工业废气中氮氧化物的治理研究

第!卷第#期环境工程学报$%&’!!(%’#)**+年#月,-./0102%34/5&%67/8.4%/90/:5&7/;./004./;23/’)**+工业废气中氮氧化物的治理研究任晓莉!!)张卫江)杨宝强!张雪梅)!b太原工业学院环境工程系!太原****=#)b天津大学化学工程研究所!天津***+)$摘要对碱液吸收和活性炭吸附两级联合治理氮氧化物废气进行了实验研究!结果表明)对于氮氧化物进口浓度为+***‘!****9;e9的氮氧化物废气!氮氧化物的平均脱除率可以达到DDf!出口浓度低于DD9;e9#还进行了以硝酸溶液%双氧水溶液和高锰酸钾溶液为氧化剂湿法氧化碱吸收的实验研究!结果显示种氧化剂都能显著提高氮氧化物的脱除率!其中以高锰酸钾溶液作氧化剂的脱除效果最好!其次是双氧水溶液&关键词氮氧化物治理碱液活性炭氧化剂中图分类号?@!!文献标识码B文章编号!#+CD!*=)**+$*#C**=+C*Z,.(/#$()’*-(0,(S’1,&)-(.,S+#A&*0#&,&h0/?.5%&.!!)H-5/;G0.Y.5/;)L5/;J5%I.5/;!H-5/;?3090.)!’K0V54:90/:%67/8.4%/90/:5&7/;./004./;!W5.R35/c/1:.:3:0%6W0N-/%&%;R!W5.R35/****=#)’,-09.N5&7/;./004./;h01054N-,0/:04!W.5/Y./X/.8041.:R!W.5/Y./***+)$!5&*-#2*6W-.1V5V04[05&1].:-409%85&%6/.:4%;0/%^.[0164%90^-531:;5101’c/:0;45:0[:0N-/.I30%65&Ci5&./01%&3:.%/15S1%4V:.%/].:-5N:.80N54S%/5S1%4V:.%/]511:3[.0[./V5Ni0[N%&39/’W-04013&:11-%]0[:-5:]-0/:-0./&0:N%/N0/:45:.%/%6/.:4%;0/%^.[01]51+***‘!****9;e9!:-0409%85&45:0%6(AS405N-0[:%DDf!:-0%3:&0:N%/N0/:45:.%/%6/.:4%;0/%^.[01]513/[04DD9;e9’c/5[[.:.%/!:5i./;P(A!P)A)5/[Q\C/A51%^.[5/:1!:-090:-%[%6%^.[5:.%/C5&i5&./01%&3:.%/15S1%4V:.%/]040./801:.;5:0[’W-04013&:11-%]0[:-5::-0409%85&45:0%6(AS./N40510[40954i5S&RSR31./;%^.[5/:1!5/[Q\/A]51:-0S01:%6:-0:-400%^.[5/:1!P)A)]51/0^::%Q\/A’7,%4(-1&6/.:4%;0/%^.[01#409%85&i5&./0#5N:.80N54S%/#%^.[5/:1收稿日期!)**#_*_*+#修订日期!)**#_*=_!#作者简介!任晓莉!D+‘$!女!博士!主要从事氮氧化物废气治理技术研究&7C95.&)40/^.5%&.D!@a0R%3’N%9氮氧化物废气是一种重要的大气污染源!不仅对人体和动物的肺脏%心脏等器官具有强烈的致毒作用!而且还可以形成酸雾%酸雨和光化学烟雾%破坏臭氧层!给生态环境和人类生产%生活带来极大危害!所以含(AS废气治理已经成为环境保护的重要组成部分!也是工业投产运行的首要条件&氮氧化物的处理方法有还原法*!+%等离子体活化法*)+%生化法*+%吸附法*+和液体吸收法*@+等&在以上处理方法中!由于碱液吸收法能将氮氧化物回收为亚硝酸盐或硝酸盐产品!有一定的经济效益!而且工艺流程和设备也比较简单!技术路线成熟!