【文章內(nèi)容簡介】 ，進(jìn)而明確環(huán)境保護(hù)的重大意義。教學(xué)重點：1 環(huán)境與環(huán)境科學(xué)的定義、研究目的、對像及任務(wù)等； 2 當(dāng)前世界環(huán)境的主要問題及其發(fā)展前景。教學(xué)難點：環(huán)境污染及其對人體的危害。教學(xué)時數(shù)：2學(xué)時授課內(nèi)容： 27 第三節(jié) 氣態(tài)污染物的治理技術(shù)（35分鐘）化學(xué)工業(yè)所排放廢氣中的主要氣態(tài)污染物有二氧化硫、氮氧化物，氟化物及各種有機氣體等。目前處理氣態(tài)污染物的主要方法有吸收、吸附、催化轉(zhuǎn)化、冷凝和燃燒等。一、吸收法 1．原理及分類吸收：是利用氣體混合物中不同組分在吸收劑中的溶解度的不同，或者與吸收劑發(fā)生選擇性化學(xué)反應(yīng)，從而將有害組分從氣流中分離出來的過程。例如從工業(yè)廢氣中去除二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOX）、硫化氫（H2S）以及氟化氫（HF）等有害氣體。吸收法操作簡單、技術(shù)成熟、適用性強。分類：氣體吸收可分為物理吸收和化學(xué)吸收。（1）物理吸收：溶解的氣體與溶劑或溶劑中的某種成分之間不產(chǎn)生明顯的化學(xué)反應(yīng)的吸收過程，僅僅是被吸收的氣體組分溶解于液體的過程。例如用水吸收醇類和酮類物質(zhì)。（2）化學(xué)吸收：溶解的氣體與溶劑或與溶劑中的某種成分產(chǎn)生明顯的化學(xué)反應(yīng)的吸收過程。反應(yīng)速度快，物質(zhì)發(fā)生變化。從廢氣中去除氣態(tài)污染物多用化學(xué)吸收法。例如用堿液吸收煙氣中的SO2，用水吸收NOX等。在溶劑中所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)有可逆和不可逆之分。吸收效率的大小取決于溶劑中有效組分和氣體的濃度、溶質(zhì)和溶劑的反應(yīng)速率，以及體系的溫度和壓力。因此化學(xué)吸收比較復(fù)雜，涉及往往借助于中間試驗或?qū)嶒炇覕?shù)據(jù)。2．吸收液在吸收法中，選擇合適的吸收液至關(guān)重要，是處理效果好壞的關(guān)鍵。有化學(xué)反應(yīng)的吸收和單純的物理吸收相比，前者吸收速率較大。（1）吸收液的選擇應(yīng)考慮以下因素：①對有害組分的溶解度盡量大，而對其余組分應(yīng)盡量??；②其蒸氣壓應(yīng)盡量低，減少其蒸發(fā)損失；③不采用腐蝕性介質(zhì)；④黏度要低，比熱容不大，不起泡；⑤盡可能無毒、難燃，化學(xué)穩(wěn)定性好，冰點要低；⑥來源充足，價格低廉，易再生重復(fù)使用；⑦使用中有利于有害組分的回收利用。（2）用于吸收氣態(tài)污染物質(zhì)的吸收液有下列幾種：，用于吸收易溶的有害氣體，當(dāng)廢氣中有害物質(zhì)含量很低時，水的吸收效率很低。，用于吸收那些能夠和堿起化學(xué)反應(yīng)的有害酸性氣體，如SONOX、H2S、等。常用的堿吸收液有：氫氧化鈉、氫氧化鈣、氨水等。，可以增加有害氣體在稀酸中的溶解度或發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。如一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2）氣體能夠在稀硝酸中溶解，而且其溶解度比在水中高得多。