尿素／高錳酸鉀濕法煙氣脫氮的試驗研究

1、尿素高錳酸鉀濕法煙氣脫氮的試驗研究第6卷第6期環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備2005年6月TechniquesandEquipmentforEnvironmentalPollutionControlVo1.6,No.6Jun.2005尿素/高錳酸鉀濕法煙氣脫氮的試驗研究雷鳴岑超平胡將軍(1.國家環(huán)境保護總局華南環(huán)境科學研究所,廣州510655;2.武漢大學資源與環(huán)境科學學院,武漢430079)摘要采用高錳酸鉀和尿素配制成不同濃度的吸收溶液,在填有金屬鮑爾環(huán)的管式吸收反應(yīng)器中,對模擬煙氣進行濕法煙氣脫氮的研究.試驗結(jié)果表明,用尿素和高錳酸鉀配制成的吸收液進行濕法煙氣脫氮,可以高效地脫除模擬煙氣中的氮氧化

2、物,高錳酸鉀含量的增加可以顯著提高脫氮效率,是決定脫氮效率高低的重要因素,在尿素和高錳酸鉀含量分別為5%和0.60g/L時可以達到91.5%的平均脫氮效率;尿素含量,吸收液有效柱高和外加的SO:氣體均對脫氮效率產(chǎn)生不同程度的影響.關(guān)鍵詞尿素高錳酸鉀吸收塔煙氣脫氮中圖分類號X701文獻標識碼A文章編號1008-9241(2005)06-0016-04StudyontheexperimentoffluegasdenitrificatiOnusingurea/potassiumpermanganatesolutionLeiMing?CenChaopingHuJiangjun(1.SouthChina

3、InstituteofEnvironmentalScience,theStateEnvironmentalProtectionAdministration,Guangzhou510655;2.SchoolofResourceandEnvironmentalScience,WuhanUniversity,Wuhan430079)AbstractNOremovalwithanalogfluegasdenitrificationusingurea/p0tassiumpermanganatesolutionprocesshasbeeninvestigatedinpackabsorptionreacto

4、rfilledwithsteelpallrings.Thelaboratoryexperimentalresultsshowthatwettypefluegasdenitrificationusingurea/potassiumpermanganatesolutionprocesscanreachhighremovalefficiencyofNO.TheamountofpotassiumpermanganateisakeyfactorthataffectstheNOre-moralefficiency.TheremovalefficiencyofNOcanreach91.5%whenusing

5、theabsorptionsolutionof5%ureaand0.60g/Lpotassiumpermanganate.Theamountofurea,theabsorptiontowerheightandtheaddinggasofSO2allaffecttheNOremovalefficiencytodifferentdegrees.Keywordsurea;potassiumpermanganate;absorptiontower;fluegasdenitrification1前言隨著電力工業(yè)特別是燃煤電廠的發(fā)展,排放煙氣中的SO和NO的含量將會得到不斷增加.據(jù)統(tǒng)計,我國1995年SO

6、,NO的排放量分別為2400萬t和770萬t,而燃煤煙氣中排放的SO和NO占全國總排放量的90%,因此在我國對燃煤煙氣進行脫硫脫氮是我們國家面臨的刻不容緩的任務(wù),也是我國科研工作者致力研究的重要課題'.目前煙氣脫硫技術(shù)已經(jīng)頗為成熟,而煙氣脫氮卻是難點.研究發(fā)現(xiàn)通過改進燃燒過程和設(shè)備或采用催化還原,吸收,吸附等煙氣脫氮方法可以有效地減少NO的排放.本試驗采用尿素/高錳酸鉀作為NO的吸收液對模擬煙氣中的NO進行濕法煙氣脫氮的研究.本試驗具有工藝簡單和脫氮效率高等特點,為目前煙氣脫氮效率普遍降低的現(xiàn)狀提出了一種嶄新的,行之有效的解決辦法,是值得深入研究的煙氣脫氮技術(shù).2試驗2.1試驗儀器和設(shè)

