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1、东华大学_环境工程学_课件 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望气态污染物处理工艺概述气态污染物处理工艺概述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：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：P349P349P349P349分离法：分离法：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物理性质物理性质的
2、差异将其分离。的差异将其分离。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：转化法：转化法：使污染物发生使污染物发生使污染物发生使污染物发生化学反应化学反应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。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。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
3、吸收净化（湿式净化）一、概念一、概念 利用气体混合物中不同组分在选定的利用气体混合物中不同组分在选定的吸收剂吸收剂（如（如溶液、溶剂或水）中溶液、溶剂或水）中溶解度不同溶解度不同，或者其中某一种或，或者其中某一种或多种组分与吸收剂中活性组分发生多种组分与吸收剂中活性组分发生选择性的化学反应选择性的化学反应，从而将有害物从废气中分离出来。从而将有害物从废气中分离出来。吸收剂：吸收剂：吸收剂：吸收剂：用来吸收废气的溶液，也称为溶剂；用来吸收废气的溶液，也称为溶剂；吸收质：吸收质：吸收质：吸收质：被吸收的气体组分，也称为溶质。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：
4、物理吸收：物理吸收：物理吸收：即即溶解过程。如用水吸收溶解过程。如用水吸收CO2或或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，即达到溶解平衡溶解平衡；吸收速率主要取决于污染物从吸收速率主要取决于污染物从气相转入液相的扩散速度气相转入液相的扩散速度。qq 化化化化学学学学吸吸吸吸收收收收：组组分分与与吸吸收收剂剂发发生生化化学学反反应应，也也包包括括扩扩散散过过程程。如如用用碱碱液液吸收吸收SO2和和CO2，或用酸液吸收，或用酸液吸收NH3等。等。吸收限度同时取决于吸收限度同时取决于气液平衡和液相反应的平衡条件气液平衡和液相反应的平衡条件；
5、吸收速率同时取决于吸收速率同时取决于扩散速度和反应速度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，物理吸收由于受到物质溶解度的限制，吸收效率往往不高，吸收效率往往不高，且且速度较速度较慢慢；而化学反应的存在往往能；而化学反应的存在往往能提高反应速度提高反应速度，并使，并使吸收的程度更趋于完吸收的程度更趋于完全，全，甚至甚至高达高达100。因此实际中。因此实际中处理大流量废气多采用化学吸收法。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二、物理吸收与化学吸收气气液液两两相相接接触触时时，存存在在相界面相界面。在在相相界界面面附附近近两两侧侧分分别别存存在在一一层层稳稳定定
6、的的滞滞留留膜膜层层气气膜膜和和液液膜膜，将将各各相相主主体体流流与与相界面隔开。相界面隔开。气气液液相相间间的的传传质质速速率率取取决决于于通通过过气气膜膜和和液液膜的分子扩散速率。膜的分子扩散速率。三、气液两相的物质传递理论三、气液两相的物质传递理论双膜理论双膜理论 刘易斯（刘易斯（Lewis），怀特曼（），怀特曼（Whitman）直至动态平衡直至动态平衡直至动态平衡直至动态平衡p pA Ac cA A p pA,iA,i c cA,iA,i气气膜膜液液膜膜相界面相界面气相主体气相主体液相主体液相主体传质方向传质方向溶溶质质A A在在气气相相中中的的分分压压溶溶质质A A在在液液相相中中的
7、的摩摩尔尔浓浓度度 对溶质的对溶质的溶解度大溶解度大，减少吸收剂的用量；，减少吸收剂的用量；对溶质的对溶质的选择性好选择性好；挥发性低挥发性低，以减少挥发损失；，以减少挥发损失；粘度较低，不易产生泡沫粘度较低，不易产生泡沫；化学稳定性好化学稳定性好，无腐蚀性，尽可能，无腐蚀性，尽可能无毒无毒；价廉易得，便于再生价廉易得，便于再生，不易燃烧等。，不易燃烧等。四、吸收剂的选择四、吸收剂的选择五、常用吸收设备类型五、常用吸收设备类型填料塔填料塔板式塔板式塔液膜表面吸收器液膜表面吸收器气泡表面吸收器气泡表面吸收器液滴表面吸收器液滴表面吸收器实实实实体体体体填填填填料料料料网网网网状状状状填填填填料料料
