒分为两个部分，即能透过滤膜(310m孔径材料)的溶解性固体，不能透过滤膜的悬浮物 危害：固体污染物沉积，将淤塞河道，危害水底生物繁殖，影响渔业生产,有机污染物 来源：钢铁工业中，主要来源于焦化、高炉和转炉煤气净化，热轧和冷轧，酸洗等工艺流程 类别：碳水化合物，蛋白质，氨基酸，脂肪等天然有机物和人工合成的有机物 危害：将造成水体缺氧，影响渔业生产 水中氧消耗完时，将进行厌氧生物的分解，产生H2S、甲烷等有毒气体；水中动植物将大量死亡，此时水体变色、黑浊、恶臭,有毒污染物 指能导致生物及其后代发病、行为异常、遗传变异、生理机能失常或死亡的物质 如重金属、氰化物、有机农药、放射性物质等 冶金过程主要来源于采矿、焦化、冶炼过程,营养性污染物 指水体富营养化的营养性物质，包括N、P、Fe等 来源： 来自于化肥厂、制革、食品、洗毛等工业部门和人类的生活用水。 在生活污水和工业废水中常含有一定数量的氮、磷等植物营养性物质 施用氮肥和磷肥的农田的排水中也会有残余的氮和磷 危害。水体中的氮、磷含量较高(N0.2mg/L及P0.02mg/L)时，对一般河流的影响可能不大，但对湖泊、水库、港湾、内海等水流缓慢的水域就会使藻类等浮游植物及水草大量繁殖,生物污染物 指废水中的致病微生物及其它的有害的有机体 来源：来自于粪便、垃圾、生活污水，医院废水，生物制品废水。 危害：生活污水、特别是医院污水和某些工业污水污染水体后，会带入一些病原微生物。如某些原来存在于人畜肠道中的病原细菌，如伤寒、副伤寒、霍乱、细菌性痢疾等都可以通过人畜粪便的污染而进入人体,感官污染 指引起废水异色、浑浊、恶臭等现象的使感官不快的污染物 来源：来自于矿石准备、炼焦、钢铁冶炼、轧制、酸洗等工序,酸碱污染物 指废水中的无机酸和碱 含酸较多的工业废水有：酸洗、粘胶纤维、染料及酸法造纸等 雨水洗淋含SO2较多的空气后，流入水体也引起酸污染 冶金过程中，酸来源于矿石、金属酸洗、钢铁冶炼等大多数工艺过程 碱污染来自于碱法造纸、炼油、制革、制碱、漂染等工业部门。 酸碱的污染将使水体的pH值发生变化，抑制或杀灭细菌和其它微生物的生长，妨碍水体的自净作用；腐蚀船舶和水下建筑物；影响渔业，破坏生态平衡,热污染 热污染主要来源于热电厂、核电站和各种工业过程中的冷却水 冶金工业是最主要的热污染源。若直接排放，可能引起水温升高，溶解氧含量降低，水中存在的某些有毒物质的毒性增加，从而危及鱼类和水生生物的生长,需氧污染物质 生活污水、牲畜污水和某些工业废水中含有的碳水化合物、蛋白质、脂肪和酚、醇等有机物质可在微生物的作用下进行分解 在分解过程中需消耗氧气，故称之为需氧污染物质,其它污染物 包括：油类物质和表面活性物质等 在这些污染物质中，石油是其主要的污染物 随着石油工业的发展，油类物质对水体的污染日益增多。炼油和石油化工工业、海底石油开采、油轮压舱洗舱以及大气中污染的碳氢化合物沉降等都将使水体遭受严重的油类污染。其中尤以海底采油和油轮污染事故最甚,水体自净 定义 广义的定义指受污染的水体，经过水中物理、化学与生物作用，使污染物浓度降低，并恢复到污染前的水平 狭义的定义指水体中的微生物氧化分解有机物而使得水体得以净化的过程 水体自净过程 物理过程。包括稀释、扩散、挥发、沉淀等过程 化学和物理化学过程。包括氧化、还原、吸附、凝聚、中和等反应 生物学和生物化学过程。