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關鍵詞:生物凈化 有機廢氣 應用 研究進展
中圖分類號:TQ9 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)12(b)-0144-02
工業生產常常會產生大量的有機廢氣,如不能進行對其進行有效地控制與治理,這些氣體必將嚴重的危害人類的生存環境和健康狀況,因此大力開展有機廢氣的綜合治理技術研究已經成為當代世界亟待解決的問題之一。
目前,有機廢氣的主要治理方法包括吸收法、吸附法、催化轉化法等。盡管上述方法具有一定的實操性,然而能耗高等問題也制約著這些方法的應用程度。
生物凈化有機廢氣技術是近年來發展起來的一項用于凈化低濃度有機廢氣的新型技術。經國外眾多研究表明,該技術實操性較強,且成本較低,因此是未來用于凈化低濃度有機廢氣的重要方法之一。
為了進一步推動該技術于我國的研究進程,筆者以下將從發展過程、工藝原理、基礎理論研究、主要設備及其特點、填料的選擇、菌種馴化、工程應用等方面對該技術的研究進展進行綜述,此外,還將分析說明其發展中存在的問題,并提出一些建議。
1 生物凈化廢氣技術的發展歷程
生物凈化有機廢氣技術的研究始于20世紀50年代,快速發展于80~90年代。德國和荷蘭是世界上首批較大規模的應用此項技術用于處理有機廢氣的國家[1]。日本、美國等地也已廣泛開展了該技術的工程應用,而我國對于該技術的研究還很欠缺。
2 生物凈化有機廢氣技術理論研究進展
生物法凈化有機廢氣的實質即利用微生物的生命活動,將廢氣中的有機組分降解、轉化為簡單的無機物(CO2、H2O)及細胞質等其它物質。具體而言,在微生物的生長過程中,需要消化吸收碳、氮、磷、氧等營養組分。生物凈化法便是通過向生物反應器中投加除待處理廢氣所含營養物質(即污染物質)以外的營養成分,從而保證微生物主動獲取待處理廢氣中所含的那部分污染物質作為機體生存的營養成分,最終達到去除廢氣中污染物質的目的。
至今為止,對于生物凈化有機廢氣技術的機理研究,學者們還未形成統一理論。目前,世界上公認影響較大的即荷蘭學者奧滕格拉夫(Ottengraf)依據傳統的氣體吸收雙膜理論所提出的生物膜理論(也可定義為“吸收—生物膜”理論)[2]。
3 主要凈化裝置及特點
目前,國內外主要有機廢氣生物凈化裝置包括生物過濾器(biofilter)、生物滴濾器(biotrickling filter/trickling)、生物洗刷塔(bioscrubber)等。其中應用最廣泛的是生物滴濾池和滴濾塔。
3.1 生物過濾器
生物過濾器內的固態介質一般使用土壤、堆肥、木屑等。其優點在于:設備少,操作簡單,成本低廉(其投資成本約為傳統處理技術,如吸附、吸收氧化等技術的1/10),處理效率高等;其缺點在于:反應條件較難控制,占地面積較大,處理效率不夠持續穩定、載體使用周期短等,且該工藝不適于處理較高濃度的廢氣和產酸廢氣。
3.2 生物滴濾器
