探讨NOX对大气的污染及其处理技术的发展趋势 探讨NOX对大气的污染及其处理技术的发展趋势 探讨NOX对大气的污染及其处理技术的发展趋势 文章来自 O,SOx导致的酸雨问题在我国尤其严重,这主要是由我国的能源结构和大气污染处理技术水平决定的。
氮氧化物(NOx )既是严重的空气污染物,又是诱发光化学烟雾和酸雨的主要原因之一。全球每年排入大气的NOx 总量达3000万t,而且还在持续增长。因此,对NOx的治理研究已成为国际上环境保护领域的研究热点之一。
2.氮氧化物的来源
2.1 氮氧化物的来源
化石燃料燃烧产生的NOx 烟气(其中95%以NO形式排放) 是最主要的排放源,占人类排放总量的90%[2]。
2.1.1 火力发电厂、钢铁厂、炼焦厂等工矿企业的燃料燃烧,各种工业窑炉的燃料燃烧以及各种民用炉灶、取暖锅炉的燃料燃烧均向大气排放出大量氮氧化物。 2.1.3农业生产氮肥在施用后,可直接从土壤表面挥发成气体进入全球性大气;而以有机氮或无机氮进入土壤内的氮肥,在土壤微生物作用下可转化为氮氧化物进入全球性大气,从而增加了全球性大气中氮氧化物的含量。
3.烟气脱氮技术
3.1 选择性催化还原法(SCR法)
此法的原理为:使用适当的催化剂,在一定温度下以氨作为催化反应的还原剂,使氮氧化物转化成无害的氮气和水蒸汽。反应式如下:
4NO + 4NH3 + O2 =4N2 + 6H2O
8NH3 + 6NO2 =7N2 + 2H2O 3.2 非催化选择性还原性(SNCR法)
该法原理同SCR法,由于没有催化剂的帮助,反应所需温度较高,为900~1200℃。反应式为
4NH3 十6NO→5N2 十6H2O
由于反应温度高,此法要控制好反应温度,以免氨被氧化成氮氧化物。此法的净化率为50 %~60 %,其特点是不需催化剂,旧设备改造少,投资较SCR法小(投资费用15美元/ kW)。但氨液消耗量较SCR法多。近来研究用尿素代替NH3作为还原剂, 使得操作系统更加安全可靠,而不必担心因NH3的泄漏造成新污染。
3.3 催化助热燃烧技术
催化助热燃烧技术是采用催化剂使燃烧火焰温度从l800~2000℃降低到1 500℃左右,从而显着地阻止了NOx的生成。这是针对含氮少的气体燃烧的燃烧法,可有效降低NOx 的排放。
3.4 臭氧氧化吸收法
采用O3使NO氧化,然后用水溶液吸即
NO + O3 →NO2 + O2 2NO + O3 →N2O5
N2O5 + H2O →2HNO3
生成物HNO3经浓缩而得到浓度为60 %。实践证明,该法不会将其它污染物带入反应系统中, 而且采用水作吸收剂比较便宜。但是,臭氧要用高电压制取,故耗电量大, 费用大。
3.5 烟气脱硫脱氮一体化技术[3]
3.5.1 电子束照射法( ER法)
该法的原理是在烟气进入反应器之前先加入氨气,然后在反应器中用电子加速器产生电子束照射烟气,使水蒸气、氧等分子激发产生高能自由激, 这些自由激使烟气中的SO2和NOx很快氧化,产生硫酸和硝酸, 再和氨气反应形成硫酸铵和硝酸铵化肥。 3 →2NaAlO2 + CO2
2 NaAlO2 + H2O →2NaOH + Al2O3 2NaOH + 2NO + 3/ 2O2 →NaNO3 + H2O 采用天然气一氧化碳可对吸附剂进行再生,再生反应式如下:
4 Na2SO4 + CH4 →4Na2SO3 + CO2 + 2H2O
4Na2SO3 + 3CH4 →4NO2S + 3CO2 + 6H2O
Al2O3 + Na2SO3 →2NaAlO2 + SO2
Al2O3 + Na2S + H2O →2NaAlO2 + H2S
此技术对烟气中二氧化硫的净化率达90 % ,氮氧化物的净化率达70 %~90 % ,但此技术需大量吸附剂,设备庞大,投资大,运行动力消耗也大。
3.5.3 活性碳脱硫脱氮法
在该处理系统中,先用活性碳吸附除去烟气中的SOx,再让烟气通过另一活性碳层同时高效除去SOx和NOx。在脱硫塔中,NOx由于活性碳和催化作用也会被分解除去。但当SOx 同时存在时去除效率甚低。烟气从脱硫塔出来后,被重新注入NH3,然后通过填满活性碳的脱氮塔完成高效脱氮。 4.生物法除氮氧化物[4]
生物法处理的实质是利用微生物的生命活动将NOx转化为无害的无机物及微生物的细胞质。由于该过程难以在气相中进行,所以气态的污染物先经过从气相转移到液相或固相表面的液膜的传质过程,可生物降解的可或者是微溶性污染物从气相进入滤塔填料表面的生物膜中,并经扩散进入其中的微生物组织,然后,污染物作为微生物代谢所需的营养物,在液相或固相被微生物吸附净化。
目前,国内外有关生物法处理NOx的报道主要均针对NOx中不易溶于水的NO。根据研究的进展情况,将生物法处理NO归为反硝化处理、硝化处理和真菌处理三类。
4.1 反硝化处理NO
在反硝化过程中,NO通过反硝化菌的同化反硝化(合成代谢)还原成有机氮化物, 成为菌体的一部分;异化反硝化(分解代谢),将其最终转化为N2。由于反硝化菌是一种兼性厌氧菌, 以NO作为电子受体进行厌氧呼吸,故它不像好氧呼吸那样释放出更多的ATP, 相应合成的细胞物质量也较少。在生物反硝化过程中,以异化反硝化为主。因此, 生物法净化NO也主要是利用反硝化细菌的异化反硝化作用。该系统存在的缺点是要求额外提供微生物生长所需要的基质。
反硝化菌的种类很多,包括光合细菌、自养菌、异养菌(包括原核生物和真核生物)等。如自养菌种的反硝化硫杆菌能利用S2O2-3 作电子供体还原NO。虽然在有氧条件下也发现了反硝化过程,但一般非常缓慢,尽管氧气对不同的NO还原酶的抑制作用似乎互不相同。研究表明,反硝化菌在厌氧条件下对NO有很强的亲和力,从而能大大增强反硝化作用。
4.2 硝化处理NO 4.3 真菌处理NO
Woertz等人研究了真菌生物反应器利用甲苯作为单一