含硫化合物废气处理解决方案

含硫化合物废气是以S02为主的含硫化合物:大气污染物中的含硫化合物包括硫化氢、二氧化硫、三氧化琉、 硫酸、亚硫酸盐、硫酸盐和有机硫气溶胶。以SO2为主。

一、工业废气的主要来源

造成大气污染的废气及污染物主要来自工业污染源,在我国历年的《全国环境统计公报》中主要统计工业废气,包括燃料燃烧废气和生产工艺废气。历年来我国废气治理的重点是:燃料燃烧(主要是燃煤)废气、生产工艺废气,以及汽车尾气。【硫化氢废气处理】

(一)燃料燃烧废气

作为一次能源的化石燃料的燃烧,化石燃料的燃烧,特别是不完全燃烧将导致由烟尘、硫氧化物、氮氧化物、碳氧化物的产生,引起大气污染问题,以燃煤引起的大气污染问题最为严重。我国使用的能源燃料中,以固体燃料煤占的比例最大。根据《中国统计年鉴》(1995)的能源结构资料,1984〜1993年10年统计,煤占75%-76%,石油占17%左右,天然气等占2.2%～2.4%(其余为水电)。可见煤和石油天然气的使用占中国能源使用的绝大比例。然而煤燃烧是烟尘、硫氧化物、氮氧化物、一氧化碳等主要污染物的来源。因为不完全燃烧,燃烧天然气排放的废气天然气的主要成分是二氧化碳,也含有数量不定的乙烷和少量的氮、氦和甲烷。一般要求天然气加工厂回收可液化的组分并在去除硫化氢后方可使用。燃烧天然气一般过量空气率范围为10%~15%,但是一些大型锅炉却在较低的过量空气率下运行以增加燃烧效率和减少氮氧化物排放量。但当操作不当、混合不好、空气不充足时都可能产生大量的烟、一氧化碳和烃类等污染排放物。同时,在工厂加工时,为使人易于察觉,把含硫的硫醇加到天然气中,因此在燃烧过程中也会产生少量硫氧化物。

(二)工业生产源

1.煤炭工业源

煤炭加工主要有洙煤、炼焦及煤的转化等,在这些加工中均不同程度地向大气排放各种有害物质主要有颗粒物、二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物及挥发性有机物及无机物。

2.石油和天然气工业源

(1)石油炼制:石油原油是以烧经、环焼径、芳烃等有机化合物为主的成分复杂的混合物。除烃类外,还含有多种硫化物、氮化物等。

(2)天然气的处理过程:从高压油井来的天然气通常经过井边的油气分离器去除轻凝结物和水。天然气中常含有天然气油、丁烷和丙烷,因此要经天然气处理装置回收这些可液化的成分方能使用。

3.钢铁工业

钢铁工业主要由采矿、选矿、烧结、炼铁、炼钢、轧钢、焦化以及其他辅助工序(例如废料的处理和运输等)所组成。各生产工序都不同程度地排放污染物。生产1t钢要消耗原材料6~7t,包括铁矿石、煤炭、石灰石、接矿等,其中约80%变成各种废物或有害物入环境。排入大气的污染物主要有粉尘、烟尘、S02、CO、N0x、氟化物和氯化物等。

4.有色金属工业

有色金属通常指除铁(有时也除铬和锰)和铁基合金以外的所有金属。有色金属可分为四类:重金属、轻金属、贵金属、和稀有金属。重有色金属在火法冶炼中产生的有害物以重金属烟尘和SO2为主,也伴有汞、镉、铅、砷等极毒物质。生产轻金属铝时,污染物以氟化物和沥青烟为主;生产镁和钛、锆、铪时,排放的污染物以氯气和金属氯化物为主。【二氧化硫脱硫技术】

