吸收凈化、吸附凈化、催化轉化、燃燒轉化、生物轉化等氣態污染物控制方法

文章導讀

大氣中的污染物會對人類產生不良的影響，治理大氣污染已成為節能減排的主要措施之一。本文總結氣態污染物的六種控制方法，包括吸收凈化、吸附凈化、催化轉化、燃燒轉化、生物轉化以及其他凈化方法。

第一節 吸收凈化

 

概述：吸收是利用混合物中不同組分在吸收劑中溶解度的不同，或者與吸收劑發生選擇性化學反應，從而將有害組分從氣流中分離出來的過程。吸收分物理吸收和化學吸收。

　　

1.     吸收平衡

　　

（1）物理吸收：亨利定律描述氣液間的平衡→P=E·x。

　　

（2）化學吸收：利用相平衡與化學平衡來計算某組分的總濃度。

　

2.     雙膜理論

　　

吸收是氣相組分向液相轉移的過程。一個假設理論：假設在氣—液界面兩側各存在一個靜止膜，在氣相一側稱為氣膜，在液相一側稱為液膜。在膜外氣體或液體主體中，由于湍流擴散作用因而不存在濃度梯度。氣相的擴散阻力全部在氣膜內，液相擴散阻力全部在液膜內，膜內僅發生分子擴散。因而。氣液間的傳質速率取決于通過氣膜和液膜的分子擴散速率。

　　

3.     吸收設備

三大類→液膜表面吸收器、氣泡表面吸收器和液滴表面吸收器。

第二節 吸附凈化

 

概述：氣體混合物與適當的多孔性固體接觸時，利用固體表面存在的未平衡的分子引力或化學鍵力，把混合物中某一組分或某些組分吸留在固體的表面上，這種分離氣體混合物的過程稱為氣體吸附。特別用于用其他方法難以分離的低濃度有害物質和排放標準要求嚴格的廢氣處理。

　　

一．吸附過程：

　　

1.     物理吸附和化學吸附：物理吸附主要依靠分子間的范德華引力產生的，它可以使單分子層吸附也可以使多分子層吸附；而化學吸附是靠吸附劑與吸附質之間的化學鍵力產生的，只能是單層吸附。

　　

2.     吸附劑及再生：

　　

（1）要求：比面積大；選擇性好，有利于混合氣體的分離；具有一定的粒度、較高的機械強度、化學穩定性和熱穩定性；大的吸附量；來源廣泛，價格低廉。

　　

（2）再生方法：加熱解析再生、降壓或真空解析、置換再生法。

　　

二．吸附裝置：固定床、流動床和沸騰床。

　　

三．固定床吸附裝置的計算：穿透曲線法和希洛夫方程。

第三節 催化轉化

 

概述：使氣態污染物通過催化劑床層，經歷催化反應轉化為無害物質或易于處理和回收利用的物質的方法。該法與其他凈化方法的區別在于：無需使污染物與主氣體分離，避免了其他方法可能產生的二次污染，又使操作過程簡化。另一方面，對不同濃度的污染物都具有很高的轉化效率。

　　

一．催化作用與催化劑：

　　

1.     催化反應：催化劑加速反應速率是通過降低活化能來實現的。→反應物分子被催化劑表面的活性中心吸附后，形成了一種具有活性的絡合物，使原分子的化學鍵松弛，從而降低了活化能。

　　

2.     催化劑：由主活性物質、載體和助催劑組成。→主活性物質一般附著在惰性載體上。載體有兩個作用→提供大的比表面積和增大催化劑的機械強度。助催劑和主活性物質都附于載體上。

　　

二．氣固相催化反應器及其計算：

　　

1.     氣固相催化反應器的類型：單層絕熱反應器、多段絕熱器和列管式反應器。

　　

2.     接觸時間：反應物通過床層的時間，等于空間速度的倒數。

第四節 燃燒轉化

 

概述：通過熱氧化作用將廢氣中是可燃有害成分轉化為無害或易于進一步處理和回收的物質的方法。

　　

1.     空燃比：空氣與燃料的質量比。

　　

2.     燃燒類型：直接燃燒、熱力燃燒和催化燃燒。

　　

3.     熱能回收：回收廢熱用于預熱進口的冷廢氣、熱凈化氣再循環、廢熱利用。

第五節 生物轉化

 

概述：利用微生物的生命活動把廢氣中的氣態污染物轉化為少害甚至無害的物質。

　　

1．處理原理：生物處理可分為需氧生物氧化和厭氧生物氧化。

　　

2．生物凈化方法：活性污泥法、微生物懸浮法、土壤法和堆肥法。

第六節 其他凈化方法

 

1.     電子束照射法

　　

2.     膜分離法：混合氣體在壓力梯度作用下透過特定薄膜時，不同氣體具有不同的透過速度，從而使氣體混合物中的不同組分達到分離的效果。

 

　　

