环境管理_污染控制技术

第三章污染控制技术 国务院下达的环保目标 一控双达标 一控 污染物排放总量控制双达标 工业污染源排放污染物要达到国家或地方规定的标准 环境空气 地面水环境质量 按功能区分别达到国家规定的有关标准 第一节环境污染控制方式简介 一 浓度和效率控制 二 总量控制方式 三 动态控制方式 环境污染控制方式 一 浓度和效率控制 1 浓度控制 控制污染源排放口排出污染物的浓度来控制环境质量的方法 其依据是由国家制订全国统一执行的污染物浓度排放标准 2 效率控制 对净化装置的效率进行控制 考虑经济发展优先于环境污染 属于局部控制二 总量控制方式总量是指当地允许排放的污染物的总量总量控制 通过控制给定区域内污染物的允许排放总量来确定控制区实现环境质量目标的一种方法 把目标排放总量作为改善环境的直接环节 三 动态控制方式 这种方式是总量控制的动态化 是总量控制的进一步发展 动态控制是根据各种条件建立一个动态模型 把气象资料和污染源数据输入联机化的模拟系统中去 和同样联机化的环境监测网联系在一起 计算出随时间而变化的允许排放总量 并向各污染源发出允许排放量的指令 这样便可随时控制和保证其环境质量达标 第二节水污染控制技术 一 水体的自净作用1 定义 污染物进入天然水体后 通过一系列的物理 化学和生物因素的共同作用 使排入的污染物的浓度和毒性自然降低 这种现象称为水体自净 按照净化机制可以分为以下三类 物理净化 由于天然水的稀释 扩散 挥发和沉淀等作用 使污染物在水中浓度降低的过程 化学净化 污染物质通过氧化 还原 吸附 凝聚 中和等反应 改变物质的存在形态 且浓度降低的过程 生物净化 污染物质中的有机物 由于水体中微生物的代谢活动而被分解 氧化并转化为无害 稳定的无机物 从而使浓度降低 各类水体都有自净能力 但自净能力不同 使其受污染的状况不同 水体外观 外观特征 混浊程度 颜色及气味等原因 水中细菌种类数量 悬浮物种类数量 2 水质指标 生化需氧量BOD化学需氧量COD溶解氧DO总需氧量TODpH值大肠菌群数 1 生化需氧量BOD Biochemicaloxygendemand 在水体中有氧的条件下 好氧微生物氧化分解单位体积水中有机物所消耗的溶解氧的量 2 化学需氧量COD Chemicaloxygendemand 在一定严格的条件下 用化学氧化剂 如重铬酸钾KrCr2O7 高锰酸钾KMnO4等 氧化水中有机污染物时所需的溶解氧量 3 溶解氧DO dissolvedoxygen 指溶解于水中的分子氧 以mg L为单位 BOD COD越高 水中有机污染物越多 DO值小 水体污染严重 3 水污染防治原则 防 治 管相结合防 污染源排放的污染物减到最少量治 通过一系列水处理工艺 确保在排入水体前达到国家或地方规定的排放标准管 对污染源 水体及水处理设施的管理 二 污水处理技术按作用原理分为物理处理法 化学处理法 物理化学处理法和生物法 1 物理处理法通过物理作用 以分离 回收污水中不溶解的 呈悬浮状的污染物质 包括油膜和油珠 在处理过程中不改变其化学性质 主要有以下几种 1 过滤法利用过滤介质截流污水中的悬浮物 过滤介质有筛网 纱布 微孔管 颗粒物 常用的过滤设备有格栅 筛网 微滤机等 格栅设置在进水的渠道或者进水泵站集水井前 金属制的呈纵向平行的框条 格栅 预处理 去除漂浮物和悬浮物 效果主要取决于污水水质和格栅空隙的大小 人工清除栅渣的固定式格栅及布置情况 粒状介质过滤 又称砂滤 滤料过滤 过滤介质有石英砂 