5.建材工业

建筑材料种类繁多,其中用量最大最普遍的当属砂石、石灰、水泥、沥青混凝土、砖和玻璃等。它们的主要排放物为粉尘。

6.化学工业

化学工业又称化学加工工业,其中产量大、应用广的主要化学工业有无机酸、无机碱、化肥等工业。其排放的污染物,由原料,加工工艺,生产环境等方面决定。

二、硫化合物的危害

二氧化硫是一种无色不可燃的有毒气体,具有强烈的辛辣、刺激性气味。当空气中SO2的体积分数达到一定浓度时,就会对人体健康产生明显危害,鼻腔和呼吸道粘膜都会出现刺激感;过高时,能够引起支气管收缩与声带痉挛,进而还会发生鼻腔出血、呼吸困难等现象,还会诱发支气管炎、肺水肿、肺硬化等疾病,甚至死亡。此外,SO2还可增强致癌物苯并导致致癌。

值得注意的是,SO2、SO3与水气、烟尘等结合形成硫酸烟雾及硫酸盐后,造成的生态环境污染和危害远比单一的S02大得多,其毒性作用可增大3～4倍;若硫酸雾气溶胶的微粒为重金属粒子时,其刺激作用比SO2的单独刺激作用增强10倍,因为硫酸雾气溶胶微粒能够侵入肺的深部组织。因此,当SO2与颗粒污染物并存时,其毒害作用远远超出二者单独作用之和。一般说来,当大气中硫酸雾体积分数尚未达到0.8×10-6时,人已不能忍受。前面所述的世界上几次著名的硫酸烟雾事件(如比利时的马斯河谷、美国的多诺拉、英国的伦敦等)中硫酸烟雾的体积分数为(1.38～2.00)×10-6,都造成了很大的伤亡与损失。硫酸烟雾在降水过程中造成土壤和水体酸化,影响植物和水生生物的生长,腐蚀金属和建筑材料,并对生物有强烈的刺激和伤害作用。

空气中SO2浓度和存在时间超过一定值时还会对植物造成伤害。SO2通过植物气孔进入叶组织并溶于细胞壁上的水分中,最后被细胞氧化为硫酸根离子。若SO2的进入速度过快,则导致硫酸根离子的积累而引起细胞膜类脂的过氧化,从而水分和离子平衡失调,干扰植物合成,影响植物生长。植物在SO2的伤害下,其发育生长受到阻碍,叶脉之间或叶端边缘出现灰白或黄褐色坏死斑,严重时使叶片组织脱水、焦枯。

硫化氢是无色、具有浓厚腐蛋气味的有毒气体,易溶于水。空气中H2S的体积分数为0.04时便有害于人体健康,0.1时就可致人死亡,大气中允许的硫化氢浓度为0.01g/m3。H2S的刺激性作用能引起眼结膜炎;如果侵入血液中能与血红蛋白结合,生成硫化血红蛋白而使人缺氧,窒息死亡。

三、含硫废气的净制

1.低浓度S02废气的净制

目前应用的烟气脱硫方法,大致可分为两类,即干法脱硫与湿法脱硫。干法脱硫:该法是使用粉状、粒状吸收剂,吸附剂或催化剂去除废气中的80%。干法的最大优点是治理中无废水、废酸排出,减少了二次污染;缺点是脱硫效率较低,设备废大,操作要求髙。

湿法脱硫:该法是采用液体吸收剂如水或械溶液洗涂含S02的烟气,通过吸收去除其中的S02。湿法脱琉所用设备较简单,操作容易,脱硫效率较高。但脱硫后烟气温度较低,于烟囱排烟扩散不利。由于使用不同的吸收剂可获得不同的副产物而加以利用,因此湿法楚各国研究最多的方法。

根据对脱硫生成物是否应用,脱硫方法还可分为抛弃法和回收法两种。

抛弃法是将脱硫生成物当作固体废物抛掉,该法处理方法简单,处理成本低,因此在美国、德国等国采用抛弃法的很多。但是抛弃法不仅浪费了可利用的硫资源,而且也不能彻底解决环境污染问题,只是将污染物从大气中转移到了固体废物中,不可避免地引起二次污染。为解决抛弃法中所产生的大量固体废物,还需占用大量的处罝场地。因此,此法不适于我国国情,不宜大量使用。

