化学工业中常用的除湿方法
作者:系统管理员    发布于:2024-02-27 04:00:29    文字:【】【】【
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  目前,在世界范围内,关于污水的处理与利用,人工湿地污水处理系统是较为廉价,且投资、能耗都较低的处理技术。通过对天然湿地净化功能进行长期的应用,进而在此基础上发展其相应的污水处理技术,该技术具有明显的脱氮除磷效果,在一定程度可以替代污水二级处理技术。

  1.1 人工湿地的处理原理 所谓人工湿地处理技术就是一种生态工程方法,通过将特定的湿地植物种植在一定的填料上,进而在一定程度上建立起人工湿地生态系统,污水中的污染物质和营养物质通过系统时,被系统充分的吸收或分解,进而起到净化水质的作用。

  无论是建造成本,还是运行成本,人工湿地处理技术都比较低,而且操作简单,并且净化出水的水质非常好。如果湿地植物选择的比较合理,那么在一定程度上可以起到美化环境的作用。污水经过人工湿地系统进行处理后,其水质可以达到地面水水质标准,可以说人工湿地处理技术是一种深度处理方法。

  1.2 人工湿地氮的去除机制 对于氮的去除作用,在人工湿地系统中,通常情况下包括:吸附和过滤基质、氨的挥发、植物的吸收,以及微生物的硝化/反硝化等,对于除N,在人工湿地系统中,靠微生物的氨化、硝化、反硝化作用来实现。

  在除氮磷方面,人工湿地有着独特的优势,但是同时存在着一些问题。在人工湿地中,由于系统内部处于厌氧状态,进而制约了硝化反硝化过程,使得湿地系统不能很好地发挥除氮功能。目前,在人工湿地系统内部,由于大部分出现厌氧状态,并且比较严重,而硝化过程需要溶解氧。经研究显示,对于1.0mg/L的氨氮,当系统中溶解氧超过4.6mg/L时,硝化才能顺利进行。因此,湿地降低了污水对氨氮的去除率,通常情况下不超过60%。人工湿地不能提供硝酸盐促进反硝化作用,系统脱氮潜力受到影响和制约。因此,为了提高硝化作用,确保硝化反硝化机制畅通性,进而提高脱氮效果。

  人工湿地处理技术是未来水质提标一大热门处理技术,其具有缓冲容量大、处理效果好、工艺简单、投资省、运行费用低等优点,非常适合中、小城镇的污水处理。但是也有其不足之处:如占地面积过大,氧气供应传质不佳等缺点。针对人工湿地占地面积过大,氧气供应传质不佳、填料易堵塞等缺点,东莞松山湖国家高新区工业污水处理厂尾水提标项目采用了一种新型的曝气人工湿地处理系统,颠覆了人们对传统人工湿地的认识。

  新型曝气人工湿地是由人工建造和控制运行的与沼泽地类似的地面,将污水有控制的投配到经人工建造的湿地上,污水在沿一定方向流动的过程中,鼓风机通过池底底部曝气管向反应池供氧,主要利用人工介质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用,对污水进行处理的一种技术。其作用机理包括吸附、滞留、过滤、氧化还原、沉淀、微生物分解、转化、植物遮蔽、残留物积累、蒸腾水分和养分吸收及各类动物的作用。

  与传统人工湿地相比,新型曝气人工湿地处理系统在诸多方面进行了改进,改善和解决了传统人工湿地存在的问题。

  ①湿地处理系统采用池塘结构,池底和四壁采用防渗材料,大大地减小了占地面积,降低了建设成本,同时增大了水力负荷。新型曝气人工湿地处理系统池底及四壁铺设PE防渗膜,防止污水渗入地下,较混凝土池体结构,大大减少了建设成本。水力负荷是衡量人工湿地设计、管理水平的最重要指标。目前人工湿地水力负荷在0.2~0.4m3/m2・d范围内,而新型的曝气人工湿地的水力负荷可达到3.0~4.0m3/m2・d,是传统的人工湿地8~20倍。以处理规模为10000吨/天的人工湿地为例,传统的占地约50000m2(75亩),新型的仅为3400m2(5亩),极大的节约了土地资源。