8、料吸收设备应满足以下吸收设备应满足以下基本要求基本要求：（1 1）气液之间应有）气液之间应有较大的接触面积较大的接触面积和一定的接触时间；和一定的接触时间；（2 2）气液之间）气液之间扰动强烈扰动强烈，吸收阻力低，吸收效率高；，吸收阻力低，吸收效率高；（3 3）气流通过时的）气流通过时的压力损失小压力损失小，操作稳定；，操作稳定；（4 4）结构简单结构简单，制作维修方便，造价低廉；，制作维修方便，造价低廉；（5 5）应具有相应的）应具有相应的抗腐蚀和防堵塞抗腐蚀和防堵塞能力。能力。应用：应用：v 广泛应用于含广泛应用于含SO2、H2S、HF和和NOx等污染物的废气；等污染物的废气；v 主要处理
9、污染物主要处理污染物浓度低、成分复杂的大流量浓度低、成分复杂的大流量废气。废气。特点：特点：净化效率较高，设备简单，一次性投资少；净化效率较高，设备简单，一次性投资少；可回收产品；可回收产品；可能产生二次污染。可能产生二次污染。吸收法总结：吸收法总结：一、概念一、概念 利用利用多孔性固体物质多孔性固体物质将废气（或液体）中的一种或多种有害组分将废气（或液体）中的一种或多种有害组分选择性地选择性地浓集于固体表面。浓集于固体表面。第二节 吸附净化吸附各步骤示意图吸附各步骤示意图(1)(1)外扩散外扩散(2)(2)内扩散内扩散(3)(3)吸附吸附吸附速率主要受速度最慢的步骤控制吸附速率主要受速度最慢
10、的步骤控制吸附与脱附速度吸附与脱附速度外扩散与内扩散速度外扩散与内扩散速度外扩散与内扩散外扩散与内扩散决速步决速步(4)(4)脱附脱附(5)(5)内反扩散内反扩散(6)(6)外反扩散外反扩散二、物理吸附与化学吸附二、物理吸附与化学吸附（化学键力大时，往往不可逆）（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）（被吸附分子由于热运动而离开吸附剂表面）q两种吸附两种吸附可同时发生可同时发生，但，但常以某一类吸附为主；常以某一类吸附为主；q同一污染物可能在同一污染物可能在较低温较低温度下发生物理吸附度下发生物理吸附，若，若温温度升高度升高到吸附剂具备足够到吸附剂具备足够高的活化能
11、时，发生高的活化能时，发生化学化学吸附。吸附。三、吸附理论三、吸附理论o 吸附平衡：吸附平衡：吸附速率与脱附速率相当吸附速率与脱附速率相当o 平衡吸附量：平衡吸附量：极限吸附量极限吸附量静活性静活性 在一定条件下，在一定条件下，吸附达到平衡吸附达到平衡时，单位体积（或质量）吸附剂上时，单位体积（或质量）吸附剂上所吸附的吸附质的量。所吸附的吸附质的量。o 动吸附量动吸附量 动活性动活性 在一定条件下，当在一定条件下，当吸附床层被穿透（失效）吸附床层被穿透（失效）时，单位体积（或质时，单位体积（或质量）吸附剂上所吸附的吸附质的量。量）吸附剂上所吸附的吸附质的量。注意：注意：动活性动活性动活性动活性
12、 静活性静活性静活性静活性四、常用吸附剂四、常用吸附剂1 1、工业用吸附剂应具备的条件、工业用吸附剂应具备的条件 （P425P425）巨大的比表面积巨大的比表面积提供大的吸附容量提供大的吸附容量 良好的选择性，有利于混合气体的分离良好的选择性，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）均匀适中的颗粒尺寸（粒度）来源广泛，价格低廉来源广泛，价格低廉 良好的再生性能（从经济角度考虑）良好的再生性能（从经济角度考虑）2 2、工业常用吸附剂、工业常用吸附剂 活性炭：活性炭：疏水性，常用于净化疏水性，常用于净化有机溶剂蒸气、烃类气体、恶
13、臭物质有机溶剂蒸气、烃类气体、恶臭物质。碳化碳化 稳定结构稳定结构 活化活化 多孔中空结构多孔中空结构 P147P147碳化后碳化后活化后活化后优点：优点：性能稳定、抗腐蚀。性能稳定、抗腐蚀。缺点：缺点：可燃性，温度不能超过可燃性，温度不能超过200。惰性气流掩护下，可达。惰性气流掩护下，可达500。活性氧化铝：活性氧化铝：用于用于气体干燥，石油气脱硫，含氟废气净化气体干燥，石油气脱硫，含氟废气净化。硅硅胶胶：亲亲水水性性，可可吸吸附附自自身身质质量量50%的的水水份份，但但难难吸吸附附非非极极性性物物质质。常用于处理常用于处理含湿量较高含湿量较高的气体干燥，烃类物质回收等。的气体干燥，烃类物