回收法则是采用一定的方法将废气中的硫加以回收,转变为有实际应用价值的副产物。该法可综合利用硫资源,避免了固体废物的二次污染,大大减少了处置场地,并且回收的副产品还可创造一定的经济收益,使脱硫费用有所降低。但到目前为止,在已发展应用的所有回收法中,其脱硫费用大多高于抛弃法,而且所得副产物的应用及销路也都存在着很大的限制。特别足对低浓度S02烟气的治理,需庞大的脱硫装置,对治理系统的材料要求也较髙,因此在技术上和经济效益上还存在一定的因难。由于环境保护的需要,从长远观点看,我国应以发展回收法为主。

根据净化原理和流程来分类,烟气脱硫方法又可分为下列二类:

(1)用各种液体或固体物料优先吸收或吸附废气中的S02

(2)将废气中的在气流中氧化为S03,再冷凝为硫酸;

(3)将废气中的S02在气流中还原为硫,再将硫冷凝、

随着科技的进步,生物法处理工业含S02废气是一项新型技术。生物法烟气脱硫是利用化能自养菌对SO2的代谢过程,将烟道气中的硫氧化物经微生物的还原作用生成单质的硫而去除.目前研究认为有两种方式:一种是同化型硫酸盐还原作用,利用微生物把硫酸盐还原成还原态的硫化物,然后再固定在蛋白质当中;另一种是异化型硫酸盐还原作用,是在厌氧条件下把硫酸盐还原成硫化氢的过程。生物法具有工艺设备简单,能耗低,运行费用低,二次污染少等优点,有着广阔的工业应用前景。【硫酸雾废气处理】

2.含H2S废气的净制

对硫化氢的治理主要是依据其弱酸性和强还原性进行脱硫。目前国内外所采用的方法很多,但归纳起来主要还是干法和湿法两类。具体的方法应根据废气的性质、来源及具体情况而定。

干法脱疏:干法是利用的还原性和可燃性,以固体氧化剂或吸附剂来脱硫,或者直接使之燃烧。干法脱硫是以氧气使H2S氧化成硫或硫氧化物的一种方法,也可称为干式氧化法。常用的有改进的克劳斯法、氧化铁法、活性碳吸附法、氧化锌法和卡太苏耳法。所用的脱硫剂、催化剂有活性炭、氧化铁、氧化锌、二氧化锰及铝矾土,此外还有分子筛、离子交换树脂等。一般可回收硫、二氧化硫、硫酸和硫酸盐。

3、硫酸雾净化方法

雾状的酸类物质称为酸雾。现代工业生产中,硫酸、盐酸、硝酸、HF等常作酸洗也用于酸洗工艺中。通常要在酸洗液中通入高压蒸汽或使被处理工件抖动以提高酸洗效果,在此过程中将产生大量的酸雾。有一些气体如氯化氢、氯气、三氧化硫、氟化氢等,可与空气中的水蒸气反应生成酸雾。铬酸雾主要产生于电镀工艺中。

硫酸雾的处理方法可以分为物理净化法和化学净化法两类。酸雾因此性质不同,对其控制及净化的方法和难易程度也不相同。物理方法包括吸附-解析法、离心法、过滤法等,化学净化法包括燃烧法、氧化法、还原法、中和法、水解法、催化法等。碱液洗涤法技术成熟、流程简单,是酸雾处理的传统方法。一般而言,硫酸雾的沸点较高,雾滴粒径较大,处理较易。

硫酸雾在大气中主要以气溶胶的形式存在。传统的处理方法包括湿式的水洗法、碱液洗涤法和干式的丝网过滤法、活性炭吸附法、静电除雾器除雾法、也有用悬浮塑料球覆盖、泡沫封闭液面等方法防止酸雾外溢,但这些净化方法效率低,也达不到净化酸雾的目的。比较而言,湿式净化法用水量大,易产生二次污染,运行费用高,占地面积较大。