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1、温州大学课程教案学 院 生命与环境科学学院 课程名称 环境工程实验 学 时 48 教 材 水处理工程应用实验 授课教师 郑向勇 授课对象 2008年 2月 16日授课时间：20072008学年第二学期第二周授课类型：实验课程授课题目：填料吸收塔处理废气实验本授课单元教学目标：1了解大气污染的常规控制技术；2掌握填料吸收塔处理大气的原理；3掌握填料吸收塔处理大气的工艺流程；4掌握CO2分析仪的使用方法；本授课单元教学重点和难点：1 填料吸收塔处理废气的原理2 填料吸收塔处理废气的一般工艺流程3 填料吸收塔处理废气的性能指标本授课单元教学过程设计：一、实验意义和目的1. 了解大气污染的常规控制技术
2、2. 掌握填料吸收塔处理大气的原理；3. 掌握填料吸收塔处理大气的工艺流程；4. 掌握CO2分析仪的使用方法。二、实验原理大气污染具有不可见性、广泛性、长期性、控制的长期性等特点，已经愈来愈成为人们研究的重点。当前大气方面人们所急需面临解决的问题有：温室效应、臭氧层破坏、酸雨、汽车尾气排放等方面。其中，酸雨问题的成因源于空气中的酸性污染物，主要是由于化石能源燃烧引起的SO2和NOX大量传播造成的。我国是燃煤大国，1995年SO2排放量已上升到2370万吨成为世界SO2排放第一大国,其中燃煤产生的SO2排放量占到总排放量的90%。目前我国在低浓度SO2冶炼烟气的净化处理方面仍处于适宜工艺技术的试
3、验研究阶段。治理SO2污染，最常用的方法是湿法烟气脱硫。湿法脱硫设备多种多样，按工艺设备可分为有填料塔、板式塔、浮球塔、旋流塔等；按吸收方法又可分为石灰法、氧化镁法、双碱法、氨法等。含SO 2的气体可采用吸收法净化。由于SO2在水中溶解度不高，常采用化学吸收方法。吸收SO2吸收剂种类较多，本实验采用NaOH溶液作吸收剂，采用填料塔吸收去除SO2,过程发生的主要化学反应：2NaOH+SO2=Na2SO3+H2O Na2SO3+SO2+H2O=2NaHSO3又考虑到SO2毒性较大，本实验采用CO2来代替SO2，其过程中发生的主要化学反应是：2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O Na2CO3+C
4、O2+H2O=2NaHCO3本实验的反应装置如图1所示，其中填料塔内装多面空心球填料，乱堆在下部栅格式支撑板上，气体从塔底部被吸入，吸收液由泵打入到填料塔内，经分布器被淋洒到填料层表面，液体在填料表面分散成液膜，经填料间缝隙下流，或呈液滴落下，填料层的润湿表面就成为气、液接触的传质表面，并在此发生气体的吸收反应之后，吸收液由塔下部排出，进入受液槽，废气从塔底进入，处理之后由塔顶排出。正确地选择吸收设备的型式是保证经济有效地分离或净化废气的关键，性能良好的填料吸收塔应该具有以下要求：（1） 气液之间应有较大的接触面积和一定的接触时间；（2） 气液之间扰动强烈，吸收阻力低，吸收效率高；（3） 气流
5、通过时的压力损失小，操作稳定；（4） 结构简单，制作维修方便，造价低廉；（5） 应具有相应的抗腐蚀和防堵塞能力；相比其它工艺，填料吸收塔的优点是：结构简单，没有复杂的部件；适应性较强，根据净化要求可更换不同的填料和增、减填料层高度；气流阻力小，能耗低；允许操作条件在较大范围内变化、投资较低。缺点是：对于含尘浓度较大的烟气，特别式易产生结垢的烟气不宜采用。图1 填料吸收塔处理废气装置三、实验仪器及设备1、填料气体吸收塔模型2、CO2气体钢瓶3、N2或者空气钢瓶4、CO2分析仪器5、天平6、烧杯四、实验药品NaOH五、实验步骤1、按图正确连接实验装置，并检查系统是否漏气；2、秤取约1kg左右的Na