进入水体中的污染物质，特别是有机物质，由于水中微生物的代谢活动而被分解氧化转化为无机物的过程 水体的自净能力是有限的，如果排入水体的污染物数量超过某一界限时，将造成水体的永久性污染，这一界限称为水环境容量,冶金过程典型水体污染物 酚及其化合物 氰化物 重金属离子 酸和碱 固体悬浮物,酚及其化合物 酚的通式为ArOH，是芳香烃环上的氢被羟基(OH)取代的一类芳香族化合物 与普通的醇不同，由于受到芳香环的影响，酚上的羟基有弱酸性 来源 焦化厂、煤气发生站、炼油、木材防腐、绝缘材料的制造、制药、造纸以及酚类化工厂的废水、废气 焦化厂的含酚废水则主要来自于氨回收工段的氨水、苯工段与焦油工段馏份分离水与洗涤水 生产1吨焦炭，可产生0.20.3 m3含酚废水,酚的危害 土壤污染 被酚污染的土壤会使农作物减产或枯死 水体污染 水体酚污染会消耗水体中的溶解氧，增大生化需氧量，使水生生物受到抑制，繁殖下降、生长变慢，严重时导致死亡 对人体的危害 一旦被人吸收就会蓄积在各脏器组织内，很难排出体外，与细胞原浆中蛋白质结合形成不溶性蛋白，使细胞失去活性，对神经系统、泌尿系统、消化系统产生毒害作用。当体内的酚达到一定量时就会破坏肝细胞和肾细胞，造成慢性中毒，使人出现不同程度的头昏、头痛、皮疹、精神不安、腹泻等症状,限度 中国规定最高允许浓度： 饮用水中挥发酚：0.002 mg/L 地面水中挥发酚：0.010 mg/L 渔业水体挥发酚：0.005 mg/L 居住区大气一次测定值最高限：0.02 mg/m3 废水排放限度：0.5 mg/L,氰化物 氰化物特指带有氰基（CN）的化合物，氰基的稳定性相当高，使之在通常的化学反应中都以一个整体存在。因该基团具有和卤素类似的化学性质，常被称为拟卤素 来源 含氰废水主要来自电镀、煤气、焦化、冶金、金属加工、化纤、塑料、农药、化工等部门 钢铁企业的氰化物主要来自于选矿废水、高炉煤气洗涤水、焦化废水 危害 使人或动物产生中毒、窒息死亡,重金属离子 重金属一般指密度大于4.5克每立方厘米的金属，在环境污染方面所说的重金属主要是指汞、镉、铅、铬以及类金属(砷)等生物毒性显著的重元素 来源 主要来自矿山、冶炼、电解、电镀、农药、医药、油漆、颜料等企业排出的废水 冶金工业排出的废水中主要含有铁、锰、铬、铅、锌、铜、镍、镉等重金属粒子,危害 铬：六价铬对皮肤具有很大的刺激性和腐蚀性，过量时会引起呕吐、腹泻，也能引起肾炎、尿毒症 锌：锌的盐类能使蛋白质沉淀，对皮肤和粘膜有刺激及腐蚀作用 镉：导致高血压，引起心脑血管疾病；破坏骨骼和肝肾，并能引起肾功能衰竭 锰：超量时会使人甲状腺机能亢进，也能伤害重要器官 铜：过多的铜进入体内可出现恶心、呕吐、上腹疼痛、急性溶血等中毒现象 镍：镍能激活或抑制一系列的酶，口服后可引起口腔炎、牙龈炎、急性肠胃炎、并使心肌和肝脏受到损害。镍盐对皮肤、粘膜有刺激性 铅：直接伤害人的脑细胞，特别是胎儿的神经系统，可造成先天智力低下；对老年人会造成痴呆等，另外还有致癌、致突变作用 汞：食入后直接沉入肝脏，对大脑、神经、视力破坏极大。天然水每升水中含0.01毫克，就会导致人中毒,酸和碱 酸碱废水是废水处理时最常见的一种 来源 酸性废水主要来自钢铁厂、化工厂、染料厂、电镀厂和矿山等 碱性废水主要来自印染厂、皮革厂、造纸厂、炼油厂等 冶金过程如采矿场的矿坑和堆石场的酸性废水中含有硫酸，其pH值为2.56.5；轧钢厂含酸废水(废液)中含有硫酸、盐酸、硝酸、氢氟酸或这些酸的混合液；铜的酸洗废液(水)为含有硫酸铜的酸性废水，铝生产中排出碱性废水,危害 酸碱废水进入水体，将改变水的pH值，使其动植物不能正常生存 酸能腐蚀金属和混凝土构筑物，如桥梁、堤坝、港口设备和其它水工构筑物等。 碱性废水用于灌溉农田，会发生盐碱化问题，影响农作物的生长。 