主要大氣污染物控制技術(shù)
(一)煙塵控制技術(shù)
大氣中固體顆粒污染物與燃料燃燒關(guān)系密切。減少固體顆粒物的排放可采取兩種措施：一是改變?nèi)剂系臉?gòu)成，以減少顆粒物的生成，比如用天然氣代替煤，用核能發(fā)電取代燃煤發(fā)電等;二是在煙塵排放到大氣環(huán)境之前，采用控制設(shè)備將塵除掉，以減輕大氣環(huán)境污染程度。這里重點(diǎn)介紹第二類方法。
由燃料及其他物質(zhì)燃燒或以電能加熱等過程產(chǎn)生的煙塵，以及對(duì)固體物料破碎、篩分和輸送等機(jī)械過程產(chǎn)生的粉塵，都是以固態(tài)或液態(tài)的粒子存在于氣體中，從氣體中除去或收集這些固態(tài)或液態(tài)粒子的設(shè)備稱為除塵裝置。
根據(jù)主要除塵機(jī)理。常用的除塵裝置可分為：(1)機(jī)械式除塵裝置;(2)袋式除塵裝置;(3)濕式除塵裝置;(4)電除塵裝置。
在選擇除塵裝置時(shí)除要考慮所處理的粉塵特性外，還應(yīng)考慮除塵裝置的氣體處理量，除塵裝置的效率及壓力損失等技術(shù)指標(biāo)和有關(guān)經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)。
1.干式機(jī)械除塵裝置：不用水或其他液體作潤濕劑，僅利用重力、慣性力及離心力等沉降作用去除氣體中粉塵粒子的裝置稱為干式機(jī)械除塵裝置。主要的類型有：重力沉降室;慣性力除塵器;離心力除塵器。
干式機(jī)械除塵裝置主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、易于制造、造價(jià)低、施工快、便于維修及阻力小等優(yōu)點(diǎn)，因而它們廣泛用于工業(yè)。該類除塵裝置對(duì)大粒徑粉塵的去除具有較高的效率，而對(duì)于小粒徑粉塵捕獲效率很低。表2-17示出幾種機(jī)械除塵裝置的除塵特性。
(1)沉降室除塵：使含塵氣體中的粉塵粒子借助重力作用而達(dá)到除塵目的的一種除塵裝置。合塵氣流通過橫斷面積比管道大得多的沉降室時(shí)，由于含塵氣流水平流速大大降低，致使其中較大的粒子在沉降室中有足夠的時(shí)間受重力作用而沉降。這種沉降室往往安裝在其他收集設(shè)備之前，做為除去較大粒徑塵粒的預(yù)處理裝置，圖2-22是一個(gè)簡單沉降室的降塵示意圖。
(2)旋風(fēng)除塵器：這是利用旋轉(zhuǎn)氣流產(chǎn)生的離心力使塵粒從氣流中分離的裝置。它是由進(jìn)氣管、筒體、錐體和排氣管等組成，氣流流動(dòng)狀況如圖2-23所示。含塵氣流進(jìn)入除塵器后，沿外壁由上向下作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)有少量氣體沿徑向運(yùn)動(dòng)到中心區(qū)域。氣流作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，塵粒在離心力作用下逐步移向外壁，到達(dá)外壁的塵粒在氣流和重力共同作用下沿壁面落入灰斗。凈化的氣體達(dá)到錐體底部后，轉(zhuǎn)而向上沿軸心旋轉(zhuǎn)，最后經(jīng)排管排出。這種分離方式使5μm以下的塵粒去除效率達(dá)到50%。
(3)慣性除塵裝置：使含塵氣流與擋板相撞，或使氣流急劇地改變方向，借助其中粉塵粒子的慣性力使粒子分離并捕集的一種裝置。圖2-24所示是含塵氣流沖擊在兩塊擋板上時(shí)塵粒分離的機(jī)理。
