1.除尘装置的选择原则
除尘器的整体性能主要是用三个技术指标(处理气体量、压力损失、除尘效率)和三个经济指标(一次投资、运转管理费用、占地面积及使用寿命)来衡量。在评价及选择除尘器时,应根据所要处理气体和颗粒物特性、运行条件、标准要求等,进行技术、经济的全面考虑。理想的除尘器在技术上应满足工艺生产和环境保护的要求,同时在经济上要合理、合算。在选用除尘器时,可按如下顺序考虑各项因素。
(1)需达到的除尘效率。
(2)设备运行条件其中包括含尘气体的性质(温度、压力、黏度、湿度等)、颗粒物的特性(粒度分布、毒性、黏性、吸湿性、电性、可燃性等),以及供水及污水处理的条件。
(3)经济性主要包括设备、安装、运行和维护的费用及粉尘回收后的价值等。
(4)占地面积及空间的大小。
(5)设备操作要求及使用寿命。
(6)其他因素如处理有毒、易燃物的安全措施等。
2.除尘装置的性能比较
各种除尘装置的实用性能比较见表5-4。
二、气态污染物的治理技术
工农业生产、交通运输和人类生活活动中所排放的有害气态物质种类繁多,依据这些物质不同的化学性质和物理性质,需采用不同的技术方法进行治理。
(一)主要治理方法简介
1.吸收法
吸收法是采用适当的液体作为吸收剂,使含有有害物质的废气与吸收剂接触,废气中的有害物质被吸收于吸收剂中,使气体得到净化的方法。吸收过程中,依据吸收质与吸收剂是否发生化学反应,可将吸收分为物理吸收与化学吸收。在处理以气量大、有害组分浓度低为特点的各种废气时,化学吸收的效果要比单纯物理吸收好得多,因此在用吸收法治理气态污染物时,多采用化学吸收法进行。
吸收法具有设备简单、捕集效率高、应用范围广、一次性投资低等特点。但由于吸收是将气体中的有害物质转移到了液体中,因此对吸收液必须进行处理,否则容易引起二次污染。此外,由于吸收温度越低吸收效果越好,因此在处理高温烟气时,必须对排气进行降温预处理。
2.吸附法
吸附法治理废气即使废气与大表面多孔性固体物质相接触,将废气中的有害组分吸附在固体表面上,使其与气体混合物分离,达到净化目的。具有吸附作用的固体物质称为吸附剂,被吸附的气体组分称为吸附质。
当吸附进行到一定程度时,为了回收吸附质以及恢复吸附剂的吸附能力,需采用一定的方法使吸附质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。
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。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净化。因此常作为深度净化手段或联合应用几种净化方法时的最终控制手段。吸附效率高的吸附剂如活性炭、分子筛等,价格一般都比较昂贵,因此必须对失效吸附剂进行再生,重复使用吸附剂,以降低吸附的费用。常用的再生方法有升温脱附,减压脱附,吹扫脱附等。再生的操作比较麻烦,这一点限制了吸附方法的应用。另外由于一般吸附剂的吸附容量有限,因此对高浓度废气的净化,不宜采用吸附法。
3.催化法
催化法净化气态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为无害物或易于去除物质的一种方法。
催化方法净化效率较高,净化效率受废气中污染物浓度影响较小,而且在治理过程中,无需将污染物与主气流分离,可直接将主气流中的有害物转化为无害物,避免了二次污染。但所用催化剂价格较贵,操作上要求较高,废气中的有害物质很难作为有用物质进行回收等是该法存在的缺点。
4.燃烧法
燃烧净化法是对含有可燃有害组分的混合气体进行氧化燃烧或高温分解,从而使这些有害组分转化为无害物质的方法。燃烧法主要应用于碳氢化合物、一氧化碳、恶臭、沥青烟、黑烟等有害物质的净化治理。实用中的燃烧净化方法有三种,即直接燃烧、热力燃烧与催化燃烧。催化燃烧方法前面已有介绍,此处不再赘述。
直接燃烧法是把废气中的可燃有害组分当做燃料直接烧掉,因此只适用于净化含可燃组分浓度高或有害组分燃烧时热值较高的废气。直接燃烧是有火焰的燃烧,燃烧温度高(>1100℃),一般的窑、炉均可作为直接燃烧的设备。热力燃烧是利用辅助燃料燃烧放出的热量将混合气体加热到要求的温度,使可燃的有害物质进行高温分解变为无害物质。热力燃烧一般用于可燃有机物含量较低的废气或燃烧热值低的废气治理。热力燃烧为有火焰燃烧,燃烧温度较低(760~820℃),燃烧设备为热力燃烧炉,在一定条件下也可用一般锅炉进行。直接燃烧与热力燃烧的最终产物均为二氧化碳和水。
