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几种典型有毒有害气态污染物的净化天津大学环境科学与工程学院马德刚1、含氟废气含氟废气的产生•含氟废气主要是指含氟化氢（HF）和四氟化硅（SiF4）的废气，它主要来源于工业生产过程，如电解铝、炼钢、磷肥、氟塑料生产、化铁炉，另外还有玻璃、陶瓷、砖瓦、搪瓷等行业。其中以电解铝和磷肥工业排放量最大。据测算，每生产一吨铝，要排放16～24公斤的氟；生产一吨黄磷排放30公斤氟，生产一吨磷肥排放5～25公斤氟。煤中也含有氟，每公斤约40～300毫克，高的达1400毫克，煤燃烧时，约78%～100%的氟排放出来。含氟废气的吸收净化•水吸收法：用水吸收含氟废气主要是基于氟化氢和四氟化硅极易溶于水的特性。氟化氢溶于水生成氢氟酸，四氟化硅溶于水生成氟硅酸和硅胶。•碱吸收法：碱吸收法的机理与上述水吸收法基本相同，只是把水改为碱水，一般是用Na2CO3水溶液吸收含氟化氢废气制取冰晶石（Na3AlF6）；用碱水吸收氟化氢或四氟化硅，最后都得到氟化物（NaF或NH4F），再定量地加入偏铝酸钠（NaF溶液中）或硫酸铝和Na2SO4（NH4F溶液中），生成冰晶石。•低浓度氟化氢废气：石灰水洗涤，生成氟化钙沉淀除去。含氟废气的吸附法净化•用氧化铝粉作吸附剂吸附铝厂烟气中的氟化氢是20世纪60年代电解铝厂含氟烟气治理技术上的一个重要突破。它不仅可以用来净化预焙窑的烟气，而且还可以处理净化电解槽出来的含氟废气，目前来自预熔窑的烟气主要是采用吸附法，而来自电解槽的烟气还可采用吸收法。•吸附法净化含氟化氢废气有很高的净化效率，一般可达到98%以上。吸附完氟化氢的氧化铝不需再生，可直接送到电解槽作为电解铝的原料。工艺流程简单，不存在水污染和系统腐蚀问题，因此，与湿法相比，其投资和运行费用都比较低，可用于各种气候条件。2、有机废气有机废气的来源•数百种有机化合物的蒸气可对空气造成污染，称作挥发性有机废气（VOCs）。由于大多数有机废气都对人体有害，有很多的有机废气还有致癌、致畸、致突变的作用，因此对其在空气中的含量要求非常严格。这些有机废气来源于化工、石油化工、轻工等许多行业和部门，有些行业比如石油开采与加工、炼焦与煤焦油加工、有机合成、溶剂加工、感光材料、油漆涂料加工及使用等，尤其带来严重污染。有机废气的净化•基本方法：冷凝法、吸收法、吸附法、燃烧（催化燃烧、热力燃烧或直接燃烧）、膜法、生物法等，或上述方法的组合。•选择方法：既考虑技术上的可行性，又考虑经济上的可行性。具体应从污染物的性质、浓度、净化要求并结合生产中的具体情况以及投资、运转费用、回收效益等诸方面予以考虑，同时还要综合考虑环境效益和社会效益。冷凝法治理有机废气•冷凝法的基本原理•冷凝法的特点•冷凝法的适用范围•冷凝法的流程与设备冷凝法的基本原理•同一物质饱和蒸汽压的大小与温度有关。温度越低，饱和蒸汽压值越低。对含有一定浓度的有机蒸汽的废气，当将废气降到某一温度时，与其相应的饱和蒸汽压值已低于废气组分分压时，该组分就要凝结为液体，即实现了气体分离的目的。冷凝法的特点•由于冷凝法净化对废气的净化程度受冷凝温度的限制，要求净化程度高或处理低浓度废气时，需要将废气冷却到很低的温度，经济上不合算，因此，在大多数情况下，不单独使用冷凝法治理有机废气，而是作为其他处理方法的预处理工序。但冷凝法净化所需设备和操作条件比较简单，回收物质纯度高。冷凝法的适用范围•处理高浓度有机废气，特别是组分单纯的气体。•作为吸附净化或燃烧的预处理，以减轻后续操作的负担。•处理含有大量水蒸气的高温气体。冷凝法的流程与设备•表面冷凝器使用一间壁，将冷却介质与废气隔开，通过间壁传热将废气中的热量转移出来，使废气冷却。列管式冷凝器、喷洒式蛇管冷凝器等均属此类设备。使用此类设备可以回收被冷凝组分，但冷却效率较差。•接触冷凝器将冷却介质（通常采用冷水）与废气直接接触进行换热的设备。使用这类设备冷却效果较好，但冷凝物质不易回收。