2.過濾式除塵裝置：又稱空氣過濾器，這是使含塵氣流通過過濾材料將粉塵分離捕集的裝置。采用濾紙或玻璃纖維等填充層做濾料的空氣過濾器，主要用于通風(fēng)及空氣調(diào)節(jié)方面的氣體凈化;采用砂、礫、焦炭等顆粒物做為濾料的顆粒層除塵器，在高溫?zé)煔獬龎m方面引入注目;采用纖維織物作濾料的袋式除塵器，主要在工業(yè)尾氣的除塵方面應(yīng)用較廣。這里主要介紹袋式除塵器。它的除塵效率一般可達(dá)99%以上，如圖2-25所示。含塵氣流從下部進(jìn)入圓筒形濾袋，在通過濾料的孔隙時(shí)，粉塵被捕集于濾料上，透過濾料的清潔氣體由排出口排出，一個(gè)袋室可裝有若干只分布在若干個(gè)艙內(nèi)的織物過濾袋，常用濾料由棉、毛、人造纖維織物加工而成。這種方法除塵效率高，操作簡便，適合于含塵濃度低的氣體;其缺點(diǎn)是占地多、維修費(fèi)用高，不耐高溫、高濕氣流。
3.濕式除塵裝置：濕式除塵裝置是使含塵氣體與液體(一般為水)密切接觸，利用水滴和塵粒的慣性碰撞及其他作用捕集塵；蚴沽皆龃蟮难b置。它可以有效地將直徑為0.1—20μm的液態(tài)或固態(tài)粒子從氣流中除去，同時(shí)，也能脫除氣態(tài)污染物。根據(jù)濕式除塵器的凈化機(jī)理，可將其分為7類：重力噴霧洗滌器、離心洗滌器、自激噴霧洗滌器、板式洗滌器、填料洗滌器、文丘里洗滌器、機(jī)械誘導(dǎo)噴霧洗滌器。應(yīng)用廣泛的三類濕式除塵器，即噴霧塔式洗滌器、離心洗滌器和文丘里式洗滌器，如圖2-26、2-27所示，圓柱形的噴霧塔是一種最簡單的濕式除塵裝置，在逆流式噴霧塔中，含塵氣體向上運(yùn)動(dòng)，液滴由噴嘴噴出向下運(yùn)動(dòng)，因塵粒和液滴之間的慣性碰撞，攔截和凝聚等作用，使較大的粒子被液滴捕集。這種方法具有結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低、占地面積小，操作及維修方便和凈化效率高等優(yōu)點(diǎn)，能夠處理高溫、高濕的氣流，但要注意設(shè)備和管道的腐蝕以及污水和污泥的處理等問題。
4.電除塵裝置：電除塵器是含塵氣體在通過高壓電場(chǎng)進(jìn)行電離的過程中，使塵粒荷電，并在電場(chǎng)力的作用下使塵粒沉積在集塵極上，將塵粒從含塵氣體中分離出來的一種除塵設(shè)備。圖2-28是一個(gè)簡式電除塵器示意圖。它的集塵極為一圓形金屬管，放電極極線(電暈線)用重錘懸吊在集塵極圓管中心。含塵氣流由除塵器下部進(jìn)入，凈化后的氣流由頂部排出。這種電除塵器多用于凈化氣體量較大的含塵氣體。此外還有板式電除塵器。這種電除塵器的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)粒徑很小的塵粒具有較高的去除效率，耐高溫，氣流阻力小，除塵效率不受含塵濃度和煙氣流量的影響，是當(dāng)前較為理想的除塵設(shè)備，但設(shè)備投資費(fèi)用高，占地大，技術(shù)要求高。
(二)二氧化硫凈化技術(shù)
目前控制燃燒生成的SO2，主要方法有：燃料脫硫，燃燒過程中脫硫或煙氣脫硫。
1.燃料脫硫
(1)煤炭的洗選：廣泛采用的工藝主要是重力分選法，分選后原煤合硫量降低40—90%。凈化效率取決于煤中無機(jī)和有機(jī)硫的含量。其他正在研究的脫硫方法有浮選法、氧化脫硫法、化學(xué)浸出法、化學(xué)破碎法、細(xì)菌脫硫法等多種方法，但尚無工業(yè)實(shí)用的價(jià)值。
(2)煤炭的轉(zhuǎn)化：主要是煤的氣化或液化，即對(duì)煤進(jìn)行脫碳或加氫改變其原有的碳?xì)浔，將煤料變成清潔的二次燃料?/p>
煤氣主要是氫、一氧化碳和甲烷等可燃混合氣。煤氣中的硫主要以H2S形式存在，可用濕法脫除大部分H2S，再用干法除去其余部分。
煤的液化方法分為二類：直接法(如SRC-Ⅱ法);間接法(如魯齊氣化-弗-托合成法)。因方法工藝耗水量大，廢水污染嚴(yán)重，成本較高等因素影響該方法的普及。
(3)重油脫硫：常用的脫硫方法是在鉬、鈷和鎳等的金屬氧化物催化劑作用下，通過高壓加氫反應(yīng)、切斷C—S的化合鍵，以氫置換出碳，同時(shí)氫與硫作用形成硫化氫，從重油中分離出來而除去。目前發(fā)展了直接脫硫和間接脫硫兩種工藝。
