化工废气污染控制.ppt

第四章化工废气污染控制 第一节化工废气的来源 分类及特点 一 化工废气的来源1 反应过程 2 生产 搬运 使用过程 3 技术 管理过程 4 操作失误 5 二次污染 二 化工废气的分类按性质有机 无机及混合型 三 化工废气的特点1 种类繁多 2 组成复杂 3 污染物浓度高 4 污染面广 危害大 四 主要大气污染物对环境和人类产生危害的大气污染物有100种左右 化工生产过程中产生的污染污染物 主要有 颗粒物 气体之外包含于大气中的物质 包括固体 液体及气溶胶 总悬浮颗粒 TSP d10um飘尘d 10um硫化物 二氧化硫硫化氢氮氧化物 形成酸雨光化学烟雾消耗臭氧碳氢化合物 光化学烟雾碳氧化物 COCO2 五 废气中主要污染物的影响 六 大气污染物治理技术简介 大气污染物按其存在形态分为两大类 气溶胶态污染物 粉尘 烟尘 雾滴 尘雾等 利用污染物质量较大 采用除尘处理技术去除 气态污染物 SO2 NO2 CO NH3 H2S 有机废气等 可根据气体的物理性质和化学性质 采用冷凝 吸收 吸附 燃烧 催化等法处理 气溶胶 以固体或液体为分散相 气体为分散介质所形成的胶体系统称气溶胶 粉尘 烟尘均是微小的固体颗粒分散在空气之中 雾则是小液滴散在空气之中 第二节除尘技术一 粉尘的定义粉尘是一个通俗 笼统的称呼 严格地说应称为粒状物质 在标准状态下 它可包括固体和液体粒子 具体可分为以下三类 1 粉尘 是固体物质在破碎 研磨 爆破等机械过程中产生的粉粒 其形状不规范 粒度范围广 多在1um以上 大的可达100 200um 2 烟尘 由燃烧 蒸馏过程或化学反应等化工过程中产生的固体微粒 一般在1um以下 3 烟雾 水雾 是由液体机械分裂 蒸气凝结或化学反应产生的液体粒子 约1 10um 呈球形 二 粉尘的性质 粉尘的性质 对于确定采用的除尘方法有重要影响 重要的性质有粉尘的颗粒尺寸和密度 此外 还有比电阻率 附着性粒子形状 亲水性 腐蚀性 毒性和爆炸性等 1 粉尘粒子大小 粒径 粒径分布 粉尘由大小不同的粒子所组成 为了表示各种粒径粒子的多少 通常以各种粒径的粒子在全部粒子中的分级分率来说明 即用分级分布曲线 频率分布曲线 表示 叫f曲线 0 f x dx 100另外 粒子的组成也可用积分分布曲线的形式表示 R曲线 它反映大于或等于某一粒径的尘粒的质量之和占全部尘粒质量分率与尘粒直径之间的关系 关系 R f x dx 2 尘粒的密度 尘粒密度对于重力除尘及离心除尘等装置的性能有很大影响 由于粉尘往往是许多粒子的集合体 粒子之间有空隙 因而密度分为真密度 p 用于研究尘粒在气体中的运动 kg m3堆积密度 b 用于计算料仓 灰斗的容积 kg m3空隙率 由于粒子的堆积密度比真密度小得多 b 1 p 1 b p一般来说 大 粉尘愈细 越易飞扬 3 粉尘的电阻率 粉尘由于碰撞 磨擦 接触带电体等因素 几乎总带有一定量的电荷 尘粒电阻率的大小对电除尘和过滤除尘装置的效率有很大影响 一般 10 3 cm 炭黑 1014 cm 干石灰石粉 电除尘适宜电阻范围 104 2 1010 cm可通过改变温度 水份 添加化学药品等方法来改变电阻值 升温使电阻增大 加水减小电阻 加化学药剂可按要求改变电阻 4 粉尘的湿润性 润湿性 粉尘颗粒与液体接触后能够互相附着或附着的难易程度的性质润湿性与粉尘的种类 粒径 形状 生成条件 组分 温度 含水率 表面粗糙度及荷电性有关 还与液体的表面张力及尘粒与液体之间的粘附力和接触方式有关 粉尘的润湿性随压力增大而增大 随温度升高而下降润湿性是选择湿式除尘器的主要依据 5 粉尘的粘附性 粘附力 分子力 范德华力 毛细力 静电力 库仑力 粉尘颗粒附在固体表面或颗粒彼此相互附着的现象称为粘附 有利的一面 许多除尘依赖于分离下来的颗粒在捕集器表面的粘附 布袋 不利的一面 输送含尘气流的管道和设备中不希望发生 否则堵塞管道 必须计算好管径 6 粉尘的安息角与滑动角安息角 粉尘从漏斗连续落下自然堆积形成的圆锥体母线与地面的夹角滑动角 自然堆积在光滑平板上的粉尘随平板做倾斜运动时粉尘开始发生滑动的平板倾角安息角与滑动角是评价粉尘流动特性的重要指标安息角和滑动角的影响因素 粉尘粒径 含水率 颗粒形状 颗粒表面光滑程度 粉尘粘性 7 粉尘的自燃性和爆炸性 粉尘的自燃性自燃自然发热的原因 氧化热 分解热 聚合热 发酵热影响因素 粉尘的结构和物化特性 粉尘的存在状态和环境 粉尘的爆炸性 粉尘发生爆炸必备的条件 