酸能破坏污水生化处理构筑物的正常运行。 当pH值小于6.06.5时，活性污泥会受到影响，好气菌被抑制，而霉菌和野生酵母等好酸菌会大量繁殖，堵塞生物滤池等构筑物,固体悬浮物 工业用水和自然水，均含有浓度不同的固体悬浮物 冶金过程排出的废水中都存在悬浮物质 危害 大量悬浮物排入水体，会堵塞鱼鳃，大量消耗水中的溶解氧，使鱼缺氧窒息而死亡。悬浮物对水中的贝类、藻类也会造成严重危害 悬浮物中的有机物还会腐败，发出臭味，影响人体健康，破坏环境 悬浮物淤积河床、海底，严重时将妨碍航运、抬高河床 悬浮物附着在鱼网和船具上，会造成严重的腐蚀和损伤,2.4 固体废物及其危害,固体废物 人类生产及生活活动产生的、且对所有者不再具有使用价值而被废弃的固态或半固态的物质，称为固体废物 各类生产活动中产生的固体废物称为废渣；人类生活活动中所产生的固体废物称为垃圾 对于所有者不再具有使用价值的大多数固体废物仍含有其它生产行业中需要的成分。经过一定的技术环节，可以转变为有关行业的生产原料，甚至可以直接使用 固体废物的概念随时间、空间的变迁而具有相对性,固体废物的分类是依据其产生的途径和性质确定的 发达国家，固体废物分为四类，即工业、矿业、农业和城市垃圾四大类 中国的固体废物管理法中，固体废物分为工业固体废物(废渣)和城市垃圾两类,固体废物的性质 工业固体废物与城市垃圾固体废物的成分和性质有明显的差异 工业固体废物带有明显的行业特征，其中大部分含有可资利用的资源。并且可能产生有毒、有害或危险性固体废物 大多数工业废物不与城市垃圾相混合，而按行业进行管理与处理 城市垃圾不具备工业固体废物的特征，而且其成分与性质更加复杂多变。一般由市政系统集中管理与处置,固体废物的产量与产率 固体废物的产量和增长速度是与国家经济发展状况和人民生活水准密切相关的 美国1974年固体废物总量为44亿吨，1980年上升为60亿吨，其中矿业废物50.3%，农业废物39%，工业废物6.3%，城市垃圾占4.3% 中国1980年的统计为4.3亿吨，其中废尾矿石1.01亿吨，煤矸石1.25亿吨，钢铁渣2817万吨，炉渣及粉煤灰1.0211亿吨，城市垃圾7300万吨，粪便6000万吨 我国冶金工业产生的固体废物在整个固体废物中占据非常重要的地位。冶金工业的废物包括矿业废物和冶炼废物。矿业废物来源于矿石的开采和选洗工艺，数量很大 各个工业部门、每一个工艺过程、单位体积产品所产生的固体废物的比率，以及人类每人每天所产生的固体废物的量称为固体废物的产率。主要工业企业固体废物的产率见下表,固体废物的危害 固体废物在一定条件下发生物理、化学和生物变化，将对环境产生严重影响。主要包括： 污染土壤与水体 占据大量土地 污染大气，影响环境卫生,3.1 大气污染控制概述,大气污染控制 第一层涵义是从立法角度出发，用法律来限制或禁止污染物的扩散。这就需要确定哪些物质应受控制，控制到什么程度。研究有害物质对人体健康的影响，对财产的损害，对美学的危害，以及不同污染物质在大气中的相互作用，污染物在大气中的迁移、变化规律等等 第二层涵义是控制一词具有防止的意思。大气污染的防止除了取消使环境生态遭受破坏的污染源外，还应把污染物的排放量降到不致严重污染大气的程度。通常，其方法或手段是使用某种设备或装置来实现的,废气排放控制系统 为使污染物能够达标排放的控制系统。典型控制系统的设备主要有：集气罩、烟气管道、颗粒除尘器、气态污染物净化器、风机、烟道、烟囱等 集气罩将污染源的污染物收集起来，含污染物的烟气经管道后进入除尘器除尘，然后进入气态污染物净化器除去气态污染物，最后由风机将除尘与净化后的烟气经烟道、烟囱排入大气。