西安建筑科技大学环工考研-环境工程微生物笔记(3)

本站小编 免费考研网/2019-03-30

  • 静电除尘器  静电除尘是利用电场力的作用,使粉尘从气流中分离出来并沉积在电极上。由于具有除尘性能好,除尘效率高等优点,而被大中型企业广泛采用。07年复试试题中考查其除尘机理)
  • 过滤式除尘器  过滤式除尘器是利用使含尘气体通过过滤层,,气流中的尘粒被阻截下来,从而实现含尘气体净化的过程。过滤式除尘器分为颗粒层除尘器和袋式除尘器。袋式除尘器是目前应用最广的高效除尘器之一。
    1. 气态污染物净化技术

气态污染物种类繁多,特点各异,因此采用的净化方法也不相同,常用的有吸收法、吸附法、催化转化法、燃烧法和冷凝法。

2.4.1吸收法

(1)定义:是一种常用的和最基本的净化方法,是分离、净化气态污染物最重要的方法之一。即利用气体混合五种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。分类:物理吸收,化学吸收。

(2)特点:

优点:净化效率高,设备简单,一次性投资少

缺点:二次污染,回收困难

(3)、应用:广泛适用与气态污染物的处理,如含SO2,H2S,HF和NOx等污染物的废气可采用吸收净化。

2.4.2 吸附法

(1)定义:气体吸附是用多孔固体吸附剂将气体(或液体)混合物中的一种或数种组分被浓集于固体表面,而与其他组分分离的过程。吸附法属于干法工艺,主要用于净化有机废气,在净化的同时又回收废气中的有机溶剂,因此日益受到广泛重视。

(2)特点:有效脱出一般方法难于分离的低浓度有害物质,具有净化效率高,可回收有用组分,设备简单,容易实现自动化控制等优点,其缺点是吸附容量较小,设备体积较大

(3)、分类:

1)物理吸附:由分子间范德华力引起,可以是单层或多层吸附

特征:

①吸附质与吸附剂之间不发生化学反应

②吸附过程瞬间达到平衡

③吸附为放热效应

④吸附过程可逆

2)化学吸附:化学键力引起,单层吸附,需一定活化能

特征:

①有很强选择性

②吸附速率较慢

③升温可提高吸附速率

(4).常用工业吸附剂

①活性炭②活性氧化铝③硅胶④白石⑤沸石分子筛

(5)再生:①加热再生②降压或真空解吸③置换再生④溶剂萃取

(6)、吸附剂的特性:

①要具有巨大的内表面

②对不同气体具有选择性的吸附作用。例如,木炭吸附S02或NH3的能力较吸附空气大,一般地说,吸附剂对各种吸附组分的吸附能力,随吸附组分沸点的升高而加大.在与吸附

剂的相接触的气体混合物中.首先被吸附的是高沸点的组分。在多数情况下,被吸附组分的沸点与不被吸附组分(即惰性组分) 的沸点相关很大.因而惰性组分的存在,基本上不影响吸附的进行。

③吸附容量大。吸附容量是指在一定温度和一定的吸附质浓度下.单位质量或单位体积吸附剂所能吸附的最大吸附质质量。吸附容量除与吸附剂表面积有关外,还与吸附剂的孔隙大

小、孔径分布、分子极性及吸附剂分子及官能团性质等有关。

 ④具有足够的机械强度、热稳定性及化学稳定件。

  • 来源广泛.价格低廉,以适应对吸附剂日益增长的需求。

2.4.3 催化转化法

催化转化法是利用催化剂的催化作用,将废气中的有害物质转变为无害物质或易于去除物质的方法,特别是用于汽车排放废气中的一氧化碳、碳氢化合物及氮氧化物的净化。

2.4.4 燃烧法

某些气态污染物,例如各种带臭味的物质,一些低浓度的有机蒸气等,它们或者是由于能被接受的浓度很低(例如臭味),需要较高的脱除率(达0.99),或者是由于回收困难,较好的治理办法只有将其销毁,或转化成其他无害且不难闻的物质,这就是燃烧法。采用燃烧法净化处理需事先了解气态污染物的温度、体积、化学组成、露点和起始浓度、排放标准等,以便准确确定处理、燃烧条件、净化要求和是否需要预处理。根据不同的燃烧条件,可供实用的燃烧装置有直接燃烧、热力燃烧和催化燃烧三种

(1)直接燃烧法

直接燃烧也称直接火焰燃烧,也就是利用气态污染物中的可燃组分作为燃烧的方法。适用于与空气混合后浓度接近于燃烧下限,或不混人空气即可燃的气态污染物。也适用于可燃组分浓度较高,或燃烧后放出的热量较高的气态污染物。只有燃烧放出的热量能够补偿各种失热,才能维持一定的温度,使燃烧连续进行。

(2)热力燃烧法

热力燃烧是用于净化处理可燃组分含量不能维持正常燃烧的气态污染物的燃烧方式。使用热力燃烧处理有机气态污染物时,当其浓度高于燃烧上限(即爆炸上限)时,则可混以空气后再燃烧。在大多数情况下可燃组分均处于爆炸下限以下,这时就需要外加辅助燃料以维持正常燃烧。