在生物滴濾池中,微生物附著于惰性填料的表面并形成生物膜。有機廢氣從塔底進入反應器后,其中的有機物質則通過微生物的分解、代謝后轉化為小分子無機物質,凈化后的氣體從塔頂排出。其優點在于:設備少、操作簡單、壓降低、填料不易堵塞、處理效率高等。與生物過濾器相比,生物滴濾法的反應條件更易控制,因而微生物的活性更容易保持。其不足在于:填料比表面較小,運行成本較高,不適于處理水溶性差的化合物,此外結構和操作均比生物過濾器復雜,同時,營養物添加過量還易造成菌體大量繁殖,床層堵塞、壓降升高。為此,A.Laurenzis等人[3]在傳統的生物滴濾器中安裝攪拌裝置,以克服這一問題。生物滴濾器的介質可以采用陶瓷、塑料、粗碎石、陶瓷、活性炭、硅藻土等。
3.3 生物洗滌器
生物洗滌器一般是由洗滌器和生物反應器兩部分組成,洗滌器主要是物理溶解過程,生物反應器中一般采用好氧處理。該工藝有很多優點,如反應條件容易控制,壓降低,填料不易堵塞等;而缺點在于:設備多,需外加營養物,成本較高,填料比表面積小,對液相中菌體生長活動的控制比較困難,限制難溶氣體的處理效率等。因此生物洗滌器遠不如前兩者應用廣泛。
3.4 小結
不同成分、濃度及氣量的氣態污染物,各有其有效的生物凈化系統。生物滌氣塔適用于處理凈化廢氣量較小、污染物質濃度大、易溶解、生物代謝較慢的廢氣。對于氣量大、濃度低的廢氣可采用生物濾池處理系統。而負荷較高及污染物降解后會生成酸性物質的,則以生物滴濾池為好。膜反應器和活性污泥法目前使用還比較少,有待進一步的研究。
4 填料的選擇
填料是微生物的載體,其性能將直接影響微生物的生長環境,因此國內外研究者對此作了大量研究。
魏在山[4]等人采用不銹鋼環、瓷環、陶粒、塑料環、海藻石、輕質陶塊、煤渣等作為填料的試驗研究,結果表明這七種填料的凈化性能順序為:海藻石>輕質陶塊>陶粒>瓷環>不銹鋼環>煤渣>塑料環。
孫珮石[5]等對輕質陶塊、瓷環、不銹鋼環、塑料環4種填料進行實驗室選擇研究。結果表明:輕質陶塊是一種優質廉價的生物滴濾池適宜填料。
Woertz[6]等對聚氨酯泡沫塑料和珍珠巖作填料的性能進行了研究。結果以聚氨酯泡沫塑料為填料的生物濾池取得了更好的處理效果,這種填料同樣可以應用于生物滴濾池。
5 菌種馴化
在以往的生物凈化有機廢氣技術研究中,一般采用廢水處理所使用的菌群經目標污染物培育馴化后,直接用于有機廢氣的凈化處理,但往往難以達到預期的凈化效果,因此培育馴化廢氣凈化專用菌種尤其重要。
陳建孟[7]等人采用假細胞桿菌屬GD11菌株對生物滴濾池接種掛膜,成膜后的滴濾池可用來凈化二氯甲烷廢氣,其去除率達97.6%,最適宜的pH值7.0±0.5,溫度28.5±2℃,濃度為0.709 g/m3,EBRT為11.8 s。
孫珮石[8]等人用氣相培育馴化法培養獲得廢氣凈化專用菌種,由其掛膜制作的生物膜填料塔對廢氣中甲苯進行凈化。實驗結果表明,氣相培養法所得菌種對甲苯的凈化性能明顯優于液相培養法所得菌種。
6 現存問題及建議
生物凈化有機廢氣技術作為一項清潔、廉價的環境友好型技術在國外已經有近40年的應用歷史,但在國內卻仍處于起步階段,且對于各種廢氣的生物法處理研究發展也很不平衡(目前該技術研究應用大多為含氮、硫的無機氣體,對有機氣體的實際應用還很少報道)。基于此,筆者建議在以下幾個方面進一步深化、拓展有機廢氣生物凈化技術的研究。
(1)目前生物凈化廢氣技術還只適用于低濃度的簡單廢氣,且該技術的研究也大多集中于無機廢氣領域,對有機廢氣領域的研究還十分不足,因此建議進一步加強對前人研究較少或沒有研究過的對象的研究,同時注重有機混合物及揮發性有機物的研究。總之,應加寬生物處理廢氣的應用范圍。