  ②采用不同级配的填料,改善了湿地的水力学性能,为微生物提供更大的附着面积,增强系统对污染物(尤其是氮、磷)的去除能力。在湿地系统中,填料作为基质与载体,其去污过程通常情况下,借助离子交换、专性与非专性吸附、螯合作用及沉降反应等实现。填料对污水的处理效果受到自身所有理化性状的影响和制约。在新型曝气人工湿地处理系统中,通过采用不同级配的专业填料―自然岩石作为基质,该基质的特点是疏松多孔、通气性好、表面积大,主要表现为:一方面便于空气中的氧气进入湿地,为硝化细菌提供充足的氧气;另一方面,由于该基质多孔,含水率高,便于湿地形成厌氧环境,有利于反硝化作用除氮。此外,这种基质质轻,松散容量小,有足够的机械强度,有效避免堵塞,提高了运行周期。

  ③增加可灵活调节的曝气系统,通过间歇式供氧使得系统处于最佳工作状况;同时因为底部有曝气,可通过水的局部紊流冲刷填料,填料不易堵塞(如图1所示)。

  新型的曝气人工湿地处理系统采用了便于更换的曝气管曝气,鼓风机通过池底部曝气管向反应池供氧,通过池体内填料的缝隙切割作用,有效的提高了氧气的转移效率,同时通过巧妙的控制水流迫使其向前和向上同时流动,在此过程中与氧气进行了充分接触;而生长在填料表面的生物膜的微生物群落得到足够的氧气供应,进而靠微生物的生化作用,去除了污水中的污染物,使得出水水质达标排放至受纳水体。

  随着人类生存环境的恶化,人类赖以生存的水资源污染日益严重,全世界都对水资源与水环境有了足够的重视,在工业科技高度发达的今天,为了实现可持续发展战略,维护生态环境,贯彻节能减排使命,新型曝气人工湿地处理系统技术将不失为一种有效的手段,其在建设成本、占地面积、运营维护成本、耗能等方面均很低,而且操作简单、控制方式灵活,相信在今后水处理中,必将有非常广泛的运用。

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  本文作者结合自己的实践和工作经验,提出一些处理实际问题的方法,为以后的工程提供简单的参考.

  由于我国地质的特殊,在一些地方总是分布着一些与一般土性质有显著不同的特殊土,由于生成时不同的地理环境、气候条件、地质成因以及次生变化等原因,使他们具有一些特殊的成分、结构、性质。

  这些特殊直接影响工程过程中,地基处理的难题。其中湿陷性黄土在我国分布较广,对地基处理不当,会造成无法继续施工或严重的工程事故。然而湿陷性黄土的湿陷变形是影响地基稳定性的一个重要因素。以下主要从湿陷性黄土的特征入手,分析湿陷变形的原理和一般处理方法。

  土在自重压力或非自重压力和附加压力共同作用下受水浸湿时将产生急剧而大量的附加下沉,这种现象称为湿陷。具有湿陷性质的黄土,叫做湿陷性黄土层或简称湿陷性黄土。湿陷性黄土的主要特征为:

  (2)含盐量较大,特别是碳酸盐含量尤为突出,另外硫酸盐、氯化物等含量也都比较高;

  (3)矿物组成主要为石英、岩土矿物以伊利石为主。化学成分为Si02,A12O3和碱土金属钙镁含量都比较高;

  (4)粉土颗粒含量较多,湿陷性黄土粉土颗粒(0.05~0.005 mm)一般占半数以上55%~60%者居多;

  (5)一般具有大孔性,大孔隙常常肉眼可见,空隙在1.0左右,呈松散结构状态;

  受水浸湿后仅在土的自重压力作用下就产生失陷的土叫自重湿陷性黄土;而受水浸湿后需要在土的自重压力和附加压力共同作用下才产生湿陷的土称非自重湿陷性黄土。自重湿陷性黄土只有在一定埋藏条件的黄土层中才能产生,大量观测和工程实践表明,如果均质黄土层较厚,地下水位较低。降水量较小,必然会产生自重作用下的湿陷。但是在条件平坦的地区,经过工程前期处理后,这种湿陷对建筑物的正常运行没有严重危险。

  在湿陷性黄土地区进行各种工程建设时,常常遇见一些工程地质问题,主要而常见的有:湿陷性,地基强度与压缩性,斜坡的稳定性,还包括潜蚀陷穴,冲推,泥石流以及古墓,砂井砂巷,水渠水库蓄水以及其它工程活动所引起的工程地质问题。以上种种都能给建筑物的使用带来重大的安全隐患.