，用于有機廢氣的吸收，如洗油、聚乙醇醚、冷甲醇、二乙醇胺都可作為吸收液，并能夠去除一部分酸性氣體，如H2S、CO2等。3．吸收塔吸收法中所用的吸收設(shè)備主要作用是使氣液兩相充分接觸，以便很好的進(jìn)行傳遞；提供大的接觸面積，接觸界面易于更新，最大限度的減少阻力和增大推動力。吸收裝置主要是塔式容器，應(yīng)滿足下列基本要求：①氣液接觸面大，接觸時間長；②氣液之間擾動強烈，吸收效率高；③流動阻力小，工作穩(wěn)定；④結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，投資和運行維修費用低；⑤具有抗腐蝕和防堵塞能力。常用的吸收裝置有填料塔、板式塔、噴淋塔、湍流塔、和文丘里吸收器等。（1）填料塔填料塔的基本型式如圖4－19所示，填料塔是以塔內(nèi)的填料作為氣液兩相間接觸構(gòu)件的傳質(zhì)設(shè)備。填料塔的塔身是一直立式圓筒（如上圖所示），底部裝有填料支承板，填料以亂堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安裝填料壓板，以防被上升氣流吹動。吸收劑從塔頂經(jīng)液體分布器均勻地噴淋到填料上，并沿填料表面流下，從塔底排除。廢氣從塔底送入，與吸收劑在填料層內(nèi)充分接觸，廢氣中污染物濃度逐漸降低。填料塔屬于連續(xù)接觸式氣液傳質(zhì)設(shè)備。填料種類很多，如拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、鞍形、波紋填料等，通常采用陶瓷、塑料、金屬等材料。填料塔直徑一般不超過800mm，～，單層填料層高度在3～5m之下，壓降通常為400～600Pa/m，～，液體噴淋密度在10m3/(hm2)以上。填料塔由于結(jié)構(gòu)簡單、氣液接觸效果好，壓降較小而被廣泛應(yīng)用。不足之處是填料容易堵塞、損失大，檢修不方便。 （2）板式塔板式塔內(nèi)裝有若干層塔板，吸收液自塔頂向下流動，并在塔板上保持一定厚度的液層，氣體從塔底向上逐級穿過塔板，以鼓泡狀態(tài)或噴射狀態(tài)與液體相互接觸，進(jìn)行傳質(zhì)、傳熱及化學(xué)反應(yīng)，如圖4－20所示。塔板的結(jié)構(gòu)形式有多種，如孔板、篩板、錯流式、穿流式、氣液并流式（氣、液同方向流動）等，板上設(shè)有溢流堰，以保持約30mm厚度的液層。操作中合適的氣液比例非常重要，氣量過大，則氣速過高，穿過篩孔時會以連續(xù)相通過塔板液層，吸收效率降低；氣量過小或液流量過大，會導(dǎo)致液體從篩孔泄漏，降低吸收效率。篩孔孔徑一般為3～8mm，開孔率為5％～15％，空塔氣速為10～25m/s，～，每層塔板的壓降約為800～2000Pa。與填料塔相比，板式塔空塔速度較高，處理能力大，但壓降損失也較大。優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、氣體處理量大，缺點是安裝要求嚴(yán)格、氣量急劇變化時不能操作、壓力損失較大。（3）噴淋塔噴淋塔內(nèi)既無填料也無塔板，又稱為空心吸收塔。液體由塔頂進(jìn)入，經(jīng)過安裝在塔內(nèi)各處的噴嘴，被噴成霧狀或雨滴狀。而氣體由塔底部進(jìn)入，在上升過程中與吸收液充分接觸，使液體吸收氣體中的污染物，而吸收后的吸收液由塔底流出，凈化后的氣體由塔頂流出?；拘褪饺鐖D412（a）所示。