所以广泛应用于工业废气中氮氧化物的治理&但该法的主要缺点是技术水平不高!吸收后尾气浓度依然很高!为了解决这一问题!本文作者进行了碱液吸收和活性炭吸附两级联合治理氮氧化物废气的实验研究!并以硝酸溶液%双氧水溶液和高锰酸钾溶液为氧化剂进行了湿法氧化碱液吸收法治理氮氧化物废气的实验研究!研究结果对于指导工业生产具有极大的参考价值&86实验部分8’86实验装置实验装置如图!所示&由空气%()和(A气体配制成含有一定质量浓度的含(AS混合气体!从塔底进入填料塔!吸收液通过循环泵由填料塔上部经喷淋装置喷淋入塔!流经填料表面与含(AS混合气体进行逆向反应吸收后!由塔下部排出进入储液槽!经过吸收治理净化后的尾气由塔顶排出!吸收液的温度通过恒温水浴来调节和维持&环境工程学报第!卷图!实验装置图E.;’!7^V04.90/:5&10:3V8’96分析仪器与方法分析仪器为GEHX$C)!**型紫外可见分光光度计!波长范围))**‘!***/9!波长精度)q)b*/9!样品分析波长)@/9&样品采用盐酸萘乙二胺比色分析法*#+进行分析&以标准溶液色列(A_)浓度分别为*!*b!*!*b)*!*b*!*b*!*b@*!;e9F$为横坐标!以对应的吸光度为纵坐标绘制的标准曲线回归方程为)Dl*bD@!Sj*b**@线性相关系数为)%)l*bDDD=8’:6原料和试剂原料)对氨基苯磺酸%盐酸萘乙二胺%冰乙酸%亚硝酸钠%高锰酸钾%硝酸%双氧水%氢氧化钠%活性炭%一氧化氮和氮气&!$采样吸收液将@;对氨基苯磺酸放于)**9F热水中!冷却后移入!***9F棕色容量瓶中!加入@*9F冰乙酸和*b*@;盐酸萘乙二胺!用水定容!若溶液呈现粉红色!应弃之重配&使用时!以份上述溶液和!份水的比例稀释!作为采样用吸收液&吸收液的吸光度值均应不大于*b**@&)$亚硝酸钠标准工作液准确称取粒状亚硝酸钠*b+@*;称准至*b!9;!预先干燥)-以上$!溶于水!并移入!***9F容量瓶!用水定容&使用时!用水准确稀释成)b@!;e9F的亚硝酸钠标准溶液&以上用水全部采用去离子水&$吸收液氢氧化钠溶液!双氧水溶液!高锰酸钾溶液&96结果与讨论本实验主要进行了(5AP溶液吸收和活性炭吸附两级联合法和湿法氧化碱吸收法脱除氮氧化物的实验研究&脱除率即吸收塔对氮氧化物的平均净化效率!以%表示)%+!_,),()!n!**f!$式中),!-吸收塔入口气体中(AS的浓度!9;e9#,)-吸收塔出口气体中(AS的浓度!9;e9&9C86[#VW溶液和活性炭脱除氮氧化物(5AP溶液可以和氮氧化物按照方程式)$和$进行反应生成硝酸钠和亚硝酸钠)(5APj(A(5(Aj(5(AjPA)$(5APj(Aj(A(5(AjPA$活性炭由于对氮氧化物具有较高的吸附作用!从而可以脱除废气中的氮氧化物!吸附后的活性炭可以通过变温解吸后重复使用!脱附出来的浓度较高的氮氧化物可以氧化后重新送入碱液吸收塔进行吸收&本实验考察了(5AP溶液和活性炭吸附两级脱除氮氧化物的脱除效果&==第#期任晓莉等)工业废气中氮氧化物的治理研究实验操作条件如下)载气用空气!流量M空气l*b!#9e-!温度)l)Dm!进口压力Tln!*iU5!(5AP溶液吸收塔塔径Gl*99!填料高度(l!***99!填料为+**L板波纹规整填料!碱度(l*;eF!活性炭塔塔径Gl)@99!装填高度(l!***99&实验测得的氮氧化物的脱除效果见表!&表86[#VWB活性炭脱除[V0H#5$,86Z,.(/#$()[V05%[#VWB#2*’/,2#-5(#5&(-3*’((5AP溶液吸收塔进口,(AS9;e9$出口,(AS9;e9$%!f$活性炭吸收塔出口,(AS9;e9$%)f$双塔%总f$+*D=#*=+’=+D!’D=’D+=!=D#!=+’++!D)’#DD’!=)@*!*+)=+’*=)D)’DD’*+=)!!D=@’+#D’)DD’!D=D!)