  在含水量很大的粘土、粉质粘土、淤泥质粘土腐殖土等原状土上进行压实或回填,由于原状土被扰动,颗粒之间的毛细孔遭到破坏,水分不宜渗透和散发,当气温较高时对其进行夯击或碾压,特别是用光面碾滚压表面形成硬壳,更加阻止了水分渗透和散发,形成软塑状“弹簧土”。随着施工进行,压力不断变化及基础中有水注入,“弹簧”现象甚至会伴随着“液化”现象,影响建筑物的安全。“弹簧土”产生的力学分析:在计算地基容许承载力时考虑的土体的强度不取决于土体中的颗粒本身强度,而受颗粒问的互相连接强度所左右。颗粒间连接强度主要表现为内摩擦力和凝聚力。对于松散状态的砂类土,内摩擦力是主要的,而对于粘结状态的粘性土则凝聚力起主导作用。如果由碳酸钙、石膏和其他水溶盐类胶结的,则由此产生的凝聚力遇水就会降低甚至消失,而如果土颗粒由硅化物、铁化物胶结起来,则由此产生的凝聚力遇水就不会减弱。

  地基处理是防止黄土湿陷性危害的主要措施。通过换土或加密等各种方法,或者是消除地基的全部湿陷量,使处理后的地基变为不具有湿陷性;或者是消除地基的部分湿陷量,减小原有地基的总湿陷量,控制下部未处理土层的湿陷量不超过规范规定的数值。当地基的湿陷性大,要求处理的土层深,技术上有困难或经济上不合理时,也可以采用深基础或桩基础穿越湿陷性土层将上部荷载直接传到非湿陷性土层或岩层中。

  垫层法是先将基础下的湿陷性黄土一部分或全部挖除,甲类建筑在自重湿陷性土场地应全部消除湿陷性黄土层;乙类建筑在自重湿陷性黄土场地不应小于湿陷性土层深度的2/3;丙类建筑在自重湿陷性黄土场地,地基处理厚度不应小于2.5m。垫层设计的原则是既要满足建筑物对地基变形及稳定的要求,又要符合经济合理的要求下处理1rn~3 m湿陷性黄土的湿陷量,宜采用局部或整片土垫层进行处理.

  重锤表层夯实适用于处理饱和度不大于60%的湿陷性黄土地基。一般采用2.5t~3.0t的重锤,落距4.0m~4.5m,对表面松土满夯2击~3击,可消除基底以下1.2m~1.8 m黄土层的湿陷性。在夯实层的范围内,土的物理、力学性质获得显著改善,平均干密度明显增大,压缩性降低,湿陷性消除,透水性减弱,承载力提高。

  桩基础既不是天然地基,也不是人工地基,属于基础范畴,是将上部荷载传递给桩侧和桩底端以下的土(或岩)层,采用挖、钻孔等非挤土方法而成的桩,在成孔过程中将土排出孔外,桩孔周围土的性质并无改善。但设置在湿陷性黄土场地上的桩基础,桩周土受水浸湿后,桩侧阻力大幅度减小,甚至消失,当桩周土产生自重湿陷时,桩侧的正摩阻力迅速转化为负摩阻力。因此,在湿陷性黄土场地上,不允许采用摩擦型桩,设计桩基础除桩身强度必须满足要求外,还应根据场地工程地质条件,采用穿透湿陷性黄土层的端承型桩(包括端承桩和摩擦端承桩),其桩底端以下的受力层:在非自重湿陷性黄土场地,必须是压缩性较低的非湿陷性土(岩)层;在自重湿陷性黄土场地,必须是可靠的持力层。

  在我国湿陷性黄土地区地基处理应用很多,并取得实践经验的化学加固法包括硅化加固法和碱液加固法,其适用于加固地下水位以上,渗透系数为0.5m/d~2.0m/d的湿陷性黄土地基。对酸性土和渗入沥青油脂及石油化合物的地基土不宜采用。

  湿陷性黄土分布比较广泛,而且地基处理过程中,施工方法的采用直接影响工程质量。结合实例分析可以看出,施工前要对地基的土质进行全面的勘查,确定是自重湿陷性黄土,还是非自重湿陷性黄土,并判定湿陷等级和预测可能出现的问题;要避免对土体产生的大的扰动,做好建筑物四周防水,避免漏水浸泡局部地基土;严格按规范的要求施工,采取结构措施,以减小建筑物的不均匀沉降或使结构能适应地基的湿陷变形。这样有效地防止不危险因素的存在,保证建筑工程质量。

  [1]谢定义.讨论我国黄土力学研究中的若干新趋向[J].岩土工程学报,2001.

