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气态污染物净化技术研究开发的热点

时间:2019-03-04 13:08   作者: 点击:

  由于吸收剂接近于清液状态,设备被堵塞的可能性很小,运行比较稳定,设备的结构比较简单。

  悬浮液法对可溶性气态污染物净化效果较好。在20世纪70年代该方法国外己被用于处理动物脂肪加工厂、轻金属铸造厂废气,净化氨、硫酸、脂肪酸、乙醛、酮、酚等污染物。用污水处理厂污泥配制成的混合液作吸收剂,其脱除废气的复合型臭味效果很好,效率可达99%,而且能脱除较难治理的焦臭味。在活性污泥种添加5%(质量)粉末活性炭,能提高效果,并起消泡作用。

  悬浮液法净化废气的主要设备是生物洗涤器,由吸收器和反应器构成(或合二而0.吸收器中常用喷淋塔,反应器可用敞开或封闭的反应槽。生物洗涤器体积小,占地面积仅约为生物滤池让所需微生物在填料表面生长,形成数毫米厚的生物膜。被处理废气通过挂膜填料,其中的污染物被吸收并降解。向填料层喷洒营养液,以满足微生物生长需要,又可增加吸收效果。菌种需经过筛选,诺卡氏菌能降解芳香族化合物,丝状菌和黄色菌能降解三氯甲烷,分支杆菌能降解氯乙烯。

  生物膜法废气净化设备为滴滤器,由生物膜支持填料和喷洒构件组成。填料是关键,要求比表面积大、气液接触均匀,易于稳定挂膜,通气阻力小,不易堵塞。

  以生活垃圾、酿造或畜产品加工下脚料、农作物或植物秸秆、禽畜粪便等为原料,适当搭配并经好氧发酵、热处理后作过滤介质,对废气进行净化处理。

  堆肥法自20世纪70年代起己用于处理肉类加工厂、动物词养场、堆肥场等产生的有强烈臭味的气体;此外还用于肥料厂、畜产品加工场和烟草加工厂等,进行废气脱臭处理。

  土壤中的胶体颗粒,能将废气中的污染物吸附浓缩,再由微生物将其转化。地表300500mm土层内集中着大量细菌、放线菌、霉菌、藻和原生动物等微生物,每克土壤中有数亿个。土壤微生物的生长条件:温度5-30C,湿度50-70%,pH值78.土壤法可有效去除苯环类物质,如苯乙烯、甲苯等。

  近年来国外进行过利用绿化地带对道路机动车废气进行土壤处理的试验。国内(如上海)己进行过土壤对污水处理设施排气脱臭的工程尝试,还从国外引进生物净化装置用于卷烟厂。

  堆肥法和土壤法净化常用生物滤池,主要由配气管、气体分布层和堆肥或土壤滤层构成。

  生物滤池由于面积很大,一般设置在室外,受自然条件(气温、降水、日照等)影响大,过程难以控制,维护保养工作量大。生物滤箱是为了克服生物滤池的缺点设计的集约化、封闭式生物过滤器。生物滤箱主要由箱体、生物活性床层、配水器等构成。滤料是由多种有机物混合配制成的颗粒状物料,有较强的吸附性、生物活性和耐用性。由于滤料既是微生物载体,又含有营养物质,所以操作过程中只要适量喷水,不必添加营养物。

  20世纪60年代形成的等离子体化学,是基于高能物理、放电物理、放电化学、反应工程学、高压脉冲技术领域的一门交叉科学。利用等离子体净化气态污染物是20世纪70年代开始研究的,有的己进入应用阶段,大多数处于研究开发阶段,总体上显示出独特的优点和良好的发展前景。

  等离子体净化技术研究起始于烟气脱硫和脱氮,近年来在处理有机废气方面的研究也很活跃,并且还在探讨用于烟气脱除二氧化碳。

  等离子由电子、离子、自由基和中性粒子组成,是导电性流体,总体上保持电中性。由子等离子体中存在很多电子、离子、活性基和激发态分子等有很高化学活性的粒子,使得很多难以进行的化学反应能够发生。研究表明,等离子体是种效率高、能耗低、适用范围广的污染物净化手段。从节省能量的角度出发,气体净化过中采用低温等离子体。获得等离子体的方法很多,目前应用的主要有辐照法和放电法两类。

  3.1辐照法等离子体净化原理和装置辐照法用子烟气脱硫在20世纪70年代初提出,由日本原子能研究所与荏原制作所共同开发。

  20世纪80年代美国、德国等也积极进行研究和开发,并相继进行中间试验。我国已建成200MW燃煤发电厂机组的电子束辐照烟气脱硫试验工程。

  经高能电子束(或y射线)辐照,烟气中的二氧化硫和氮氧化物与氨反应,生成硫酸铵和硝酸铵颗粒物,再分离回收。这种对烟气同时进行脱硫和脱氮的方法,工艺流程简单,反应产物可。