在有机废气治理时往往只作为预处理设施。喷淋塔、填料塔、板式塔、喷射塔等属此类设备。辅助材料下水道高湿蒸气冷却水（进）冷却水（出）不凝气体排入大气辅助燃料去下水道3高湿蒸气冷却水不凝气排入大气吸收法治理有机废气•在大部分有机废气的治理中，不采用吸收法，其主要原因是合适的吸收剂的选择。目前只有在石油炼制、石油化工的生产及储运中，采用溶剂吸收法对烃类（如苯类、汽油、石脑油等）进行回收。•对苯类的吸收，多采用二乙二醇醚作吸收剂。对汽油等轻质油品，多采用轻柴油作吸收剂进行吸收。吸收装置多采用吸收塔。吸附法治理有机废气•对于低浓度的有回收价值的有机废气，多采用吸附法，因为此种方法可以实现有机废气的资源化，同时，吸附法净化有机废气可以达到相当彻底的程度。例如在大量使用有机溶剂的行业如涂布、喷涂、感光材料等行业，还有一些使用有机溶剂的化工、石化行业，采用吸附的方法回收有机溶剂的量相当可观。吸附法净化的工艺流程净化气分离器冷凝器水溶剂吸附器吸附器低压蒸汽风机及电动机过滤器及冷却器含溶剂的废气催化燃烧法净化有机废气•催化燃烧是借助催化剂在低温（200～400℃）下，实现对有机物的完全氧化，因此能耗少，操作简便、安全、净化效率高，在有机废气特别是回收价值不大的有机废气净化方面应用比较广，已有不少定型设备可供选用。生物法净化有机废气•生物法净化有机废气是近年来发展起来的有机废气净化技术，该技术已在欧洲得到了规模化的应用。生物法净化有机废气主要是利用微生物对有机废气的降解净化有机废气的，对有机废气的去除率可达90%以上。与常规处理方法相比，生物法具有设备简单、运行费用低、较少造成二次污染等特点，同时生物法大都是在常温下运行，因此安全可靠。尤其是在处理低浓度、生物降解性好的有机废气时，更显出它的优越性。但生物法仅适用于低浓度有机废气的治理生物法净化有机废气的工艺•生物洗涤塔•生物滴滤塔•生物过滤塔生物洗涤塔•洗涤塔由吸收和生物降解两部分组成。含有经有机物驯化的微生物的循环液，由塔顶喷入，与从塔的下部上升的有机废气逆流接触，废气中的有机物和氧气转入液相，进入活性污泥池，有机物在活性污泥池中被微生物氧化分解。该法适用于气相传质速率大于生化反应速率的有机物的降解。生物滴滤塔•运行时有机气体从塔底进入，在流动过程中与已接种的挂膜的生物滤料接触而被净化，净化后的气体由塔顶排出。滴滤塔集废气的吸收与液相再生于一体，塔内增设了可附着微生物的填料，为微生物的生长、有机物的降解提供了条件。启动初期，在循环液中接种了经被处理有机物驯化的微生物菌种，从塔顶喷淋而下，与进入滤塔的有机废气逆向流动，微生物利用溶解于液相中的有机物质，进行代谢繁殖，并附着于填料表面，形成生物膜，完成生物挂膜过程。气相主体的有机物和氧气经过传输进入微生物膜，被微生物利用，代谢产物CO2等再经过扩散作用进入气相主体后外排。生物过滤塔•有机废气由塔顶进入过滤塔，在流动过程中与已接种挂膜的生物滤料接触而被净化，净化后的气体由塔底排出。定期在塔顶喷淋营养液，为滤料提供养分、水分并调整pH值。3、机动车尾气机动车尾气的产生•机动车尾气中的气态污染物都是由于燃料油（主要是汽油和柴油）蒸发和燃烧过程中产生的，燃烧过程产生的尾气污染占总污染量的65%～80%，其它是曲轴箱、油箱、化油器等排放的污染物。这些气态污染物包含很多成分，主要是CO、NOx和碳氢化合物（HC）（使用含铅汽油时还会排放含铅化合物）。CO和碳氢化合物是燃料不完全燃烧造成的，NOx则是气缸中的高温条件造成的。这些污染物灰长期存在于大气中，并进一步通过光化学反应而生成毒性更强的光化学烟雾。机动车尾气的净化•发动机外部净化•发动机内部控制•燃料的改进与替代发动机的外部净化•发动机的外部净化是在催化剂存在下，利用排气自身的温度和组成，将有害物质（CO、NOx、HC）转化为无害的H2O、CO2和N2。根据化学反应的类型不同又将其分为催化氧化法和催化氧化还原法。燃料的改进与替代•长期以来，汽油一直是作为汽车的燃料使用的，汽油是由石油提炼的产品之一，按照不同的生产工艺，产品为直馏汽油和裂化汽油。