(2)盡管國內外學者已經在填料方面做了很多研究,但針對廢氣治理領域的最佳填料還有待探索,因此建議加強重視對不同填料的性能的研究,提高填料的表面性質及其使用壽命。
(3)加強與其它優秀處理技術的結合,同時不斷改進設備結構,研究工藝條件,提高廢水中污染物的去除效率。開展新型生物反應器處理有機廢氣過程的局部性能研究,從微觀、局部、瞬態角度,從實驗、理論及數值模擬三方面揭示生物反應器中局部流體力學、傳質及生化反應性能參數的分布規律,為過程模擬優化設計、操作與控制及工程放大提供依據。
(4)對新型高效生物反應器凈化有機廢氣開展中試及工業級試驗研究,使其成為新型、高效、經濟、實用的有機廢氣凈化新設備、新工藝和新技術。
(5)建議將生物工程技術(如激光誘變技術、基因重組技術、代謝工程、細胞固定化技術等)應用于有機廢氣處理中,通過傳統技術和現代生物技術的結合,開展高效優勢微生物菌種的分離篩選以獲得高效降解廢氣中污染物的微生物菌種。
(6)遺傳育種、馴化培養及其載體固定化技術研究,適合于特定有機物降解的細菌種類和接種方法有待研究。
盡管經過近20年的發展,以生物過濾器為代表的有機廢氣生物凈化技術已得到了一定程度的工業化應用,但目前各種有機廢氣生物凈化技術仍不同程度地存在不足,有待完善。不過,隨著生物工程技術的迅猛發展,化學工程與環境工程學科的進一步交叉、滲透、融合,有機廢氣生物凈化技術必將不斷注入新的活力,更好的應用于各個領域。
參考文獻
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[3] Hantmans,STrarnperJ.Dirchhloromethane removal from waste gases with a trickle-bed bilreactor[J].Bioprocess Engin,1991(6):83-92
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[5] 孫珮石,黃兵,黃若華,等.生物膜填料塔凈化工業廢氣用填料的研究[J].化工環保,2002,22(4):195—198.
[6] 李云路,李建軍,孫國萍.生物滴濾池中廢氣有機物的生物降解[J].微生物學通報,2005,32(2):119-123.
不僅如此,繼續參觀可以發現,幾乎每個展館里,都有那么幾家做綠色印刷、VOCs治理的展商,可見VOCs污染問題已經在印刷行業中引起了強烈的反響,下面就來列舉其中幾家。
廢氣處理專家,打造高效、專業的廢氣處理系統
此次參展的廢氣處理系統中,印象最深刻的當屬埃爾博工業設備(北京)有限公司,埃爾博工業設備在德國廢氣治理行業有近10年的經驗,總部位于西德威斯特法倫州貝肯姆市,亞太區總部位于北京,在國內廢氣治理有近50套成熟的案例。此次在展會上重點展出的是ZeolTM沸石濃縮轉輪系統,ZeolTM沸石晶體極具特點的分子結構,是目前世界上唯一可以專門用于處理VOCs分子的一種可反復再生吸附晶體。作為德國和美國的國家級專利設備,曾經禁止出口。該系統將待處理(含VOCs的空氣)空氣經過沸石輪轉后,氣流中的VOCs被疏水沸石全部吸附。隨后潔凈的空氣通過轉輪直接排放到大氣中。ZeolTM轉輪不停旋轉,將吸附的VOCs轉到脫附區域。在脫附區域內,吸附在沸石輪轉系統的VOCs被一股加熱的氣流脫附,這股氣流占總處理風量的5%~10%。之后,已脫附的轉輪轉回處理區域。通常情況下,濃縮的VOCs會被傳輸到氧化燃燒系統,VOCs將會被分解成水蒸氣及二氧化碳。VOCs燃燒是高能量被再次用于氧化(燃燒)的過程,從而進一步減少了所需燃料。