  大型水工建筑物的选址也是一个值得我们去探索的事,由于大量使用地下水会使地下水位下降,从而引起地面土质变得松散导致地面下沉,因此,我们在大型水工建筑物的选址上应该选择在水资源丰富的水库旁边。而且,对于地面上水资源的处理通常采取一些比较严格的处理工艺过程。由于温度的影响,我国南北方的大型水工建筑物的建设形式也有不同,南方的大型水工建筑物建设比较简单,一般建在室外就行了,然而在北方就没有那么的简单了,在冬季由于气温比较低,所以就建在有盖的建筑物内,但是到了夏季的时候,由于室外的温度太高,热气进入室内与水道管接触就会发生液化现象,形成结露的现象,并且小液珠弥漫到空气中,使室内结露,粘附到大型水工建筑物的设施表面,使其发生霉变的现象,导致管道发生腐蚀,从而产生一些隐藏的安全隐患。

  在大型水工建筑物的室内的湿度负荷量主要由通风换气带来的湿量,地面散湿带来的湿量,水池壁和管道壁产生的湿量等组成。

  为了保证大型水工建筑物内的设备使用达到正常的使用寿命,我们必须要根据一系列的参数进行设计,解决大型建筑物结露问题。参数取值可如下,大型水工建筑物室内水的温度取在八摄氏度到十二摄氏度之间,将室内的结露温度点控制在十五摄氏度,因此,夏季水池面的温度应最好高于十五摄氏度。根据普通的室内空调参数来看,室内的温度我们定在二十二摄氏度为最好的温度,应根据相对应的结露点而把相对湿度定为百分之五十左右。初始值则采用大型水工建筑物所在的城市的温度最高月的平均结露点进行取值。

  我们可以根据室内参数计算出不同条件下大型水工建筑物内的湿度负荷量。由于它是由湿负荷和散湿量这两部分组成,这之中的湿负荷则是由通风换气、门窗渗透得来的,散湿量则是由水面、池壁和管壁三者得来的。因此,我们可以根据此计算结果确定厂房内所需要的通风量,从而采取通风除湿措施解决大型水工建筑物的结露问题。

  大型水工建筑物的水处理过程中,室内环境会受到结露现象的影响,由于室内的水较室内空气的温度较低,因此,可以在室内水面与室内空气两者之间进行热量的交换,室内空气中的热量被室内水所吸收,室内水还会由于蒸发的原因进入室内空气,从而产生雾气存在于室内并且不会散去,并且在设施表面形成结露,这会使正常的生产过程遭到严重的影响。由于湿气的影响,在设施表面形成结露使生产设备遭到腐蚀,从而使生产受影响,因此我们就要想尽一切办法进行室内除湿,解决大型水工建筑物结露的现象。通常情况下我们采用的除湿消除结露的办法主要有通风除湿除结露、冷却除湿除结露、液体除湿机除湿除结露、转轮除湿机除湿除结露和吸湿剂除湿除结露等除湿除结露的方法。

  大型水工建筑物室内与室外的空气参数不同,当两者之间有一定的差别时,就必须采取必要的措施使室内的空气湿度保持一定的湿度,从而保证不影响正常的生产,我们采用的最常用的室内除湿,解决大型水工建筑物的方法是采用通风除湿的方法。

  大型水工建筑物室内的水面、管道壁等表面即使已经开始有结露的现象,但是大型水工建筑物室内的温度较水面和管道壁表面的温度还是比较高的,而且室内空气中水蒸气含量还远远地没有达到饱和的程度,所以,我们可以采取大型水工建筑物室内外空气的流通的办法,使水面或者是管道壁表面的温度低于室内空气的温度,而使结露的问题遭到解决。我们可以采取通风的措施,使大型水工建筑物的室内外空气进行交换,从而提高室内的空气质量,降低室内空气的温度和湿度,从而解决大型水工建筑物结露的问题。把通风技术应用于大型水工建筑物的大面积的综合水池,不仅可以解决结露问题还能降低耗能降低生产成本。

  不同的除湿设备都有着自己的除湿原理,并且各有各的特色,整体上来说,现在除湿设备的工作原理主要有冷冻除、湿和化学除湿两大类。根据除湿原理,我们常用的除湿机主要有冷冻除湿机、液体除湿机、转轮除湿机,利用它们解决大型水工建筑物内的结露问题。