～6m/s，塔內(nèi)壓降為250～500Pa，液氣比較小，適用于極快或快速反應(yīng)的化學(xué)吸收過程。其特點是結(jié)構(gòu)簡單，壓降低，不易堵塞，氣體處理能力較大，投資費用低；但占地面積大，效率較低，常用于規(guī)模較大的鍋爐煙氣濕法脫硫以及作預(yù)冷卻器。二、吸附法1．原理及分類吸附是一種固體表面現(xiàn)象。它是利用多孔性固體吸附劑處理氣態(tài)污染物，使其中的一種或幾種組分，在固體吸附劑表面，在分子引力或化學(xué)鍵力的作用下，被吸附在固體表面，從而達(dá)到分離的目的。將具有吸附作用的固體物質(zhì)稱為吸附劑，被吸收的物質(zhì)被稱為吸附質(zhì)。吸附法具有分離效率高、能回收有效組分、設(shè)備簡單，操作方便，易于實現(xiàn)自動控制等優(yōu)點，而在處理氣態(tài)污染物領(lǐng)域也得到了應(yīng)用。根據(jù)吸附過程中吸附劑和吸附質(zhì)之間作用力的不同，可將吸附分為物理吸附和化學(xué)吸附。物理吸附是由固體吸附劑分子與氣體分子間的靜電力或范德華力引起的，兩者之間不發(fā)生化學(xué)作用，是一種可逆過程。化學(xué)吸附是由于固體表面與被吸附分子間的化學(xué)鍵力所引起，兩者之間結(jié)合牢固，不易脫附。該吸附需要一定的活化能，故又稱活化吸附。物理吸附的特點：①吸附劑與吸附質(zhì)之間不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；②吸附過程進(jìn)行較快，參與吸附的各相之間迅速達(dá)到平衡；③物理吸附是一種放熱過程，相當(dāng)于被吸附氣體的升華熱，一般為20KJ/mol左右；④吸熱過程可逆，無選擇性?；瘜W(xué)吸附的特點：①吸附劑與吸附質(zhì)之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并在吸附劑表面生成一種化合物；②化學(xué)吸附過程一般進(jìn)行緩慢，需要很長時間才能達(dá)到平衡；③化學(xué)吸附也是一種放熱過程，但比物理吸附熱大得多，相當(dāng)于化學(xué)反應(yīng)熱，一般在84~417KJ/mol之間；④具有選擇性，常常是不可逆的。在實際吸附過程中，物理吸附與化學(xué)吸附往往同時發(fā)生，但以某一種吸附為主。在低溫下，主要是物理吸附，而在較高的溫度下，就可能轉(zhuǎn)為化學(xué)吸附為主。吸附過程：吸附的全過程可分為外擴散、內(nèi)擴散、吸附和脫附四個過程。外擴散過程是吸附劑外圍空間的氣體吸附質(zhì)分子擴散到吸附劑表面的過程，是吸附全過程的第一步；內(nèi)擴散過程是吸附質(zhì)分子進(jìn)入吸附劑微孔中并擴散到內(nèi)表面的過程；吸附過程是經(jīng)過外擴散和內(nèi)擴散到達(dá)吸附劑內(nèi)表面的吸附質(zhì)分子被吸附在內(nèi)表面的過程；脫附過程是部分被吸附的分子離開吸附劑的內(nèi)表面和外表面，并反擴散到氣相主體的過程。吸附劑再生：當(dāng)吸附速度和脫附速度相等時，就達(dá)到了吸附平衡。此時，被吸附物質(zhì)的量不再增加，可以認(rèn)為吸附劑失去了吸附能力。為使吸附劑恢復(fù)吸附能力，必須使吸附質(zhì)從吸附劑上解脫下來，這種過程稱為吸附劑的再生。再生的方法一般有：①加熱解吸再生（變溫吸附）。等壓下，一般吸附容量隨溫度升高而減少，故可在低溫下吸附，然后在高溫加熱下吹掃脫附；②降壓或真空解吸（變壓吸附）。恒溫下，吸附容量隨壓力降低而減少，則可采用加壓吸附，減壓或真空下脫附；③溶劑置換再生（變濃度吸附）。