再经扩散稀释过程，达到大气的质量标准,颗粒污染物的控制方法和设备主要有四类。即 (1) 机械力除尘器。包括重力沉降室、惯性除尘器和旋风除尘器 (2) 过滤式除尘器。包括袋式过滤器和颗粒层过滤器 (3) 静电除尘器。包括干式静电除尘器和湿式静电除尘器 (4) 湿式除尘器。包括泡沫除尘器、喷雾塔、填料塔、冲击式除尘器、文丘里洗涤器等 气态污染物的控制。气态污染物的种类很多，其控制方法和设备可以分为两大类，即分离法和转化法 污染物的稀释法控制,大气污染控制的基本原则 改革工艺和设备 充分利用资源和能源 进行技术经济的综合研究 采用高烟囱排放，充分利用大气的自净能力,大气污染控制的基本方法 烟气的净化，主要有两个工序：第一个工序为烟气的收集；第二个工序为烟气的净化 (1) 分离法 气固分离 气液分离 气气分离 (2) 转化法 气相反应 气液反应,机械力除尘 分离10m的烟尘 如锅炉烟尘、冶金烟气的粗除尘等 湿式除尘 分离5m的烟尘 如转炉和高炉的煤气除尘等 过滤除尘 分离0.1m的烟尘 如电炉、铁合金生产烟气的除尘等 静电除尘 分离0.1m的烟尘 如烧结机、电炉、转炉烟气除尘等,机械力除雾 分离10m的雾滴 如硫酸雾等。 静电除雾 分离0.1m的雾滴 如硫酸雾、沥青烟雾等,冷凝法 分离蒸气状污染物 如汞蒸气等 吸附法 分离气态污染物 如苯、HF等 吸收法 分离气态污染物 如HF、HCl、铅烟等,直接燃烧法 分离可燃烧的气态污染物 如苯、沥青烟等。 其它气相反应 分离气态污染物 如NOx等,吸收氧化法 分离气态污染物 如H2S等 吸收还原法 分离气态污染物 如NOx等 其它化学吸收法 分离气态污染物 如铅烟等,3.2 工业烟尘控制技术,粉尘的物理性质 密度 分为真密度和堆积密度 比表面积 单位体积(或质量)的粉尘具有的表面积 含水率和润湿性 粉尘的含水率包括：附着于表面上，包含在凹坑处及细孔中的自由水份；及紧密结合在粒子内的结合水份 润湿性：粉尘颗粒能否与液体相互附着或附着难易的程度 粉尘的荷电性和导电性 粉尘的荷电性指：粉尘在运动过程中，由碰撞、摩擦、放射线照射、电晕放电及接触带电体等而荷电 粉尘的比电阻表示粉尘的导电性 粉尘的粘附性 粉尘附着在固体表面上，或颗粒彼此之间相互附着的现象称为粉尘的粘附,工业烟尘控制技术 机械式除尘 静电除尘 过滤式除尘 湿式除尘,机械式除尘 重力沉降室 重力沉降是利用含尘气体颗粒在重力作用下自然沉降的原理，实现颗粒污染物与气体分离的过程。 重力沉降室是所有空气污染控制装置中最简单的一种。它的结构简单、造价低、压力损失小、维护管理方便、而且能够处理高温气体；缺点是沉降小颗粒的效率较低，只能除去40-50微米的颗粒。 主要用于高效除尘装置的前级设备,惯性除尘器 含尘气体与挡板撞击或者急剧改变气流方向，利用惯性力分离并捕集粉尘的除尘设备 惯性除尘器主要分为碰撞式和回转式两种 碰撞式惯性除尘器，含尘气流进入后直接碰撞挡板，尘粒丧失惯性力而依靠重力作用落入灰斗 回转式惯性除尘器，粗粒尘依靠惯性力和重力作用直接冲入灰斗，细小尘粒随气流一道改变方向后排走,影响惯性除尘器除尘效率的因素 气流速度愈高，转变角度愈大，转变次数愈多，则含尘气体除尘净化的效率就愈高。但压力的损失也就愈大 惯性除尘器宜用来净化密度和粒度较大的金属和矿物性粉尘，不适宜净化粘结性和纤维性粉尘 惯性除尘器常用来捕集1020微米的粉尘，或用作多级除尘的第一级,旋风除尘器 旋风除尘器是使含尘气流作旋转运动，借助于作用在尘粒 上的离心力把尘粒从气流中分离出来的装置 特点：结构简单，占地面积小，投资低，操作维护方便，压力损失中等，动力消耗不大，能处理高温、高压及腐蚀性气体，可直接回收颗粒物 旋风除尘器用来捕集515微米以上的粉尘颗粒，除尘效率可达80%。