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(三)催化净化法
1.催化浄化方法基本原理
浄化气念污染物是利用催化剂的催化作用,使废气中的有害组分发生化学反应并转化y或易于去除物质的一种方法
1)催化剂在进行化学反应时,向反应系统中加入数量很少的某些物质,可使反应进行的速率明显加快,而在反应终了时,这些物质的量及性质几乎不发生变化,加入的这些物质被称为催化剂。
催化剂一般是由多种物质组成的复杂体系,按各物质所起作用的不同主要分为:
①活性组分,是催化剂能加速反应的关键组分;
②载体,是分散、负载活性组分的支撑物;
③助催化剂,是改善催化剂活性及热稳定等性能的添加催化剂在使用中除具有加快反应速度的作用(催化活性)外,还对反应具有特殊的选择性,即一种催化剂只对某一特定反应具有明显的加速作用。催化剂的活性与选择性是衡量催化剂性能好坏的主要的指标。
催化剂必须在适宜的操作条件下使用。特别是反应温度的变化对催化剂的使用寿命有着明显的影响,各种催化剂都有各自的使用温度范围(活性温度范围),在此温度范围内,催化剂对反应具有明显的加速作用;温度过高,会使催化剂烧毁而导致活性的丧失。此外,使用时间的延长、操作条件控制不当、某些对催化剂具有毒害作用的物质的存在,都会导致催化剂活性的降低乃至使活性完全丧失。
2)催化作用及催化浄化催化剂对化学反应的影响叫做催化作用,催化剂对化学反活性和选择性都是催化作用的表现。
2.催化反应流程
目前在气态污染物治理中,应用较多的催化反应类型有
1)催化氧化反应此法是在催化剂的作用下,利用氧化剂(如空气中的氧)将废气中的有害物氧化为易回收、易去除的物质。如用催化氧化法将废气中的SO2氧化为SO,进而制成硫酸。
(2)催化还原反应该法是在催化剂的作用下,利用还原剂将废气中的有害物还原为无害物或易去除物质。如用催化还原法将废气中的NO-还原为N2和水。
(3)催化燃烧反应催化燃烧实际上是彻底的催化氧化,即在氧化催化剂的作用下,将废气中的可燃组分或可高温分解组分彻底氧化成为CO2和H2O,使气体得到净化。
由于每种催化剂都有各自的活性温度范围,因此必须要使被处理废气达到一定的温度才能进行正常的反应;由于上述反应一般均为放热反应,对反应后的高温气体应该进行热量回收;又由于催化剂本身对灰尘和毒物敏感,故对进气要求有预处理。因此,在催化反应流程中一般应包括有预处理、预热、反应、热回收等部分,但可根据不同的条件和要求,进行不同的配置。催化燃烧流程为无热量回收的一般形式,应用于处理气量较小的情况;有回收热量预热反应进气的流程形式,应用较为普遍;进一步将热量回收利用的流程形式,应用于处理气量大或放热量多的场合
人类赖以生存的大气环境中,悬浮着各种各样的颗粒物质,这些颗粒物质以液态、固态或黏附在其他悬浮颗粒上等形式进入大气环境,其中大多数悬浮颗粒物会危害人体。
通常可从不同的角度对这些颗粒污染物进行分类。
根据颗粒污染物来源分类
根据颗粒污染物进人大气环境的途径,可将其分为自然性颗粒污染物、生活性颗粒污染物及生产性颗粒污染物。
(1)自然性颗粒污染物自然性颗粒污染物即自然环境中依自然界的力量进入大气环境中的颗粒污染物质。例如风力扬尘、火山喷发、森林矿产煤层自燃及植物花粉等。人类应对防止自然性颗粒污染物对环境造成的危害具有足够的思想准备。防止自然性颗粒污染物对人类造成的危害,必须依靠社会的总体筹划,应建立对自然性颗粒污染物的监控体系及控制方案,增加统筹规划力度。