可燃物与空气或氧气构成的可燃混合物达到一定的浓度最低可燃物浓度 爆炸浓度下限爆炸浓度上限粉尘粒子浓度太小 燃烧放热太少 难以形成持续燃烧 不会发生爆炸 浓度太大 混合物中氧气浓度太少 也不会产生爆炸 存在能量足够的火源 中国淀粉行业著名企业河北省秦皇岛骊骅淀粉股份有限公司淀粉4号车间2月24日16时发生爆炸事故 专家现场初步分析 事故原因可能是车间粉尘爆炸所致 事故造成19人死亡49人受伤 三 除尘器的除尘效率 和压力损失1 除尘效率 除尘效率 根据气体进出除尘器时的烟气流量和含尘量来确定 S1 S2 S1 100 1 S2 S1 100 S1 除尘装置进口气体含尘流量g sS2 除尘装置出口气体含尘流量g s进口气量 m3 s Q1出口气量 m3 s Q2进口气含尘浓度 g m3 C1出口气含尘浓度 g m3 C2 1 C2Q2 C1Q1 100 当Q1 Q2时 即进气量与出气量不变 1 C2 C1 100 多级除尘效率 对于需除尘的气体 如果采用一种方法达不到除尘要求的话 可采取多级除尘方式 一般低效率的装在前面 高效率的装在后面 几种除尘方式组合串联使用 将提高除尘效率 计算 两级 总 1 2 1 1 1 2 1 2第一级装置排出的粉尘在第二级的除尘效率 如果有多级串联 则 总 1 1 i n 每个除尘装置的除尘效率n 除尘装置个数 2 影响因素 粒径的影响 除尘效率与颗粒的粒径有关 一般粒径大 易除去 效率高 粒径小 难除去 效率低 特定粒径的尘埃 除尘效率与粒径的关系为 除尘效率随尘粒直径的增大而提高 气体流量的影响 对于每种除尘装置 都有一个标准处理气体量QH 实际处理的气量Q 如果高于或低于QH 将会对除尘效率造成影响 1 袋式过滤器 2 电除尘器 3 旋风式分离器 4 文丘里洗涤器 尘粉浓度的影响 气体中尘粒浓度也影响除尘效率 3 压力损失 除尘器进出口压强差 Pa 一般为几百到几千帕 要求压力损失越小越好 可减少动力 节约能源 减小费用 原因 气体在管道内流动时 由于气体本身的粘滞性 管道四壁的粗糙度 气体流动的大小 方向变化而产生 有时是气体产生涡流 从压力损失计算耗电量经验公式 W 2 73 10 5Q PW 耗电量 kw hQ 气体流量 m3 h P 压力损失 Pa 四 除尘装置 1 分类 机械除尘器湿式除尘器电除尘器 10um过滤除尘器声波除尘器 重力除尘器 沉降室 惯性力除尘器 挡板式 10um离心力除尘器 旋风式分离器 机械除尘器通常指利用质量力 重力 惯性力和离心力 的作用使颗粒物与气体分离的装置 常用的有 重力沉降室惯性除尘器旋风除尘器 重力沉降室 重力沉降室是通过重力作用使尘粒从气流中沉降分离的除尘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层流式和湍流式两种 重力沉降室的优点结构简单投资少压力损失小 一般为50 100Pa 维修管理容易缺点体积大效率低仅作为高效除尘器的预除尘装置 除去较大和较重的粒子 惯性除尘器 机理沉降室内设置各种形式的挡板 含尘气流冲击在挡板上 气流方向发生急剧转变 借助尘粒本身的惯性力作用 使其与气流分离 结构形式冲击式 气流冲击挡板捕集较粗粒子反转式 改变气流方向捕集较细粒子 冲击式惯性除尘装置a单级型b多级型 反转式惯性除尘装置a弯管型b百叶窗型c多层隔板型 应用一般净化密度和粒径较大的金属或矿物性粉尘净化效率不高 一般只用于多级除尘中的一级除尘 捕集10 20 m以上的粗颗粒压力损失100 1000Pa 旋风除尘器 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 普通旋风除尘器是由进气管 筒体 锥体和排气管等组成气流沿外壁由上向下旋转运动 外涡旋少量气体沿径向运动到中心区域旋转气流在锥体底部转而向上沿轴心旋转 内涡旋气流运动包括切向 轴向和径向 切向速度 轴向速度和径向速度 旋风除尘器气流与尘粒的运动 旋风除尘器内气流与尘粒的运动 续 切向速度决定气流质点离心力大小 颗粒在离心力作用下逐渐移向外壁到达外壁的尘粒在气流和重力共同作用下沿壁面落入灰斗上涡旋 气流从除尘器顶部向下高速旋转时 一部分气流带着细小的尘粒沿筒壁旋转向上 到达顶部后 再沿排出管外壁旋转向下 最后从排出管排出 电除尘器 旋风除尘器对于dp 5 m的粒子效率低 必须借助外力 电场力等 捕集更小的粒子使尘粒荷电并在电场力的作用下沉积在集尘极上与其他除尘器的根本区别在于 分离力直接作用在粒子上 而不是作用在整个气流上具有耗能小 