7、備吸收反應(yīng)柱是內(nèi)徑為4cm,高為1m的玻璃柱,填充物是不銹鋼金屬鮑爾環(huán);煙氣檢測儀器采用英國KANE產(chǎn)品KM9106型煙氣分析儀;吸收尾液分析檢測儀器是上海儀器分析總廠生產(chǎn)的uV.754的紫外分光光度儀;NO壓縮鋼瓶,ACQ-009空氣壓資助項目:國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃"863"項目(2002AA529160);廣東省科技廳科技計劃重大專項(A3040203);廣東省環(huán)保局資助項目(2001-34)收稿日期:20040131;修訂日期:20040421作者簡介:雷鳴(1977一),男,碩士研究生,主要從事大氣污染控制方面的研究.Email:eholley163.corn第6

8、期雷鳴等:尿素/高錳酸鉀濕法煙氣脫氮的試驗研究17圖1煙氣脫氮試驗反應(yīng)裝置簡圖Fig.1Shematicdiagramofthereactionapparatusoffluegasdenitrification縮機;781磁力加熱攪拌機;分析天平.2.2試驗試劑及參數(shù)(1)吸收液:吸收液按照具體的試驗要求配制不同濃度尿素,高錳酸鉀的水溶液.(2)模擬煙氣:控制模擬煙氣流量為0.10m/h,模擬煙氣中NO的含量控制在410mg/m左右,經(jīng)測定模擬煙氣中NO的氧化度(NO./NO的值)為5%左右(實際工業(yè)煙氣的NO的氧化度一般在5%一一10%之間).(3)反應(yīng)溫度:反應(yīng)吸收柱內(nèi)的反應(yīng)溫度控制在70

9、左右.(4)吸收液體積:2000mL.2.3試驗流程試驗時將尿素,高錳酸鉀和水按照不同比例混合并置于磁力加熱攪拌機上攪拌10min,然后將配好的吸收液定量分別注入2個吸收反應(yīng)柱內(nèi),通過加熱器控制反應(yīng)溫度.開啟空氣壓縮機和壓縮NO氣體閥門,并由轉(zhuǎn)子流量計計量.在吸收塔進口處用煙氣分析儀測定煙氣中NO進口濃度,試驗系統(tǒng)穩(wěn)定后在吸收塔出口處測定尾氣NO濃度.尾氣經(jīng)過尾氣吸收瓶吸收后排放,并對反應(yīng)后吸收尾液采用化學分析的方法分析其組成.反應(yīng)裝置簡圖如圖1所示.NO去除率,即脫氮率(DN)計算如下:f,一rDN:×100%.式中,c.為吸收塔進口處檢測的NO濃度,c.為吸收塔出口處檢測的NO濃

10、度.3試驗結(jié)果分析.在上述試驗條件和參數(shù)下(控制進口氣量為0.10m/h,NO的含量控制在410mg/m左右;吸收液有效高度為1.6m;反應(yīng)溫度在70左右;在30min反應(yīng)時間里每5min測定出口氣體中NO的含量),通過改變吸收液中尿素含量,高錳酸鉀含量,反應(yīng)吸收柱內(nèi)吸收液的高度以及在模擬煙氣中添加SO,氣體等條件來分別研究不同工藝條件對脫氮效率的影響.3.1尿素含量對脫氮效率的影響通過改變尿素含量來研究其對脫氮效率的影響.分別配制2000mL濃度分別為5%,10%,15%,20%和25%(質(zhì)量百分比)的純尿素溶液,試驗結(jié)果如圖2所示.706560555045403505l0l520253O3

11、5反應(yīng)時間(min)圖2不同濃度純尿素溶液對脫氮效率的影響Fig.2EffectofpureureaconcentrationonremovalefficiencyofNO,從圖2可以看出,純尿素溶液對NO的脫除有一定的效果,5%的尿素溶液30min內(nèi)的平均脫氮率只為50.3%,當尿素溶液的濃度為25%時,30min內(nèi)的平均脫氮率為54.3%,總體上來看提高尿素含量可以使脫氮效率緩慢升高.從經(jīng)濟上考慮,進一步的試驗均采用的尿素溶液為5%的百分含量.3.2高錳酸鉀含量對NO脫除率的影響改變高錳酸鉀含量來研究其對脫氮效率的影響.尿素濃度為5%,高錳酸鉀添加量分別為0,05g/L,0.10g/L,0