对小于5微米的颗粒物，捕集效率不高,影响旋风除尘效率的因素 废气的入口流速 除尘器的结构尺寸 粉尘的粒径和密度 除尘器下部的严密性 气体的温度与粘度,静电除尘 利用静电力从气流中分离悬浮粒子的方法 静电除尘器主要是利用高压直流电产生不均匀电场，使含尘气流中的气体电离，尘粒带电而实现气-固分离的高效除尘设备 它与机械式除尘的区别在于其分离尘粒或液滴的能量是通过静电力直接作用于尘粒上，而不是作用在整个气流上 特点 运行所需能量低 气压损失很小 处理气量大，能连续操作 除尘效率高 适用于高温、高压场合 能处理的粒子的粒径较小 设备庞大，占地面积大，一次性投资高。对高比电阻粉尘的捕集效率较低,静电除尘过程包括四个阶段 气体的电离 尘粒的荷电 尘粒的捕集 清灰,气体在电场作用下，会使中性气体原子中的电子获得足够的能量，以克服原子核对它的引力而成为自自电子，同时中性的原子由于失去了带负电荷的电子而变成带正电荷的正离子。这种使中性的气体分子或原子释放电子形成正离子的过程叫做气体电离,粒子的荷电方式有电场荷电和扩散荷电两种,在电场力的作用下，荷电粉尘向集尘电极移动，尘粒放出所带电荷而沉积于电极极板的表面,集尘板上的尘粒达到一定的厚度后，必须用干法(如振打)或湿法(如水冲洗)除去积尘,静电除尘影响因素 粉尘特性 粒径分布、密度、粘附性、比电阻、化学成分等 烟气性质 温度、压力、湿度、成分、粉尘浓度等 除尘器结构 电晕线半径、极间距等 操作因素 伏安特性、清灰效果、漏风等,过滤式除尘 利用多孔介质分离粉尘与气体的技术 特点：需周期地、连续地清扫或更换过滤介质 分类 可根据介质的类型、支承方式、清灰机构等进行分类 本质区分 过滤器介质起粒子捕集作用 过滤器介质起支承作用,袋式除尘器 是纤维过滤器的一种 纤维过滤方式 内部过滤 表面过滤 特点 除尘效率高、粉尘适应性强、结构简单、维护方便 不适用于高温烟气、不适用于粘结性、吸湿性强的粉尘,布袋除尘器分类 按清灰方式：机械清灰、逆气流清灰、脉冲喷吹清灰、声波清灰 按除尘器内的压力：负压式、正压式 按滤袋形状：圆袋、扁袋 按含尘气流进入滤袋的方向：内滤式、外滤式 按进气口的位置：下进风、上进风,袋式除尘器效率影响因素 粉尘性质：粒径分布、密度等 织物性质：纤维粗细、织物厚度、孔率等 运行参数：过滤速度、气体温度等 清灰方式：机械振打、反向气流、脉冲等 对滤料的要求 清灰后能保留一定的永久性容尘 在均匀容尘状态下透气好，压损小 抗皱折、耐磨、机械强度高 耐温、耐腐蚀 吸湿性好，易清灰 使用寿命长、成本低,湿式除尘 利用洗涤液与含尘气体充分接触，将尘粒洗涤下来而使气体净化的方法 特点 结构简单、造价低廉、除尘效率高、占地面积小、操作维修方便等。特别适用处理高温、高湿、易燃、易爆的含尘气体，并能去除部分气态污染物和部分有害固态物质 需对处理后的含尘污水和污泥进行处理；对于净化有腐蚀性的气态污染物时，洗涤水有一定的腐蚀性，管道和设备易受腐蚀，应采取防止腐蚀的措施；比干式除尘器的操作费用高；烟气的抬升减小；冬季排气容易产生冷凝水雾等,湿式除尘机理 与过滤式除尘器相同，都是利用惯性碰撞、拦截和扩散等 水与含尘气流的接触方式 水滴 水膜 气泡 湿式除尘器的种类 分为低能和高能洗涤器两大类 