气流阻力小的特点 电除尘器的工作原理 三个基本过程悬浮粒子荷电 高压直流电晕带电粒子在电场内迁移和捕集 延续的电晕电场 单区电除尘器 或光滑的不放电的电极之间的纯静电场 双区电除尘器 捕集物从集尘表面上清除 振打除去接地电极上的粉尘层并使其落入灰斗 电除尘器 电除尘器 电除尘器的主要优点压力损失小 一般为200 500Pa处理烟气量大 可达105 106m3 h能耗低 大约0 2 0 4kWh 1000m3对细粉尘有很高的捕集效率 可高于99 可在高温或强腐蚀性气体下操作 电晕放电 金属丝放出的电子迅速向正极移动 与气体分子撞击使之离子化气体分子离子化的过程又产生大量电子 雪崩过程远离金属丝 电场强度降低 气体离子化过程结束 电子被气体分子捕获气体离子化区域 电晕区自由电子和气体负离子是粒子荷电的电荷来源 电除尘器的工作原理 湿式除尘器 使含尘气体与液体 一般为水 密切接触 利用水滴和尘粒的惯性碰撞及其它作用捕集尘粒或使粒径增大的装置可以有效地除去直径为0 1 20 m的液态或固态粒子 亦能脱除气态污染物高能和低能湿式除尘器低能湿式除尘器的压力损失为0 2 1 5kPa 对10 m以上粉尘的净化效率可达90 95 高能湿式除尘器的压力损失为2 5 9 0kPa 净化效率可达99 5 以上 湿式除尘器 根据湿式除尘器的净化机理 大致分为重力喷雾洗涤器旋风洗涤器自激喷雾洗涤器板式洗涤器填料洗涤器文丘里洗涤器机械诱导喷雾洗涤器 重力喷雾洗涤器是洗涤器中最简单的一类 当含尘气体通过喷淋液体所形成的液滴空间时 因沉粒和液滴之间的惯性碰撞 截留及凝聚等作用 较大的粒子被液滴捕集 夹带了沉粒的液滴将由于重力而沉于塔底 为保证塔内气流分布均匀 采用孔板型气流分布板 塔顶安装除雾塔 以除去那些微小液滴 重力喷雾洗涤塔的除尘效率取决于液滴大小 粉尘空气动力直径 液气比 液气相对运动速度和气体性质等 能有效地净化50 m以上颗粒 压力损失一般小于250Pa 塔断面气流速度一般为0 6 1 5m s 除了逆流型式 还有错流型式的喷雾塔 重力喷雾洗涤器结构简单 压力损失小 操作稳定 经常与高效洗涤器联用 旋风洗涤器 先是利用高压离心风机的吸力 把含尘气体压到装有一定高度水的水槽中 水浴会把一部分灰尘吸附在水中 经均布分流后 气体从下往上流动 而高压喷头则由上向下喷洒水雾 捕集剩余部分的尘粒 自激喷雾洗涤器是依靠气流自身的动能 冲击液体表面激起水滴和水花的除尘器 自激喷雾的优点是含尘浓度高时能维持高的气流量 液气比小 一般低于0 3L m3 压力损失范围为500 4000Pa 颗粒的捕集机理主要是颗粒与液体表面和雾化液滴之间的惯性碰撞 液滴的大小和洗涤器内的液比取决于洗涤器的结构和气流流速 切割直径变化范围从低速气流冲击的几微米到高速气流冲击的十分之几微米 在这类洗涤器中 液体的流动是由气体诱导的 供水主要用于补充水和清洗水 文氏管湿式除尘器是一种高能耗高效率的湿式除尘器 含尘气体以高速通过喉管 水在喉管处被湍流运动的气流雾化 尘粒与水滴之间相互碰撞使尘粒沉降 这种除尘器结构简单 对0 5 5um的尘粒除尘效率可达99 以上 但其费用较高 该除尘器常用于高温烟气降温和除尘 也可用于吸收气体污染物 1 文氏管湿式除尘器的工作原理文氏管湿式除尘器的除尘过程 可分为雾化 凝聚和脱水三个环节 前两个环节在文氏管内进行 后一环节在脱水器内完成 含尘气体由进气管进入收缩管后流速逐渐增大 在喉管气体流速达到最大值 在收缩管和喉管中气液两相之间的相对流速达到最大值 从喷嘴喷射出来的水滴 在高速气流冲击下雾化 能量由高速气流供给 在喉口处气体和水充分接触 并达到饱和 尘粒表面附着的气膜被冲破 使尘粒被水湿润 发生激烈的凝聚 在扩散管中 气流速度减小 压力回升 以尘粒为凝结核的凝聚作用形成 凝聚成粒径较大的含尘水滴 更易于被捕集 粒径较大的含尘水滴进入脱水器后 在重力 离心力等作用下 干净气体与水 尘分离 达到除尘之目的 湿式除尘器 主要湿式除尘装置的性能和操作范围 湿式除尘器的优点 在耗用相同能耗时 比干式机械除尘器高 高能耗湿式除尘器清除0 1 m以下粉尘粒子 仍有很高效率 可与静电除尘器和布袋除尘器相比 而且还可适用于它们不能胜任的条件 如能够处理高温 高湿气流 高比电阻粉尘 及易燃易爆的含尘气体在去除粉尘粒子的同时 还可去除气体中的水蒸气及某些气态污染物 既起除尘作用 又起到冷却 净化的作用 湿式除尘器的缺点 排出的污水污泥需要处理 澄清的洗涤水应重复回用净化含有腐蚀性的气态污染物时 