12、.15g/L,0,20g/L,0,25g/L,0.30g/L和0.60g/L,試驗結(jié)果如圖3所示.圖3中可以看出,尿素溶液中添加了高錳酸鉀以后,脫氮效率得到了較大的提高,其中高錳酸鉀添加量為0.10g/L時在30min反應(yīng)時間內(nèi)的平均脫氮率達到63.8%,高錳酸鉀含量為0.15g/L和0.20g/L時在30min反應(yīng)時間內(nèi)的平均脫氮率分別為69.3%和83.0%.當高錳酸鉀增至0.60g/L時的平均脫氮率可達到91.5%,出口氣體檢測也發(fā)現(xiàn)NO的氧化度降低到了3.3%左右.18環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備第6卷0510152025303540反應(yīng)時日j(rain)圖3高錳酸鉀含量對脫氮效率的影響Fi

13、g.3EffectofpotassiumpermanganateconcentrationonremovalefficiencyofNO3.3吸收液的有效高度對NO脫除率的影響吸收液的有效高度是決定氣液接觸時間和液氣比的重要條件,通過控制吸收液的加入量來研究吸收液的有效高度對脫氮效率的影響.吸收液中尿素含量為5%,高錳酸鉀含量為0.2632g/L,試驗結(jié)果如圖4所示.1oo908070605040圖4吸收柱有效高度對脫氮效率的影響Fig.4EffectofeffectivesolutionheightonremovalefficiencyofNO圖4中吸收液有效高度為0.8m,1.2m和1.6

14、m時在反應(yīng)時問內(nèi)的平均脫氮效率分別為58.8%,70.4%和79.1%.提高吸收液的有效高度顯著提高脫氮效率.3.4模擬煙氣中加入SO:對NO脫除率的影響在上述各種試驗條件下通人SO氣體,結(jié)果發(fā)現(xiàn)SO的脫除率高達99.5%以上,試驗重點考察了SO:對脫氮效率的影響,采用的尿素溶液濃度為5%,高錳酸鉀含量分別為0.10g/L,0.20g/L,0.30g/L和0.40g/L,SO2的濃度控制在2000mg/Nm左右,其他工藝條件為:尿素濃度為5%;吸收液的有效高度為0.16m.試驗結(jié)果如圖5所示.通入SO,吸收液中高錳酸鉀含量分別為0.10g/L,0.20g/L,0.30g/L和0.40g/L時,

15、對應(yīng)的平均脫氮效率分別為54.3%,63.6%,71.0%和79.4%,和沒有通入SO氣體的試驗3.2相比,其脫1oo9080706o50400510152025303540反應(yīng)時日J(rain)圖5SO:對脫氮效率的影響Fig.5EffectofaddingSO2onremovalefficiencyofNO氮效率平均下降8.5%.4吸收尾液分析分別取吸收液為尿素含量5%+高錳酸鉀含量為0.20g/L和尿素含量10%+高錳酸鉀含量為0.20g/L在反應(yīng)30min后的吸收尾液(樣品1,2),用化學方法進行測定分析其成分,多組測定后各成分平均濃度如表1所示.表1吸收反應(yīng)后吸收液中各成分的平均濃度

16、Table1Meanconcentrationofcomponentsintheabsorptionsolutionafterreaction由表1可以看出,NO被吸收后主要生成NH4+和NO;,樣品1中高錳酸鉀和尿素分別消耗了0.6724mmolfL和0.2513mol/L,樣品2中高錳酸鉀和尿素分別消耗了0.4531mmol/L和0.9730mol/L,可見尿素含量的提高會使高錳酸鉀和尿素的消耗量增大.高錳酸鉀在吸收反應(yīng)中的催化氧化機理很復(fù)雜,因試驗條件的局限,筆者未能對其作出定性分析.所以本工藝的機理有待進一步的研究.5結(jié)論(1)本試驗采用的尿素和高錳酸鉀配制的吸收液進行濕法煙氣脫氮可以