3.石灰石-石膏法工作原理：利用石灰石粉料漿洗滌煙氣，使石灰石與煙氣中的SO2反應生成亞硫酸鈣，脫去煙氣中的SO2，再將亞硫酸鈣氧化反應生成石膏。

　　

4.煙氣吸收和氧化系統：

　　

（1）吸收塔：吸收塔是煙氣脫硫系統的核心裝置，需求持液量大、氣液相見的相對速度高、氣液接觸面積大、內部構件少、壓力降小等特點

　

（2）除霧器：凈煙氣出口設除霧器，通常為二級除霧器，裝在塔的圓育頂部或塔出口彎道后的平直煙道上,并設置沖洗水,間歌沖洗除霧器。冷煙氣中殘余水分一般不能超過100 mg/m³，否則會玷污熱交換器、煙道和風機等。

　　

（3）氧化槽:氧化槽的功能是接受和儲存脫硫劑，溶解石灰石，鼓風氧化CaSO4,結晶生成石膏。

　　

5.SO2控制技術：

　　

（1）石灰石/石灰法濕法煙氣脫硫技術

 

（2）氧化鎂濕法煙氣脫硫技術 

 

（3）海水煙氣脫硫技術 

 

（4）濕式氨法煙氣脫硫技術

 

（5）噴霧干燥法煙氣脫硫技術

 

（6）循環流化床煙氣脫硫

 

（7）雙堿法煙氣脫硫技術

 

（8）磷銨肥法煙氣脫硫技術

 

（9）煙氣生物脫硫

　　

6.氮氧化物控制技術：

 

（1）低NOx燃燒技術

 

（2）選擇性催化還原法（SCR）煙氣脫硝

 

（3）選擇性非催化還原法（SNCR）脫硝

 

（4）濕法煙氣脫硝技術

 

（5）煙氣同時脫硫脫硝技術

　　

7.低氮燃燒原理：根據NOx的生成機理，抑制燃燒過程中NOx生成的技術原理主要是減少燃料周圍的氧濃度，降低火焰值溫度，以及將已經生成的NOx還原為N2。

 

種類：（1）低過量空氣燃燒（2）空氣分級燃燒（3）燃料分級燃燒 （4）煙氣再循環技術（FGR）（5）循環流化床燃燒系統（補充）

　　

8. 選擇性催化還原（SCR）原理：

　　

基本原理是采用NH3作為還原劑，將NOx還原成N2。SCR脫硝的基本過程是:將還原劑NH3均勻分布到320 ~400℃的煙氣中，并與煙氣一道通過一個填充催化劑的脫氮反應器,

　　

9.選擇性非催化還原法（SNCR）原理：

　　

在選擇性非催化還原法(SNCR)脫硝工藝中,尿素或氨基化合物在較高的反應溫度(930~1090℃)注入煙氣,將NOx還原為N2。還原劑通常注進爐膛或者緊靠爐膛出口的煙道。主要的化學反應可以表示為:

　　

10.VOCs控制技術：

　　

（1）預防性措施：替代產品、改進工藝、更換設備、防止泄漏等

　　

（2）控制性措施：末端治理

　　

種類及特點：

　　

（1）燃燒法控制VOCs污染：將有害氣體、蒸汽、液體或煙塵通過燃燒轉化為無害物質的過程稱為燃燒法凈化,該法適用于凈化可燃的或在高溫情況下可以分解的有害物質?；?、噴漆、絕緣材料等行業的生產裝置中所排出的有機廢氣廣泛采用燃燒凈化的手段。燃燒法還可以用來消除惡臭。

　　

（2）吸收法控制VOCs污染：吸收法是采用低揮發或不揮發性溶劑對VOCs進行吸收，再利用VOCs分子和吸收劑物理性質的差異進行分離。吸收效果主要取決于吸收劑的吸收性能和吸收設備的結構特征。

　　

（3）冷凝法控制VOCs污染：冷凝法是利用物質在不同溫度下具有不同飽和蒸氣壓這一性質,采用降低溫度、提高系統的壓力或者既降低溫度又提高壓力的方法,使VOCs冷凝并與廢氣分離。該法特別適用于處理廢氣體積分數在10-2以上的有機蒸氣,不適宜處理低濃度的有機氣體，而常作為其他方法凈化高濃度廢氣的前處理,以降低有機負荷并回收有機物。

　　

（4）吸附法控制VOCs污染: 吸附法是將含VOCs的氣態混合物與多孔性固體接觸,利用固體表面存在的未平衡的分子吸引力或化學鍵力,把混合氣體中VOCs組分吸附留在固體表面。

　　

（5）生物法控制VOCs污染: VOCs生物凈化是附著在濾料介質中的微生物在適宜的環境條件下，利用廢氣中的有機成分作為碳源和能源，維持其生命活動,并將有機物同化為CO2、H2O和細胞質的過程。生物法處理VOCs的工藝主要有生物洗滌法、生物滴濾法和生物過濾法。