洗涤水具有一定程度的腐蚀性 因此要特别注意设备和管道腐蚀问题不适用于净化含有憎水性和水硬性粉尘的气体寒冷地区使用湿式除尘器 容易结冻 应采取防冻措施 过滤式除尘器 使含尘气流通过过滤材料将粉尘分离捕集的装置分类 空气过滤器滤纸或玻璃纤维 颗粒层除尘器砂 砾 焦炭等颗粒物 袋式除尘器纤维织物 袋式除尘器 采用纤维织物作滤料的袋式除尘器 在工业尾气的除尘方面应用较广除尘效率一般可达99 以上效率高 性能稳定可靠 操作简单 因而获得越来越广泛的应用 袋式除尘器的工作原理 含尘气流从下部进入圆筒形滤袋 在通过滤料的孔隙时 粉尘被捕集于滤料上沉积在滤料上的粉尘 可在机械振动的作用下从滤料表面脱落 落入灰斗中粉尘因截留 惯性碰撞 静电和扩散等作用 在滤袋表面形成粉尘层 常称为粉层初层 袋式除尘器的工作原理 新鲜滤料的除尘效率较低粉尘初层形成后 成为袋式除尘器的主要过滤层 提高了除尘效率随着粉尘在滤袋上积聚 滤袈两侧的压力差增大 会把已附在滤料上的细小粉尘挤压过去 使除尘效率下降 除尘器压力过高 还会使除尘系统的处理气体量显著下降 因此除尘器阻力达到一定数值后 要及时清灰清灰不应破坏粉尘初层 2 除尘器的除尘机理及使用范围 3 除尘装置的选择和组合 评价净化装置性能的指标技术指标处理气体流量Q净化效率 压力损失 P经济指标设备费和运行费使用寿命占地面积气体性质粒径 浓度 粘附性 电阻率 使用温度 气体爆炸性等 第三节气态污染物的处理技术 一 吸收法 1 定义 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 气态污染物如 SO2 H2S HF NOx等都可选择适宜的吸收剂和吸收设备处理 有时可回收有用产品 也可考虑与除尘结合治理 气体吸收可分为物理吸收和化学吸收 物理吸收 溶解的气体与溶剂或溶剂中某种成分并不发生任何化学反应 如重油吸收烃类蒸气或用水吸收醇和酮类物质 化学吸收 溶解的气体与溶剂或溶剂中某种成分发生化学反应 一种快速发生的化学反应发生物质的转变 导致气体平衡蒸气压的降低 有利于吸收操作 双碱法脱硫属于化学吸收 为了提高吸收速度 增大对有害组分的吸收率 减小吸收液用量和设备尺寸 要求对有害组分的溶解度尽量大 对其余组分则尽量小 为了减少吸收液的损失 其蒸气压应尽量低 为了减少设备费用 尽量不采用腐蚀性介质 粘度要低 比热不大 不起泡 尽可能无毒 难燃 且化学稳定性好 冰点要低 来源充足 价格低廉 最好能就地取材 易再生和重复使用 使用中有利于有害组分的回收利用 1 吸收液的选择 2 吸收液 水吸收易溶于水的有害气体 水吸收效率与吸收温度有关 一般随温度升高 吸收效率下降 当废气中有害物质含量很低时 水的吸收效率很低 这时应改用其他效率较高的吸收液 碱性吸收液吸收能和碱起反应的有害气体 如二氧化硫 硫化氢 氯化氢 氯气 氮氧化物等 常用的碱性吸收液有 氢氧化钠 氢氧化钙 氨水 碳酸钠等 2 吸收液类型 酸性吸收液可以增加有害气体在稀酸中的溶解度或发生化学反应 如一氧化碳和二氧化氮在一定浓度的稀硝酸中的溶解度比在水中大得多 浓硫酸也可以吸收一氧化氮 有机吸收液有机废气可以用有机吸收液 如洗油吸收苯和沥青烟 聚乙烯醚 冷甲醇 二乙醇胺等均可作为有机吸收液 能去除一部分有害酸性气体 如硫化氢 二氧化碳等 3 吸收设备 主要作用 使气液两极充分接触 以便很好地进行质量传递 填料塔 内装各种形式填料 球形 环形等板式塔 水平塔板 上有小孔 形如筛 喷淋塔 吸附液从中上部经喷嘴成雾状或雨滴状喷出 气体由下部上升 接触 吸收 二 吸附法 1 定义 气体混合物与适当的多孔性固体接触 利用固体巨大表面积上存在的分子引力或化学键力 把混合物中某一组分或某些组分留在固体表面上 这种分离气体混合物的过程称为气体吸附 2 常用吸附剂 骨粉 硅胶 矾土 氧化铝 铁矾土 漂白土 分子筛 主要用于气体干燥 丝光沸石 活性炭等 3 吸附剂选择原则 吸附量大 特别是保持吸附量大 选择性好 解吸容易 机械强度高 化学稳定和热稳定性好 阻力小 吸附剂便于再生 廉价 易得 大气污染控制方面应用最广的吸附剂是活性碳 4 吸附过程 A 气体与固体表面接触吸附B 分开未吸附气体C 吸附剂再生或更换 气体吸附可分为物理吸收和化学吸收 5 吸附装置类型 根据吸附器内吸附剂床层特点 吸附装置可分为 固定床 气体流动 吸附剂不动 移动床 气体和吸附剂以一定速度逆向运动接触 流化床 吸附剂在筛板上处于流化状态 三 催化法 1 