14、质回收等。沸石分子筛：沸石分子筛：人工合成沸石，孔径均匀，具有筛分性能；吸附选择性人工合成沸石，孔径均匀，具有筛分性能；吸附选择性强；吸附能力强；受温度影响不大。强；吸附能力强；受温度影响不大。吸附剂的再生方法：吸附剂的再生方法：加热解吸再生加热解吸再生 利用吸附剂的利用吸附剂的吸附容量在等压下随温度升高而降低吸附容量在等压下随温度升高而降低的特点，在低的特点，在低温下吸附，加热升高温度后吹扫脱附。也称温下吸附，加热升高温度后吹扫脱附。也称变温吸附变温吸附。降压或真空解吸降压或真空解吸 利用利用吸附容量在恒温下随压力降低而降低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，的特点，在加压
15、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。也称的。也称变压吸附变压吸附。置换再生法置换再生法 对某些热敏物质，如饱和烃，可对某些热敏物质，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。也称再生，即用解吸剂置换，使吸附质脱附。也称变浓吸附变浓吸附。五、常用吸附装置五、常用吸附装置穿床速度：气体通过床层的速度。穿床速度：气体通过床层的速度。q固定床吸附器：固定床吸附器：穿床速度穿床速度吸附剂的悬浮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：
16、移动床吸附器：穿床速度穿床速度吸附剂的悬浮速度吸附剂的悬浮速度 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：流化床吸附器：穿床速度穿床速度吸附剂的悬浮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固定床吸附过程分析 P429 P429排放标准排放标准吸附周期吸附周期半连续式吸附流程半连续式吸附流程回转式吸附床回转式吸附床q床层绕轴旋转，框架和隔板固定不动；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。透过床层，形成吸
17、附段、再生段、冷却段。移动床移动床流化床流化床对吸附设备的对吸附设备的基本要求基本要求：具有足够的过气断面和停留时间；具有足够的过气断面和停留时间；良好的气流分布；良好的气流分布；预先除去入口气体中污染吸附剂的杂质；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；能够有效地控制和调节吸附操作温度；易于更换吸附剂。易于更换吸附剂。优点：优点：净化效率高；净化效率高；可回收有用组分；可回收有用组分；设备简单，操作方便，易实现自动控制。设备简单，操作方便，易实现自动控制。缺点：缺点：吸附容量一般不高，设备体积大；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
18、高。吸附剂容量有限，需频繁再生，操作费用高。应用：应用：处理浓度较低、小气量的有害气体，常用作深度净化；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、脱除废气中的水分、有机蒸汽、恶臭、HFHF、SOSO2 2、NONOX X等。等。广泛应用于有机化工、石油化工等部门。广泛应用于有机化工、石油化工等部门。催化转化催化转化催化转化催化转化 燃烧转化燃烧转化燃烧转化燃烧转化 生物净化生物净化生物净化生物净化 电子束照射法电子束照射法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）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
19、催化转化法催化转化法催化转化法催化转化法 利用利用催化剂催化剂的催化作用，将废气中的污染物转化为无害或易的催化作用，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。于去除的物质的废气治理技术。优优 点：点：对不同浓度的污染物具有很高转化率；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；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。操作过程简化。缺缺 点：点：催化剂较贵，且废气预热需耗一定能量，处理费用增加。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燃烧转化法燃烧转化法 通通过过氧氧化化燃燃烧烧或或高高