•以裂化汽油代替有铅的直馏汽油称为燃料的改进，这也是国内外发展的趋势。•用可燃性气体或液体替代汽油作为汽车燃料，称为燃料的替代。4、恶臭气体恶臭物质的来源•恶臭物质种类繁多，分布广，影响范围大，它们多数来自于以石油为原料的化工厂、垃圾处理厂、污水处理厂、饲料厂和肥料加工厂、畜牧产品农场、皮革厂、纸浆厂等工业企业，特别是石油中含有微量且多种结构形式的硫、氧、氮等的烃类化合物，在储存、运输和加热、分解、合成等工艺过程中产生出臭气逸散到大气中，造成环境的恶臭污染。迄今凭人的嗅觉即能感觉到的恶臭物质已达4000多种，其中对健康危害较大的有硫醇类、硫醚类、氨（胺）类、酚类、醛类等几十种。恶臭物质的控制方法•密封法用固体、无臭气体或液体隔断恶臭物质扩散来源，使恶臭物质不能进入或只允许不可避免的极少量进入空气；•稀释法用大量无臭气体将含恶臭物质的废气稀释，从而降低恶臭物质浓度；•掩蔽法在一定范围内施放其他芳香物质以遮盖恶臭物质的臭味；•净化法建立脱臭装置，在恶臭物质排放前，通过物理的、化学的或生物的方法将恶臭物质除去。恶臭的治理方法吸收法•利用恶臭气体的物理或化学性质，使用水或化学吸收液对恶臭气体进行物理或化学吸收而脱除恶臭的方法。吸收装置如喷淋塔、填料塔、各类洗涤器、鼓泡塔等。•选择吸收方式时，应尽可能选择化学吸收，一方面可以提高脱臭效果，同时也可节省大量用水。恶臭气体浓度较高时，一级吸收往往难以满足脱臭要求，此时可采用二级、三级或多级吸收。对复合性恶臭也可使用几种不同的吸收液分别吸收。吸附法•吸附法是处理低浓度恶臭气体的很重要的方法之一。虽然可供使用的吸附剂很多，如活性炭（包括活性炭纤维）、两性离子交换树脂、硅胶、磺化煤、氢氧化铁等等，但大多数吸附剂对空气中的水分吸附能力大于对恶臭物质的吸附能力；而活性炭对恶臭气体有较大的平衡吸附量，对多种恶臭气体有较强的吸附能力。燃烧法•直接燃烧法脱臭–优点是脱臭效率高；–缺点是设备和运转费用高，温度控制复杂。•催化燃烧法脱臭–与直接燃烧法相比，催化燃烧法在燃烧过程中需要使用催化剂，以利于能在较低的温度下完全燃烧，达到脱除恶臭的目的。该方法可节省大量燃料，适用于低温恶臭气体的处理。生物法脱臭•目前在脱臭方面发展起来的生物处理法是一种很有前途的方法。可以认为生物处理废气也是一种催化反应，只不过它使用的是生物催化剂，利用生物酶的催化作用，使有机废气中的有害成分分解。有资料介绍，酶的催化活性要比一般催化剂的催化活性大数千万倍。而且，生物处理净化有机物特别是臭味，设备简单，能耗低，不消耗有用原料，安全可靠，无二次污染。目前在用生物处理醇类、酚类、硫醇类、脂肪酸类、醛类、胺类等方面已有了比较成熟的方法。一些微生物制剂也大量出现。因此，生物处理有机污染物是很有发展前途的.5、沥青烟气沥青烟的来源•沥青烟是以沥青为主，也包括煤炭、石油等燃料在高温下逸散到环境中的一种混合烟气。凡是在加工、制造和一切使用沥青、煤炭、石油的企业，在生产过程中均有不同浓度的沥青烟产生。含有沥青的物质，在加热与燃烧的过程中也会不同程度地生产沥青烟。沥青烟的组成与性质•一般沥青中含有2.61%～40.7%的游离碳，其余为烃类及其衍生物等，其成分复杂，不同的沥青成分之间的变化也很大，因而沥青烟的成分也相当复杂。总体上讲沥青烟的组分与沥青相近，主要是多环芳烃（PAH）及少量的氧、氮、硫的杂环化合物。已知其中有萘、菲、酚、咔唑、吡啶、吡咯、吲哚、茚等100多种。在这些成份中，有几十种物质是致癌物质，特别是苯并芘对动物、植物、人体都会造成严重的危害，是一种强致癌物。正因为如此，沥青烟必须及时治理。沥青烟的治理方法•燃烧法•吸附法•吸收法6、汞蒸汽汞蒸汽的来源•汞分为无机汞和有机汞两类。无机汞的毒性较小，微量无机汞摄入人体后基本上能等量的由尿、汗等排出体外。有机汞则不然。特别是甲基汞和乙基汞的毒性更大，而且可以在体内慢慢积累。•空气中的汞包括汞蒸气和汞化合物的粉尘。主要来源是人类活