(2)生活性颗粒污染物生活性颗粒污染物即人类在日常生活过程中因具体活动而释放人大气环境的颗粒污染物。例如打扫卫生、制作食品、燃烧取暖、焚烧垃圾及使用喷雾剂等。对不同性质的人类活动,可采取相应的措施,例如对汽车尾气、燃煤、焚烧垃圾等建立必要的、系统的控制规划及标准。
(3)生产性颗粒污染物生产性颗粒污染物是人类在生产过程中释放入大气环境的颗粒污染物,一般称之为粉尘。除尘这一概念早是针对控制生产性颗粒污染物提出的,现在这一概念普遍适用于所有颗粒污染物质的控制。控制生产性颗粒污染物(即粉尘)对环境造成的污染是本章论述的重点。人类在控制生产性颗粒污染物的实践活动中,获得了对大多数生产性颗粒污染物质的认识,建立了一套比较完善的防治科学体系。
许多工业部门在生产过程中,释放出大量的生产性颗粒污染物,其中以电站锅炉、工业与民用锅炉、冶金工业、建材工业等为严重。
各种工业生产排放出的颗粒污染物质的特性取决于生产工艺本身。设备的选择是重要的原始数据。
除上述分类方法外,习惯上将除尘器分为四大类。
(1)机械除尘器包括重力沉降室、惯性除尘器和旋风除尘器等,这类除尘器的特点是结构简单、造价低、维护方便,但除尘效率不很高,往往用作多级除尘系统中的前级预除尘。
(2)过滤式除尘器包括袋式除尘器和颗粒层除尘器等,其特点是以过滤机理作为除尘的主要机理。根据选用的滤料和设计参数不同,袋式除尘器的效率可达很高(99.9%以上
(3)湿式除尘器包括低能湿式除尘器和高能文氏管除尘器。这类除尘器的特点是主要用水作为除尘的介质。一般来说,湿式除尘器的除尘效率高。当采用文氏管除尘器时,对微细粉尘去除效率仍可达9.9%以上,但所消耗的能量较高。湿式除尘器的主要缺点是会产生污水,需要进行处理,以二次污染。
(4)电除尘器即用电力作为捕尘的机理。有干式电除尘器(干法清灰)和湿式电除尘器(湿法清灰)。这类除尘器的特点是除尘效率高(特别是湿式电除全器),消耗动力少;主要缺点是耗钢材多,投资高
这种分类比较方便,易于接受。
在实际的除尘器中,往往综合了几种除尘机理的共同作用。例如卧式旋风除尘器中,有离心力的作用,同时还兼有冲击和洗涤作用。特别是近年来为了提高除尘器的效率,研制了多种多机理的除尘器,如用静电强化的除尘器、电袋复合式除尘器等。因此以上的分类是有条件的,是指其中起主导作用的除尘机理。
(ニ)吸附法s”n
吸附基本原理
由于固体表面上存在着未平衡和未饱和的分子引カ或化学鍵力,因此当固体表面与气体接触时,就能吸引气体分子,使其浓集并保持在固体表面,这种现象称为吸附。用吸附法治理气态污染物就是利用固体表面的这种性质,使废气与大表面的多孔性固体物质相接触,废气中的污染物被吸附在固体表面上,使其与气体混合物分离,达到净化目的吸附过程是可逆过程,在吸附组分被吸附的同时,部分已被吸附的吸附组分可因分子热运动而脱离固体表面回到气相中去,这种现象称为脱附。当吸附速度与脱附速度相等时,达到吸附平衡。吸附平衡时,吸附的表观过程停止,吸附剂丧失了继续吸附的能力。在吸附过程接近或达到平衡时,为了恢复吸附剂的吸附能力,需采用一定的方法使吸附组分从吸附剂上解脱下来,谓之吸附剂的再生。吸附法治理气态污染物应包括吸附及吸附剂再生的全部过程。
根据气体分子与固体表面分子作用力的不同,吸附可分为物理吸附与化学吸附。前者是分子间力作用的结果,后者则是分子间形成化学键的结果,当前的吸附治理大多应用的是物理吸附。
2.吸附流程
实用的吸附流程有多种形式,可依据生产过程的需要进行选择。