  (一)冷冻除湿机主要是利用先降温在升温的办法进行大型水工建筑物室内的除湿,先把室内的水蒸气凝结成小水珠,从而使室内的湿度达到合适的程度,当室内的湿度低于标准时,她就再利用制冷系统的冷凝热把小水珠变成水蒸气,增加空气的湿度,从而保证室内空气湿度质量,达到解决大型水工建筑物的结露问题的要求。

  (二)液体除湿机主要是以湿度处理为主要的处理措施,铺助的带有温度处理,把空气处理到最适合人们所处环境的区间,在这个过程中是由同一个设备同时对湿度、温度进行处理来解决大型水工建筑物的结露问题的。

  (三)转轮除湿机的除湿过程分为两步,而且这两步还是由不同的装置来完成的,它首先把空气中的水汽进行吸收,使大型水工建筑物空气中的湿度降低,从而实现除湿的目标,但是这个装置有一个缺点,这个装置需要装一个冷却装置对转轮除湿机处理过的高温空气进行冷却,这就又导致了一些列的能耗问题。

  转轮除湿机可以在比较大的综合厂房中得到广泛的应用,但是因为需要投资较大,并且还产生二次热源,还受到其他一些条件的限制,所以。我们可以采用投资少,占空间少,效率高的冷却除湿机来解决大型水工建筑物的结露问题。

  在我们长期大量的调查过程中,大量的事实都表明了上述的措施不论是在高温环境中,还是低温环境中,都是十分地可靠的,都是十分地成功的。根据不同的温度特点,不同的厂区位置,可以选用不同的除湿方案,从而使大型水工建筑物的结露问题得到解决。虽然,我们的措施是可行的,但是我们还必须永不停歇地进行探讨,进行研究,进行试验,寻求更加好的除湿方案,使我们以后在解决大型水工建筑物结露问题的过程中表现的更加的高效、有力度。

  湿地技术是20世纪70年展起来的一种新的污水处理工艺,具有投资少、运行费用低、处理效率高、出水稳定,兼具美化环境、可实现废水的资源化等优点[1-4]。作为新型绿色生态水处理技术,人工湿地技术符合国际上强调的可持续与低碳的发展理念,逐渐成为水污染控制方面的研究热点[5]。近年来湿地技术已被广泛用于净化各类污废水,如生活污水、养殖废水、工业废水等[6]。但常规湿地系统中因溶解氧不足而处于厌氧或缺氧状态,抑制了好氧微生物对COD的降解,制约着湿地系统净化能力。湿地系统内部缺氧是导致COD去除效果较差的原因之一。优化湿地结构,最大程度地改善湿地系统内部供氧能力,提高好氧微生物数量和活性,是提高湿地系统净化能力的关键。本研究用页岩空心砖构建湿地系统,改善湿地系统内部供氧能力,设计出一种高效率、低运行费用、低维持费用的人工湿地处理系统用来处理废水,为进一步深入研究湿地系统的净化机理提供基础。

  供试材料选用天南星科菖蒲属草本植物菖蒲(Acorus calamus)。菖蒲具有较强的适应能力,可粗放养护,去污能力强,同时具有观赏性和药用价值。选取生长良好、长势基本一致的菖蒲,植株高度约30 cm。

  湿地系统自上而下分别铺设当地土壤、粉煤灰以及砾石,基质层铺设厚度为21 cm。湿地系统中页岩空心砖(图1-Ⅰ)横放,空心砖层中心逐渐向下凹20°~30°(图1-Ⅱ),湿地两侧空心砖与大气相通,便于自动供氧。土壤基质层中铺设布水管道,并种植菖蒲,菖蒲种植密度为10株/m2。湿地基质层底部设置取水孔,用于采集湿地内不同基质层的出水。

  湿地系统建好后,待植物生长正常后进行试运行。试运行期间(4月1日至5月3日)采用间歇式进水方,进水流量约为0.3 cm3/s,污水处理量约为51.8 L。每期进水时间为2 d(上午8:00进水),污水在反应器中的停留时间6 d,6 d后排水,接下来2 d系统进入停休阶段。待系统稳定后进行正式试验。试验中每隔7 d采样1次,研究基质层DO变化以及基质层对废水COD的净化效果。