无烟煤和石榴石等 去除细小的悬浮物和胶体 废水自上而下流过粒状滤料层时 粒径较大的悬浮颗粒首先被截留在表层滤料的空隙中 从而使此层滤料空隙越来越小 逐渐形成一层主要由被截留的固体颗粒构成的滤膜 并由它起主要的过滤作用 由于滤料有巨大的比表面积 他与悬浮物之间有着明显的物理吸附作用 沙粒在水中常常带有表面负电荷 能吸附带正电荷的铁 铝等胶体 从而在滤料表面形成带正电荷的薄膜 并进而吸附带负电荷的黏土和多种有机物等胶体 几种过滤介质示意图 2 沉淀法利用污水中的悬浮物和水的相对密度不同的原理 借助重力沉降作用使悬浮物从水中分离出来 据水中悬浮物的浓度和絮凝特征分为 分离沉降 或称自由沉降 在沉淀过程中 颗粒之间互不聚合 单独进行沉降 混凝沉降 或称絮凝沉降 通过施用药剂 絮凝剂 浮选剂 使悬浮粒子发生沉降 应用这种方法主要能除去废水中细微颗粒物和胶体物质 区域沉降和压缩沉降 自己看书了解 依据水中悬浮性物质的性质不向 没有沉砂池和沉淀他两种设备 沉砂池用于除去水中砂粒 煤渣等相对密度较大的无机颗粒物 沉淀池是利用重力的作用使悬浮性杂质与水分离 它可以分离直径为20 100 m以上的颗粒 根据沉淀池内的水流方向 可将其分为平流式 辐流式和竖流式三种 带有链式刮泥机的平流式沉淀池废水从池一端流入 按水平方向在池内流动 水中悬浮物逐渐沉向池底 澄清水从另一端溢出 辐流式沉淀池经进水管进入中心筒后 通过筒壁上的孔口和外围的环形穿孔挡板 沿径向呈辐射状流向沉淀池周边 竖流式沉淀池水由中心管的下口流入池中 通过反射板的阻拦向四周分布于整个水平断面上 缓缓向上流动 3 气浮 浮上 法 将空气通入污水中 并以微小气泡形式从水中析出成为载体 污水中相对密度接近于水的微小颗粒状的污染物质 如乳化油等 就黏附在气泡上 并随气泡上升到水面 然后用机械的方法撇除 从而使污水中的污染物质得以从污水中分离出来 疏水性的物质易气浮 而亲水性的物质不易气浮 2 化学处理法向污水中投加化学试剂 利用化学反应来分离 回收污水中的污染物质 或将污染物质转化为无害的物质 有混凝法 中和法 化学沉淀法和氧化还原法 1 沉淀法指向废水中投加某些化学药剂 使其与废水中的溶解性污染物发生互换反应 形成难溶于水的盐类 沉淀物 从水中沉淀出来 从而降低或除去水中的污染物 去除钙 镁离子以及废水中的重金属离子 如汞 镉 铅 锌等 2 中和法中和法处理是利用酸碱相互作用生成盐和水的化学原理将废水从酸性或碱性调整到中性附近的处理方法 酸性废水 投加石灰 苛性钠 碳酸钠或以石灰石 大理石碱性废水 投加硝酸 盐酸或利用二氧化碳气体 3 物理化学处理法 利用萃取 吸附 离子交换 膜分离技术 气提等物理化学的原理 处理或回收工业废水的方法 它主要用来分离废水中无机的或有机的 难以生物降解的 溶解态或胶态的污染物质 回收有用组分 并使废水得到深度净化 适合于处理杂质浓度很高的废水 用作回收利用的方法 或是浓度很低的废水 用作废水深度处理 常用方法 萃取法 吸附法 离子交换法 膜析法 1 液 液萃取法向污水中投加一种与水不相溶而密度小于水的有机溶剂 充分混合接触后使污染物重新分配 由水相转移到溶剂相中 利用水与溶剂密度的差别 将溶剂分离出来 从而使污水得到净化的方式 2 吸附法处利用一种多孔性固体材料 吸附剂 的表面来吸附水中的一种或多种溶解污染物 有机污染物等 称为溶质或吸附质 以回收或去除它们 使废水得以净化 3 离子交换法利用离子交换剂的离子交换作用置换污水中离子态的污染物质的方法 Na 