(1)间歇式流程一般均由单个吸附器组成。只应用于废气间歇排放,且排气量较小、污染物浓度较低的情况。吸附饱和后的吸附剂需要再生。当间歌排气的间隔时间大于吸附剂再生所用时间时,可在原吸附器内进行吸附剂的再生;当排气间歌时间小于哥生所用时间时,可将器内吸附剂更换,失效吸附剂集中再生。
(2)半连续式流程此种流程可用于处理间歌排气也可用于处理连续排气的场合。是应用普遍的一种吸附流程。
吸附流程可由两台吸附器并联组成,也可由三台吸附器并联组成。
其进行再
(3) 喷洒式吸收器这类吸收器是用喷嘴将液体喷射成为许多细小的液滴,或用高速流的挟带将液体分散为细小的液滴,以增大气液相的接触面积,完成物质的传递。比较型的设备是空心喷酒吸收器和文丘里吸收器。空心喷酒吸收塔设备结构倫单,造价低廉,气体通过的阻力降很小,并可吸收含有黏污物及颗粒物的气体,但其吸收交率很低,因此应用受到极大限制。
常用设备及方法特点
目前我国采用广泛的过滤集尘装置是袋式除尘器,其基本结构是除尘器的集尘室内悬挂若干个圆形或椭圆形的滤袋,当含尘气流穿过这些滤袋的袋壁小被袋壁截,食
机构
袋的内壁或外壁聚集而被捕集袋式除尘器意袋式除生器一般是按共清灰方式的不同而分类,主要有
清洁气体
(1)机械振打袋式除尘器利用机械装置的运动,周期性地振打布袋使积灰脱落。
含尘气体
(2)气流反吹袋式除尘器利用与含尘气流流动方向相反的气流穿过袋壁,使集附于袋壁上的灰尘脱落。
(3)气环反吹袋式除尘器对于含尘气体进人入滤袋内部,尘粒被阻留在滤袋内表面的内滤式除尘器,在满袋外部设置一可上下移动的气环箱,不断向袋内吹出反向气流,构成气环反吹的袋式除尘器,可在不间断滤尘的情况下,进行清灰。
(4)脉冲喷吹袋式除尘器
这是一种周期性地向滤袋内喷吹压缩空气以滤袋积尘的袋式除尘器。
气环反吹式与脉冲喷吹式属于新发展的率除尘设备,其中尤以脉冲喷吹式具有处理气量大、效率高、对滤袋损伤少等优点,在大、中型除尘工程中被广泛采用。
袋式除尘器属于除尘器,对细粉具有很强的捕集效果,被广泛应用于各种工业废气的除尘中,但它不适于处理含油、含水及黏结性粉尘,同时也不适于处理高温含尘气体。
电除尘法
1.除尘基本原理
电除尘是利用高压电场产生的静电力(库仑力)的作用实现固体粒子或液体粒子与气流分离。这种电场应是高压直流不均匀电场,构成电场的放电极是表面曲率很大的线状电极,集尘极则是面积较大的板状电极或管状电极。
在放电极与集尘极之间施以很高的直流电压时,两极间所形成的不均匀电场使放电极附近电场强度很大,当电压加到一定值时,放电极产生电晕放电,生成的大量电子及阴离子在电场力作用下,向集尘极迁移。在迁移过程中中性气体分子很容易捕获这些电子或阴离子形成负离子。当这些带负电荷的粒子与气流中的尘粒相撞并附着其上时,就使尘粒带上了负电荷。荷电粉尘在电场中受库仑力的作用被驱往集尘极,在集尘极表面尘粒放出电荷后沉积其上,当粉尘沉积到一定厚度时,用机械振打等方法将其。
2.常用设备及方法特点
电除尘中常用设备为电除尘器。工业上广泛应用的电除尘器是管式电除尘器和板式电除尘器。前者的集尘极是圆筒状的,后者的集尘极是平板状的。电晕电极(放电极)均使用的是线状电极,电晕电极上一般加的均是负电压,即产生的是负电晕,只有在用于空气调节的
小型电除尘器上时采用正电旱放电,即在电晕极上加上正电压。电除尘器是一种除尘器,除尘效率可达99%以上,去除细微粉尘捕集性能优异,捕集小粒径可达0.05pm,并可按要求获得从低效到的任意除尘效率。电除尘器阻力小,能耗低,可允许的操作温度高,在250~500℃的范围内均可操作。
