CN105498480B - 一种基于紫外辐照强化的次氯酸盐同时脱硫脱硝脱颗粒物方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于紫外辐照强化的次氯酸盐同时脱硫脱硝脱颗粒物方法,具有如下步骤:次氯酸盐水溶液形成的雾化气溶胶经紫外光辐照,雾化气溶胶中的次氯酸盐发生光分解反应生成强氧化性ROS自由基,含有强氧化性ROS自由基的雾化气溶胶与烟气充分混合,处理后的烟气和反应后的雾化气溶胶经湿法洗涤处理,处理后的烟气经除雾器除去水雾后排入大气。本发明还公开了一种基于紫外辐照强化的次氯酸盐同时脱硫脱硝脱颗粒物装置。本发明采用紫外光辐照法显著强化次氯酸盐脱硫脱硝效果,雾化气溶胶与烟气中有害气体混合反应,大大增强了气液接触面积,提高了气液传质效率,紫外光反应器减少了系统复杂度与安装操作难度,降低了系统初始投资成本。
Description
技术领域
本发明属于大气污染防治技术领域,具体涉及一种基于紫外辐照强化的次氯酸盐同时脱硫脱硝脱颗粒物方法及装置。
背景技术
化石燃料燃烧过程中产生大量的有害气体(如SO2、NO、NO2、PM、HC等)对大气环境造成了严重污染。随着工业化进程发展,燃用化石燃料所排放的大量有害气体逐年累积,造成区域性大气污染问题日趋明显,部分地区频繁出现诸如酸雨、光化学烟雾、雾霾等恶劣天气,危及人体健康与生态平衡。
据我国环保部统计,2013年,全国年排放废气中SO2排放量为2043.9万吨(工业SO2排放量为1835.2万吨、城镇生活SO2放量为208.5万吨),NOX排放量为2227.4万吨(工业NOX排放量为1545.6万吨、城镇生活NOX排放量为40.7万吨、机动车NOX排放量为640.6万吨),PM排放量为1278.1万吨(工业PM排放量为1094.6万吨、城镇生活PM排放量为123.9万吨、机动车PM排放量为59.4万吨)。相比2012年,SO2排放量总体下降3.48%、NOX排放量总体下降4.72%,但是环境形势依然严峻,主要污染物总量仍然较高,大气污染治理任务艰巨。为此,近年来,我国出台或修订了多部有关各类大气污染源排放控制的法律法规,逐步推进烟气中主要有害污染物的总量减排。
在过去数十年间,虽然大量的烟气净化技术得以投入使用,但传统的烟气脱硫、脱硝技术仅针对单一污染物为脱除目标。例如,针对陆地烟气处理,应用较为广泛的烟气脱硫、脱硝技术分别是石灰-石膏湿法烟气脱硫技术与选择性催化还原脱硝技术。然而,随着人们环保意识的增强,烟气中越来越多有害组分的排放受到约束,依靠传统技术的两两联合、简单叠加虽可以满足环保要求,但却会带来系统复杂度高,占地面积大,投资与运行成本高等问题。尤其针对发展中国家,为满足环保要求,采用高投入、低收益的传统烟气净化技术将严重制约工业发展速度。
综上,开发高效、经济、环保的烟气同时脱硫、脱硝、脱颗粒物技术将是当前及未来一段时间内技术发展的主要方向,开发一套系统或一个反应装置实现多污染物的一体化脱除,则将有望大大降低系统复杂度与占地面积,进而减少系统的投资与运行成本。