對不飽和烯烴類等某些熱敏性吸附質(zhì)，可以采用親合力較強的解吸溶劑進(jìn)行置換，使吸附質(zhì)脫附，然后加熱，使吸附劑再生。并利用吸附質(zhì)與解吸劑之間的沸點不同，采用蒸餾的方法分離。吸附法的全過程因該包括吸附和吸附再生的全過程。2．吸附劑吸附劑的選擇要求：工業(yè)吸附劑應(yīng)具備的條件為：①具有巨大內(nèi)表面積、較大的吸附容量的多孔性物質(zhì)；②對不同的氣體分子具有很強的吸附選擇性；③吸附快且再生特性良好；④具有足夠的機械強度，對酸、堿、水、高溫的適應(yīng)性；用于物理吸附時要有化學(xué)穩(wěn)定性。⑤價格低廉，來源廣泛。吸附劑的種類很多，可分為天然和合成吸附劑。常用的固體吸附劑有骨炭、硅膠、礬土（氧化鋁）、沸石、焦炭和活性炭等。（1）活性炭?；钚蕴渴浅Ｓ玫奈絼?。是由煤、石油焦、木材、果殼等各種含炭物質(zhì)，在低于773K溫度下炭化后再用水蒸氣進(jìn)行活化處理得到。它的顆粒形狀有柱狀、球狀、粉末狀等。由于活性炭的疏水性，主要用于吸附濕空氣中的有機溶劑、惡臭物質(zhì)，以及煙氣中的S0NOx或其它有害氣體。具有比表面積大、吸附及脫附快，性能穩(wěn)定，耐腐蝕等優(yōu)點，但具有可燃性，使用溫度一般不超過200℃。（2）硅膠。硅膠是將硅酸鈉溶液（水玻璃）用酸處理后得到硅酸凝膠，再經(jīng)水洗、干燥脫水制得的堅硬多孔的粒狀無晶形氧化硅。硅膠具有很強的親水性，它吸附的水分量可達(dá)自身質(zhì)量的50％，吸濕后吸附能力下降，因此常用于含濕量較高氣體的干燥脫水、烴類氣體回收，以及吸附干燥后的有害廢氣。（3）活性氧化鋁?；钚匝趸X是由氧化鋁的水合物在嚴(yán)格控制的升溫條件下，加熱脫水便制成多孔結(jié)構(gòu)的活性氧化鋁，具有良好的機械強度。可用于氣體和液體的干燥，石油氣的濃縮、脫硫、脫氫，以及含氟廢氣的治理。（4）分子篩。分子篩是一種人工合成沸石，具有立方晶體的硅酸鹽，屬于離子型吸附劑。因其孔徑整齊均勻，內(nèi)表面積大，吸附能力較強。因分子篩能選擇性地吸附直徑小于某個尺寸的分子，因此有很強的吸附選擇性。分子篩被廣泛的用于廢氣治理中的脫硫、脫氮、含汞蒸氣凈化及其他有害氣體的吸附。通常，污染物分子較小的選用分子篩，分子較大應(yīng)選用活性炭或硅膠；對無機污染物宜用活性氧化鋁或硅膠，對有機蒸氣或非極性分子則用活性炭。3．吸附設(shè)備用于凈化氣態(tài)污染物的吸附設(shè)備，與廢水處理中的設(shè)備相同，可分為固定床、移動床和流化床三種。 （1）固定床吸附器 固定床吸附器分為立式、臥式兩種。還可按照吸附器的形狀分為方形、圓形。固定床結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，使用歷史最長，應(yīng)用最廣。立式固定床吸附器如圖4－23所示，多為圓柱形立式結(jié)構(gòu)，內(nèi)置格板或孔板，其上放置吸附劑顆粒，吸附劑固定不動。廢氣由格板之下通入，向上從顆粒層穿過，凈化后的氣體由吸附器上部排出。立式固定床適用濃度高、氣體量小的廢氣，對于濃度低、氣體量大的廢氣可采用臥式固定床。如果只有一臺吸附器，需經(jīng)吸附－脫附－干燥冷卻的循環(huán)，吸附間歇進(jìn)行。一般可采用兩臺或更多的固定床輪換進(jìn)行吸附與再生操作，當(dāng)一臺吸附器正在進(jìn)行吸附時，另一臺同時進(jìn)行脫附、干燥與冷卻。