微波廢水廢氣治理

微波催化技術(shù)在環(huán)境領(lǐng)域的研究XXX

——?jiǎng)P天環(huán)保集團(tuán)研究院1主要內(nèi)容一、微波技術(shù)簡(jiǎn)介二、微波在廢氣廢水治理領(lǐng)域的應(yīng)用三、存在的問(wèn)題四、發(fā)展方向2一、微波技術(shù)簡(jiǎn)介34微波技術(shù)微波技術(shù)是近代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重大成就之一,發(fā)展極為迅速。世紀(jì)年代微波開(kāi)始在化學(xué)領(lǐng)域中得到廣泛研究,并取得了積極效果。而近十幾年來(lái)人們已經(jīng)注意到微波在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。對(duì)微波加熱機(jī)理及其特點(diǎn),在廢水、廢氣、固體廢棄物的處理,環(huán)保材料的研制,環(huán)境監(jiān)測(cè)等方面都進(jìn)行了廣泛的研究,我們對(duì)微波輻射技術(shù)的發(fā)展方向進(jìn)行了展望,相信微波技術(shù)將會(huì)有廣泛的應(yīng)用前景,一旦工業(yè)化可以帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。加熱機(jī)理微波是一種電磁能。可改變離子遷移和偶極子轉(zhuǎn)動(dòng)情況,但不引起分子結(jié)構(gòu)改變,是非離子化的輻射能。一般來(lái)說(shuō),介質(zhì)在微波場(chǎng)中的加熱有兩種機(jī)理,即離子傳導(dǎo)和偶極子轉(zhuǎn)動(dòng)。在微波加熱的實(shí)際應(yīng)用中,兩種機(jī)理的微波能耗散同時(shí)存在。選擇性加熱工作環(huán)境溫度低穿透性加熱、加熱速度快加熱過(guò)程簡(jiǎn)便易于自動(dòng)控制高效節(jié)能的加熱方式特點(diǎn)5二、微波在廢氣廢水治理領(lǐng)域的應(yīng)用

62.1微波技術(shù)在大氣污染治理中的應(yīng)用2.2微波技術(shù)在水污染治理中的應(yīng)用微波在環(huán)境領(lǐng)域應(yīng)用72.1微波技術(shù)在大氣治理中的應(yīng)用隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展,SO2、NOx的排放越來(lái)越多。大氣中的SO2是形成酸雨的主要來(lái)源,NOx會(huì)破壞臭氧層且能形成光化學(xué)煙霧,重金屬和炭微粒等都對(duì)人類(lèi)和整個(gè)生態(tài)環(huán)境帶來(lái)極大危害8微波高能電離技術(shù)原理：廢氣中除SO2和NOx外,還有大量的N2,H2O,CO2和O2,這些物質(zhì)能被5～20eV之間的電子能電離和激發(fā),形成活性基。微波這種高頻電磁波具有高能性,可激發(fā)和電離N2,H2O,CO2,O2,形成HO·,HO2·,N·,H·活性基和自由電。HO·,HO2·,O·又與SO2和NOx反應(yīng)生成SO3NO2。因此,可以利用微波的高能性直接處理SO2和NOx。

D.Martin利用2.45GHz微波直接處理燃煤廢氣中的SO2和NOx,在微波輻射作用下形成的活性基與SO2和NOx結(jié)合,生成SO3和NO2,在水中形成H2SO4和HNO39微波放電直接分解技術(shù)利用微波形成的高頻振蕩電磁場(chǎng)產(chǎn)生高能電子放電直接分解NO為N2和O2微波放電裝置混合煙氣放電分解反應(yīng)102000ppmNO,2%O2,

He

平衡氣

GHSV=3600h?1.