电除尘器设备庞大,占地面积大,尤其是设备投资高,因此只有在处理大流量烟气时,才能在经济上、技术上显示其优越性。由
文丘里吸收器结构简单,处理废气量大,净化效率高,但其阻力大动力消耗大,因此对一般气态污染物治理时应用受限制,比较适于处理含尘气体
收设备,应考は如下的因素:对废气处理能力大;对有害组分吸收净化效率高;设备结构简单,操作稳定;气体通过阻力小;操作弹性大,能适应较大的负荷波动;投资省等目前工业上常用的吸收设备主要有三大类
1)表面吸收器凡能使气液两相在固定接触表面上进行吸收操作的设备均称为表面吸收器。属于这种类型的设备有水平表面吸收器、液膜吸收器以及填料塔等。在气态污染物治理中应用普遍的是填料塔,特别是逆流填料塔。由于在这种类型的塔中,废气在沿塔上升的同时,污染物浓度逐渐下降,而塔顶喷淋的总是较为新鲜的吸收液,因而吸收传质的平均推动力大,吸收效果好。典型逆流填料塔)鼓泡式吸收器在这类吸收器内都有液相连续的鼓泡层,分散的气泡在穿过鼓泡层时有害组分被吸收。属于这一类型的设备有鼓泡塔和各种板式吸收塔。在气态污染物治理中应用较多的是鼓泡塔和筛板塔。
3.常用吸附设备
在采用吸附法治理气态污染物时,常用的设备是固定床吸附器其他的吸附器形式还有流化床吸附器、移动床吸附器和旋转式吸附器。由于这些设备结构复杂、操作要求高或由于工艺不够成熟,目前在废气治理中应用较少吸附设备的具体结构见第十五章
4.吸附法特点
1)吸附净化法的净化效率高,特别是对低浓度气体仍具有很强的净化能力,若单纯就净化程度而言,只要吸附剂有足够的用量,那么可以达到任何要求的净化程度。因此,吸附法特别适用于排放标准要求严格或有害物浓度低,用其他方法达不到净化要求的气体的净化,常作为深度净化手段或终控制手段。
(2)吸附剂在使用一段时间后,吸附能力会明显下降乃至丧失,因此要不断地对失效吸附剂进行再生。通过再生,可以使吸附剂重复使用,降低吸附费用;还可以回收有用物质但再生需要有专门的设备和系统供应蒸汽、热空气等再生介质,使设备费用和操作费用大幅度增加,并且使整个吸附操作繁杂,因此这是限制吸附法更广泛使用的一个主要原因。为了不使吸附剂再生过程过于频繁,对高浓度废气的净化不宜采用吸附法。
一、实验室废气的危害
全国各类化学实验室相当多,主要分布在各类学校、科研机构和企业中,分布十分广泛,有些化学实验室由于历史的原因,或处于市中心,或处于居民稠密处,在进行酸处理样品时不定期排放大量有害气体,不仅对大气造成污染,而且对周边的人群、植被造成严重的危害,并对人群的危害有潜在性。若遇阴雨、低气压气候,排出的废气难以及时扩散,更加剧了局部环境的污染程度,造成了局部严重酸雨的形成,构成了严重的社会公害。
国内实验室废气排放的现状
化学实验室废气排放绝大多数采用直接排放的方式,一般实验室采用管道集中到楼顶,风机直接排放的方式,也有的实验室采用分散式排风扇直接排放,基本上未做废气处理,有很多实验室进行废气处理后排放。集中直接排放虽在某种程度上局部改善了操作人员的工作环境,但仍直接对大气造成了污染,严重地影响了周边地区的生态环境,其损失无法用货币来衡量。
二、实验室废气处理方法
由于各类化学实验室的工作性质不同,我司恒峰环境多年来对化学实验室排放的有害气体的处理方法进行对比、探讨,总结目前实验室废气处理方法有以下四种。
1.燃烧法
包括高温燃烧和催化燃烧,前者需要附加燃料燃烧,因此,使用该法时要考虑回收利用热能;催化燃烧能耗低,但在工作初期,需用电加热将废气加热到起燃温度,故对于频繁开停车的场合不合适。考虑到高温燃烧法回收的热量超过生产所需的热能,故并不合适。而直接采用催化燃烧投资太大。