近年来,国内外有关烟气中多污染物一体化脱除技术的研究发展迅速,其中以湿法洗涤技术为代表,已经形成许多专利技术产品。由于烟气NOX中90%以上成分是难溶于水的NO,因此实现湿法同时脱硫脱硝的关键问题之一是寻找适宜的氧化剂将NO气体快速转化为易溶于水的NO2,从而实现高效脱除。如:公开号CN103191628A《钠碱法化学吸收-非热放电同时脱硫脱硝系统》,通过将非热等离子放电预氧化与钠碱吸收技术相结合,实现烟气同时脱硫脱硝目的,但该方法却存在等离子体能耗高、等离子体发生器复杂等问题;公开号CN103349907A《烟气脱硫脱硝系统》和公开号CN101053750《一种烟气联合脱硫脱硝的方法》,采用光催化氧化方法将烟气中NO氧化,但由于光催化剂制备工艺复杂,且气固反应过程催化剂表面易脏堵失活,因此限制了催化剂的脱硫脱硝效率;公开号CN204275786《一种烟气脱硫脱硝装置》公开了基于电子加速器与紫外线发生器共同作用的辐照反应器,实现NO氧化脱硝,降低了传统单纯电子束脱硝的功耗,但是系统复杂程度随之提升,操作管理难度增加;公开号CN204365118《一种基于光激发臭氧联合湿法洗涤的同时脱硫脱硝系统》公开了一种基于臭氧在紫外光激发下产生强氧化性原子氧将烟气中SO2和NO氧化为溶解度高的气态产物,进而湿法洗涤吸收的技术,该技术脱除过程洁净环保,但随着臭氧消耗量增大,装置功耗会显著增加。
发明内容
根据上述提出的技术问题,而提供一种基于紫外辐照强化的次氯酸盐同时脱硫脱硝脱颗粒物方法。
本发明采用的技术手段如下:
一种基于紫外辐照强化的次氯酸盐同时脱硫脱硝脱颗粒物方法,具有如下步骤:
S1、次氯酸盐水溶液形成雾化气溶胶;
S2、S1中得到的雾化气溶胶经紫外光辐照,雾化气溶胶中的次氯酸盐发生光分解反应生成强氧化性ROS自由基;
S3、S2中得到的雾化气溶胶与烟气充分混合,将烟气中的低价态有害气体氧化成高价态的气态产物或者对应的含氧酸盐,烟气中的细微颗粒则被S2中得到的雾化气溶胶吸附,
步骤S3中的反应过程为烟气中的低价态有害气体与S2中得到的雾化气溶胶发生迅速的气液传质过程,并被氧化吸收,细微颗粒物则与S2中得到的雾化气溶胶发生碰撞,并由液桥作用被粘附在胶体颗粒表面,进而逐渐团聚长大,其中,S2中得到的雾化气溶胶中含有强氧化性ROS自由基,主要包括OH·,O3 –,O(3P)与ClO·;
S4、经S3处理后的烟气和经S3反应后的雾化气溶胶经湿法洗涤处理,吸收雾化气溶胶以及由低价态有害气体氧化成的高价态的气态产物或者对应的含氧酸盐;
S5、经S4处理后的烟气经除雾器除去水雾后排入大气。
通过雾化气溶胶预氧化处理与碱液湿法洗涤协同作用,可以较为彻底地脱除烟气中SOX、NOX与PM等有害成分,实现烟气多污染物综合处理目标。
所述次氯酸盐水溶液的溶质为NaClO、Ca(ClO)2、KClO中的一种或多种,所述次氯酸盐水溶液的溶质质量分数为0.1-1%,所述次氯酸盐水溶液的pH值为5-7。
所述步骤S1中的次氯酸盐水溶液通过超声或高速气流冲击作用形成雾化气溶胶。
雾化气溶胶的胶体颗粒粒径为10-100μm。
所述步骤S2中所述紫外光的光源的有效波长范围为175-400nm。
所述步骤S2中所述紫外光辐照的时间为1-5s。
所述湿法洗涤处理中的碱液的溶质包括NaOH、Ca(OH)2、KOH、CaCO3和Ca(OH)2中的一种或多种,即本申请中所述湿法洗涤处理中使用的液体为碱液。
所述步骤S5中还包括将步骤S4处理后得到的废液经离心分离净化器净化处理,得到的固体颗粒等杂质存储到污泥柜中,而含有高浓度的硫酸盐、硝酸盐的废液则回收处理。
本发明的方法基于的原理及反应过程如下:
在紫外光辐照作用下,次氯酸盐光分解反应生成羟基自由基(HO·)、氧化氯自由基(ClO·)等强氧化剂,具体的化学反应方程式如下:
HOCl+hv→HO·+Cl· (1)
