东华大学环境工程学

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1、第六章 气态污染物控制 气态污染物处理工艺概述气态污染物处理工艺概述 常用的控制方法和设备可分为两类 常用的控制方法和设备可分为两类 P349P349 分离法 分离法 利用污染物与其他组分利用污染物与其他组分物理性质物理性质的差异将其分离 的差异将其分离 包括物理吸收 吸附 冷凝法 膜分离法等包括物理吸收 吸附 冷凝法 膜分离法等 转化法 转化法 使污染物发生使污染物发生化学反应化学反应转化为无害物或易分离物质转化为无害物或易分离物质 包括催化法 燃烧法 生物法和电子束法等 包括催化法 燃烧法 生物法和电子束法等 第一节 吸收净化 湿式净化 一 概念 利用气体混合物中不同组分在选定的吸收剂 如

2、 溶液 溶剂或水 中溶解度不同 或者其中某一种或 多种组分与吸收剂中活性组分发生选择性的化学反应 从而将有害物从废气中分离出来 吸收剂 吸收剂 用来吸收废气的溶液 也称为溶剂 吸收质 吸收质 被吸收的气体组分 也称为溶质 吸收塔 混合气体溶液 尾气吸收剂 qq 物理吸收 物理吸收 即溶解过程 如用水吸收CO2或HCl 最大吸收限度取决于气体在液体中的平衡浓度 即达到溶解平衡 吸收速率主要取决于污染物从气相转入液相的扩散速度 qq 化学吸收 化学吸收 组分与吸收剂发生化学反应 也包括扩散过程 如用碱液 吸收SO2和CO2 或用酸液吸收NH3等 吸收限度同时取决于气液平衡和液相反应的平衡条件 吸收

3、速率同时取决于扩散速度和反应速度 q 物理吸收由于受到物质溶解度的限制 吸收效率往往不高 且速度较 慢 而化学反应的存在往往能提高反应速度 并使吸收的程度更趋于完 全 甚至高达100 因此实际中处理大流量废气多采用化学吸收法 二 物理吸收与化学吸收 气液两相接触时 存 在相界面 在相界面附近两侧分 别存在一层稳定的滞 留膜层 气膜和液 膜 将各相主体流与 相界面隔开 气液相间的传质速率 取决于通过气膜和液 膜的分子扩散速率 三 气液两相的物质传递理论 双膜理论 刘易斯 Lewis 怀特曼 Whitman 直至动态平衡 直至动态平衡 pA cA pA i cA i 气 膜 液 膜 相界面 气相主

4、体液相主体 传质方向 溶 质 A 在 气 相 中 的 分 压 溶 质 A 在 液 相 中 的 摩 尔 浓 度 对溶质的溶解度大 减少吸收剂的用量 对溶质的选择性好 挥发性低 以减少挥发损失 粘度较低 不易产生泡沫 化学稳定性好 无腐蚀性 尽可能无毒 价廉易得 便于再生 不易燃烧等 四 吸收剂的选择 五 常用吸收设备类型 填料塔 板式塔 液膜表面吸收器 气泡表面吸收器 液滴表面吸收器 实实 体体 填填 料料 网网 状状 填填 料料 吸收设备应满足以下基本要求 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 气流通过时的压力损失小 操作稳定 4 结

5、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 应用 v 广泛应用于含SO2 H2S HF和NOx等污染物的废气 v 主要处理污染物浓度低 成分复杂的大流量废气 特点 净化效率较高 设备简单 一次性投资少 可回收产品 可能产生二次污染 吸收法总结 一 概念 利用多孔性固体物质将废气 或液体 中的一种或多种有害组分 选择性地浓集于固体表面 第二节第二节 吸附净化吸附净化 吸附各步骤示意图 1 外扩散 2 内扩散 3 吸附 吸附速率主要受速度最慢的步骤控制 吸附与脱附速度 外扩散与内扩散速度 外扩散与内扩散 决速步 4 脱附 5 内反扩散 6 外反扩散 二 物理吸附与化学吸附

6、化学键力大时 往往不可逆 被吸附分子由于热运动而离开吸附剂表面 q两种吸附可同时发生 但 常以某一类吸附为主 q同一污染物可能在较低温 度下发生物理吸附 若温 度升高到吸附剂具备足够 高的活化能时 发生化学 吸附 三 吸附理论 o 吸附平衡 吸附速率与脱附速率相当 o 平衡吸附量 极限吸附量 静活性 在一定条件下 吸附达到平衡时 单位体积 或质量 吸附剂上 所吸附的吸附质的量 o 动吸附量 动活性 在一定条件下 当吸附床层被穿透 失效 时 单位体积 或质 量 吸附剂上所吸附的吸附质的量 注意 动活性动活性 静活性静活性 四 常用吸附剂 1 工业用吸附剂应具备的条件 P425 巨大的比表面积 提

7、供大的吸附容量 良好的选择性 有利于混合气体的分离 较高的机械强度 化学与热稳定性 均匀适中的颗粒尺寸 粒度 来源广泛 价格低廉 良好的再生性能 从经济角度考虑 2 工业常用吸附剂 活性炭 疏水性 常用于净化有机溶剂蒸气 烃类气体 恶臭物质 碳化 稳定结构 活化 多孔中空结构 P147 碳化后 活化后 优点 性能稳定 抗腐蚀 缺点 可燃性 温度不能超过200 惰性气流掩护下 可达500 活性氧化铝 用于气体干燥 石油气脱硫 含氟废气净化 硅胶 亲水性 可吸附自身质量50 的水份 但难吸附非极性物质 常用于处理含湿量较高的气体干燥 烃类物质回收等 沸石分子筛 人工合成沸石 孔径均匀 具有筛分性能