(3)催化燃烧

催化燃烧是利用催化剂使气态污染物中的可燃组分在较低的温度下氧化分解的净化方法。对于HC和有机溶剂蒸气氧化分解生成CO:和H2O,并释放出热量。催化燃烧和热力燃烧一样,需将待处理的气态污染物和催化剂先混合均匀并预热到催化剂的起燃温度,使其中的可燃组分开始氧化放热反应。

2.4.5 冷凝法

冷凝法是使处于蒸汽状态的污染物冷凝并从废气中分离出来的过程,适用于净化浓度大的有机溶剂蒸气。冷凝法也是治理废气的重要方法之一,多用于有机蒸气的回收。利用冷凝的办法可以使废气得到很高程度的净化,但是,高的净化要求,往往是室温下的冷却水所不能达到的。净化要求越高,所需冷却的温度越低,必要时还要增大压力,这样就会增加处理的难度和费用。因而冷凝法往往与吸附、燃烧和其他净化手段联合使用,以提高回收、净化的效果。

2.3.6 膜分离法

气体膜分离的基本原理,是由于混合气体在压力梯度作用下,透过薄膜时,不同的气体具有不同的透过速度,从而使不同组分间气体达到分离的效果。这一类分离过程又称速度分离。

2.4.7 等离子体法

等离子体中的大量活性粒子能使难降解的污染物转化,所以等离子体技术是近年来污染控制技术研究的热点。研究结果表明,等离子体净化装置是一种效率高、能耗低、适用范围广的气态污染物净化手段。从节省能量出发,气体净化过程应采用低温等离子体。获得等离体的方法很多,目前应用的主要有辐照和放电两大类。

2.4.8 生物净化法
生物净化法是利用微生物的生化反应,使废气中的气态污染物降解,从而达到净化的目的。生物净化法主要用于有机和部分无机污染物的净化,如苯及其衍生物、醇、酮、酚、脂肪酸、胺和氨、二硫化碳等,在废气脱臭方面已有较多的应用,对烟气脱硫和脱氮也有良好的应用前景。生物净化的主要优点是流程和设备简单,一般不消耗有用原料,运行能耗和费用较低、安全可靠、无二次污染。由于生化反应速率较低,因此设备体积较大。

按照工作介质不同,生物净化方法可分为微生物悬浮液法、活性污泥法、微生物膜法、堆肥法和土壤法等。

2..4.9 煤脱硫技术 

按脱硫工艺与燃烧的结合点可分为:燃烧前脱硫、燃烧中脱硫和燃烧后脱硫。

  • 燃烧前硫技术  燃烧前脱硫是指在燃烧前对煤炭进行加工处理,主要有洗煤、煤炭的气化和液化等。洗煤只可用作脱硫的辅助手段,煤的气化和液化从经济角度看,目前还不能与石油、天然气竞争。
  • 燃烧中脱硫技术  燃烧中脱硫是指炉内脱硫,循环流化床燃烧、炉内喷入钙系等脱硫剂的粉煤燃烧。燃烧中脱硫技术费用少、投资省,但效率不高,有易结渣、磨损和堵塞的问题。一般只适用于中小锅炉的烟气脱硫,而对大功率的电厂锅炉和燃油锅炉是不适用的。如循环流化床燃烧脱硫、炉内喷钙脱硫等。
  • 燃烧后脱硫  燃烧后脱硫技术即烟气脱硫,是指从含有二氧化硫的烟气中脱除二氧化硫。该技术是控制二氧化硫污染的主要技术手段。

具体工艺如下:

(一)燃料脱硫

1、煤炭的固态加工:

重力分选法,型煤固硫

2、煤炭的转化:

气化:煤气

液化:汽油,柴油等

(二)  燃烧过程中脱硫

流化床燃烧脱硫的化学过程:

在硫化床锅炉中,固硫剂可与煤粒混合在一起加入锅炉,也可单独键入,流化床使固硫剂SO2充分接触,燃烧温度适宜,在炉内停留时间长,利用率高

广泛应用的脱硫剂主要有石灰石,白云石(CaCO3,MgCO3

1、CaCO3=CaO+CO2

CO2的析出会产生并扩大石灰石得孔隙         多孔状   富孔隙CaO

2、CaO+SO2+1/2O2=CaSO4

脱硫剂与SO2反应过程中,脱硫剂孔隙表面逐渐被产物覆盖,部分空隙由于产物的增多而发生堵塞,因此,煅烧生成的CaO不可能完全转化为CaSO4

 (三)高浓度SO2尾气的回收与净化

1、工艺

由于SO2浓度很高,可利用SO2生产H2SO4

2、反应:SO2+1/2O2= SO3

一般采用3~4段催化床层,并采用段间冷却得方法提高SO2转化率

(四) 低浓度SO2 烟气脱硫

(1)石灰石/石灰法洗涤-应用最广泛

石灰石:SO2+CaCO3+H2O= CaSO3.2 H2O+ CO2

石灰:SO2 +CaO+2 H2O= CaSO3.2 H2O

SO2与浆液中碱性物质发生化学反应声场硫酸盐和亚硫酸盐,新鲜石灰石或石灰浆不断加入脱硫循环槽,浆液中固体连续从江业中反而里出来并排往沉淀池。

(2)改进的石灰石/石灰湿法脱硫
为了克服石灰/石灰石法的结垢和堵塞,提高SO2的脱除率,开发了加人缓冲剂的石灰/石灰石法。该方法对原有流程不作任何修改。常用的缓冲剂用己二酸、硫酸镁等。