OCl–+hv→O·-+Cl· (2)
OCl–+hv→Cl–+O(3P) (4)
HO·+HClO→ClO·+H2O (5)
Cl·+HClO→H++Cl–+ClO· (6)
Cl·+OCl–→Cl–+ClO· (7)
HO·+OCl–→ClO·+HO– (8)
O·-+O2→O3 – (9)
Cl2O2+H2O→ClO2 –+OCl–+2H+ (11)
Cl2O2+ClO2 –→ClO3 –+Cl2O (12)
Cl2O2→Cl2+O2 (13)
由上述化学反应(1-13)可知,次氯酸盐光分解生成大量强氧化性ROS自由基(如HO·、O3 –、ClO·、O(3P)等),这些强氧化性物质与有害气体成分(如SO2、NO等)发生氧化还原反应,方程式如下:
ClNO2→Cl·+NO2 (15)
NO+OH·→H++NO2 – (16)
NO+OH·→NO2+H· (17)
SO2+OH·→SO3+H· (19)
此外,由于HOCl/OCl–自身也具有一定的氧化性,因此在液相条件下,会将SOx与NOx氧化为对应的硫酸盐和硝酸盐,具体反应如下:
3NO2+H2O→2HNO3+NO (21)
2NO2+H2O→HNO3+HNO2 (22)
3HNO2→HNO3+H2O+2NO (23)
NO2 –+HClO→NO3 –+HCl (24)
NO+OCl–→NO2+Cl– (25)
SO2+HOCl→SO3+HCl (26)
SO3+H2O→H2SO4 (27)
本发明还公开了一种基于紫外辐照强化的次氯酸盐同时脱硫脱硝脱颗粒物装置,包括盛有次氯酸盐水溶液的存储柜,所述存储柜的出口与雾化器的入口连通,所述雾化器的出口与混合器连通,所述混合器上设有与烟气排放源连通的烟气入口,与所述雾化器的出口连通的所述混合器的入口和与洗涤塔的入口连通的所述混合器的出口,所述烟气入口、所述混合器的入口和所述混合器的出口沿烟气流向方向依次排列,所述洗涤塔的上端设有烟气排放口,所述洗涤塔的下端与盛有碱液的储液槽连通,所述洗涤塔内靠近所述烟气排放口的一端设有除雾器,所述洗涤塔内还设有喷淋装置,所述喷淋装置位于所述除雾器与所述储液槽之间,所述喷淋装置通过供给泵与所述储液槽连通,所述洗涤塔的入口位于所述喷淋装置与所述储液槽之间,所述储液槽的出口与离心分离净化器连通,所述离心分离净化器的出口与污泥柜连通,所述雾化器的出口与所述混合器的入口之间设有紫外光反应器。
所述雾化器通过超声或高速气流冲击作用将次氯酸盐水溶液制成雾化气溶胶。
上述装置的工作原理为:
所述雾化器将来自所述存储柜中的次氯酸盐水溶液充分雾化形成气溶胶输出到所述紫外光反应器中,在紫外光辐照作用下次氯酸盐发生光分解反应,形成大量强氧化性ROS自由基,随后喷射入所述混合器中。同时,所述烟气排放源排放的烟气进入所述混合器中与含有强氧化性ROS自由基的雾化气溶胶混合并发生氧化吸收反应,将烟气中的低价态有害气体氧化成高价态的气态产物或者对应的含氧酸盐,烟气中的细微颗粒则被含有强氧化性ROS自由基的雾化气溶胶吸附,随后,反应后的雾化气溶胶与烟气进入所述洗涤塔,所述储液槽内的碱液经所述供给泵加压后从所述喷淋装置喷入所述洗涤塔内,碱液充分吸收雾化气溶胶以及由低价态有害气体氧化成的高价态的气态产物或者对应的含氧酸盐,处理后的烟气经所述除雾器去除水雾后,排入大气中,所述储液槽与所述洗涤塔连通,且位于下端,喷淋洗涤碱液充分反应后被收集回所述储液槽内,湿法洗涤吸收后的废液经离心分离净化器净化处理,得到的固体颗粒等杂质存储到污泥柜中。