=#’*DD)’DDD’*D*)D!)!+=#’@DDD!’=D=’DD=+!@#=@’)=+D’DDD’!D#)!!)=#’DDD)’DD’*注)活性炭吸收塔进口(AS浓度为(5AP溶液吸收塔出口(AS浓度由表!可以看出!碱液吸收塔对氮氧化物的脱除率在=#f左右!吸收后的氮氧化物的出口浓度依然很高!很难达到一般治理要求!而经过活性炭吸附后!氮氧化物的出口浓度下降到DD9;e9以下!脱除率达到DDf左右!脱除效果非常显著!这说明碱液吸收和活性炭吸附两级治理脱除氮氧化物的效果比单塔有了很大提高!这也说明活性炭对氮氧化物的吸附效果比较显著&9’96湿法氧化碱吸收脱除氮氧化物碱液吸收法治理氮氧化物的脱除效果与氧化度有很大关系!因为(A很难被碱液吸收&由于硝酸溶液%双氧水%高锰酸钾等溶液都具有较高的氧化性&本实验选用这种溶液为氧化剂进行了湿法氧化碱吸收法脱除氮氧化物的实验研究&)’)’!硝酸氧化碱吸收脱除氮氧化物以不同浓度稀硝酸做氧化剂!考察了先用稀硝酸氧化再用碱液吸收氮氧化物的脱除效果&实验操作条件如下)载气用氮气!氮气流量M()l*b!#9e-!温度)l)@m!进口压力Tl)b@n!*iU5!氧化塔塔径Gl*99!填料高度(l**99!填料为n@磁环!碱度(l*;eF!(5AP溶液吸收塔塔径Gl)@99!填料高度(l!***99!填料@n@Kc?A(丝网填料&实验测得的氮氧化物的脱除效果见表)&表96硝酸氧化碱吸收脱除[V0H#5$,96Z,.(/#$()[V05%W[V:(S’1#*’(B[#VW#5&(-3*’(硝酸浓度]:f$进口,(AS9;e9$出口,(AS9;e9$脱除率f$@#!=@!##!#’*!*#D=)!’!!@##)!))D’=)*#*#)))##’)@#**=!+D++*’**@D=*!#)=+)’+@@D@!#+@’+由表)可以看出!随着硝酸浓度的提高!氮氧化物的脱除率逐渐增高&由于氮氧化物混合气体是一氧化氮和氮气的混合气体!所以一氧化氮的氧化度很低!导致氮氧化物的脱除率也很低!而硝酸对于(A具有溶解性和氧化作用!随着硝酸浓度的增加!硝酸的氧化性增强!氮氧化物的脱除率也逐渐增加&载气用空气和氮气的混合气体!氮气流量M()l*b*=9e-#空气流量M空气l*b*=9e-!其他操作条件同上!考察了先用稀硝酸氧化再用碱液吸收氮氧化物的脱除效果&实验测得的氮氧化物的脱除效果见表&表:6硝酸氧化碱吸收脱除[V0H#5$,:6Z,.(/#$()[V05%W[V:(S’1#*’(B[#VW#5&(-3*’(硝酸浓度]:f$进口,(AS9;e9$出口,(AS9;e9$脱除率f$@@)+!)+##+’@!*+)=!@+D##’#!@+@#!)#)+’)*@#*@!*+=*’D)@D*D#+)=#’*=))#D’=@)!DD*’+D=环境工程学报第!卷由表可以看出!在所考察的硝酸浓度范围内!随着硝酸浓度的提高!氮氧化物的脱除率迅速增加!当硝酸溶液浓度达到*f时!氮氧化物的脱除率达到最大!为Db=f!但是!当硝酸浓度为@f时!氮氧化物的脱除率反而下降!这可能是由于硝酸浓度过高!挥发出的氮氧化物导致氮氧化物进口含量升高!从而影响脱除效果&)’)’)双氧水氧化碱吸收脱除氮氧化物本实验以不同浓度双氧水溶液做氧化剂!载气用空气和氮气的混合气体!氮气流量M()l*b*=9e-#空气流量M空气l*b*=9e-!其他操作条件与硝酸氧化的实验条件相同!考察了先用双氧水溶液氧化再用碱液吸收氮氧化物的脱除效果&实验测得的氮氧化物的脱除效果见表&表;6双氧水氧化碱吸收脱除[V0H#5$,;6Z,.(/#$()[V05%W9V9(S’1#*’(B[#VW#5&(-3*’(双氧水浓度]:f$进口,(AS9;e9$出口,(AS9;e9$脱除率f$*’@#=!*#!+!’)!’*)+#@!=)D’!’@)=)!!