定义 利用催化剂的催化作用 将废气中的气体有害物质转化为无害物质或转化为易于去除的物质的一种废气治理技术 包括 催化氧化法 在催化剂作用下 有害气体与空气中的氧气反应而发生转化 催化还原法 在催化剂作用下 有害气体与还原性气体反应而发生转化 2 特点 优点 无须分离污染物与主气流 避免二次污染 缺点 催化剂价格高 易中毒而失去活性 催化剂一般是金属或金属盐 载在表面积大的惰性载体上 主要是表面20 30nm起催化作用 催化剂的金属或金属盐 一般是贵金属 主要有 铂 钌 钯 铑 锰 铁 钴 铜 钒等 载体 氧化铝 铁钒土 石棉 陶土 活性炭 金属丝等 载体形状 球状 圆柱状 丝状 网状 蜂窝状等 使用时要注意防止催化剂中毒 催化剂中毒 气体中杂质作用而失去催化性 3 催化转化装置 四 燃烧法 通过热氧化反应将废气中的可燃有害成分转化为无害物质的方法 五 冷凝法 利用物质在不同温度下具有不同饱和蒸气压的性质 采用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 主要用于处理高浓 10000cm3 m3 有机物废气 主要有列管式和喷淋式两种方法 第四节二氧化硫污染及其治理 一 二氧化硫排放来源及其毒性二 脱硫技术概述三 主要烟气脱硫工艺 硫循环与硫排放 一 二氧化硫排放来源 人类使用的化石燃料都含有一定量的硫燃料燃烧时 其中的硫大部分转化为SO2 二 脱硫技术概述 1 煤脱硫物理法利用硫化铁的顺磁性及相对密度大于煤 采用高梯度磁分离法或重力分离法脱硫率60 化学法将硫化铁转化为硫酸亚铁和硫 硫酸亚铁氧化为硫酸铁 循环使用汽化法经气化 硫转化为硫化氢液化法高温 高压和催化剂作用下液化 通氢 硫转化为硫化氢洗涤法压碎洗涤 2 重油脱硫高压 催化加氢硫转化为硫化氢 1 燃料脱硫 燃烧前脱硫 煤炭的固态加工煤炭洗选物理洗煤物理选煤是根据煤炭和杂质物理性质 如粒度 密度 硬度 磁性及电性等 上的差异进行分选 主要的物理分选方法有 重力选煤 包括跳汰选煤 重介质选煤 斜槽选煤 摇床选煤 风力选煤等 电磁选 利用煤和杂质的电磁性能差异进行分选 这种方法在选煤实际生产中没有应用 化学洗煤化学选煤是借助化学反应使煤中有用成分富集 除去杂质和有害成分的工艺过程 微生物洗煤微生物选煤是用某些自养性和异养性微生物 直接或间接地利用其代谢产物从煤中溶浸硫 达到脱硫的目的 我国以物理选煤为主 跳汰占59 重介质选煤占23 浮选占14 燃烧前脱硫 煤炭的转化煤的气化采用空气 氧气 CO2和水蒸气作为气化剂 在气化炉内反应生成不同组分不同热值的煤气移动床 流化床和气流床三种方法煤的液化通过化学加工转化为液态烃燃料或化工原料等液体产品 燃烧前脱硫 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 烟气脱硫 FGD 目前唯一大规模商业化的脱硫方式 烟气脱硫主要利用各种碱性吸收或吸附剂捕集烟气中的SO2 将其转化为较为稳定且易机械分离的硫化合物或单质硫 从而达到脱硫的目的 1 湿法 2 干法 三 主要烟气脱硫工艺 目前应用最广泛的脱硫技术 1 石灰石 石灰法洗涤 2 氨法 氨水做吸收剂 氨 硫酸氨法 氨 亚硫酸氨法 3 钠碱法 是采用钠化合物 氢氧化钠 碳酸钠或亚硫酸钠 和石灰或石灰石来处理烟气中的二氧化硫 首先使用钠化合物溶液吸收二氧化硫 然后使其与石灰或石灰石进行反应 生成亚硫酸钙或硫酸钙沉淀 再生后的氢氧化钠溶液返回吸收塔循环使用 此法的特点是 吸收效率较高 可达95 以上 而且吸收系统不生成沉淀物 没有结垢和堵塞问题 其主要缺点是由于烟气中有氧的存在 部分亚硫酸钠被氧化成硫酸钠 硫酸钠较难再生 因此需要不断地向系统补充碳酸钠或氢氧化钠 成本相对较高株冶集团成功运用钠碱法进行烟气脱硫 3 双碱法 用碱金属盐类或碱类水溶液吸收SO2 后用石灰或石灰石再生解决结垢问题和提高SO2的利用率 稀硫酸 石膏法 千代田法 该法以稀硫酸吸收废液中的二氧化硫 然后在氧化塔中 催化剂存在条件下氧化制成硫酸 一部分硫酸循环使用 一部分送去与石灰石反应生成石膏 缺点 稀硫酸腐蚀性较强 必须采取防腐措施 所得硫酸浓度过低 不便运输和使用 4 吸附法活性炭价格高 寿命短 该法受到限制 第五节氮氧化物污染及其治理 一 氮氧化物的性质及来源二 燃烧过程NOx的形成机理三 低NOx燃烧技术原理四 烟气脱硝技术 一 氮氧化物的性质及来源 NOx包括N2O NO N2O3 NO2 N2O4 