  回收利用,无后处理问题。辐照法需要大功率电子加速器或Y射线及妥善的屏蔽防护措施,造价高;产物虽可作为肥料利用,但硫酸铵的肥效不高,且易引起土壤板结。不过据称,由于同时生成硝酸铵,既可提高肥效,又能减轻土壤板结电子束辐照通氨进行烟气脱硫脱氮工艺流程:经冷却、除尘后的烟气进入辐照反应器反应,再经电除尘期或袋式除尘器作气固分离,尾气排放,产物回收。温度对反应有显著影响,一般在8(TC运行效果好,所以对高温烟气要进行冷却。从安全出发,辐照室需设在钢筋混凝土结构的地下建筑物中。

  3.2放电法等离子体净化原理和装置放电发生电子雪崩,也能形成等离子体。目前通过放电形成低温等离子体的方式主要有电晕放电、介质屏蔽放电。

  3.2.1脉冲电晕放电等离子体净化在管一线或板一线电极之间施加电压,极间形成非均匀电场。当极间电压高达一定值,就会产生电晕放电。高频脉冲电晕放电引起空间电场剧烈突变,使基态分子获得很高的能量,从而解离,空间的气体迅速成为高浓度的等离子体。

  大量激发态、亚稳态游离粒子和各种离子、电子、光子等,都是促进化学反应的高活性粒子。

  在定向突变电场作用下,激发态的分子如果所获得的能量高于化学键结合能分子就会分解,并伴有电离。

  高压脉冲电晕放电等离子体废气净化设备的构造与电除尘器相近,但高压脉冲电源的技术要求更高,峰值电压700kV,脉冲宽度几十至几百纳秒。等离子体脱硫可加氨(或其他反应物)或不加氨,加氨可回收硫酸铵,不加氨可回收单质硫。国内试验表明,高压脉冲电晕放电等离子体烟气脱硫的直接能耗在0.5~0.62kWh/kgS02. 3.2.2介质屏蔽放电等离子体净化同轴设置内外管状电极,在外电极内侧和内电极外侧各加绝缘介质屏蔽层(或仅在其中一个电极表面加屏蔽层),就形成介质屏蔽放电管。在两电极间加高频交变电压,当电压达一定值,极间气体就会由于放电而形成等离子体。介质屏蔽的主要作用是使放电均匀、稳定,防止火化放电。

  近年来国内外对介质屏蔽放电等离子体净化废气的研究相当活跃,前景喜人。模拟烟气净化试验表明,其脱硫、脱氮效率很高,净化低浓度挥发性有机污染物(VOCs)效果很好。处理难降解的苯酚效果也很好,用于处理含二硫化碳废气的中试己获得成功。此外,用射频放电分解氯氟烃的实验表明,有氩和水存在的条件下,分解率近100%.许多研究成果已表明,介质屏蔽放电等离子体废气净化有独特的优点:净化效率高,且可处理低浓度污染物;通过气速高,所需停留时间短,反应器体积小,特别适合于处理大流量低浓度废气(传统方法难以适应):通气阻力低,能耗不高;若反应路线选择得当,可避免二次污染。

  介质屏蔽放电等离子体反应器与脉冲电晕放电等离子体反应器的不同之处在于,电极之间增加了绝缘介质屏蔽层。两者的供电电源不同,后者用峰值高、宽度小的高压脉冲电源,前者用高频(兆赫级)交变电源。

  等离子体污染物净化技术具有良好的应用前景,不但可用于废气处理和空气净化,而且在水处理方面也在进行研究,如对废水进行深度处理,转化难降解物质,还可对饮用水原水中的微量污染物进行高净化度处理。

  膜分离技术的应用开始于20世纪60年代,从海水淡化逐渐扩展到化工、医药、食品等生产过程,近年来在环保领域的发正越来越受到重视。

  在一定压差作用下,不同气体透过特定膜的速率不同。利用这种透过速率的差异,可将污染物与载气分离,达到净化废气的目的。膜分离过程简单,操作弹性大,控制比较方便,能在常温下进行,是值得研究开发的废气净化方法。膜分离技术除用于去除气态污染物外,近年来还用于细微颗粒的分离,即高效除尘。