以Fe(20%)/NaZSM-5為催化劑微波放電分解NO在480℃達(dá)到70%轉(zhuǎn)化率11原理12微波誘導(dǎo)還原技術(shù)NOXN2+O2<420℃微波誘導(dǎo)還原SO2S+O2還原劑NOXN2+O21000℃常規(guī)條件SO2SO3氧化劑溫度較高，1000℃→能耗高設(shè)備耐溫要求高氧化產(chǎn)物對(duì)設(shè)備腐蝕性強(qiáng)工藝復(fù)雜、處理成本高溫度較較低，420℃以下極大降低了能耗將SO2還原成S單質(zhì)工藝簡(jiǎn)單增加了經(jīng)濟(jì)效益13以活性炭為還原劑活性炭表面的某些點(diǎn)位能與微波發(fā)生強(qiáng)烈的相互作用,使微波能轉(zhuǎn)化為熱能,從而使表面點(diǎn)位選擇性快速加熱至很高溫度。在這些點(diǎn)位附近發(fā)生微波誘導(dǎo)催化反應(yīng)Cha公司和懷俄明州大學(xué)使用該技術(shù)同時(shí)誘導(dǎo)還原SO2和NOX,達(dá)到95%以上脫硫率華北電力大學(xué)600mg/m3NO、2000mg/m3SO2的模擬煙氣在470℃，脫硫、脫硝率可達(dá)96%14以尿素或碳銨為還原劑中山大學(xué)微波-SCR技術(shù)研究模擬煙氣：NOX、SO2和水蒸汽、空氣混合(化學(xué)方法配置)，使用碳銨或尿素為NH3源和分子篩為載體SO21500mg/m3

80％轉(zhuǎn)化率NOx170mg/m3

82.35％轉(zhuǎn)化率15技術(shù)特點(diǎn)裝置簡(jiǎn)單、一次性投資小、操作簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)由于不使用催化劑,不存在催化劑失活和中毒等問(wèn)題煙氣溫度不受限制，只要選擇合適的吸波物質(zhì)作為載體或者強(qiáng)吸波性地還原劑（活性炭）任何煙氣溫度進(jìn)去反應(yīng)器均可將NOX還原為N2，將SO2還原成S單質(zhì)，清潔技術(shù)，無(wú)二次污染使用活性炭（活性焦）為還原劑時(shí)，避免了傳統(tǒng)NH3-SCR技術(shù)帶來(lái)的二次污染，和安全性問(wèn)題，同時(shí)也避免了設(shè)備腐蝕問(wèn)題脫硫工藝為干法脫硫，減少?gòu)U水排放，同時(shí)副產(chǎn)物為經(jīng)濟(jì)價(jià)值高的S選擇良好的吸波物質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)加熱過(guò)程高效節(jié)能，同時(shí)加熱過(guò)程簡(jiǎn)便易于自動(dòng)控制16微波誘導(dǎo)氧化法活性炭吸附-微波輻射解吸法微波與其他技術(shù)的結(jié)合使用吸波物質(zhì)吸附污染物+吸波物質(zhì)微波輻射微波降解敏化劑微波輻射微波降解廢水2.2微波技術(shù)在水污染治理中的應(yīng)用方法：17①敏化劑+hv→ecb-+hvb+微波催化反應(yīng)階段氧化降解反應(yīng)階段有機(jī)物+·OH→H2O+CO2反應(yīng)機(jī)理18優(yōu)點(diǎn)實(shí)用范圍廣、處理效率高、極少有二次污染、氧化速率快缺點(diǎn)需要高溫、高壓,對(duì)于難降解氧化的有機(jī)物,條件則更為苛刻,不適應(yīng)實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)濕式氧化法優(yōu)點(diǎn)設(shè)備占地面積小操作簡(jiǎn)單運(yùn)行費(fèi)用低高效節(jié)能微波催化濕式氧化法實(shí)驗(yàn)裝置圖19格柵集水池高位水槽2微波反應(yīng)器沉淀池過(guò)濾池清水高位水槽1一號(hào)添加劑二號(hào)添加劑微波廢水處理工藝流程圖20廢水經(jīng)Fe-C預(yù)處理,曝氣氧化后,取A、B、C水樣微波功率為630W,輻照時(shí)間10min，H2O2，TiO2(敏化劑)1.難降解有機(jī)廢水實(shí)際廢水的處理效果212.煉油廢水