  试验中以人工强化曝气系统(图1-Ⅲ)为对照,该系统其他配置情况和构建的自动增氧系统完全相同。

  分析指标为DO和COD。DO测定采用碘量法, COD测定采用重铬酸钾氧化法[7]。

  湿地系统泥土层基质废水DO以及对COD的去除率见图2。由图2可知,人工曝气系统土壤基质中DO为0.67~0.73 mg/L, COD的去除率为53%左右;自动增氧系统土壤基质DO为0.77~0.85 mg/L, COD去除率为55.0%~56.8%。计算得知,自动增氧系统DO比人工曝气系统平均高出0.11 mg/L,COD去除率平均高出2.6个百分点。

  天选

  湿地系统粉煤灰基质废水DO及COD去除率见图3。从图3中可以看出,粉煤灰基质中,人工曝气和自动增氧两系统DO分别为0.50~0.55 mg/L和0.61~0.68 mg/L;其COD的去除率分别为45%~47.6%和47.1%~50.1%。自动增氧系统比人工曝气系统DO高出0.11 mg/L, COD去除率平均高出2.2个百分点。

  湿地系统砾石层基质废水DO以及COD去除率见图4。人工曝气系统砾石层DO为0.65~0.72 mg/L,COD去除率为35.4%~40.4%;自动增氧系统砾石层DO为0.51~0.57 mg/L,COD去除率为35.1%~39.4%。人工曝气系统砾石基质DO较自动增氧系统平均高出0.15 mg/L,这可能与人工系统的砂芯曝气头位于湿地系统底部有关。

  湿地系统对废水的COD去除效果见图5。人工曝气系统COD最终去除率为83.3%~85.3%;自动增氧系统COD最终去除率为85.1%~86.7%。计算得知,自动增氧系统COD去除率比人工曝气湿地系统高约2个百分点。

  人工湿地是一种较复杂的生态系统,湿地系统内部进行着各种物理、化学和生物反应。魏彩春等[8]研究表明,湿地系统对有机污染物的去除是通过湿地植物吸收利用、基质吸附、矿化及湿地内填料上微生物膜联合作用等途径的结果。梁威等[9]也发现,湿地植物在污水净化过程中发挥了重要作用。其作用表现为,一是直接吸收利用污水中的营养物质供其生长发育;二是为微生物的新陈代谢提供良好的生化环境,利于微生物降解有机物质,部分根际微生物还可提高植物对污染环境的适应能力,促进植物对污染物质的降解;三是湿地植物通过光合作用将氧输送至根区,利于微生物的有氧呼吸作用。闻岳等[10]研究认为,生物种群结构多样性对COD的降解有重要作用。付融冰等[11]发现,在一运行稳定的湿地基质中会逐渐形成数量和活性比较稳定的生物群落,且不同空间位置的微生物数量各不相同,一般上层多于下层。吴晓磊[12]研究表明,好氧过程具有更强的有机污染物降解能力。林良琨等[13]研究也证实了这一点,当DO控制在1.5 mg/L左右时,湿地系统处理效果最佳,COD降解率可达96.10%;当DO低于1.5 mg/L时,DO对COD去除效果影响显著,如当DO为 0.5 mg/L时,COD降解率仅为41.63%;当DO为1.0 mg/L时,COD降解率为84.43%,这是因为当湿地内部氧浓度增加,好氧微生物数量增多、活性增强、反应加快,对COD的降解效率提高,使有机污染物能以较快速度分解。可见DO对COD的去除效果影响巨大,通过改善湿地系统内部供氧能力可有效提高湿地系统的净化能力。

  本研究中两种湿地系统内部基质层溶解氧含量均较高,DO平均为0.54、0.69 mg/L,与文献[14]和[15]相近。人工曝气和自动增氧两系统对COD的平均去除率分别达到了84.0%和85.8%,自动增氧系统表现出更为明显的优势,其内部DO平均高出人工曝气系统0.12 mg/L,COD去除率保持在85%以上,高于人工曝气系统。这是因为自动增氧系统的设计合理,充分利用空心砖内部空隙对湿地系统供氧,当污水向下流动,由于三层基质间的页岩空心砖孔隙间都充满空气,水流在基质层内呈非饱和流状态[16],部分空气可进入到基质内,因此提供了一个DO含量更为充足的环境;同时,在湿地系统停休期间,空气可进入基质内部空隙,基质间的微小孔隙中也会发生大气复氧,提高了湿地内的含氧量,缓解水生植物根系放氧不足,从而提高系统处理能力[17]。