N2O5大气中NOx主要以NO NO2的形式存在NOx的性质N2O 单个分子的温室效应为CO2的200倍 并参与臭氧层的破坏NO 大气中NO2的前体物质 形成光化学烟雾的活跃组分 NOx的性质 NO2 强烈刺激性 来源于NO的氧化 酸沉降NOx的来源固氮菌 雷电等自然过程 5 108t a 人类活动 5 107t a 燃料燃烧占90 95 以NO形式 其余主要为NO2 二 燃烧过程NOx的形成机理 1 形成机理燃料型NOx燃料中的固定氮生成的NOx热力型NOx高温下N2与O2反应生成的NOx瞬时NO低温火焰下由于含碳自由基的存在生成的NO 热力型NOx的形成产生NO和NO2的两个重要反应上述反应的化学平衡受温度和反应物化学组成的影响平衡时NO浓度随温度升高迅速增加 瞬时NO的形成 碳氢化合物燃烧时 分解成CH CH2和C2等基团 与N2发生如下反应 火焰中存在大量O OH基团 与上述产物反应 三 改进燃烧法 1 低氧燃烧降低NOx的同时提高锅炉热效率CO HC 碳黑产生量增加 2 降低助燃空气预热温度燃烧空气由27oC预热到315oC NO排放量增加3倍 3 烟气循环燃烧降低氧浓度和燃烧区温度 主要减少热力型NOx 4 两段燃烧技术第一段 氧气不足 烟气温度高 NOx生成量很小第二段 二次空气 CO HC完全燃烧 烟气温度低 四 烟气脱硝技术 1 碱液吸收必须首先将一半以上的NO氧化为NO2NO NO2 1效果最佳 2 稀硝酸吸收 3 吸附法吸附剂 活性炭 分子筛 硅胶 含氨泥煤NOx和SO2联合控制技术吸附剂 浸渍碳酸钠的 Al2O3 NOx在稀硝酸中的溶解度比在水中要高 第五章化工废渣处理及其资源化 生产工序废渣 碱渣 硫铁矿渣 铬渣 电石渣 下脚料 辅助工序废渣 生活垃圾 沉淀污泥 活性污泥 废气处理收集物等 第一节概述一 化工废渣的来源 二 化工废渣的特点 占全国6 16 工业的7 24 1985年 1 产生和排放量大 2 3成废物 其中1 2是固废 1 3成废渣排放 2 危险物种类多 有毒物含量高 有机废物 重金属离子 3 废弃的再资源化可能性大 锅炉渣 筑路 铺路 建材有机废物热解燃料气或油可提供燃料 三 对环境的影响 1 土壤 占用大量土地 毒化 酸化 碱化土地 渗出液中的有害成分 会改变土地结构 影响微生物生长 妨碍植物根系生长 有毒分在土壤 动植物体内积蓄 2 水体 洪水 雨水带入地表水 填埋不合要求 污染地下水 如美国拉夫运河事件 在1950年代在运河附近埋进80多种化学废物 10多年后河水变臭 附近成人患无名病毒 儿童畸形 后来周围200多户搬迁 3 大气 尘粒随风飘扬 有些煤矸石含硫量高 自燃产生SO2 多种化工固体废弃物本身或焚烧时放出毒气 恶化周围环境 第二节化工废弃物处理技术 处理 通过物理 化学 物化 生化等方法 使废弃物转化为适于运输 储存 资源化利用以及最终处置的过程 处置 处理后的废弃物与无法处理的废弃物处理结果 填埋 处理方法分类 物理 化学 物化 生物 P168图5 2 一 压实 减容 1 概念 亦称压缩 是用物理方法提高固体废弃物的聚焦程度 增大其在松散状态下的单位体积质量 减少固体废弃物体积以便于利用和最终处理 2 流程 再生回收废弃物压实处理胚块沥青固化填埋 有毒有害垃圾 二 破碎 1 概念 用机械方法将废弃物破碎 减小颗粒尺寸 使之适于进一步加工或能经济地再处理 预处理 2 种类 剪切破碎 固定刀和活动刀之间剪切力 金属 木质塑料等冲击破碎 打击锤和固定板之间的强冲击力 玻璃瓦砾 混凝土 低温破碎 利用低温变脆的性质 液氮致冷 橡胶 塑料 湿式破碎 回收纸浆 在大量水的存在下 用破碎刀切碎纸浆 半湿式选择破碎 在半湿状态下 选择性地破碎 利用固体废弃物 耐剪切 耐压缩 耐冲击性能的差异 在半湿状态下 在特制的具有冲击 剪切作用的装置中 对废物选择性破碎 三 分选 1 概念 主要是依据各种废弃物物理性能的不同 进行选择分类 2 种类 1 筛分 利用固体粒度差 通过一定孔径的筛网振动来分离物料 2 重力分选 利用相对密度差 A 风力分选 在风力作用下 重固密度大 沉降速度大 运动距离近 轻固密度小 沉降速度小 运动距离远 B 惯性分选 密度 硬度差异回收密度 硬度大的组分 玻璃陶瓷重金属C 重液分选 将两种密度不同的废弃物置于密度在两者之间的介质中轻固 重固 固体悬浮液 氯化钙水溶液 四溴乙烷水溶液等 3 磁力分选 磁性差异 回收铁质 用磁分选机 4 浮力分选 浮选 根据固体颗粒表面物理 化学性质差异 