吸收净化、吸附净化、催化转化、燃烧转化、生物转化等气态污染物控制方法

文章导读

大气中的污染物会对人类产生不良的影响，治理大气污染已成为节能减排的主要措施之一。本文总结气态污染物的六种控制方法，包括吸收净化、吸附净化、催化转化、燃烧转化、生物转化以及其他净化方法。

第一节 吸收净化

 

概述：吸收是利用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。吸收分物理吸收和化学吸收。

　　

1.     吸收平衡

　　

（1）物理吸收：亨利定律描述气液间的平衡→P=E·x。

　　

（2）化学吸收：利用相平衡与化学平衡来计算某组分的总浓度。

　

2.     双膜理论

　　

吸收是气相组分向液相转移的过程。一个假设理论：假设在气—液界面两侧各存在一个静止膜，在气相一侧称为气膜，在液相一侧称为液膜。在膜外气体或液体主体中，由于湍流扩散作用因而不存在浓度梯度。气相的扩散阻力全部在气膜内，液相扩散阻力全部在液膜内，膜内仅发生分子扩散。因而。气液间的传质速率取决于通过气膜和液膜的分子扩散速率。

　　

3.     吸收设备

三大类→液膜表面吸收器、气泡表面吸收器和液滴表面吸收器。

第二节 吸附净化

 

概述：气体混合物与适当的多孔性固体接触时，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的表面上，这种分离气体混合物的过程称为气体吸附。特别用于用其他方法难以分离的低浓度有害物质和排放标准要求严格的废气处理。

　　

一．吸附过程：

　　

1.     物理吸附和化学吸附：物理吸附主要依靠分子间的范德华引力产生的，它可以使单分子层吸附也可以使多分子层吸附；而化学吸附是靠吸附剂与吸附质之间的化学键力产生的，只能是单层吸附。

　　

2.     吸附剂及再生：

　　

（1）要求：比面积大；选择性好，有利于混合气体的分离；具有一定的粒度、较高的机械强度、化学稳定性和热稳定性；大的吸附量；来源广泛，价格低廉。

　　

（2）再生方法：加热解析再生、降压或真空解析、置换再生法。

　　

二．吸附装置：固定床、流动床和沸腾床。

　　

三．固定床吸附装置的计算：穿透曲线法和希洛夫方程。

第三节 催化转化

 

概述：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物质的方法。该法与其他净化方法的区别在于：无需使污染物与主气体分离，避免了其他方法可能产生的二次污染，又使操作过程简化。另一方面，对不同浓度的污染物都具有很高的转化效率。

　　

一．催化作用与催化剂：

　　

1.     催化反应：催化剂加速反应速率是通过降低活化能来实现的。→反应物分子被催化剂表面的活性中心吸附后，形成了一种具有活性的络合物，使原分子的化学键松弛，从而降低了活化能。

　　

2.     催化剂：由主活性物质、载体和助催剂组成。→主活性物质一般附着在惰性载体上。载体有两个作用→提供大的比表面积和增大催化剂的机械强度。助催剂和主活性物质都附于载体上。

　　

二．气固相催化反应器及其计算：

　　

1.     气固相催化反应器的类型：单层绝热反应器、多段绝热器和列管式反应器。

　　

2.     接触时间：反应物通过床层的时间，等于空间速度的倒数。

第四节 燃烧转化

 

概述：通过热氧化作用将废气中是可燃有害成分转化为无害或易于进一步处理和回收的物质的方法。

　　

1.     空燃比：空气与燃料的质量比。

　　

2.     燃烧类型：直接燃烧、热力燃烧和催化燃烧。

　　

3.     热能回收：回收废热用于预热进口的冷废气、热净化气再循环、废热利用。

第五节 生物转化

 

概述：利用微生物的生命活动把废气中的气态污染物转化为少害甚至无害的物质。

　　

1．处理原理：生物处理可分为需氧生物氧化和厌氧生物氧化。

　　

2．生物净化方法：活性污泥法、微生物悬浮法、土壤法和堆肥法。

第六节 其他净化方法

 

1.     电子束照射法

　　

2.     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。

 

　　

3.石灰石-石膏法工作原理：利用石灰石粉料浆洗涤烟气，使石灰石与烟气中的SO2反应生成亚硫酸钙，脱去烟气中的SO2，再将亚硫酸钙氧化反应生成石膏。

　　

4.烟气吸收和氧化系统：

　　