2.冷凝法
主要利用冷介质对高温有机废气蒸气进行处理,可有效回收溶剂。处理效果的好坏与冷媒的温度有关,处理效率较其他方法相对较低,适用高浓度废气的处理。
3.吸收法
吸收法是利用气体混合物中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。
此种方法具有捕集效率高、设备结构较为简单、一次性投资低、占地面积少、安装调试方便等特点,因而广泛应用于对气态污染物的处理,特别是对无机类气态污染物的控制。例如含HC1、HF、S02、HC10等污染物的废气,都可以采用湿法进行吸收净化。具体而言即采用稀碱液或者水作吸收剂,利用喷雾系统将吸收剂充分雾化后与废气在容器内均匀混合反应,从而达到 良好的吸收效果。湿法常用的设备有填料塔、板式塔、喷雾塔、文丘里洗涤器及旋转喷雾塔等。目前实验室废气处理常用的吸收方法有两种。
(1)有泵水雾吸收法
有泵水雾吸收法应用时间较早,在化工工业中应用较多,其原理是利用耐酸泵将循环水池中的液体经管道和末端雾化喷嘴喷入吸收腔,使吸收腔内充满大量的水雾颗粒。化学实验室的有害气体经风管引入到吸收装置,经过吸收腔,大量水雾颗粒利用其表面积与有害气体充分接触,相互碰撞,在这个过程中,水雾颗粒既溶解了有害体中的各种化学物质,又经相互碰撞逐步增加水雾的颗粒体积,经挡风板的阻拦功能,水雾进一步积累成较大的水滴,起到气液分离作用,水滴终依靠自身重力克服吸收腔内风速的作用力而落入收集盘,并流入循环水箱,吸收装置原理。
该方法的特点是水雾吸收装置较简单,各部分的加工尺寸精度要求较低,安装调试方便。但在运行过程中需耐酸泵连续工作,而且喷雾头在工作中因各种因素影响容易出现喷雾状况改变,影响雾化效果,降低整套装置对废气的净化作用,同时由于泵的连续工作,其旋转部件磨损后,易发生液体的泄漏,造成二次污染。因此要使该吸收装置始终保持良好的工作状态,除定期保养外还需要不定期的检查,随时更换雾化不良的喷嘴和耐酸泵中磨损的密封件。因此在运行中需投入一定的维持费用和耐酸泵的能耗费用。
(2)无泵水幕式吸收法
无泵水幕式吸收法投放于实际应用的时间比有泵水雾吸收法要晚得多,是近几年才逐步应用于实际的。该法虽应用较晚,但非常显著的优点使这种方法的应用得到了快速的发展,其原理是在吸收装置内部垂直划分为气液混合和气液分离两大区域,废气经管道送人该装置后,首先经过循环水幕的冲刷和水帘过滤,然后沿泛水板下缘掠过水箱液面,进人气水通道,水箱中的水在气流引射作用下被雾化而成为水雾,经过气水通道被到集水板内,集水板内的水雾经挡水板收集后汇流到溢水槽中,溢水槽溢出的水沿泛水板流回水箱,废气在气水通道内与水雾剧烈冲击混合,从而使废气中的有害物质被吸收到水中,通过挡水板分离水雾后经出口排出。
该方法的特点是吸收装置内部结构相对复杂,对加工精度有一定的要求。但该法在运行中无须任何维护工作和能耗支出,且占地面积小,元二次污染现象、无噪声。在运行中水、气的相互接触比较充分,因此废气中有害物质的吸收效率较高,是一种值得进一步探讨和推广应用的方法。
4.吸附法
吸附净化是指气体混合物与适当的多子L性固体接触时,利用固体表面存在的未平衡的分子引力或者化学键力,把混合物中某一组分或某些组分吸留在固体表面上的过程。具有吸附作用的固体称为吸附剂,被吸附的物质称为吸附质。该方法的优点是能回收有用组分,设备简单,操作方便,易于实现自动控制。但是因吸附剂的物化性.