8、 吸附选择性 强 吸附能力强 受温度影响不大 吸附剂的再生方法 加热解吸再生 利用吸附剂的吸附容量在等压下随温度升高而降低的特点 在低 温下吸附 加热升高温度后吹扫脱附 也称变温吸附 降压或真空解吸 利用吸附容量在恒温下随压力降低而降低的特点 在加压下吸附 在降压或真空下解吸 或采用无吸附性的吹洗气 均可达到解吸的 目的 也称变压吸附 置换再生法 对某些热敏物质 如饱和烃 可采用亲和力较强的试剂进行置换 再生 即用解吸剂置换 使吸附质脱附 也称变浓吸附 五 常用吸附装置 穿床速度 气体通过床层的速度 q 固定床吸附器 穿床速度 吸附剂的悬浮速度 颗粒处于静止状态 q 移动床吸附器 穿床速度 吸

9、附剂的悬浮速度 吸附剂颗粒处于激烈的上下翻腾状态 并在一定空间内运动 又称 沸腾床 q 流化床吸附器 穿床速度 吸附剂的悬浮速度 固体颗粒浮起后不再返回原来的位置而被输送走 固定床吸附过程分析 P429 排放标准 吸附周期 半连续式吸附流程 回转式吸附床 q 床层绕轴旋转 框架和隔板固定不动 q 三种流体分别进入三段环形区 由外向内 透过床层 形成吸附段 再生段 冷却段 移动床 流化床 对吸附设备的基本要求 具有足够的过气断面和停留时间 良好的气流分布 预先除去入口气体中污染吸附剂的杂质 能够有效地控制和调节吸附操作温度 易于更换吸附剂 优点 净化效率高 可回收有用组分 设备简单 操作方便 易

10、实现自动控制 缺点 吸附容量一般不高 设备体积大 吸附剂容量有限 需频繁再生 操作费用高 应用 处理浓度较低 小气量的有害气体 常用作深度净化 脱除废气中的水分 有机蒸汽 恶臭 HF SO2 NOX等 广泛应用于有机化工 石油化工等部门 催化转化催化转化 燃烧转化燃烧转化 生物净化生物净化 电子束照射法电子束照射法 膜分离法 速度分离法 膜分离法 速度分离法 第三节 其他净化法 催化转化法催化转化法 利用催化剂的催化作用 将废气中的污染物转化为无害或易 于去除的物质的废气治理技术 优 点 对不同浓度的污染物具有很高转化率 污染物与主气流无需分离 避免了可能产生的二次污染 操作过程简化 缺 点

11、催化剂较贵 且废气预热需耗一定能量 处理费用增加 燃烧转化法燃烧转化法 通过氧化燃烧或高温分解 把气态污染物转化为无害物质或易于进一 步处理和回收的物质的方法 v 直接燃烧 也称直接火焰燃烧 无需添加辅助燃料 直接在空气中或氧 气中燃烧 温度一般在1100 以上 生成CO2和H2O等 在高温下滞留时间短 生成明亮火焰 适用于净化温度较高 浓度较大的有害气体 v 热力燃烧 需要添加辅助燃料 成本较高 氧化温度约600 800 在 高温下停留一定时间 不生成火焰 适于净化浓度相对较低的可燃气体 v 催化燃烧 在催化剂的作用下 废气中的可燃组分在较低温度下氧化分 解 生成CO2和H2O 无焰燃烧 安

12、全性好 但催化剂较贵 投资较大 特点 工艺简单 操作方便 可回收燃烧后的产物或燃烧过程中的热量 但易产生二次污染 利用微生物以废气中的有机组分作为其生命活动的能源或养分的特 性 经过代谢降解 将其转化为简单的无机物 H2O和CO2 或细胞组成 物质 整个过程与生物处理废水方法比较类似 最大区别在于 废气中的 有机物首先要由气相中通过传质过程到达液相 然后在液相中被微生物 吸附降解 其基本降解原理与生物法处理废水相同 应用 处理各种有机废气 即各种碳氢化合物废气 尤其是一些难 处理的具有毒性的低浓度废气 如烃 醛 酮 醇 酯 胺 苯类 多 环芳烃等 由于这些物质很多具有独特气味 故此法也可除臭

13、如去除 H2S等 生物净化法生物净化法 电子束照射法电子束照射法 脱硫 脱氮 脱硝 主要机理 1 活性游离基的生成 燃煤排烟中含有N2 O2 水蒸汽 CO2等主要成分及SO2 NOx等微量有害成分 当电子束照射烟气时 电子束能量大部分 被烟气中的氮 氧 水蒸汽所吸收 从而生成富有反应活性的游 离自由基 OH基 O原子 HO2基 N基 N2 O2 H2O OH O HO2 N 3 硫酸铵与硝酸铵的生成 已生成的硫酸和硝酸再与电子束照射以前喷入的氨 NH3 进 行中和反应 分别生成硫酸铵 NH4 2SO4和硝酸铵NH4NO3的粉 状微粒 这些颗粒从反应器进入收尘装置而被分离回收 若有尚未反应的剩余SO2和NH3 可分别在上述微粒表面进 一步发生热化学反应 亦生成硫酸铵 硝酸铵 H2SO4 2NH3 NH4 2SO4 HNO3 NH3 NH4NO3 SO2 2NH3 H2O 1 2O2 NH4 2SO4 从电子束照射到硫酸铵 硝酸铵生成所需时间仅约1秒 优点 q可同时脱硫 脱硝 q系统结构简单 操作方便 q可获得肥料等副产品 无二次污染 q投资少 运行费用低