离子交换树脂 多用于工业给水中的软化和除盐 主要去除废水中的金属离子 4 生物处理法 利用自然环境中微生物的生物化学作用 氧化分解溶解于污水中或胶体状态的有机污染物和某些无机毒物 如氰化物 硫化物 并将其转化为稳定无害的无机物 从而使废水得以净化的方法 根据微生物在生化反应中是否需要氧气 分为好氧生物处理和厌氧生物处理两类 1 好氧生物处理法 在有氧的条件下 依赖好氧菌和兼氧菌的生化作用完成废水处理的工艺称为好氧生物处理法 主要方法有 活性污泥法 生物膜法 活性污泥法由曝气池 沉淀池 污泥回流 剩余污泥排除系统组成 生物膜法 使污水连续流经固体填料 碎石 煤渣或塑料填料 的滤床表面 微生物在填料上大量繁殖 形成污泥状的薄膜称为生物膜 利用生物膜处理污水的方法称为生物膜法 生物膜上的微生物吸附和降解水中的有机污染物 污水处理流程 格栅 沉砂池 沉淀池 生物曝气池或生物滤池 二沉池 混凝 过滤 离子交换 消毒等设备 废水 垃圾处理 沉渣处理 一级处理出水 排放 灌溉 污泥消化池或其他处理设备 浓缩池 二级处理出水 排放 灌溉 三级处理出 排放或回用 沉渣处理 一级处理 二级处理 三级处理 2 厌氧生物处理法 在无氧的条件下 利用厌氧微生物的作用分解污水中的有机物 使污水净化的方法 能耗小 可以回收能源 剩余的污泥量少 生成的污泥稳定而易处理 对高浓度有机废水处理效率高等优点成为污水处理的主要方法之一 5 除磷 脱氮 水体中氮的存在形式 1 化学脱氮法 氨吸收法把废水的pH值调到10以上 氨以NH3的形式存在 在解吸塔内吸收氨 加氯法在含氨氮的废水中加氯 2 生物脱氮法将有机氮和胺态氮转化为N2气在好氧条件下 废水中的氨态氮被硝化细菌 亚硝酸菌和硝酸菌 转化为亚硝酸盐和硝酸盐 硝化反应 接着在无氧条件下 反硝化菌将硝酸盐氮 NO3 和亚硝酸盐氮 NO2 还原为氮气 反硝化反应 三 污泥处理 利用 一座二级污水处理厂 产生的污泥量约占处理污水量的0 3 5 含水率以97 计 污泥的成分 很多有毒物质 如病原微生物 寄生虫卵及重金属离子等也可能含有可利用的物质如植物营养素 氮 磷 钾 有机物等 一般污泥处理的费用约占全污水处理厂运行费用的20 50 污泥处置的一般流程 一 污泥的脱水与干化 污泥在浓缩池内静止停留12 24小时 体积缩小为原污泥体积的1 3 二 污泥消化 1 厌氧消化 将污泥置于密闭的消化池中 利用厌氧微生物的作用 产生沼气2 污泥好氧消化 利用好氧和兼氧菌 在污泥处理系统中曝气供氧 微生物分解生物可降解的有机物 污泥 及细胞原生质 3 污泥的最终处理肥料焚烧填地或充作筑路材料 有微生物 才有我们一方自然净土 第三节气体污染控制技术 一 颗粒污染物 烟尘 的净化方法 中国大气污染属于烟尘型 烟尘主要来源 各种工业炉窑的烟气 燃料其它物质燃烧或以电能为热源等过程产生的烟尘 固体物料破碎 筛分输送等过程产生 都是以固态或液态的粒子存在于气体中 大气污染的控制途径 改变燃料的构成 以减少颗粒物的生成 固体颗粒物排放到大气之前 采用控制设备等将颗粒污染物除掉 以减少大气污染程度 除尘设备 从废气中除去或收集这些固态或液态粒子的设备 除尘器种类繁多 根据不同原则进行分类 按主要机制 机械式除尘器 过滤式除尘器 湿式除尘器静电式除尘器 按在除尘过程中是否使用液体 湿式除尘器 干式除尘器 除尘过程中的粒子分离原理 重力除尘装置 惯性力除尘装置 离心力除尘装置 洗涤式除尘装置 过滤式除尘装置 电除尘装置 声波除尘装置 1 机械除尘器 