  气体通过膜漏,由于膜的结构和化学特性不同,迁移机理不同。多孔质膜的微孔较大(几纳米以上),气体直接通过微孔扩散。孔径越大,气体渗透速率越高,但分离效率越低,为了有良好的分离效果,膜的孔径要与气体分子运动平均自由程相近或更小。多孔质膜的渗透速率主要受微孔大小和形状影响。

  非多孔质膜的微孔很小,气体渗透主要机理为溶解扩散。气体与膜接触,在膜表面溶解;由于沿膜厚度方向出现浓度梯度,气体分子在膜内扩散通过;到达另一表面后脱溶析出。气体通过非多孔质膜的迁移,受膜的成分、结构和性质影响很大。

  4.2分离膜的种类和特点气体分离膜有固体膜和液体膜两类。固体膜开发较早,应用较多;液体膜是近20年来发展起来的,-出现就受到重视,在气体分离方面有很好的应用前景(例如,固定液体膜hco3/co3可净化废气中的S02、NOx、(:02和H2S等)。此外,将膜分离与化学反应相结合成为杂化膜过程,如电化学膜与无机膜分离和膜基气体吸收。

  固体膜的种类很多,可按不同方式分类。按膜材料物质不同,可分为无机膜和有机膜。按膜的孔隙不同可分为多孔质膜、非多孔质膜和无机膜;多孔质膜的孔径较大,一般在5~30nm,如烧结玻璃、多孔醋酸纤维膜等;非多孔质膜也有孔,只是微孔孔径更小,如离子导电固体(氧化锆、氧化铅)、均质醋酸纤维、合成高分子材料(硅烷橡胶、聚碳酸酯等)。按膜的结构不同可分为同质膜和复合膜;同质膜有单一材料构成;复合膜一般由非多孔材料和多孔材料组成复合体。按膜的形状不同可分为片式、卷筒式、管式和中空纤维膜等。

  用于气体分离的主要是支撑液膜,它由液膜和聚合物支撑体构成。膜内载体与所选择的气体反应,在膜内形成促进传递的物质。在压强差和浓度差等推动力作用下,反应产物穿过膜,并在另一侧释放气体。这种膜有很高的渗透性和选择性。

  由于液膜物质仅靠毛细管力被吸附在支撑膜微孔内,当液膜两侧存在压差,液膜容易流失,从而使支撑液膜性能下降。若支撑液膜微孔内存在网状凝胶(凝胶支撑液膜),可显著增强膜的稳定性,而不明显影响渗透性。采用含液中空纤维(HCFLM)、在微孔中空纤维膜表面加超薄无孔聚硅氧烷层,均可提高稳定性。

  目前常见的膜分离设备有集束式和卷筒式两种。

  分离器由壳体、端板、压板和纤维膜束等组成,外壳直径100~250mm,长3~6m,内装10105根纤维,工作压强15MPa.被分离气体由头进入壳体空间,易渗透组分透过纤维壁进入中心孔道,汇集后由端部出口流出;难渗透组分留在膜外,并由另一端部出口排出。

  膜材料为外表面加涂层的中空纤维,纤维外径450-540um.用涂桂酮的聚讽纤维膜回收氢效果很好,可得到纯度98%的氢气。聚砜非对称膜厚约100nm,致密层约HMOOum,涂层厚约Inm.核心部分是卷筒式气体分离膜组件。卷筒中心是多孔集气管,膜和支撑物卷绕在管外。被处理的高压混合气由一段进入高压道,通过膜渗透出的易渗透组分由渗透流道流至中心集气管再流出(低压渗出气),难渗透组分由管外流道通至另一端排出(渗余气)。

  膜和支撑物组成膜叶,再卷成圆筒。膜叶三面封闭,使初始进气与分离出的气体隔开。圆筒组件直径2m、长lm、膜面积约14~25m2.一套设备由多个组件构成,其操作温度为0~6(TC,耐压为8MPa,处理气体流量在(6~12)xlmVh.醋酸纤维材料的非对称膜应用较多,可分离H2、co2、H2S水蒸气、碳氢化合物等。

  膜技术的应用开始于海水淡化,继而用于化工生产过程,现已广泛应用于纯水和优质饮用水制造,用于废水处理(如废水中难降解物质的转化、废水脱色)的研究和开发十分活跃。膜气体分离技术较早的开发应用是烟气脱除C02,在石油开采中用于3次采油。近年来国内已有膜基反应用于烟气脱硫和膜分离用于挥发性有机气体(VOCs)净化的试验研究。

  由于环境问题的突出,加强环境保护成为当前的迫切需要,环境产业为改善环境质量作出贡献是义不容辞的责任,这也是环保产业发展的难得机遇,环保产业应把握时机,在新的高度上发展壮大。

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