17、達到較高的脫氮效率,增加高錳酸鉀含量可以顯著提高脫氮效率,無高錳酸鉀時提高尿素溶液的濃度對脫氮效率無明顯的提高作用.(2)吸收液的有效高度對NO脫除效率的影響較大,隨著吸收液有效高度的增加,NO的脫除效率(下轉(zhuǎn)第47頁)如第6期倪明等:雜色云芝對2種染料的脫色條件研究47到90%左右.結(jié)果說明,雜色云芝對進水的初始pH值具有較強的適應(yīng)性,這一點對于應(yīng)用于實際廢水的處理有著一定的意義.考慮到所有的白腐真菌適宜的培養(yǎng)pH值為4.55.0之間,雜色云芝在pH=4.5的條件下適宜生長,因此,最優(yōu)酸堿度為pH=4.5.真菌的細胞結(jié)構(gòu)含有大量蛋白質(zhì),由許多氨基酸組成,在酸性溶液中帶正電.雜色云芝適宜生活在

18、pH=4.5的環(huán)境下,表面等電點在酸性范圍內(nèi),不同pH值的處理條件下,會引起真菌表面電荷分布的變化,而雜色云芝對于酸堿度的良好適應(yīng)性說明其細胞結(jié)構(gòu)能夠?qū)ν饨鏿H值的變化進行主動調(diào)節(jié),使所處微環(huán)境保持酸堿平衡,從而保證了胞外酶系統(tǒng)的分泌平衡,對脫色酶系統(tǒng)的影響不大.4結(jié)論(1)液體限氮培養(yǎng)基適用于雜色云芝對染料的脫色降解,最佳接種量為6cm×1cm的切片,處理效果為8d后穩(wěn)定在95%以上.(2)從雜色云芝對2種不同類型的染料進行脫色的結(jié)果來看,適宜的基本參數(shù)為:T=34oC,進料濃度200mg/L,pH=4.5.(3)雜色云芝對進水的酸堿度具有較強的適應(yīng)性,從pH2.5到lO.5比較寬

19、的區(qū)間內(nèi)保持了穩(wěn)定的脫色率,在實際應(yīng)用當中,可以利用這個特點,減少中和工序的工程量.參考文獻1李慧蓉,李華兵,趙飛.黃孢原毛平革菌對直接深藍L一3RB的脫色降解.染料工業(yè),2000,37(1):36402B.C.Alleman,eta1.Degradationofpentachlorophenolbyfixedfilmsofwhiterotfungiinrotatingtubebioreacters.WaterResearch,1995,29(1):61673李慧蓉,陳建海.黃孢原毛平革菌對蒽的降解研究.化工環(huán)保,2000,20(2):11144應(yīng)慧芳,黃民生,林巍.5種白腐真菌對染料脫色降解

20、的實驗研究.上海環(huán)境科學,2001,20(4):1711745M.Tekere,A.Y.Mswaka,R.Zvauya,eta1.Growthdyedeg.radationandligninolyticactivitystudiesonzimbabweanwhiterotfungi.EnzymeandMicrobialTechnology,2001,28:4204266FengWu,HiroakiOzaki.YutakaTerashima.eta1.ActivitiesofligninolyticenzymesofthewhiterotfungusPhanerochaechrysosporiu

21、manditsrecalcitrantsubstancedegrad.ability.Wat.Sci.Tech.,1996,34(7):69787胡平平,付時雨,余惠生.固定培養(yǎng)條件下外加營養(yǎng)碳源及微量元素對貝殼狀革耳菌酶系產(chǎn)生的影響.纖維素科學與技術(shù),2001,9(4):44508程永前,黃民生,張國瑩.白腐真菌對染料脫色及降解過程機理和影響因素.環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備.2000,1(6):25349O.Yesilada,S.Cing,D.Asma.DecolourisationofthetextiledyeastrazonredFBLbyFunaliatrogiipellets.BioresourceTechnology,2002,81:155157(上接第18頁)有比較顯著的提高.原因是吸