燃烧法工艺比较简单,操作方便,可回收燃烧后的热量;但不能回收有用物质,并容易造成二次污染。
5.冷凝法
冷凝法是采用降低废气温度或提高废气压力的方法,使一些易于凝结的有害气体或蒸气态的污染物冷凝成液体并从废气中分离出来的方法。
冷凝法只适于处理高浓度的有机废气,常用作吸附、燃烧等方法净化高浓度废气的前处理,以减轻这些方法的负荷。冷凝法的设备简单,操作方便,并可回收到纯度较高的产物,因此也成为气态污染物治理的主要方法之一。
(二)低浓度SO2废气治理技术
SO2是量大、影响面广的污染物。燃烧过程及一些工业生产排出的废气中SO2的浓度较低,而对低浓度SO2的治理,目前还缺少完善的方法,特别是对大气量的烟气脱硫更需进一步进行研究。目前常用的脱除SO2的方法有抛弃法和回收法两种。抛弃法是将脱硫的生成物作为固体废物抛掉,方法简单,费用低廉,美国、德国等一些国家多采用此法。回收法是将SO2转变成有用的物质加以回收,成本高,所得副产品存在着应用及销路问题,但对保护环境有利。在我国,从国情和长远观点考虑,应以回收法为主。
目前,在工业上已应用的脱除SO2的方法主要为湿法,即用液体吸收剂洗涤烟气,吸收所含的SO2;其次为干法,即用吸附剂或催化剂脱除废气中的SO2。
1.湿法
(1)氨法用氨水作吸收剂吸收废气中的SO2,由于氨易挥发,实际上此法是用氨水与SO2反应后生成的亚硫酸铵水溶液作为吸收SO2的吸收剂,主要反应如下:
(NH4)2SO3+SO2+H2O→2NH4HSO3
通入氨后的再生反应:
NH4HSO3+NH3→(NH4)2SO3
对吸收后的混合液用不同方法处理可得到不同的副产物。
若用浓硫酸或浓硝酸等对吸收液进行酸解,所得到的副产物为高浓度SO2、(NH4)2SO4,或NH4NO3,该法称为氨-酸法。
若用NH3、NH4HCO3等将吸收液中的NH4HSO3中和为(NH4)2SO3后,经分离可副产结晶的(NH4)2SO3,此法不消耗酸,称为氨-亚铵法。
若将吸收液用NH3中和,使吸收液中的NH4HSO3全部变为(NH4)2SO3,再用空气对(NH4)2SO3进行氧化,则可得副产品(NH4)2SO4,该法称为氨-硫铵法。
氨法工艺成熟,流程、设备简单,操作方便,副产的SO2可生产液态SO2或制硫酸。硫铵可作化肥,亚铵可用于制浆造纸代替烧碱,是一种较好的方法。该法适用于处理硫酸生产尾气,但由于氨易挥发,吸收剂消耗量大,因此缺乏氨源的地方不宜采用此法。
(2)钠碱法本法是用氢氧化钠或碳酸钠的水溶液作为开始吸收剂,与SO2反应生成的Na2SO3继续吸收SO2,主要吸收反应为:
NaOH+SO2→NaHSO3
2NaOH+SO2→Na2SO3+H2O
Na2SO3+SO2+H2O→2NaHSO3
生成的吸收液为Na2SO3和NaHSO3的混合液。用不同的方法处理吸收液,可得不同的副产物。
将吸收液中的NaHSO3用NaOH中和,得到Na2SO3。由于Na2SO3溶解度较NaHSO3低,它则从溶液中结晶出来,经分离可得副产物Na2SO3。析出结晶后的母液作为吸收剂循环使用。该法称为亚硫酸钠法。
若将吸收液中的NaHSO3加热再生,可得到高浓度SO2作为副产物。而得到的Na2SO3结晶经分离溶解后返回吸收系统循环使用。此法称为亚硫酸钠循环法或威尔曼洛德钠法。
钠碱吸收剂吸收能力大,不易挥发,对吸收系统不存在结垢、堵塞等问题。亚硫酸钠法工艺成熟、简单、吸收效率高,所得副产品纯度高,但耗碱量大,成本高,因此只适于中小气量烟气的治理。而吸收液循环法可处理大气量烟气,吸收效率可达90%以上,在国外是应用最多的方法之一。
(3)钙碱法此法是用石灰石、生石灰或消石灰的乳浊液为吸收剂吸收烟气中SO2的方法,对吸收液进行氧化可副产石膏,通过控制吸收液的pH值,可以副产半水亚硫酸钙。
该法所用吸收剂价廉易得,吸收效率高,回收的产物石膏可用作建筑材料,而半水亚硫酸钙是一种钙塑材料,用途广泛,因此成为目前吸收脱硫应用最多的方法。该法存在的最主要问题是吸收系统容易结垢、堵塞;另外,由于石灰乳循环量大,使设备体积增大,操作费用增高。
除以上方法外,可采用的吸收方法还有双碱法、金属氧化物吸收法等,此处不一一介绍。