机械除尘器通常指通过质量力 重力 惯性力和离心力 的作用使颗粒物与气体分离达到去除烟尘目的的装置 常用的有 重力沉降室惯性除尘器离心式 旋风 除尘器 1 重力沉降室除尘器 重力沉降室是使含尘气体中的粒径借助重力作用使之沉降 并将其分离捕集的装置 气流进入重力沉降室后 流动截面积扩大 流速降低 较重颗粒在重力作用下缓慢向灰斗沉降 最简单的一种 50 m以上的尘粒 效率约为40 60 2 惯性除尘器 利用气流的方向急剧改变时 尘粒因惯性力作用而从气流中分离出来的一种除尘方法 适于非黏性 非纤维性粉尘的去除 10 20 m以上的粗尘粒 效率约为50 70 3 离心除尘器 旋风除尘器 进气管 筒体 锥体 排气管 利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气流中分离的装置旋风除尘器内气流与尘粒的运动 气流沿切线方向进入圆柱体且由上向下旋转运动 外涡旋 旋转气流在锥体底部转而向上沿轴心旋转 内涡旋 最后从排气管排出 颗粒在离心力作用下逐渐移向外壁 在重力的作用下沿壁面落入灰斗 优点 结构简单 占地面积小 投资少 操作维修方便 压力损失中等 动力消耗不大 缺点 在机械式除尘器中 离心式除尘器是效率较高的一种 它适用于非黏性及非纤维性粉尘的去除 这种分离方式使5 m以上的尘粒去除效率可达50 80 一般用作多级除尘的预除尘 磨损严重 旋风子易堵 旋风除尘器的特点 2 过滤式除尘器 又称空气过滤器 是利用多孔过滤介质分离捕集气体中尘粒的处理方法 属于高效干式除尘装置 最广泛应用的装置是袋式除尘器 工作原理 用棉 毛 有机纤维 无机纤维的纱线织成滤布 滤布做成的滤袋是袋式除尘器中最主要的滤尘部件 烟气通过滤袋的表面被捕集 粒径较大的颗粒物首先被捕集在滤布的空隙中 从而使滤布的空隙越来越小 逐渐形成一层主要由被截留的颗粒构成 的滤膜 并由他起主要的过滤作用 当滤袋表面的颗粒物达到一定的厚度 也就是说过滤能力较低的时候 机械振打滤袋 使灰尘脱落 恢复滤袋的过滤功能 优点 缺点 结构简单 造价及运行费用低 便于回收干料 处理高温 高湿度 腐蚀性气体应慎选滤袋 滤袋易破损 阻力损失大 广泛应用于各种工业废气 除尘效率大于99 体积和占地面积都很大 3 湿式除尘器 也称洗涤除尘 一种采用喷水法将尘粒从气体中洗出去的除尘器 洗涤液对多种气态污染物具有吸收作用 因此 它既能净化气体中的固体颗粒物 又能同时脱除气体中的气态有害物质 种类很多 有喷雾式 填料塔式 离心洗涤器 喷射式洗涤器 文丘里式洗涤器等 除去直径大于10 m的颗粒结构简单 造价低 除尘效率高 在处理高温 易燃 易爆气体时安全性好 但需用大量洗涤液 存在二次污染 最简单的是喷淋式湿式洗涤除尘器 含尘气体从塔的底部进去 而水从安装在塔顶上的许多喷头中淋洒下来 4 静电除尘器 电除尘 利用高压直流电源产生的静电力的作用 实现固体或液体粒子与气流分离的方法 由放电极与集尘极组成 电场中带电荷的尘粒集向集尘极 当灰尘达到一定厚度时 振打电极使已经凝聚成较大的尘粒集合体从电极上沉落于集尘器中 从而达到除尘的目的 特点 1 分离的作用力直接施之于粒子本身 而机械方法大多把作用力作用在整个气体 2 气流阻力小 耗电少 0 2 0 4度 1000m3 压损小 一般为200 500Pa 3 捕集细小颗粒 1 m左右 的效率高 4 除尘效率高 一般在95 99 最高可达99 9 5 处理气量大 可达105 106m3 h6 可在高温或强腐蚀性气体下操作 