（2）移動床吸附器 吸附劑由塔頂進(jìn)入吸附器，依次經(jīng)過吸附段、精餾段、解吸段，進(jìn)入塔底的卸料裝置，并以一定的流速排出，然后由升揚鼓風(fēng)機輸送至塔頂，再進(jìn)入吸附器，重新開始上述的吸附循環(huán)。固體吸附劑由上向下移動，而需凈化的氣體從吸附段底部進(jìn)入，由下向上流動，逆流接觸后，從吸附段的頂部排出。移動床吸附器的特點是：處理器量大；適用于穩(wěn)定、連續(xù)、量大的氣體凈化；吸附和脫附連續(xù)完成，吸附劑可以循環(huán)使用；動力和熱量消耗大，吸附劑磨損大。（3）流化床吸附器 當(dāng)氣體已很小的流速從下向上穿過吸附劑床層時，固體顆粒靜止不動。隨著氣體流速的逐漸增大，固體顆粒會慢慢的松動，但仍然保持互相接觸，床層高度也沒有明顯變化，這種情況便是固定床操作。隨著氣速的繼續(xù)增大，顆粒作一定程度的移動，床層膨脹，高度增加，稱為臨界流化態(tài)。當(dāng)氣速大于臨界氣速時，顆粒便懸浮于氣體之中，并上下浮沉，這便是流化狀態(tài)。流化床吸附器全塔分為吸附部分和再生部分。上段為吸附部分，廢氣從管口以一定的速度進(jìn)入錐體，氣體通過篩板向上流動，將吸附劑吹氣，在吸附階段完成吸附過程。吸附后氣體進(jìn)入擴大段，由于氣體流速減低，固體吸附劑又回到吸附段，而凈化后的氣體從出口排出。下段為再生部分，用熱氣流進(jìn)行加熱再生，再生后的吸附劑用空氣提升至吸附塔頂進(jìn)行循環(huán)使用。 當(dāng)使用一個床層不能達(dá)到凈化要求時，可以使用多床層來實現(xiàn)。優(yōu)點是可處理大氣量廢氣、流化床體積較小、吸附和再生工藝連續(xù)進(jìn)行；缺點是碳粒徑機械磨損造成吸附劑損失。三、催化凈化方法1. 原理及分類催化凈化是在催化劑作用下，將廢氣中氣態(tài)污染物轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)排放，或者轉(zhuǎn)化成其他更易除去的物質(zhì)的凈化方法。這種方法可直接將有害物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o害的物質(zhì)，可以避免二次污染，而且簡化操作過程。能夠用催化法進(jìn)化的氣態(tài)污染物有SOH2S、HC（碳?xì)浠衔铮O、苯、甲苯和NOx等。催化轉(zhuǎn)化法有催化氧化法和催化還原法兩種。催化氧化法是使有害氣體在催化劑的作用下，與空氣中的氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為無害氣體的方法。如廢氣中的SO2在催化劑(V2O5)作用下可氧化為SO3，用水吸收變成硫酸而回收，再如各種含烴類、惡臭物的有機化合物的廢氣均可通過催化燃燒的氧化過程分解為H2O與CO2向外排放。催化還原法是使有害氣體在催化劑的作用下，與還原性氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為無害氣體的方法。如廢氣中的NOx在催化劑(銅鉻) 作用下與NH3反應(yīng)生成無害氣體N2和H2O。催化轉(zhuǎn)化法等具有效率高，操作簡單等優(yōu)點。這種方法的關(guān)鍵是選用合適的催化劑。缺點是催化劑價格較高，氣體的預(yù)熱需要一定的額外的能量，增加了燃料的耗費2. 催化劑催化劑(或稱觸媒)是指能夠改變化學(xué)反應(yīng)速度和方向而本身又不參與反應(yīng)的物質(zhì)。在廢氣凈化中，一般使用固體催化劑，它主要由活性組分、助催化劑及載體組成?；钚越M分是催化劑的主體，是起催化作用的最主要