NO氧化復(fù)合液相吸收同時(shí)脫硫脫硝的實(shí)驗(yàn)研究

摘要：燃煤過程產(chǎn)生的SO2和NOx是我國大氣污染的最主要來源。傳統(tǒng)單一功能的煙氣治理方式導(dǎo)致煙氣治理鏈越來越長，工藝系統(tǒng)復(fù)雜、占地面積大、投資運(yùn)行費(fèi)用高，因此開發(fā)脫硫脫硝一體化新方法和新技術(shù)仍是當(dāng)前國內(nèi)外燃煤煙氣治理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。而濕法SO2與NOx的一體化脫除方法是目前最有應(yīng)用前景的技術(shù)解決途徑之一。本文采用高錳酸鉀和等離子體這兩種方法來實(shí)現(xiàn)NO的氧化，探索NO氧化結(jié)合NaOH液相吸收同時(shí)脫硫脫硝的過程和機(jī)制，為煙氣中多種污染物一體化脫除技術(shù)的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：NaOH;電暈放電;脫硫脫硝;協(xié)同效應(yīng)

一、SO2和NOx環(huán)境污染分析

（一）我國SO2和NOx排放統(tǒng)計(jì)

城市化工業(yè)化進(jìn)程不斷加快，城市規(guī)模不斷地?cái)U(kuò)大，導(dǎo)致城市空氣污染問題日益突出，霧霾頻發(fā)，嚴(yán)重降低了人們的生活質(zhì)量，甚至已嚴(yán)重威脅到人們的身心健康。2016年的中國環(huán)境公報(bào)數(shù)據(jù)顯示，在統(tǒng)計(jì)的全國300多個(gè)城市中，環(huán)境空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)的僅為25%;其余的75%的城市即250多個(gè)城市的環(huán)境空氣質(zhì)量超標(biāo)。同時(shí)在400多個(gè)城市（區(qū)、縣）開展了降水pH值和降水成分的檢測，結(jié)果表明我國酸雨的整體類型仍為硫酸型，而酸雨城市占比達(dá)到20%，酸雨頻率平均為13%，長江以南和云貴高原以東地區(qū)都是酸雨的多發(fā)區(qū)。

（二）SO2和NOx的危害

SO2是大氣中的常見污染物，它無色但有強(qiáng)烈刺激性氣味。大氣中SO2的來源廣泛，最主要的來源是燃料的燃燒過程（約占SO2排放總量的90%），尤其火電廠排放量最大，其他過程如硫化物礦物的焙燒、冶煉，化工材料的制造也會(huì)產(chǎn)生SO2。燃煤過程中產(chǎn)生的SO2溶于水中，會(huì)形成H2SO3，H2SO3被氧化繼而生成H2SO4。

二、燃煤煙氣脫硫脫硝技術(shù)進(jìn)展

（一）脫硫技術(shù)

煙氣脫硫技術(shù)是指采用物理或化學(xué)方法或者將兩種技術(shù)結(jié)合，甚至近年來還出現(xiàn)了生物方法，將煙氣中的SO2固定或者脫除。因此脫硫的方法有很多，按照脫硫劑和脫硫產(chǎn)物的干濕形態(tài)進(jìn)行劃分，脫硫方法可分為干法脫硫、半干法脫硫和濕法脫硫。

（二）脫硝技術(shù)

目前典型的脫硝技術(shù)主要有兩種，一種是選擇性催化還原SCR（Selective Catalytic Reduction）脫硝技術(shù)，還有一種是選擇性非催化還原SNCR（Selective Non-Catalytic Reduction）脫硝技術(shù)。選擇性非催化還原法是指在高溫 （900℃～1000℃）和沒有催化劑的條件下，向煙氣中噴含有NH3基的還原劑（如氨，尿素等），還原劑在煙道氣流中會(huì)產(chǎn)生的氨自由基，然后利用氨自由基的還原性 把NOx還原成N2和H2O。但是在整個(gè)過程中，由于煙氣中不可避免的會(huì)有O2存在，所以部分還原劑會(huì)被氧化生成NOx和H2O，因此還原劑消耗量較大。由于SNCR工藝不需要催化劑，運(yùn)行成本大大降低，所以它被廣泛應(yīng)用于燃燒系統(tǒng)中來減少NOx的排放。SNCR還原NO的化學(xué)反應(yīng)效率取決于氨氮比、煙氣溫度、合適溫區(qū)的停留時(shí)間、還原劑和煙氣的混合程度、還原劑的類型以及NOx的初始濃度等。

（三）同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)

1.固相吸附法同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)