①己二酸
成分是二羧基有机酸HOOC其酸度介于碳酸和亚硫酸之间,在原有的石灰/石灰石流程中加人己二酸,可起到缓冲吸收液pH的作用。己二酸的缓冲机理是:在洗涤液贮罐内己二酸与石灰/石灰石反应,形成己二酸钙,在吸收器内,己二酸钙与已被吸收的SO2(以H2S03形式)反应生成CaS03 ,己二酸得以再生,并返回洗涤液贮罐,重新与石灰/石灰石反应。

②硫酸镁
克服石灰石结垢和提高SO:去除率的另一种方法是添加硫酸镁,加人硫酸镁的目的是为改进溶液的化学性质,使SO:以可溶性盐形式被吸收,并减少了系统的能源消耗量。

  1. 喷雾干燥法

该方法将吸收剂雾化喷人烟气中,吸收剂为分散相,烟气为分散介质,吸收剂采用石灰乳,雾化分散于烟气中,烟气中SO:即与石灰乳雾滴发生反应生成CaSO3

喷雾干燥法界于湿法和干法之间,和湿式石灰石/石灰法相比具有如下优点:
①流程简单,设备少,省去了一整套处理装置;②运行可靠,生产过程中不发生结垢
和堵塞现象;③只要排气温度适宜,不产生腐蚀;④能量消耗低,投资及运行费用
小;⑤对烟气量和烟气中SO:浓度的适应性大。

  1. 金属氧化法

一些金属如Mn, Zn, Fe,Cu等氧化物可作为SO2的吸收剂。金属氧化物吸收SO2可采用干法或湿法。下面以氧化镁法为例介绍金属氧化物吸收流程。

原理:
本法采用氧化镁浆液作吸收剂,吸收烟气中的SO2后,吸收液可再生循环使用,同时副产高浓度SO2气体,用于制硫酸或固体硫磺。氢氧化镁在吸收塔内与烟气中的二氧化硫接触反应生成含结晶水的亚硫酸镁和硫酸镁,随后将这些生成物脱水和干燥,再进行锻烧,使之发生分解。为了还原硫酸镁,还需向缎烧炉中添加少量焦炭,这样锻烧炉内的亚硫酸镁和硫酸镁就分解成高浓度的二氧化硫气体和氧化镁。氧化镁水合后成为氢氧化镁循环使用,高浓度SO2气体作为副产品加以回收利用。

2.4.10 固定氮源氧化物的污染控制

(一) 燃烧过程中NOx形成机理

1.原子氧与空气中N2生成-热力型NOx

机理:O2+M=2O+M

O+N2=NO+N;N+O2=NO+O

合写:

N2+O2=2NO

NO+1/2O2=NO2

2.低温火焰中含碳自由基的存在-瞬时NO

⑴CH+N2=HCN+N

⑵N+O2=NO+O

部分HCN+O2=NO

部分HCN+ NO=N2

3.燃料中固定氮生成得NOx—燃料型NOx

大部分燃料氮首先在火焰中转化为

HCN-NH,NH2—NO+H2O  —N2+H2O

(二) 低氮氧化物燃烧技术

1、控制NOx排放的技术措施可分为两大类

1).控制燃烧过程中NOx的生成反应-源头控制

2).生成得NOx-N2-尾部控制

2、具体技术有:

传统的低NOx燃烧技术

1).低空气过剩系数燃烧

2.)烟气循环燃烧

3.)两段燃烧技术

先进的低NOx燃烧技术

低空气过剩系数运行技术和燃烧器火焰区分段燃烧技术的结合

(三)、烟气脱硝技术

除了通过改进燃烧技术控制NOX的排放外,有些情况还要多冷却后的烟气进行处理,以降低NOX的排放量,这种技术便是烟气脱硝。

第一种,选择性催化还原法脱硝(SCR),此过程是以氨作催化剂,烟气温度约290-400℃,在含有催化剂的反应器内NOX被还原为N2和水,催化剂的活性材料由贵金属,碱性金属氧化物和沸石组成,NOX被选择性的还原。

        4NH3+4NO+O2-----4N2+6H2O

        8NH3+6NO2------6N2+12H2O

第二种,选择性非催化还原法脱硝(SNCR)

在选择性非催化还原法脱硝(SNCR)工艺中,尿素或氨基化合物作为还原剂讲NOX还原为N2.主要的化学反应为

NH3+6NO---5N2+6H2O.


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