微波功率630W,輻照時(shí)間15min，F(xiàn)enton試劑，活性炭（吸波物質(zhì)）COD

去除率

78.85%223.氨氮廢水100mL垃圾滲濾液水樣的氨氮含量為32mg/L，改性沸石480W下氨氮去除率可達(dá)到92.11%23單位污水處理投資強(qiáng)度低；占地面積??；污水處理工程可大也可小型分散化（堵住污染源頭）；污水處理工藝流程短；污水中污染物降解物化反應(yīng)迅速；單位污水處理綜合能耗低；單位污水處理運(yùn)行費(fèi)用低；污水中污染物清除徹底；污水處理進(jìn)程不受環(huán)境溫度及原污水污染物濃度的影響；污水處理過(guò)程中可根據(jù)需要隨意開(kāi)停；實(shí)現(xiàn)水的可持續(xù)利用及使污水資源化和水的循環(huán)經(jīng)濟(jì)；殺滅污水中病原體；把已被污染了的江河池塘湖泊水轉(zhuǎn)化為工業(yè)的農(nóng)業(yè)的安全綠色用水。技術(shù)特點(diǎn)24三、存在的問(wèn)題25煙氣中含有的金屬氧化物顆粒對(duì)微波場(chǎng)控溫系統(tǒng)產(chǎn)生的負(fù)效應(yīng)無(wú)法避免微波設(shè)備的泄露防護(hù)問(wèn)題：過(guò)量的微波輻射對(duì)人的神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)生殖系統(tǒng)、晶狀體和視網(wǎng)膜等器官有一定的傷害。目前沒(méi)有完善的計(jì)算微波場(chǎng)溫度分布模型微波加熱與物質(zhì)介電特性有密切聯(lián)系，而介電特性又與物質(zhì)形狀、組成、體積和濕度等多種因素有關(guān)，會(huì)對(duì)微波場(chǎng)溫度分布產(chǎn)生較大影響國(guó)家NOX，SO2排放標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格化導(dǎo)致微波脫除效率有待提高副產(chǎn)物S的存在形式，若溫度過(guò)低，以固態(tài)形式存在則會(huì)堵塞還原劑孔道，反應(yīng)器中S顆粒無(wú)法清除（1）微波技術(shù)在廢氣治理中的問(wèn)題：26廢水中含有的金屬粒子對(duì)微波場(chǎng)控溫系統(tǒng)產(chǎn)生的負(fù)效應(yīng)無(wú)法避免微波設(shè)備的泄露防護(hù)問(wèn)題：過(guò)量的微波輻射對(duì)人的神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)生殖系統(tǒng)、晶狀體和視網(wǎng)膜等器官有一定的傷害。目前沒(méi)有完善的計(jì)算微波場(chǎng)溫度分布模型微波加熱與物質(zhì)介電特性有密切聯(lián)系，而介電特性又與物質(zhì)形狀、組成、體積和濕度等多種因素有關(guān)，會(huì)對(duì)微波場(chǎng)溫度分布產(chǎn)生較大影響微波泄漏和出水溫度過(guò)高（2）微波技術(shù)在廢水治理中的問(wèn)題：27四、發(fā)展方向28廢氣方面：完備各種材料介電參數(shù)和微波加熱的機(jī)理的深入研建立加熱過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，掌握微波爐腔內(nèi)的溫度分布以便控制微波泄漏和降低能耗；設(shè)計(jì)、制造和使用微波設(shè)備時(shí)，加強(qiáng)微波泄漏的安全防護(hù)，提高加工控制和操作過(guò)程的自動(dòng)化開(kāi)發(fā)完善的微波反應(yīng)器，輔助設(shè)施如冷卻水系統(tǒng)的建立，同時(shí)加強(qiáng)諧振腔的開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)微波場(chǎng)的均勻分布，避免局部累積過(guò)熱損壞設(shè)備開(kāi)發(fā)高活性的催化劑，提高微波誘導(dǎo)還原脫硫脫硝反應(yīng)的效率，達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)微波反應(yīng)器內(nèi)部爐腔結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)可清理腔內(nèi)固態(tài)副產(chǎn)物29廢水方面：催化劑是微波誘導(dǎo)氧化工藝的核心,而催化劑的性質(zhì)和壽命直接影響到它的使用價(jià)值。因此研究經(jīng)濟(jì)、高效的催化劑是今后研究的一個(gè)重點(diǎn)。催化劑的選擇要求:必須能快速與微波發(fā)生作用并被激活耐高溫、耐酸堿腐蝕損耗小、使用壽命長(zhǎng)