另外,還有上海特朋節能設備股份有限公司,該公司主要從事節能型熱風干燥機和有機廢氣處理系統的研發,本次在展會上主要展出的是閥門式旋轉型RTO有機廢氣處理系統,該系統VOCs處理效率高達99%~99.5%,可以持續保持處理效率,旋轉閥自身維修保養簡單,即使部分閥門出現故障也可以繼續運行。
深度調研、多方合作,研發國內先進污水處理系統
西安海焱機械有限公司采用現代化科學技術,專業從事油墨廢水循環過濾設備的研發制造,通過和國內高校、研究院的專業團隊合作,歷時兩年整合國內外各種先進污水處理工藝,結合水性油墨高色度與高COD的特點,研發出一整套針對印刷包裝行業的柔性版印刷機、水墨印刷機等領域的HY系列數字智能化水性油墨廢水處理回收再利用設備。此次展會重點展出的也是該系列設備,該設備采用中空纖維納米膜和特殊反滲透膜對廢水進行過濾,可以消除傳統污水處理方法中無法完全消除的微量溶解性污染物,且無須添加昂貴的化學藥劑、添加劑,取代了厭氧池、綜合池等工藝裝置,投資費用少,運行費用低,占地面積小。
北京華創朗潤環境科技有限公司坐落于中關村高科技園區內,是一家專注于節能環境領域的國家級高新技術企業,是中國環境產業協會理事和廢氣凈化專業委員會成員、中化工環保協會會員,擁有很多自己的專利技術和產品,此次重點展出的HWAD系列臥式輪轉VOCs吸附凈化裝置就是其中一項,HWAD系列臥式輪轉以顆粒態疏水型分子篩為主要吸附介質,具有吸附容量大、運行費用低等顯著特點,適用于大風量、低濃度的VOCs凈化領域,尤其在濕度大、含塵高的應用場合具有更大的技術優勢。
另外,北京金色梧桐環保設備有限公司此次也展出了優秀的污水處理系統――GS-CLEAN智能顯影液固化裝置和GS-VOCs達標排放裝置,GS-CLEAN智能顯影液固化裝置是國內首款能100%將在制版過程中產生的顯影廢液處理成中性固體廢渣和清水的處理裝置,區別于目前市面上以濃縮廢液來減少廢液數量的處理方式,具有單次處理廢液量大、處理過程無二次污染、節能降耗等優勢,最終產物無污染――固廢為中性鹽及有機物,對土壤沒有破壞,清水可直接達標排放等特點。GS-VOCs達標排放裝置是針對以膠印生產企業為代表的“低濃度、大風量”揮發性有機物的降解而研發的,能高效去除揮發性有機物(VOCs)、無機物、氨氣等主要污染物,以及各種異味,效率最高可達99%以上。只需要設置相應的排風管道和排風動力,使工業廢氣通過本設備進行分解凈化,無須添加任何物質參與化學反應。每天可24小時連續工作,運行穩定可靠。運行成本低,無須專人管理和日常維護,只需作定期檢查,本設備能耗低,設備風阻極低,可節約大量排風動力能耗。
綠色環保型材料,夯實綠色印刷基礎
北京雄鷹彩虹環保新材料科技有限公司,是北京市唯一專注于環保凹印油墨及特種油墨研發與生產的科技創新型企業。此次展出的是該公司自主研發的雄鷹SF(賽復)水性凹版塑料復合油墨,該產品以特殊水性樹脂作連結料和去離子水作稀釋溶劑,環保、安全、無毒、衛生,從印刷工序源頭上大幅減少了VOCs產生于排放,改善了工人生產環境,降低了安全風險系數,且比溶劑型油墨綜合成本低,是塑料印刷綠色化的首選油墨。