7 主要缺点是设备庞大 消耗钢材多 初投资大 要求安装和运行管理技术较高 各类除尘器的选择 1 机械式除尘器造价较低 维护管理方便 并耐高温 必须回收干尘或含尘气体遇湿有腐蚀作用时更适宜用这类除尘器 对5 m以下的微粒去除效率不高 当含尘浓度很高时 可作预处理除尘器 重力沉降室适宜尘粒粒径较大 要求除尘效率较低 又有足够场地的地方 惯性除尘器适宜排气量较小 要求除尘效率较低的地方 一般可直接装在风管上 旋风除尘器适宜要求除尘效率较低的地方 大量用于1 20t h的锅炉烟尘处理 目前 机械式除尘器应用最多的是旋风除尘器 2 湿式除尘器结构简单 投资低 除尘效率较高 能去除粒径很小的尘粒 并且在除尘的同时可去除一部分有害气体 如火电厂烟气脱硫除尘一体化多采用湿式除尘器 其缺点是用水量较大 废水和泥浆需二次处理 设备及构筑物易腐蚀 3 过滤式除尘器 袋式除尘器 适宜于要求除尘效率较高 排气量变化较大以及处理有回收价值的细小颗粒物的场合 但它投资较大 要求进气温度不超过滤袋材质所允许的温度 且气体温度在露点温度以上 粘性含尘气体进入除尘器时 含尘浓度超过尘粒的爆炸下限的不宜采用袋式除尘器 4 电除尘器适宜处理气量较大 要求除尘效率较高 又有一定维护管理水平的单位 它具有效率高 阻力小的优点 缺点是投资大 设备复杂 占地面积大 对操作 运行 维护管理水平要求较高 另外 对粉尘的比电阻要求较严格 二 气态污染物的治理方法 气态污染物控制方法主要有两种 分离和转化法1 分离法是指利用污染物与废气中其他组分的物理性质的差异使污染物从废气中分离出来 如物理吸收 吸附 冷凝及膜分离2 转化法是指使废气中污染物发生某些化学反应 把污染物转化成无害物质或易于分离的物质 如催化转化法 燃烧法 生物处理法 电子束法等 1 二氧化硫的脱硫方法1 燃料的脱硫 重油脱硫 在催化剂作用下通过高压加氢反应 切断碳与硫的化学键 使氢与硫作用形成H2S从重油中分离2 烟气的脱硫 按脱硫剂的形态分湿法 把烟气中SO2和SO3转化为液体和固体化合物 从而把它们从排出的烟气中分离出来 其中有石灰乳法 氨法等 干法 采用固体粉末或非水的液体作为吸收剂或催化剂进行烟气脱硫 这种脱硫法又可分为吸附法和化学吸收法等 优缺点比较 干法优 净化后烟气温度降低很多 从烟囱向大气排出时易扩散 无废水问题 缺 脱硫率低 湿法优 脱硫率高 易操作控制 缺 存在废水后处理问题 烟气经洗涤处理后 烟气温度降低较多 不利于高烟囱排放扩散稀释 易造成污染 目前实际中广泛使用的是湿法 因为SO2酸性气体 采用碱液吸收 2 氮氧化物的脱硫方法 1 NOx组成 N2O NO NO2 N2O3 N2O4 N2O5 对大气造成污染的主要是NO NO2 2 目前的净化方法有 非选择性催化还原法 选择性催化还原法 吸收法 吸附法等 催化还原法是利用铂 或钴 镍 铜 铬 锰 等的金属氧化物为催化剂 以氢或甲烷等还原性气体作为还原剂 将烟气中的NOx还原成N2 利用某些溶液作为吸收剂 吸收烟气中的氮氧化合物 3 综合防治汽车尾气 汽车排放的废气主要由碳氢化合物 HC 和氮氧化合物 NOX 等组成 易形成光华学烟雾 对汽车尾气要采取综合防治措施 1 加强立法管理 2 技术措施机内净化机外净化3 燃料的改进与替代 大力发展环保汽车 汽车尾气内净化技术机内净化技术是采用以改善发动机燃烧过程为主的各种机内净化技术 用可燃混合气的质量和燃烧状态来控制有害气体的产生 使汽车排放中有害气成分减至最少 主要有 废气再循环