本发明具有以下优点:
1、相比次氯酸盐及其复合吸收剂的脱硫脱硝技术,本发明采用紫外光辐照法显著强化次氯酸盐脱硫脱硝效果,通过次氯酸盐光分解在线制备强氧化性ROS自由基强化氧化吸收效果,从而减少次氯酸盐用量,降低系统运行成本;
2、相比传统的湿法喷淋洗涤或填料洗涤技术,本发明采用雾化气溶胶与烟气中有害气体混合反应,大大增强了气液接触面积,提高了气液传质效率,从而可以进一步缩小装置尺寸与占地面积;
3、相比高压强电场放电、高温活化、贵金属催化等技术,本发明采用的紫外光反应器减少了系统复杂度与安装操作难度,降低了系统初始投资成本。
基于上述理由本发明可在烟气造成大气污染防治技术等领域广泛推广。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明的具体实施方式中一种基于紫外辐照强化的次氯酸盐同时脱硫脱硝脱颗粒物装置的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
一种基于紫外辐照强化的次氯酸盐同时脱硫脱硝脱颗粒物方法,具有如下步骤:
S1、次氯酸盐水溶液形成雾化气溶胶;
S2、S1中得到的雾化气溶胶经紫外光辐照,雾化气溶胶中的次氯酸盐发生光分解反应生成强氧化性ROS自由基;
S3、S2中得到的雾化气溶胶与烟气充分混合,将烟气中的低价态有害气体氧化成高价态的气态产物或者对应的含氧酸盐,烟气中的细微颗粒则被S2中得到的雾化气溶胶吸附;
S4、经S3处理后的烟气和经S3反应后的雾化气溶胶经湿法洗涤处理,吸收雾化气溶胶以及由低价态有害气体氧化成的高价态的气态产物或者对应的含氧酸盐;
S5、经S4处理后的烟气经除雾器除去水雾后排入大气。
所述次氯酸盐水溶液的溶质为NaClO,所述次氯酸盐水溶液的溶质质量分数为0.1%,所述次氯酸盐水溶液的pH值为5-7。
所述步骤S1中的次氯酸盐水溶液通过超声或高速气流冲击作用形成雾化气溶胶。
雾化气溶胶的胶体颗粒粒径为10μm。
所述步骤S2中所述紫外光的光源的有效波长范围为175-400nm。
所述步骤S2中所述紫外光辐照的时间为1s。
所述湿法洗涤处理中的碱液的溶质包括NaOH、Ca(OH)2、KOH、CaCO3和Ca(OH)2中的一种或多种。
所述步骤S5中还包括将步骤S4处理后得到的废液经离心分离净化器净化处理,得到的固体颗粒等杂质存储到污泥柜中,而含有高浓度的硫酸盐、硝酸盐的废液则回收处理。
实施例2
本实施例与实施例1所公开的一种基于紫外辐照强化的次氯酸盐同时脱硫脱硝脱颗粒物方法相比区别点在于,所述次氯酸盐水溶液的溶质为Ca(ClO)2,所述次氯酸盐水溶液的溶质质量分数为0.5%,雾化气溶胶的胶体颗粒粒径为55μm,所述步骤S2中所述紫外光辐照的时间为2.5s。
实施例3
本实施例与实施例1所公开的一种基于紫外辐照强化的次氯酸盐同时脱硫脱硝脱颗粒物方法相比区别点在于,所述次氯酸盐水溶液的溶质为NaClO、Ca(ClO)2和KClO的混合,其中,NaClO、Ca(ClO)2和KClO的质量比为1:1:1,所述次氯酸盐水溶液的溶质质量分数为1%,雾化气溶胶的胶体颗粒粒径为100μm,所述步骤S2中所述紫外光辐照的时间为5s。
实施例4