上海康達化工新材料股份有限公司是一家主要做膠黏劑和化工助劑的公司,在本次展會上,主要展出了聚氨酯膠、環氧樹脂膠、丙烯酸酯膠、有機硅膠、PUR熱熔膠等 300多種規格型號的膠黏劑。其中,康達新材生產的環保型無溶劑聚氨酯覆膜膠從2017年以來,申請了多項發明專利,產品廣泛應用于包裝復合行業,已經在全國各地及國外市場很多知名包裝企業中批量使用,在行業應用中取得了客戶的一致好評。
綠色加工設備,根治污染源頭
關鍵詞:有機廢氣;治理技術
中圖分類號: C35 文獻標識碼: A
引言:大氣環境的污染是我國目前最突出的環境問題之一,工業生產是大氣污染的一個重要來源,這些廢氣通過人的呼吸道或者是皮膚進入人體,給我們的身體帶來了極大的損害并且還極有可能成為永久性的病源存在于我們的身體中,當積累一段時間后發生巨大的疾病。特別是有害氣體中的苯并芘類多環芳烴還有可能引發癌癥。現今的化工領域以及塑料制品廠當中含有的具有毒性的有機廢氣較多,并且這些廢氣并沒有經過有效處理就進入大氣中,造成空氣的污染,影響空氣的質量和人們的健康狀況。目前,我國具有了一定的有機廢氣處理技術。筆者從有機廢氣的構成以及特點出發就有機廢氣的處理方法提出了自己見解。
1、概述
有機廢氣是指碳烴化合物、苯、醇類、酮類、酚類、醛類、醋類、胺類、睛氰等有機化合物。這些化合物對我們生活、工作的環境均產生危害。有機廢氣治理是指用多種技術措施,通過不同途徑減少石油損耗、減少有機溶劑用量或排氣凈化以消除有機廢氣污染。有機廢氣污染源分布廣泛,為防止污染,除減少石油損耗、減少有機溶劑用量以減少有機廢氣的產生和排放外,排氣凈化是目前切實可行的治理途徑。
2、有機廢氣的來源
有機廢氣主要來源于石油和化工行業生產過程中排放的廢氣,特點是數量較大,有機物含量波動性大、可燃、有一定毒性,有的還有惡臭,而氯氟烴的排放還會引起臭氧層的破壞。石油和化工工廠、存放設施;印刷及其他與石油和化工有關的行業;使用石油、石油化工產品、化工產品的場合和燃燒設備;以石油產品為燃料的各種交通工具都是產生有機廢氣的源頭。有機廢氣的來源和污染途徑見表1。
3、有機廢氣對人體的危害
有機廢氣對人體的危害是多方面的,不同行業有機物廢氣的毒性也是各不相同的 ,其中工業廢氣中常見的部分有機廢氣對人體的危害情況見表 2。
4、有機廢氣的處理方法
4.1光分解法
光分解有機廢氣的形式主要有以下兩個方面:
一是利用光照進行分解有機廢氣,當光照的波長達到了一定的時候,有機廢氣都得到分解。
二是用我們的催化劑通過光照的形式進行有機廢氣的分解。據了解,當我們的有機氯化物和氟氯烴如果在185mm的紫外線照射下,這兩種有害物質就能夠在很短的時間內進行分解,這是一種運用光分解的方法。如果我們加入了鹵代物將會對有機廢氣的分解更加快。同時,三氯乙烯能夠在幾秒鐘的時間內得到分解,并分解成氧氣、氟氣等。但是我們的光分解常常也會產生一些中間物質,但是這些中間物質往往能夠通過我們的氫氧化鈉溶液進行處理或者也可以采用延長我們光的照射時間進行處理。
三是運用光催化降解也是我們可以長期運用的一定光分解技術,這種技術是通過我們的紫外線對TiO2進行照射激活,使我們的H2O生成為我們的OH自由基,然后這些自由基就會將有機廢氣化解為CO2和H2O。
4.2吸附法