  构建湿地系统内部DO保持在0.6 mg/L以上,比人工曝气湿地系统(0.5 mg/L)高0.1 mg/L左右(砾石层低于人工强化曝气系统,这与曝气点位置有关)。自动供氧型湿地系统废水COD去除率达到85.8%,略高于人工强化曝气系统。这说明供氧水平在一定程度上决定着COD的去除性能(正相关关系);且供氧水平不同,其对COD的去除率影响程度也不同,人工曝气系统中极显著,自动增氧系统中显著;页岩空心砖利可有效改善湿地系统内部的供氧能力,提高湿地系统的净化能力。

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  目前,我国已把解决烟气脱硫问题纳入国家大政方针并成为治理火电行业和化工行业首要解决的问题。我国虽从20世纪60年代初开始研究火电厂烟气脱硫技术,但由于技术、经济等多方面的原因,至今还不完全具备200MW以上机组烟气脱硫的设计和设备成套能力。随着我国环境保护法律、法规和标准的日趋严格及执法力度的加大,在未来10年内,至少有40 G W以上火电装机容量需安装烟气脱硫装置,显然,这个任务太艰巨,所需的资金很庞大。因此,必须结合我国国情,加快烟气脱硫技术设备国产化的步伐。

  烟气脱硫技术是控制SO2和酸雨危害最有效的手段之一,按工艺特点主要分为湿法烟气脱硫、干法烟气脱硫和半干法烟气脱硫。其中,湿法脱硫是采用液体吸收剂洗涤SO2烟气以脱除SO2。常用方法为石灰/石灰石吸收法、钠碱法、铝法、催化氧化还原法等,湿法烟气脱硫技术以其脱硫效率高、适应范围广、钙硫比低、技术成熟、副产物石膏可做商品出售等优点成为世界上占统治地位的烟气脱硫方法。本文仅就湿法烟气脱硫技术中的富液及烟气处理作一介绍。

  用于烟气脱硫的化学吸收操作,不仅要达到脱硫的要求,满足国家及地区环境法规的要求,还必须对洗后 SO2的富液(含有烟尘、硫酸盐、亚硫酸盐等废液)进行合理的处理,既要不浪费资源,又要不造成二次污染。合理处理废液,往往是湿法烟气脱硫技术成败的关键因素之一。因此,吸收法烟气脱硫工艺过程设计,需要同时考虑SO2吸收及富液合理的处理。所谓富液合理处理,是指不能把碱液从烟气中吸收SO2形成的硫酸盐及亚硫酸盐废液未经处理排放掉,否则会造成二次污染。回收和利用富液中的硫酸盐类,废物资源化,才是合理的处理技术。例如,日本湿法石灰石/石灰――石膏法烟气脱硫,成功地将富液中的硫酸盐类转化成优良的建筑材料――石膏。威尔曼洛德钠法烟气脱硫,把富液中的硫酸盐类转化成高浓度高纯度的液体SO2,可作为生产硫酸的原料。亚硫酸钠法烟气脱硫,将富液中的硫酸盐转化成为亚硫酸钠盐。上述这些湿法烟气脱硫技术,对吸收SO2后的富液都进行了妥善处理,既节省了资源,又不造成二次污染,不会污染水体。

  含有SO2的烟气,一般都含有一定量的烟尘。在吸收SO2之前,若能专门设置高效除尘器,如电除尘器和湿法除尘器等,除去烟尘,那是最为理想的。然而,这样可能造成工艺过程复杂,设备投资和运行费用过高,在经济上是不太经济的。若能在SO2吸收时,考虑在净化SO2的过程中同时除去烟尘,那是比较经济的,是较为理想的,即除尘脱硫一机多用或除尘脱硫一体化。例如,有的采取在吸收塔前增设预洗涤塔、有的增设文丘里洗涤器。这样,可使高温烟气得到冷却,通常可将120-180℃的高温烟气冷却到80℃左右,并使烟气增湿,有利于提高SO2的吸收效率,又起到了除尘作用,除尘效率通常为95%左右。有的将预洗涤塔和吸收塔合为一体,下段为预洗涤段,上段为吸收段。喷雾干燥法烟气脱硫技术更为科学,含硫烟气中的烟尘,对喷雾干燥塔无任何影响,生成的硫酸盐干粉末和烟尘一同被袋滤器捕集,不用增设预除尘设备,是比较经济的。