6、OH固体，通过加料口加入到填料塔中；3、开启填料吸收塔的循环泵，运行10分钟左右，充分溶解加入的NaOH固体；4、开启CO2分析仪器电源，进行预热，调零；5、打开CO2和氮气钢瓶，并调整好流量，同时开启引风机；6、进气约5分钟后稳定之后，开始测试系统进出口的CO2浓度；7、每隔5分钟测试1次，记录共3个点，并计算此过程中的填料塔的平均去除效率去除效率计算公式：(1一C2/C1)100 式中：C1吸收塔入口处气体中CO2的浓度，mg/M3； C2吸收塔出口处气体中CO2的浓度，mg/M3。六、思考题1、填料吸收塔应当具备哪些性能要求2、填料吸收塔具有哪些优缺点授课时间：20072008学年第二学
7、期第三、四周授课类型：实验课程授课题目：有害废物的固化处理实验本授课单元教学目标：1理解有害废物的水泥固化基本原理，熟悉水泥固化过程；2理解并掌握毒性浸出试验操作、安全评价方法；3了解原子吸收分光光度计的使用操作。本授课单元教学重点和难点：1 原子吸收分光光度计的使用方法2 有害废物水泥固化的基本原理本授课单元教学过程设计：一、实验目的1、理解有害废物的水泥固化基本原理，熟悉水泥固化过程；2、理解并掌握毒性浸出试验操作、安全评价方法；3、了解原子吸收分光光度计的使用操作。二、实验原理固体废弃物是生产和消费过程中产生的固态、半固态废弃物的总称，包括城市生活垃圾(亦称城市固体废物)、有害有毒固体废
8、物和无毒无害固体废物三大类。有害有毒废物又称为危险废物，包括医疗垃圾、医药废物、废树脂、废酸和废碱、染料涂料废物和含重金属废物等。固体废弃物的不适当堆置除有损环境美观外还产生有毒有害气体和扬尘，污染周围大气；废物经雨水淋溶或地下水浸泡，有毒有害物质随淋滤水迁移，污染附近江河湖泊及地下水；同时淋滤水的渗透破坏了土壤团粒结构和微生物的生存条件，影响植物生长发育；大量的生活垃圾又是病原菌的孽生地。因此固体废物是污染环境的重要污染源。固体废弃物既是有害于人类的废物，又是可供开发利用的二次资源。当前各国固体废物处置方法主要有填筑法、固化法、焚化法、生物法和化学法等。固化（也称为稳定化）是指将有害废物和固
9、化剂或粘结剂经过混合后发生化学反应而形成坚硬的固状物，使有害物固定在固状物内，或是用物理方法将有害物密封包装起来的方法。有害物经过固化之后，其渗透性和溶出性均可降低，所得的固化块能安全得运输和进行堆存或填埋，对稳定性和强度适宜的产品可以作为筑路的基采使用。目前常使用的固化剂有无机和有机两大类。无机固化剂主要有水泥、石灰、石膏、水玻璃、氯化钙、硫酸铝、无定形硅灰、粉煤灰、炉渣、水泥窑灰、高炉矿渣等；有机固化剂主要有三乙醇胺、聚乙烯醇、甘油、酚醛树脂、氨基甲酸乙脂聚合物、聚乙烯等。固化处理按原理可以分为包胶固化、自胶结固化、玻璃固化和水玻璃固化。包胶固化是采用某种固化基材对于废物块或废物堆进行包覆
10、处理的一种方法。对废物的包覆方法，一般可分为宏观包胶和微囊包胶。宏观包胶是把干燥的未稳定化处理的废物用包胶材料在外围包上一个外壳，使废物与环境隔离；微囊包胶是用包胶剂包覆废物的微观粒子。宏观包胶工艺简单，但包胶材料一旦破裂，被包覆的有害物质就会进入环境，造成污染。防止固化体破裂的工艺要求高，成本也会随之增加。微囊包胶便于做到有害废物的安全处置，是目前国际上较多采用的处理技术，微囊包胶基材有水泥、石灰、热塑性材料和有机聚合材料等。而水泥基固化是基于水泥的水合和水硬胶凝作用而对废物进行固化处理的一种方法。 水泥与适量的水拌和后，最初形成具有可塑性的水泥浆体，经过一定时间，水泥浆体逐渐变稠失去塑性，