吸附技術是利用某些具有吸附能力的物質如活性炭、分子篩、硅膠、多孔粘土礦石、高聚物吸附樹脂等吸附劑,吸附有害物質而達到消除污染的目的。吸附技術幾乎適用于所有氣相污染物,一般用于處理低中濃度的氣相污染物。
4.2.1直接吸附法
通過活性炭進行直接吸附對有機廢氣的吸附力度十分大,通過活性炭吸附可以說能夠達到96%以上的吸附率,并且這種方法簡單,投資較小。但由于直接吸附法所采用的活性炭飽和后一般都不能夠再生,因此要保證活性炭的吸附效果,必須要及時更換活性炭。于是更換活性炭也會存在二次污染等問題,并且更換的活性炭較多,運費較高。
4.2.2吸附―再生法(recovery)
該法利用纖維活性炭或顆粒活性炭等吸附劑吸附有機廢氣,接近飽和后用過熱蒸汽反吹活性炭進行脫附再生,水蒸氣與脫附出來的“三苯”氣體經冷凝、分離,可回收“三苯”液體。本法的優點是:脫附速度快,冷凝吸附的效果十分好,但是也有如下幾個方面的缺點:
一是要求我們必須具有一定的蒸汽。
二是這種方法腐蝕性高,容易腐蝕機器。
三是如果有機廢氣可溶,我們的回收液需要進行二次分離。
四是我們活性炭當中殘留的水分將會影響我們后面的吸附效果,因此我們還必須對殘留的水分弄干,在進行第二次的吸附,這樣成本就比較高見圖1。
該工藝適用于中高濃度,中小風量,有回收價值的廢氣治理,目前國內工藝技術仍有待于提高。對于本方案中較大風量、較低濃度的混合有機廢氣,運行成本高、回收價值小,不宜選用該工藝。
圖1 吸附-再生-溶劑回收工藝
4.2.3吸附―催化氧化
這種方法就是運用我們的新型活性炭對那些濃度較低的有機廢氣進行吸附,然后吸附達到了一定的飽和度后在運用我們的熱空氣進行加熱活性炭,讓吸附進來的“三苯”等廢氣徹底的脫離出來,最后進入我們的催化燃燒床進行所謂的無焰燃燒達到凈化處理的目的,我們也可以將我們的熱氣體進行循環使用和回收使用。這種方法是把我們低濃度的有機廢氣通過我們的活性炭濃縮成高濃度的有機廢氣,最后在將其燃燒進行徹底凈化。這種方法的優點是把各個吸附方法進行了結合使用,解決了治理濃度較低、大風量等有機廢氣的問題,缺點是沒有了吸附法和催化劑法的優點,這種方法的運用十分廣泛,在國內屬于比較成熟的方法。有機廢氣中的雜質較多,并且這些雜質容易引起催化劑的中毒,雜質中的磷、鉛、錫、汞等都極有可能引起催化劑中毒。我們在運用催化劑的時候可以加上一定的載體,這樣不但可以節省催化劑還能夠增大催化劑的使用面積,讓催化劑減少燒結,使催化劑的穩定性得到提高。一般我們常用的催化劑的載體有石棉、陶土、活性炭等物質,特別是陶瓷載體應用較廣。
4.3生物法
該法實質上是通過微生物的代謝活動將復雜的有機物轉變為簡單、無毒的無機物和其它細胞質。經歷的步驟如下:
一是有機物首先由氣膜擴散至液膜,跟水相進行接觸,并溶解于其中。
二是液膜和生物膜之間存在濃度差,在此推動力的作用下,有機物擴散至生物膜,進而被微生物捕獲并加以吸收。
三是微生物自身進行活動,可以將進入的有機污染物當做營養物質和能量來源進行分解,經過復雜的生化反應。有機物最終變為無害的CO2和H2O等無機物。
生物凈化就是我們通常所說的一種氧化的過程:生物凈化依附在活性微生物以及潮濕介質上的有機物質作為我們生命的能源進行及時的轉化,它一般將其轉化為無機物(CO2、H2O)或者是我們常見的細胞物質。現階段的生物凈化的工藝主要包括三種:生物過濾法、生物滴濾床和生物洗滌床。