如图1所示,一种基于紫外辐照强化的次氯酸盐同时脱硫脱硝脱颗粒物装置,包括盛有次氯酸盐水溶液的存储柜1,所述存储柜1的出口与雾化器2的入口连通,所述雾化器2的出口与混合器3连通,所述混合器3上设有与烟气排放源4连通的烟气入口31,与所述雾化器2的出口连通的所述混合器的入口32和与洗涤塔的入口55连通的所述混合器的出口33,所述烟气入口31、所述混合器的入口32和所述混合器的出口33沿烟气流向方向依次排列,所述洗涤塔5的上端设有烟气排放口51,所述洗涤塔5的下端与盛有碱液的储液槽52连通,所述洗涤塔5内靠近所述烟气排放口51的一端设有除雾器53,所述洗涤塔5内还设有喷淋装置54,所述喷淋装置54位于所述除雾器53与所述储液槽52之间,所述喷淋装置54通过供给泵6与所述储液槽52连通,所述洗涤塔的入口55位于所述喷淋装置54与所述储液槽52之间,所述储液槽52的出口与离心分离净化器7连通,所述离心分离净化器7的出口与污泥柜8连通,所述雾化器2的出口与所述混合器的入口32之间通过管21连通,所述管21内设有紫外光反应器9。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于紫外辐照强化的次氯酸盐同时脱硫脱硝脱颗粒物方法,其特征在于具有如下步骤:
S1、次氯酸盐水溶液形成雾化气溶胶;
S2、S1中得到的雾化气溶胶经紫外光辐照,雾化气溶胶中的次氯酸盐发生光分解反应生成强氧化性ROS自由基;
S3、S2中得到的雾化气溶胶与烟气充分混合,将烟气中的低价态有害气体氧化成高价态的气态产物或者对应的含氧酸盐,烟气中的细微颗粒则被S2中得到的雾化气溶胶吸附;
S4、经S3处理后的烟气和经S3反应后的雾化气溶胶经湿法洗涤处理,吸收雾化气溶胶以及由低价态有害气体氧化成的高价态的气态产物或者对应的含氧酸盐;
S5、经S4处理后的烟气经除雾器除去水雾后排入大气。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述次氯酸盐水溶液的溶质为NaClO、Ca(ClO)2、KClO中的一种或多种,所述次氯酸盐水溶液的溶质质量分数为0.1-1%,所述次氯酸盐水溶液的pH值为5-7。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述步骤S2中所述紫外光的光源的有效波长范围为175-400nm。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述步骤S2中所述紫外光辐照的时间为1-5s。
5.一种基于紫外辐照强化的次氯酸盐同时脱硫脱硝脱颗粒物装置,其特征在于:包括盛有次氯酸盐水溶液的存储柜,所述存储柜的出口与雾化器的入口连通,所述雾化器的出口与混合器连通,所述混合器上设有与烟气排放源连通的烟气入口,与所述雾化器的出口连通的所述混合器的入口和与洗涤塔的入口连通的所述混合器的出口,所述烟气入口、所述混合器的入口和所述混合器的出口沿烟气流向方向依次排列,所述洗涤塔的上端设有烟气排放口,所述洗涤塔的下端与盛有碱液的储液槽连通,所述洗涤塔内靠近所述烟气排放口的一端设有除雾器,所述洗涤塔内还设有喷淋装置,所述喷淋装置位于所述除雾器与所述储液槽之间,所述喷淋装置通过供给泵与所述储液槽连通,所述洗涤塔的入口位于所述喷淋装置与所述储液槽之间,所述储液槽的出口与离心分离净化器连通,所述离心分离净化器的出口与污泥柜连通,所述雾化器的出口与所述混合器的入口之间设有紫外光反应器。
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