11、这一过程称为硅酸盐水泥的凝结；凝结后开始产生强度并逐渐提高，变成坚硬的人造石水泥石，这一过程称为硅酸盐水泥的硬化。而在硬化阶段，尽管水泥已经硬化，但是它的物理化学反应仍在继续进行，而且还要保持很久，使其强度继续增加。凝结与硬化是一个连续复杂的物理化学反应过程，水泥的凝结硬化过程列于表1。水泥固化的优点有：1)水泥固化工艺和设备比较简单，设备和运行费用低；2)水泥和添加剂便于得到；3)对含水量较高的废物可以直接固化；4)固化块的强度、密实性、耐热性、耐久性均好；5)产品易于处置；6)材料的天然碱性有利于中和废物的酸度。表1 水泥的凝结硬化过程凝结硬化阶段一般的放热反应速度 一般的持续时间主要的物
12、理化学变化初始反应期 167.6103J/kgh5-10min初始溶解和水化潜伏期 4.19103J/kgh1h凝胶体膜层围绕水泥颗粒成长凝结期 在16h内逐渐增加到24.5103J/kgh 6h膜层破裂，水泥颗粒进一步水化硬化期 在24h内逐渐降低到4.19103J/kgh6h至若干年凝胶体填充毛细管常用的水泥品种繁多，主要有硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥及多种特种水泥等。普通硅酸盐水泥具有良好的固化有毒物的性能，本实验采用普通硅酸盐水泥作为固化剂。水泥熟料几乎是完全结晶的，主要由硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙及铁铝酸四钙等四种化合物组成。水泥
13、固化反应过程由快速水化阶段、诱导阶段、水化反应加速阶段、水化反应减缓阶段、扩散阶段组成。水泥水化最终产生大量的水化硅酸钙凝胶、水化硫铝酸钙和氢氧化钙等，并完满整个水化体系，水化产物之间聚集形成网状结构，并越来越紧密，从而使整个体系形成一定强度。与此同时固体废物中的有害物质也不断被稳定、封闭、包裹。在固化过程中，由于本泥具有较高的pH值，使得固废中的重金属离子在碱性条件下，生成难溶于水的氢氢化物或硅酸盐等。某些重金属离子也可以固定在水泥基体的晶格中，从而可以有效地防止重金属等的浸出。通常把频率为2x104Hz一2x109 HZ的声波叫超声波，超声波技术是一种简便快速、节能安全、实用的固体废物浸出
14、液的制备方法，该方法与常规的水平或翻转振荡浸提方式具有较好的可比性。本实验采用超声波浸提固体废弃物中的重金属，对比固化前和后的差别，评价其资源化的安全性。三、实验试剂与仪器1、实验试剂铜粉、铬粉、硝酸、425#水泥、电镀污泥（来自电镀厂）2、实验仪器原子吸收分光光度计（WFX-120）、超声波发生器（CQ250S）、模具四、实验步骤1、固化实验称取一定配比的水泥和飞灰（质量比1：9-9：1）10g，加入适量水（3.5 ml）搅拌均匀，于模子中成型，放置14天后，形成一定强度的固化产物。通过测定固化产物浸出液中有害物质的含量评定其固化效果。2、浸出实验固化产物受到水的冲淋、浸泡，其中的部分有害成分可能会转移到水相而导致二次污染。取固化处理静置14天后的固化样块放入烧杯中，加入100m1蒸馏水，1:10的固液比，调节pH值到5.8 6.3，250W超声波下浸出1h，过中速定量滤纸，用AAS测定溶液中Pb、Cd的浓度。取飞灰10g，放入烧杯中，加入100m1蒸馏水，1:10的固液比，调节pH值到5.86.3，250