在溶液中 加入浮选剂 并通入空气 使其中一种固体颗粒有选择性地吸附在泡上 浮上液体表面与液相分离 5 涡电流分离技术 将非磁性 导电的金属置于不断变化的磁场 金属内部产生涡电流并产生排斥力 从而分离金属物料 但是 排斥力与金属大小 属性 种类有关 并受表面状态影响 所以回收金属较困难 6 静电分离技术 利用物质电导率 热效应 带电作用不用 而分离被选物料的方法 分离塑橡 纤维纸 使性能不同的废物一方带正电 一方负电 7 光电分离技术 利用物质表面光反射性不同而分离物料的方法 即选定一个标准颜色 让不同颜色的物质通过光电分离器时 改变了光电放大管的输出电压 经电子装置增幅控制 瞬间喷射出压缩空气 而改变异色粒子的下落方向 P173图5 6 四 固化技术 三 四十年历史日本发起 物化法 P174表5 2 通过物理或化学法 将废弃物固定或包含在坚固的固体中 以降低或消除有害物质的溶出特性 水泥基固化法 石灰基固化法 热塑性材料固化法 高分子有机物聚合稳定法 玻璃基固化法 五 增稠和脱水 用于各种沉淀池污泥处理 减少体积 污泥 沉砂池沉渣 初沉池 二沉池 隔油池 气浮池 活性污泥 生物膜 电解泥渣 高炉洗气灰渣统称为污泥 特征 含水率高 需要增稠脱水 减少体积脱水 自然干化法 利用太阳自然蒸发污泥中的水分 机械脱水法 真空过滤机 板框压滤机 带式压滤机 离心脱水机 六 焚烧 化学法 焚烧是一种高温处理和深度氧化的综合工艺 通过焚烧 800 1000 使其中的化学活性成分 被充分氧化分解 留下的无机成分 灰渣 被排出 在此过程中 废弃物的容积减少 毒性降低 同时可达到回收热量及副产品的双重功效 优点 1 减容效果好 占地面积小 基本无二次污染 且可回收热量 2 焚烧是全天候的 不受气候条件限制 3 焚烧是一种快速处理方法 使垃圾变成稳定状态 填埋需几个月分解 而焚烧1个小时可达要求 4 除可处理城市垃圾外 还可处理许多其他有毒废物 缺点 1 基建投资大 占用资金期较长 2 热值要求高 3 排放一些不能从烟气中完全除去的污染物质 4 操作和管理要求高 设备 流化床焚烧炉 多段炉转窑 敞开式焚烧炉等 七 热解技术 在氧分压较低的情况下 利用热能 使可燃烧性化合物的化合键断裂 由大分子有机物转化为小分子的燃料气体 油 固形碳等 与焚烧不同 O2分压较高的条件 有机分完全氧化成CO2 H2O并放出能量 热解技术近年发展较快 由于城市垃圾变化 可烧成分 有机物增加 热值高7500KJ KG 相当于褐煤 是一个有前途的固体废物处理技术 优点 1 在氧分压较低的还原状态下进行 产生的NOX SOX HCl等二次污染较少 生成的燃料气 油能在低空气比下燃烧 因此废气量少 2 能处理不适于焚烧的固体废物 3 能量转换成有价值的 便于储存和运输的燃料 八 堆肥 生化法 城市垃圾各种处理方法 堆肥 焚烧 填埋 按需氧度可分为好氧堆肥或厌氧堆肥 按反应温度可分为中温堆肥或高温堆肥 堆肥技术是利用自然界广泛分布的细菌 放线菌 真菌等微生物 人为地促进可被降解的有机物稳定的向腐植质转化的生物化学过程 堆肥的产物可做土壤改良剂 可防止有机肥力减退 维持农作物的长期高产 第三节主要化工废渣的回收利用技术 塑料废渣 一 塑料废渣的性质 1 来源 树脂的生产过程塑料的制造加工过程包装材料2 三大性质 低温条件下可软化成型 熔融后固化催化剂 T P下 高分子分解为低分子烃类 种类繁多 性质各异 预分选 热分解处理 二 处理方法 再生处理法 根据不同性质回收利用 热分解法 加热使塑料高分子化合物的链断裂 使之变成低分子化合物问题单体 燃烧气或油类 再加以利用 一般希望尽可能在常压低温下进行 故需采用有效的催化剂 焚烧法 一般不用 因为 很多塑料含氯 聚氯正烯 燃烧产生大量氯化物 腐蚀设备 污染空气湿式氧化法 湿式氧化就是在一定的温度和压力条件下 使塑料渣在水溶液中进行氧化 转化成不会造成污染的物质 而且可以回收能源 化学处理法 利用塑料废渣的化学性质 将其转化为无害的最终产物的方法 有酸碱中和 氧化还原和混凝等方法 再生处理法 1 预分选 1 预分选的必要性 A 泥 沙 草木B 与金属等别种物质共同构成物件 电线等 2 预分选流程 水选干燥后排除铁粉碎 低温 水洗风选磁选 浮选 利用不同密度的液体 质金属 3 减少分选的困难可分类收集废塑料 2 再生处理法 单纯性再生 熔融再生法 概念 对单一种类热塑性塑料废渣的再生称再生处理法 工艺流程 塑料废渣粉碎机洗净装置干燥机挤出机切断机大块 