固相吸附法是在干態(tài)下凈化煙氣，不存在廢液的問題，常用的固相吸附劑有活性炭、分子篩、CuO、鈣基吸附劑等。吸附法利用有較大比表面積的吸附劑來吸附SO2和NOx，成本低廉，技術(shù)成熟，具有很好的應(yīng)用前景。目前研究較多的吸附劑有活性炭、無機(jī)類吸附劑、有機(jī)類吸附劑以及其改性后的吸附劑。近年來，改性吸附劑由于其具有吸附多種污染物的特點(diǎn)，逐漸受到重視。有研究者使用強(qiáng)酸及強(qiáng)堿進(jìn)行高壓水熱改性活性炭，改性后的活性炭進(jìn)行XPS分析，發(fā)現(xiàn)羥基和內(nèi)酯類基團(tuán)都有增加，這有助于改善吸附效果。

2.微生物法同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)

微生物法煙氣同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)相對(duì)新穎，但仍不成熟。該法所需設(shè)備簡單，無二次污染，有一定的應(yīng)用前景。微生物方法往往反應(yīng)速率較慢，結(jié)合催化技術(shù)后將大大提高脫硫脫硝的效果，比如微生物-軟錳礦耦合脫硫脫硝方法，實(shí)現(xiàn)了90%以上的脫硫脫硝效率。另外，菌種的選擇也至關(guān)重要，高效脫硫和脫氮菌種的培養(yǎng)為實(shí)現(xiàn)高效脫硫脫硝提供了技術(shù)基礎(chǔ)。有研究者在同一反應(yīng)塔內(nèi)培養(yǎng)兩類菌體系（脫氮硫桿菌體系和硫酸鹽還原菌體系），最終實(shí)現(xiàn)了同時(shí)脫硫脫硝。實(shí)驗(yàn)證明了擁有雙菌體系的滴濾塔，在一定的進(jìn)氣條件下對(duì)SO2、NOx的脫除率可以分別達(dá)到95%和85%。脫氮過程相對(duì)較難，有研究者直接使用污水處理廠二沉池的活性污泥來脫除煙氣中的SO2和NOx，脫硫效率和脫硝效率能分別達(dá)到99. 9%和88.9%。

3.氧化法同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)

濕法脫硫是當(dāng)前煙氣脫硫的主流技術(shù)，但其對(duì)NOx的脫除能力有限。所以發(fā)展?jié)穹ㄍ瑫r(shí)脫硫脫硝技術(shù)成為當(dāng)前煙氣治理領(lǐng)域重要的研究方向，近年來也有部分技術(shù)實(shí)現(xiàn)了工程應(yīng)用，主要以氧化結(jié)合濕法吸收過程為主。氧化吸收法就是先將NO氧化為NO2等后再進(jìn)行同時(shí)脫硫脫硝。常用的氧化方式主要有化學(xué)氧化（包括氯酸類、KMnO4、H2O2等）、臭氧氧化、等離子體氧化、光催化氧化等。

三、NaOH液相吸收同時(shí)脫硫脫硝的實(shí)驗(yàn)研究

（一）NaOH溶液單獨(dú)吸收NO

在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，模擬煙氣氣體流量為1 L/min，NaOH溶液體積為100 mL，NO的初始濃度為100 ppm。在常溫常壓下，實(shí)驗(yàn)過程中考察的NaOH濃度分別為：0.02、0.04和0.06 mol/L。圖1反映了不同NaOH濃度對(duì)NO脫除效率的影響。

（二）NaOH溶液單獨(dú)吸收NO2

在本實(shí)驗(yàn)中，模擬煙氣流量為1 L/min，NaOH溶液體積100 mL，NO2的初始濃度為100 ppm，在常溫常壓下，在本實(shí)驗(yàn)中考察的NaOH濃度分別為0.02、0.04和0.06 mol/L。

四、結(jié)束語

本研究提出了一種電暈放電耦合濕式吸收方法，發(fā)現(xiàn)電暈放電耦合濕式吸收能發(fā)揮協(xié)同作用，大大提高NOx的脫除率。單獨(dú)電暈放電過程N(yùn)Ox的脫除率為14.3%，單獨(dú)吸收過程N(yùn)Ox的脫除率為7.7%，而電暈耦合濕式吸收過程中NOx的脫除率則達(dá)到了58.2%。然而在本研究中，電暈放電耦合濕式吸收的耦合方式并沒有深入的研究，今后可通過嘗試不同的耦合方式以達(dá)到更好的協(xié)同效果，進(jìn)一步提高NOx的去除率。

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作者簡介：

侯培，杭州尊邦科技有限公司。