直接脫硫是選用抗中毒性能較好的催化劑，將重油直接引入裝有催化劑的反應(yīng)塔加氫脫硫。這種方法效果好，可使脫硫重油含硫量下降到1%;間接脫硫，是先將重油減壓蒸餾，分成餾出油和殘油。單獨(dú)將餾出油進(jìn)行高壓加氫脫硫，然后與殘油相混合;或以液化丙烷(或丁烷)作溶劑，對(duì)殘油進(jìn)行處理，分離出瀝青后，再與餾出油混合進(jìn)行加氫處理。
2.燃燒脫硫：煙氣中SO2濃度一般低于0.5%，給脫硫技術(shù)帶來不少困難，合理地選擇煙氣脫硫工藝必須考慮環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等多種因素。煙氣脫硫方法一般可分為濕法和干法兩大類。
(1)石灰/石灰石洗滌：煙氣由含亞硫酸鈣和硫酸鈣的石灰/石灰石漿液洗滌，SO2與漿液中的堿性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成亞硫酸鹽和硫酸鹽。漿液中的固體(包括燃煤飛灰)連續(xù)地從漿液中分離出來。
(2)氨法：以氨作SO2吸收劑，與其他堿類相比，氨可以保留在吸收產(chǎn)物中制成含氮肥料。以氨溶液吸收SO2時(shí)，其化學(xué)反應(yīng)迅速，質(zhì)量傳遞主要受氣相阻力控制，吸收效率可達(dá)90%以上。
(3)噴霧干燥吸收法煙氣脫硫：當(dāng)SO2被霧化了的Ca(OH)2漿液或Na2CO3溶液吸收，同時(shí)，溫度較高的煙氣使液滴干燥脫水，形成干固體廢物。干廢物(由亞硫酸鹽、硫酸鹽、未反應(yīng)的吸收劑和飛灰組成)由袋式除塵器或電除塵器捕集，這是目前唯一工業(yè)化的干法煙氣脫硫技術(shù)，并逐漸替代傳統(tǒng)的濕式洗滌器。
3.流化床燃燒脫硫：流化床燃燒本質(zhì)上是一種低溫燃燒過程，爐內(nèi)存有局部還原氣氛，因而NOx的發(fā)生量減少，常用的脫硫劑系石灰石或白云石。將它們粉碎成與煤同樣的粒度即粒徑在2mm左右，與煤同時(shí)加入爐內(nèi)，在1073—1173K下燃燒，石灰石受熱分解析出CO2，形成多孔的氧化鈣并進(jìn)而與SO2作用，生成硫酸鹽，以達(dá)到固硫的目的。目前流化床燃燒脫硫技術(shù)只適用于中小容量的工業(yè)鍋爐和爐窯。
4.低濃度SO2的吸附凈化：一般采用活性炭作吸附劑。當(dāng)煙氣中含有足量的水蒸氣和氧時(shí)，SO2伴隨著發(fā)生化學(xué)吸附，在活性炭表面上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，SO2氧化成SO3，并與H2O反應(yīng)生成稀硫酸。用金屬鹽浸漬吸附劑可以增加對(duì)SO2的吸著率。這種方法的脫硫率可達(dá)90 %。
(三)汽車尾氣的催化凈化
近年來，城市建設(shè)和交通事業(yè)發(fā)展很快，汽車尾氣對(duì)城市大氣的污染日趨嚴(yán)重，凈化汽車尾氣已成為一些城市保護(hù)大氣環(huán)境的重要課題。
汽車尾氣中主要含烴類、CO和NOx等有害物質(zhì)，前兩種是燃料不完全燃燒所產(chǎn)生，NOx則是由汽缸中的高溫條件所造成的，在汽車發(fā)動(dòng)過程中排放的這些成分造成環(huán)境污染。催化轉(zhuǎn)化法，因其反應(yīng)快，設(shè)備體積小，污染物可直接轉(zhuǎn)化為無害物，加上發(fā)動(dòng)機(jī)排氣具有足夠高的溫度，適用于汽車尾氣凈化。
汽車尾氣的完全催化轉(zhuǎn)化一般是分兩步完成的：一步是催化還原NOx另一步是催化氧化CH和CO。為了不外加還原劑，一般將還原NOx作為第一步，即利用尾氣中的CO和CHx作還原劑，并通過調(diào)整空燃比造成良好的還原氣氛，凈化NOx，同時(shí)也除去一部分CO和CHx，剩下CO和CH在第二步中被催化燃燒，以達(dá)到尾氣凈化的作用。目前已發(fā)展應(yīng)用所謂三效催化劑，能同時(shí)完成對(duì)CH、CO和NOx的凈化，在嚴(yán)格控制空燃比的前提下，可達(dá)到較高的凈化效率。目前，這種方法已付諸實(shí)施。
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