20、温温分分解解，把把气气态态污污染染物物转转化化为为无无害害物物质质或或易易于于进进一一步处理和回收的物质的方法。步处理和回收的物质的方法。v 直接燃烧：直接燃烧：也称也称直接火焰燃烧直接火焰燃烧，无需添加辅助燃料，直接在空气中或氧，无需添加辅助燃料，直接在空气中或氧气中燃烧，温度一般在气中燃烧，温度一般在11001100以上，生成以上，生成COCO2 2和和H H2 2O O等。在高温下滞留时间短，等。在高温下滞留时间短，生成明亮火焰。适用于净化生成明亮火焰。适用于净化温度较高、浓度较大的有害气体温度较高、浓度较大的有害气体。v 热力燃烧：热力燃烧：需要添加辅助燃料，成本较高，氧化温度约需要添
21、加辅助燃料，成本较高，氧化温度约600600800800。在。在高温下停留一定时间，高温下停留一定时间，不生成火焰不生成火焰。适于净化。适于净化浓度相对较低浓度相对较低的可燃气体。的可燃气体。v 催化燃烧：催化燃烧：在在催化剂催化剂的作用下，废气中的可燃组分在的作用下，废气中的可燃组分在较低温度下氧化分较低温度下氧化分解解，生成，生成COCO2 2和和H H2 2O O。无焰燃烧无焰燃烧，安全性好；但催化剂较贵，安全性好；但催化剂较贵，投资较大投资较大。特点：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，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
22、染。但易产生二次污染。利用利用微生物微生物以废气中的有机组分作为其以废气中的有机组分作为其生命活动的能源或养分生命活动的能源或养分的特的特性，经过代谢降解，将其性，经过代谢降解，将其转化为简单的无机物转化为简单的无机物（H H2 2O O和和COCO2 2）或）或细胞组成细胞组成物质物质。整整个个过过程程与与生生物物处处理理废废水水方方法法比比较较类类似似，最最大大区区别别在在于于：废废气气中中的的有有机机物物首首先先要要由由气气相相中中通通过过传传质质过过程程到到达达液液相相，然然后后在在液液相相中中被被微微生生物物吸附降解。其基本降解原理与生物法处理废水相同。吸附降解。其基本降解原理与生物
23、法处理废水相同。应用：应用：处理处理各种有机废气各种有机废气，即各种碳氢化合物废气，尤其是一些难，即各种碳氢化合物废气，尤其是一些难处理的处理的具有毒性的低浓度废气具有毒性的低浓度废气，如烃、醛、酮、醇、酯、胺、苯类、多，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，故此法也可除臭除臭，如去除，如去除H H2 2S S等。等。生物净化法生物净化法生物净化法生物净化法 电子束照射法电子束照射法电子束照射法电子束照射法脱硫、脱氮（脱硝）主要机理：脱硫、脱氮（脱硝）主要机理：（1）活性游离基的生成）活性游离基的生成 燃燃煤
24、煤排排烟烟中中含含有有N2、O2、水水蒸蒸汽汽、CO2等等主主要要成成分分及及SO2、NOx等等微微量量有有害害成成分分。当当电电子子束束照照射射烟烟气气时时，电电子子束束能能量量大大部部分分被被烟烟气气中中的的氮氮、氧氧、水水蒸蒸汽汽所所吸吸收收，从从而而生生成成富富有有反反应应活活性性的的游游离自由基（离自由基（OH基、基、O原子、原子、HO2基、基、N基）基）：N2、O2、H2O OH、O、HO2、N（2）SO2与与NOx的氧化的氧化 烟烟气气中中的的SO2与与NOx，与与电电子子束束照照射射而而生生成成的的活活性性氧氧化化物物质质进行快速反应（约进行快速反应（约10-5秒），分别氧化成
25、雾状的秒），分别氧化成雾状的H2SO4与与HNO3。SO2HSO3H2SO4SO2SO3H2SO4NOHNO2HNO3NONO2+OHNONO2HNO3OHOHOOHH2OOOHOHO2（3）硫酸铵与硝酸铵的生成）硫酸铵与硝酸铵的生成 已已生生成成的的硫硫酸酸和和硝硝酸酸再再与与电电子子束束照照射射以以前前喷喷入入的的氨氨(NH3)进进行行中中和和反反应应，分分别别生生成成硫硫酸酸铵铵(NH4)2SO4和和硝硝酸酸铵铵NH4NO3的的粉粉状状微粒。这些颗粒从反应器进入收尘装置而被分离回收。微粒。这些颗粒从反应器进入收尘装置而被分离回收。若若有有尚尚未未反反应应的的剩剩余余SO2和和NH3，可可分分别别在在上上述述微微粒粒表表面面进进一步发生热化学反应，亦生成硫酸铵、硝酸铵：一步发生热化学反应，亦生成硫酸铵、硝酸铵：H2SO4+2NH3(NH4)2SO4HNO3+NH3NH4NO3SO2+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从电子束照射到硫酸铵、硝酸铵生成所需时间仅约1秒。秒。优点：优点：q可同时脱硫、脱硝；可同时脱硫、脱硝；q系统结构简单，操作方便；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；可获得肥料等副产品，无二次污染；q投资少，运行费用低。投资少，运行费用低。