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《四川大学》 2004年
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垃圾渗沥液—烟气脱硫体系气液吸收与解吸过程研究

苏仕军  
【摘要】:寻求廉价且性能可靠的湿法烟气脱硫新工艺、新型高效吸收剂和经济有效、技术先进的城市垃圾填埋场渗滤液中高浓度氨氮预处理方法,一直是环境化学工程领域的两大热点。本研究首次提出并建立了垃圾渗滤液湿法烟气脱硫-微生物硫转化互补体系,利用垃圾渗滤液的高碱度和液相金属离子催化氧化性“以污治污”吸收二氧化硫,同时较高温度的烟气又作为汽提介质“以污治污”吹脱垃圾渗滤液的氨氮。本文系统研究了垃圾渗滤液吸收烟气中SO_2并伴随氨的解吸这一复杂过程的反应机理、宏观动力学控制步骤和工艺特性,并对这一特殊的气液吸收和解吸过程进行了数值模拟。 针对垃圾渗滤液组成复杂的特性,采用自行设计的双磁力搅拌气液反应器通过实验首次研究了含有NH_4~+-N、过渡金属离子、无机阴离子、复杂有机物的垃圾渗滤液吸收SO_2同时伴随渗滤液氨解吸过程的反应机理,采用L_9(3~4)正交试验研究了垃圾渗滤液的pH值、Fe~(2+)、Mn~(2+)、Cl~-、乙醇以及甲苯等代表性因子的显著性,并证实这些因子对SO_2吸收效率影响的大小依次为pH值、Fe~(2+)和Mn~(2+)的浓度、Cl~-浓度及乙醇和甲苯的浓度。对pH值、Fe~(2+)、Mn~(2+)、Cl~-、乙醇以及甲苯等代表性因子进行了机理分析、定量实验研究和数学模拟。结果表明,(1)垃圾渗滤液pH值是SO_2吸收率和氨氮吹脱去除率的关键因素,高的初始pH值可同时获得较高的氨氮吹脱去除率和脱硫率。(2)垃圾渗滤液的初始pH值为8.5,液气比为3L/m~3并控制吸收终点pH值为6.0,SO_2平均吸收率可达85%,氨氮吹脱累计去除率可达44%。(3)垃圾渗滤液pH值低于7时,渗滤液中较低浓度的Fe~(2+)、Mn~(2+)对液相的S(Ⅳ)氧化仍具有较显著的催化作用,在相同浓度下,Mn~(2+)的催化作用优于Fe~(2+),但二者的催化行为总体上类似,提高Fe~(2+)、Mn~(2+)浓度可有效促进SO_2的吸收率。(4)Cl~-对SO_2吸收的促进作用主要归因于Cl~-对液相的S(Ⅳ)氧化具有较显著的催化作用,而这种催化作用必须在Fe~(2+)、Mn~(2+)的协同下才可能发生。(5)乙醇能通过抑制液相的S(Ⅳ)氧化反应降低SO_2的吸收效率,但 四川大学博士学位论文 总体上这种抑制作用明显小于Fe2+、M矛十以及cl‘的催化作用。(6)液相发生的 S(W)氧化反应对于促进苯基类难生物降解物质的破环有促进作用,有利于 后续的生物硫转化工艺。(7)垃圾渗滤液吸收烟气502的宏观动力学过程较复 杂,总体上属于传质速度控制过程而非动力学控制过程,由实验结果,可以根 据溶液pH值的变化划分传质速度控制过程,当体系的pH值较高时(pH值)8.5), 气相扩散阻力为主导性因素,吸收过程控制步骤可视为气相扩散控制;当4簇pH 成6.5值时,液相扩散阻力为主导性因素,吸收过程控制步骤可视为液相扩散控 制;而当6.5pH8值时可能呈现出气、液扩散同时控制的特点。体系伴随的 氨的解吸为气相扩散控制过程。 通过实验详细测定了必loomm常规填料塔内脱硫率和氨氮脱除率随液相 停留时间、操作温度、喷淋密度、液气比、烟气中502浓度和渗滤液中氨氮浓 度等的变化情况,分析了这些操作参数对过程的影响,并根据实验数据得出了 脱硫率、氨氮脱除率和操作参数之间的回归经验方程。在液相停留时间为 45min,操作温度so.c,喷淋密度3 m3/m2·h,液气t匕3L/m3,烟气502浓度zsoopm 的较佳工艺组合条件下,S仇平均吸收率可达85%,氨氮总去除率达40%,吸收 尾液COD/s比为2.1,有利于后序吸收尾液中硫的微生物转化处理。 基于经典双膜传质理论,建立了填料塔内垃圾渗滤液吸收烟气中502并伴 随氨的解吸过程的数学模型,根据工艺研究的实验条件对模型赋初值,结合模 型参数估值确定适宜的边界条件,采用MaPles.0对模型方程进行求解,得到了 液膜内各组份的浓度分布特性曲线,以及气相分压、pH值、传质阻力、传质速 率、吸收增强因子等沿塔高的分布特性,结果表明模型预测结果和实验结果吻 合良好。 通过本文研究,弄清了垃圾渗滤液吸收烟气中502并伴随氨的解吸过程的 反应机理和宏观动力学控制步骤,掌握了填料塔内垃圾渗滤液吸收烟气中502 并伴随氨的解吸过程的工艺操作特性及其规律,基于对实验数据的数学模拟给 出了较佳的操作参数范围。基于经典双膜传质理论建立了过程模拟计算的模型, 为本工艺过程和其它湿法烟气脱硫过程的传质一反应现象提供了一个定量的理 论分析和工程设计基础。 关键词:烟气脱硫垃圾渗滤液亚硫酸盐硫酸盐液相催化氧化数值模拟
【学位授予单位】:四川大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:X705

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【引证文献】
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2 詹秀环;含噻二唑的芳酰基脲类化合物及酰胺类化合物的合成与生物活性研究[D];郑州大学;2010年
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【同被引文献】
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3 袁春华;国产设备投产大幅降低脱硫成本[N];中国工业报;2006年
4 夏卫红 潘法生;石化烟尘去除率和二氧化硫脱硫率完全达到国家减排指标[N];安庆日报;2010年
5 记者 彭飞 编辑 裘海亮;急功近利埋下隐患 紫金矿业屡陷“环保门”[N];上海证券报;2010年
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7 李维江周兴文;五莲垃圾处理场公开招标[N];中国环境报;2008年
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