有机实验室废气处理,可以有两种处理方案。
方案一排风系统(集气罩、管道、净化装置、风机、排气筒)+活性炭吸附塔
优点:初投资省
缺点:管道布置较多,要有足够的风道;风管管线长,风压损失大(损失的压力也是成本)、风机选型大(直接影响成本)、噪音大;大大的损失空调的冷量和热量(损失的能耗也是成本);活性炭要定期更换并做危废处理(成本和手续麻烦);排风机为交流风机不节能(影响成本)长期运行不经济。
方案二内循环系统(无管道的通风柜)
优点:位置较灵活;增加或减少都比较方便;无需布管和高空作业;无需申报环境评价;危废处理由厂家承担;直流变频风机,节能;政策鼓励设备,长期运行经济节能环保。
5 有机废气收集
5.1 应根据有机溶剂的使用情况,统筹考虑废气收集装置。对于有机溶剂使用量不大(年使用量小于0.1吨)的实验室,宜选用内置活性炭过滤器的无管道通风柜。
5.2 对于使用有机溶剂作为进样的仪器,应在其上方安装局部抽风系统如集气罩,集气罩的面积应为进料盘的2倍以上,集气罩口应处于微负压状态,气体流速不低于0.5m/s,废气捕集率不低于80%。
5.3 对于有机溶剂使用量大于1吨的实验室,应整体保持微负压,避免无组织废气逸散。
5.4 废气收集系统材质应防腐防锈,定期维护,存在泄漏时需及时修复。无机废气主要物质有二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物、硫化氢、、氟化物、硝酸盐和亚硝酸盐、。
处理无机污染物可以用浸了高锰酸钾的氧化铝(PIA),主要对硫的氧化物、甲醛、硫化氢及低浓度的醛和有机酸有很高的去除效率。《室内空气污染与防治》第二版
PIA主要是一种化学滤料,通过与污染物的化学反应达到净化的效果,无污染,无危废固体或气体产生,是环保吸附剂。
有机和无机实验室应该大多数都是化学、化工实验室,医学、冶金、纺织印染、药物、食品等使用有毒有害挥发性化学试剂的实验室,室内的空气质量主要受这些试剂的污染。
有机溶剂主要有苯、甲醛、醚、酮、氯化烷烃等挥发性有毒气体。
无机的有碘溶液、碘化钠、碘化钾等碘盐造成的碘蒸汽污染;HCl、H2SO4、HNO3等强酸所散发的酸雾。
化工废气污染的特点是带有固体粉尘、具有毒性、刺激性、腐蚀性,而且易燃易爆。
废气的处理主要靠通风实现,可直接排至实验室室内。局部的通风系统主机包括集气罩、管道、净化装置、风机、排气筒等。
目前见的用的较多的是万向抽风罩和净气型通风柜
实验室废气净化的技术有很多种,吸附技术、非平衡等离子体技术、光催化、负离子、臭氧、紫外氧化、生物净化、植物净化等,但是目前用的较广泛、成熟、的还是吸附技术,即通过一些吸附剂处理。
针对不同的污染物种类配置不同的过滤器,这种净化经过检测是的,可直接排到室内,而且省去了施工很多的麻烦,重要的一点是不影响原空调系统的温度及压差。
废水的处理主要是要做一套污水处理系统,经处理后排至生活污水管网。废水处理的方法也是有几种,如物理法(沉淀、过滤、气浮、吸附、离子交换、膜处理)、化学方法(中和、化学沉淀、氧化还原、混凝)、生物方法(好氧生物、厌氧生物、酶制剂),目前用的较多的是化学中和法。一边投加中和药剂一边测量废水的PH值,直到中和至规定的PH为止。酸碱废水一般是先经过预处理池进行悬浮物的澄清,然后用污水泵注入混合反应池,开动搅拌装置并加入中和药剂,同时测定废水的PH值直至达到标准,沉淀一段时间后将上部清水排放,污泥经脱水、干化后收集回收或处理。
废气和废水目前都是要做的,现在环保的确是比较严格,这是好事,对实验室附近生活和工作的人负责。
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