冲击碱冼 酸冼加热熔融后成品塑料颗粒 可加入小块 剪切清水冲洗造粒增塑剂 稳定剂 颜料等 第四节污泥的处理与处置 在污水处理中 我们用各种不同的方法 将水处理干净了 但是又产生了新的问题 即二次污染 也就是污泥的处理问题 因为1污泥中含有大量的有毒有害物质 如细菌 病毒 寄生虫 有机物和重金属离子等 2污泥量非常大 约占处理水量的0 3 0 5 如进行深度处理污泥理还可能增加0 5到1倍 3投资大 建设费用占总贯用的20 50 最多可达70 污泥中含有相当多的有害成分 寄生虫卵 病原微生物 细菌 重金属离子 这些污染物排放到环境中 会对环境造成新的危害 可见污泥的处理是废水处理过程中的一个重要组成部分 对于一个污水处理厂来说 污泥处理的基建投资占总投资的50 左右 污泥处理的效果直接影响到废水处理的效果 甚至影响到废水处理的正常运行 悬浮固体初沉池 沉砂池污泥废水胶体化学污泥可溶的固体物质澄清池剩余活性污泥有机物二沉池腐殖污泥 一 污泥的种类及特性 1 污泥的种类及特性工业废水污泥沉淀污泥有机来源生活污水污泥性质成分给水污泥生物污泥无机特点 疏水性亲水性污泥量占总处理水量的0 3 0 5 体积 进行深度处理还将增加0 5 1 0倍工业废水污泥 1初次沉淀污泥 2腐殖污泥 生物膜法后 二次沉淀池污泥 3剩余活性污泥 活性污泥法后二沉池污泥4消化污泥 生污泥 上面三种 经厌氧消化处理后产生的污泥 5化学污泥 用混凝化学沉淀等化学方法处理污水所产生的污泥 2 污泥的特性 1 污泥的含水率 污泥中所含水分的质量与污泥总质量的百分比 污泥的含水率一般都很高 相对密度接近1 所以污泥的处理与处置一个重要的内容就是减容 2 污泥的挥发性固体和灰分 灼烧减重量 近似等于有机物含量灼烧残渣 无机物含量 3 污泥的含水特性 污泥中所含水分大致分为四类 空隙水 浓缩 70 浓缩处理毛细水 脱水 20 自然干化 机械脱水吸附水 内部水10 干燥 焚烧一般在污泥处理中 将几种方法结合在一起应用 先通过浓缩脱除大部分空隙水 使污泥从泥水状态变为泥浆 机械脱水 泥饼 泥灰 4 污泥的相对密度 污泥质量与同体积水质量的比值 二 污泥的处理和处置处理处置的目的 减量 稳定 无害化 综合利用处理方法 固液分离 浓缩 脱水 消化 调理 焚烧处置方法 填埋 投海处理处置工艺 固液分离消化调理浓缩消化调理脱水处置 三 污泥的调理 调理的主要任务是增大污泥颗粒的尺寸 使污泥易于浓缩和脱水 可以说是 浓缩脱水的预处理 比如对有机污泥 由于与水有很大的亲和力 并且可压缩性大 因而难以过滤脱水 所以为提高污泥的过滤脱水性能 调理相当重要 污泥由于它的水合作用和带电作用 其表面一般带负电荷 在水中呈稳定的分散状态 调理的目的是 克服水合作用和带电作用 排斥 使污泥内部的吸附水和结合水释放出来 提高污泥的沉降性能和脱水性能 污泥利用带电和排斥作用分散状态调理 脱水易于沉降 脱水 五种方法 1 化学调理一般综合2 3种絮凝剂投放 剂量由实验决定投加絮凝剂无机 FeCl3 AlCl3 Al2 SO4 3 石灰等有机 聚丙酰胺等 提高燃烧热值 成本高 污泥 形成颗粒大 孔隙多 结构强的滤饼但化学调理会造成污泥中无机物增加 燃烧价值降低 且污泥量增加 酸度发生变化 但价廉易得 2 热处理使污泥在压力下短时间加热 压力 1 1 5Mpa时间 20 120分钟温度 160 200 作用 破坏胶体结构 凝结固体 降低污泥固体与水的亲和力 消毒 除臭 释放吸附水 内部水 毛细水 对象 有机废水污泥 剩余活性污泥 生物污泥 优点 不加药剂 不增加滤饼量 除臭 消毒 缺点 消耗能量 操作要求高 有臭气放出 3 冷冻法 20 冷冻5小时因为温度大幅度变化 使胶体脱稳 凝聚 微生物细胞因冷冻破裂 细胞内部水分游离出来 污泥沉降性 脱水性能提高 4 辐射法 采用 射线和电子束辐射污泥 作用 杀菌消毒 提高沉降性 脱水性 污泥颗粒变大 5 淘洗 将污泥进行洗涤 以除去可能消耗大量药品的某些可溶性有机或无机组分 淘洗液中BOD COD都很高 需回流到废水装置处理 优 降低碱度 减少调理药品投放 缺点 费用高 细小固体回流后难处理 如洗涤消化污泥 现淘洗不常用 四 浓缩将污泥浓缩以减少体积 利于后工段的消化脱水 干化和焚烧 污泥水 空隙水 毛细水 吸附水 内部水 浓缩主要是降低污泥中的空隙水 重力浓缩 连续式 间歇式 气浮浓缩 离心浓缩 1 重力浓缩法 静止沉降脱水 用于初步脱水钢筋砼园形结构里面装有刮泥机和与之一起转动的垂直