根据净化机制分为：重力喷雾洗涤器(喷雾塔)、旋风洗涤器、自激喷雾洗涤器、泡沫洗涤器(板式塔)、填料床洗涤器(填料塔)、文丘里洗涤器、机械诱导喷雾洗涤器,3.3 气态污染物控制技术,烟气中气态污染物的处理方法 吸收净化 吸附净化 催化转化 燃烧转化 冷凝法 生物净化 其它方法,吸收净化 吸收是利用气体混合物中不同组分在吸收剂中溶解度的不同，或者与吸收剂发生选择性化学反应，从而将有害组分从气流中分离出来的过程 吸收分为物理吸收和化学吸收 气态污染物的吸收常用方法有水吸收法和碱液吸收法 常用设备有：喷雾塔，填料塔，板式塔，文丘里洗涤器，旋转喷雾塔等,吸附净化 气体混合物与适当的多孔性固体接触，利用固体表面存在的未平衡的分子引力或化学键力，把混合物中某一组分或某些组分吸留在固体表面上，这种分离气体混合物的过程就称为气体的吸附 物理吸附：也称为范德华吸附，它是吸附质和吸附剂以分子间作用力为主的吸附 化学吸附：是吸附质和吸附剂以分子间的化学键为主的吸附,脱附 吸附的逆过程。是使已被吸附的组分达到饱和的吸附剂中析出，吸附剂得以再生的操作过程。即被吸附于界面的物质在一定条件下，离逸界面重新进入体相的过程，也称解吸 一般来说,不利于吸附进行的条件常对脱附有利，如加热、减压等。物理吸附是可逆的,吸附分子脱附后性质不变。化学吸附有不可逆性,吸附过程步骤 1) 吸附质从气流主体穿过颗粒周围的气膜扩散到固体外表面，即外扩散 2) 内扩散。吸附质从固体外表面扩散到微孔道内，在微孔道内扩散到微孔表面 3) 吸附到达微孔表面的吸附质被吸附剂吸附，并逐级形成吸附与脱附的动态平衡。脱附的吸附质再经内、外扩散到达气相主体 4) 对化学吸附来说，最后还有化学反应,催化转化 催化转化是使气态污染物通过催化剂床层，经历催化反应，转化为无害物质或易于处理和回收利用的其它物质的方法。 该法与其它方法的区别：无需污染物与主气流分离，避免了其它方法可能产生的二次污染，并使操作过程简化。另一特点是对不同浓度的污染物都具有很高的转化率。应用广泛。 如碳氢化合物转化为二氧化碳和水，氮氧化物转化成氮，二氧化硫转化成三氧化硫而回收利用。有机废气和臭气的催化燃烧，汽车尾气的催化净化等采取的均是催化转化法。 缺点：催化剂价格较高，废气的预热要消耗一定能量,催化作用和催化剂 化学反应速度因加入某种物质而改变，而加入物质的数量和性质在反应终了时不发生改变的作用称为催化作用。加入的物质称为催化剂。 加快反应速度的称为正催化作用；减慢反应速度的称为负催化。反应物和催化剂同为一相时为均相催化；反应物和催化剂不同相时为多相催化。大气污染中，主要利用的是多相正催化作用，有催化氧化和催化还原两种方法,催化剂通常由主活性物质、载体和助催剂组成。催化作用一般只发生在主活性物质表面厚度2030nm，因而主活性物质一般附着在惰性载体上 载体有两种作用：一是提供大的比表面积，节约主活性物质，提高催化剂活性；二是提高催化剂的机械强度、导热性和热稳定性、延长催化剂寿命。 助催化剂本身无催化性能，但少量加入可改善催化剂的性能。催化剂通常做成球状、圆柱状、片状、丝状、网状和蜂窝状等。 催化剂具有特殊的选择性。某一种催化剂只能加速某一特定的反应，而不能加速所有的反应,燃烧转化 燃烧法是通过将废气中的可燃有害成分燃烧转化为无害或易于进一步处理和回收的物质的方法。它主要用于含有机溶剂蒸气及碳水化合物废气的处理。如含烃废气在燃烧中可被氧化为无害的CO2和H2O。 燃烧法广泛用于石油、有机化工、食品、涂料和油漆、金属漆包线生产、纸浆和造纸、动物饲养、城市废物的干燥和焚烧等方面的含有机物废气的治理。 