  大多数含硫烟气的温度为120-185℃或更高,而吸收操作则要求在较低的温度下(60℃左右)进行。低温有利于吸收,高温有利于解吸。因而在进行吸收之前要对烟气进行预冷却。通常,将烟气冷却到60℃左右较为适宜。常用冷却烟气的方法有:应用热交换器间接冷却;应用直接增湿(直接喷淋水)冷却;用预洗涤塔除尘增湿降温,这些都是较好的方法,也是目前使用较广泛的方法。通常,国外湿法烟气脱硫的效率较高,其原因之一就是对高温烟气进行湿降温。

  我国目前已开发的湿法烟气脱硫技术,尤其是燃煤工业锅炉及窑炉烟气脱硫技术,高温烟气未经增湿降温直接进行吸收操作,较高的吸收操作温度,使SO2的吸收效率降低,这就是目前我国燃煤工业锅炉湿法烟气脱硫效率较低的主要原因之一。

  在湿法烟气脱硫中,设备常常发生结垢和堵塞。设备结垢和堵塞,已成为一些吸收设备能否正常长期运行的关键问题。为此,首先要弄清楚结构的机理,影响结构和造成堵塞的因素,然后有针对性地从工艺设计、设备结构、操作控制等方面着手解决。

  一些常见的防止结垢和堵塞的方法有:在工艺操作上,控制吸收液中水分蒸发速度和蒸发量;控制溶液的PH值;控制溶液中易于结晶的物质不要过饱和;保持溶液有一定的晶种;严格除尘,控制烟气进入吸收系统所带入的烟尘量,设备结构要作特殊设计,或选用不易结垢和堵塞的吸收设备,例如流动床洗涤塔比固定填充洗涤塔不易结垢和堵塞;选择表面光滑、不易腐蚀的材料制作吸收设备。

  脱硫系统的结构和堵塞,可造成吸收塔、氧化槽、管道、喷嘴、除雾器设置热交换器结垢和堵塞。其原因是烟气中的氧气将CaSO3氧化成为CaSO4(石膏),并使石膏过饱和。这种现象主要发生在自然氧化的湿法系统中,控制措施为强制氧化和抑制氧化。

  2.除雾器效率太低,穿过除雾器的浆液在换热元件上沉积,使元件表面变湿,更多地粘结飞灰,造成换热元件堵塞。

  2.改善除雾器的冲洗,还要注意除雾器已经结垢,使部分除雾器的表面堵塞,这样烟气在吸收塔内的流速会非常不均匀。流速高的地方烟气中的液滴会穿过除雾器,进入到下游的GGH中,造成GGH的堵塞。大部分的GGH堵塞的原因都在此。

  煤炭燃烧时除生成SO2以外,还生成少量的SO3,烟气中SO3的浓度为10-40ppm。由于烟气中含有水(4%-12%),生成的SO3瞬间内形成硫酸雾。当温度较低时,硫酸雾凝结成硫酸附着在设备的内壁上,或溶解于洗涤液中。这就是湿法吸收塔及有关设备腐蚀相当严重的主要原因。解决方法主要有:采用耐腐蚀材料制作吸收塔,如采用不锈钢、环氧玻璃钢、硬聚氯乙烯、陶瓷等。

  在处理高温含硫烟气的湿法烟气脱硫中,烟气在脱硫塔内被冷却、增湿和降温,烟气的温度降至60℃左右。将60℃左右的净化气体排入大气后,在一定的气象条件下将会产生“白烟”。由于烟气温度低,使烟气的抬升作用降低。特别是在净化处理大量的烟气和某些不利的气象条件下,“白烟”没有远距离扩散和充分稀释之前就已降落到污染源周边的地面,容易出现高浓度的SO2污染。为此,需要对洗涤净化后的烟气进行二次再加热,提高净化气体的温度。被净化的气体,通常被加热到105-130℃。为此,要增设燃烧炉。燃烧炉燃烧天然气或轻柴油,产生1000-1100℃的高温燃烧气体,再与净化后的气体混对。这里应当指出,不管采用何种方法对净化气体进行二次加热,在将净化气体的温度加热到105-130℃的同时,都不能降低烟气的净化效率,其中包括除尘效率和脱硫效率。为此,对净化气体二次加热的方法,应权衡得失后进行选择。

  [3] 姚雪龙.湿法烟气脱硫喷雾吸收塔设计概要[J].硫磷设计与分体工程,2007(4):18-22.

  [4] 张力,钟毅,施平平.湿法烟气脱硫系统喷淋塔喷嘴特性与布置研究[J].湖南电力,2007,27天选团队

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