（1）吸收塔：吸收塔是烟气脱硫系统的核心装置，需求持液量大、气液相见的相对速度高、气液接触面积大、内部构件少、压力降小等特点

　

（2）除雾器：净烟气出口设除雾器，通常为二级除雾器，装在塔的圆育顶部或塔出口弯道后的平直烟道上,并设置冲洗水,间歌冲洗除雾器。冷烟气中残余水分一般不能超过100 mg/m³，否则会玷污热交换器、烟道和风机等。

　　

（3）氧化槽:氧化槽的功能是接受和储存脱硫剂，溶解石灰石，鼓风氧化CaSO4,结晶生成石膏。

　　

5.SO2控制技术：

　　

（1）石灰石/石灰法湿法烟气脱硫技术

 

（2）氧化镁湿法烟气脱硫技术 

 

（3）海水烟气脱硫技术 

 

（4）湿式氨法烟气脱硫技术

 

（5）喷雾干燥法烟气脱硫技术

 

（6）循环流化床烟气脱硫

 

（7）双碱法烟气脱硫技术

 

（8）磷铵肥法烟气脱硫技术

 

（9）烟气生物脱硫

　　

6.氮氧化物控制技术：

 

（1）低NOx燃烧技术

 

（2）选择性催化还原法（SCR）烟气脱硝

 

（3）选择性非催化还原法（SNCR）脱硝

 

（4）湿法烟气脱硝技术

 

（5）烟气同时脱硫脱硝技术

　　

7.低氮燃烧原理：根据NOx的生成机理，抑制燃烧过程中NOx生成的技术原理主要是减少燃料周围的氧浓度，降低火焰值温度，以及将已经生成的NOx还原为N2。

 

种类：（1）低过量空气燃烧（2）空气分级燃烧（3）燃料分级燃烧 （4）烟气再循环技术（FGR）（5）循环流化床燃烧系统（补充）

　　

8. 选择性催化还原（SCR）原理：

　　

基本原理是采用NH3作为还原剂，将NOx还原成N2。SCR脱硝的基本过程是:将还原剂NH3均匀分布到320 ~400℃的烟气中，并与烟气一道通过一个填充催化剂的脱氮反应器,

　　

9.选择性非催化还原法（SNCR）原理：

　　

在选择性非催化还原法(SNCR)脱硝工艺中,尿素或氨基化合物在较高的反应温度(930~1090℃)注入烟气,将NOx还原为N2。还原剂通常注进炉膛或者紧靠炉膛出口的烟道。主要的化学反应可以表示为:

　　

10.VOCs控制技术：

　　

（1）预防性措施：替代产品、改进工艺、更换设备、防止泄漏等

　　

（2）控制性措施：末端治理

　　

种类及特点：

　　

（1）燃烧法控制VOCs污染：将有害气体、蒸汽、液体或烟尘通过燃烧转化为无害物质的过程称为燃烧法净化,该法适用于净化可燃的或在高温情况下可以分解的有害物质。化工、喷漆、绝缘材料等行业的生产装置中所排出的有机废气广泛采用燃烧净化的手段。燃烧法还可以用来消除恶臭。

　　

（2）吸收法控制VOCs污染：吸收法是采用低挥发或不挥发性溶剂对VOCs进行吸收，再利用VOCs分子和吸收剂物理性质的差异进行分离。吸收效果主要取决于吸收剂的吸收性能和吸收设备的结构特征。

　　

（3）冷凝法控制VOCs污染：冷凝法是利用物质在不同温度下具有不同饱和蒸气压这一性质,采用降低温度、提高系统的压力或者既降低温度又提高压力的方法,使VOCs冷凝并与废气分离。该法特别适用于处理废气体积分数在10-2以上的有机蒸气,不适宜处理低浓度的有机气体，而常作为其他方法净化高浓度废气的前处理,以降低有机负荷并回收有机物。

　　

（4）吸附法控制VOCs污染: 吸附法是将含VOCs的气态混合物与多孔性固体接触,利用固体表面存在的未平衡的分子吸引力或化学键力,把混合气体中VOCs组分吸附留在固体表面。

　　

（5）生物法控制VOCs污染: VOCs生物净化是附着在滤料介质中的微生物在适宜的环境条件下，利用废气中的有机成分作为碳源和能源，维持其生命活动,并将有机物同化为CO2、H2O和细胞质的过程。生物法处理VOCs的工艺主要有生物洗涤法、生物滴滤法和生物过滤法。