燃烧法工艺简单，操作方便，可回收含烃废气的热能。但在处理可燃组分含量低的废气时，需要预热耗能,燃烧法分为直接燃烧、热力燃烧法和催化燃烧三种方法 直接燃烧 直接燃烧法又称直接火焰燃烧法，它是将废气中可燃烧的有害气体作燃料直接燃烧的方法。 该法适用于可燃的有害气体浓度高、氧化放出热量大、能维持燃烧进行的废气处理。直接火焰燃烧常在1373K以上进行，燃烧产物是CO2、H2O和N2。 热力燃烧 热力燃烧是把废气的温度提高到可燃气态污染物的反应温度，使其进行氧化分解的方法。 热力燃烧过程分为三步。1) 燃烧辅助燃料提高预热能量。2) 高温燃气与废气混合以达到反应温度。3) 废气在反应温度下充分燃烧。 热力燃烧的优点是可除去有机物及超细微颗粒物，结构简单，占用空间小，维修费用低,催化燃烧 催化燃烧法是利用催化剂使废气中可燃物质的燃烧温度降低，在较低温度下氧化分解的方法。由于燃烧温度比热力燃烧的低，且加热废气所需要的燃料只有热力燃烧的4060%，故大大节省燃料。 适用范围:该法只适用于对催化剂没有毒性的气态污染物的净化；不适宜于对含有粉尘的废气净化，否则可能堵塞催化剂的床层 催化燃烧的优点是操作温度较低，燃料消耗低，保温要求不严格，能减少回火及火灾危险。缺点是催化剂较贵，需要再生，基本建设投资高,冷凝法 冷凝法是利用气态污染物在不同温度和不同的压力下具有不同饱和蒸气压的性质，降低系统温度，或提高系统压力，使处于蒸气状态的污染物冷凝并从废气中分离出来的过程。 特别适用于处理废气浓度高(10000ppm)的有机溶剂蒸气。 冷凝法在理论上可达到很高的净化程度。但对有害物质(控制在几个ppm以内)，可能要进行两步冷凝才能达到要求。第一步用水冷却，第二步进行冷冻。 冷凝法常作为吸收、吸附、燃烧等净化高浓度废气的前处理。如高湿度的废气，可先通过冷凝法使水蒸气冷凝下来，可大大减少气体的体积量，并对气体进行提纯,生物净化 废气的生物处理是利用微生物的生命活动把废气中的气态污染物转化成少害甚至无害的物质。自然界中存在各种各样的微生物，几乎所有无机和有机污染物都能被微生物所转化。 生物处理不需要再生过程和其它高级处理。与其它净化法比较，处理设备简单，费用较低，可达到无害化目的。因而广泛应用于废气治理，特别是用于有机废气净化。缺点是不能回收污染物质。 根据微生物是需氧还是厌氧，生物处理可分成需氧生物氧化和厌氧生物氧化两大类。 影响微生物生长的因素也影响废气的生物处理。因而影响废气生物处理的因素有：温度和pH值,其它方法 电子束照射法。 可利用电子束干法脱硫、脱氮氧化物。其工艺由废气冷却、加氨、电子束照射和粉体捕集等工序组成。 温度约150的排放气体冷却到70，根据排放气体中的SO2和NOx浓度确定加入微量的氨，然后将含有氨的混合气体送入反应器 经电子束照射，废气中的SO2和NOx受电子束的强烈氧化，在极短时间内(约1/100000秒)被氧化成硫酸和硝酸。这些酸与周围的氨反应生成(NH4)2SO4和NH4NO3的微细粉粒，粉粒经捕集器回收作农业肥料 膜分离法。 混合气体在压力梯度作用下，透过特定薄膜时，不同气体具有不同的透过速度，从而使气体混合物中的不同组分达到分离的效果。使用不同结构薄膜，就可以分离不同的气态污染物,3.4 钢铁工业烟尘污染控制及利用,钢铁工业烟尘污染工序 烧结 焦化 炼铁 炼钢 转炉 电炉 铁合金,烧结 烧结废气特点 烧结过程排出的废气分为两部分 机头废气：抽风箱排出的废气 机尾废气：卸矿端破碎、筛分和冷却过程中散发废气 生产1吨烧结矿约产生40006000Nm3废气 烧结废气成分 粉尘：主要成分