結語:要提高有機廢氣的治理技術,應該加強有機廢氣傳統處理技術改進,增強處理效率,并節約成本,對于新發展技術,也應加強研究,盡快在工業上推廣應用,對于有機廢氣成分復雜的,可運用聯合工藝或者綜合處理技術,有效處理掉有機廢氣,確保生態環境的穩定持續性。
參考文獻:
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關鍵詞:液體推進劑分析化驗污染治理環保
中圖分類號:X324文獻標識碼: A
1、引言
近年來我國航天事業蓬勃發展,成功發射系列火箭、神州系列載人航天器,鞏固了我們航天大國地位,為人類探索宇宙的奧秘、進一步開發太空資源奠定堅實基礎[1]。液體推進劑作為航天發射的動力源泉,其質量是保證發射成功與否的重要條件之一,常規液體推進劑分析化驗工作也就成為不可或缺的環節,治理好這一過程造成的環境污染是實現航天技術與人與自然和諧發展的重要部分。
2、常規液體推進劑分析化驗中產生的主要污染及危害
常規液體推進劑分為燃燒劑和氧化劑兩種,燃燒劑主要包括無水肼、肼-70、甲基肼、偏二甲肼和單推-3,氧化劑主要包括四氧化二氮和綠色四氧化二氮。在分析化驗過程中會產生廢氣(推進劑揮發、化學試劑揮發)、廢液(廢推進劑、廢洗液、廢液體試劑、洗滌廢水)和廢固(廢固體試劑、廢棄稱量紙、破損器皿)。
廢氣排出量并不大,但排放次數多、持續時間長,如果被忽視,日積月累也會污染環境、損害人體健康,直接排放到大氣中在空氣和雨水的作用下,也會成為土壤和植被的污染源。其中四氧化二氮類在大氣中經過一系列化學變化、光解反應,最終分解產物以NO和O為主,這是形成光化學煙霧的基本原因,光化學煙霧的出現將引起各種疾病,對人類社會造成嚴重危害[2]。
推進劑分析化驗過程產生的廢液主要有:廢酸液、廢堿液、含有重金屬汞(鉻)的廢液、廢棄甲醛、廢棄丙酮、廢棄四氯化碳、實驗器皿清洗廢液等。如果不進行處理,直接由下水管道排放于地面和河流,會對河流湖泊造成污染,進而污染地下水和飲用水。其中,重金屬汞可由呼吸道、消化道及皮膚直接吸收進入人體,造成積累性中毒,損害人的消化系統和神經系統,若經微生物作用則會變成毒性更大的有機汞;重金屬鉻對人類粘膜及皮膚有刺激和灼燒作用,如以蒸氣和粉塵方式進入人體,會引起鼻中隔穿孔、腸胃疾患、白血球下降等癥狀,還會引起久治不愈的過敏性皮膚炎或濕疹[3]。
固體廢棄物包括殘留或失效的固體試劑、用過的稱量紙和濾紙、化學反應殘渣、破損玻璃器皿等,這些固體廢棄物成分復雜,尤其是不少過期失效的化學試劑(有毒試劑、重金屬試劑)被隨手扔掉,就會在垃圾處理過程中對土壤、水和空氣造成嚴重污染。
3、常規液體推進劑分析化驗中污染物治理
3.1 實驗過程中廢氣的治理
首先要求實驗室有良好的通風裝置,燃燒劑和氧化劑有各自專用的排風通道,由于兩類推進劑揮發氣體均有毒有害,所以在通風裝置中要安裝廢氣吸收裝置,盡量減少直接排放到大氣中的廢氣量。根據安全要求,少量有害氣體可以直接排放到空氣中,且放空管不應低于附近房頂3米。
選擇科學合理的實驗方法可以有效減少實驗過程中產生的廢氣量,例如在綠色四氧化二氮鐵含量分析時,可以改造實驗裝置,將蒸發出來的N2O4氣體通過該裝置排入洗氣瓶中,用水吸收掉大部分氣體,再將吸收廢氣的廢水按照普通廢酸溶液進行處理。
3.2實驗過程中廢水的治理
實驗室廢水的數量相對較大,應設有專門的廢酸桶和廢堿桶,對不含有毒害離子的稀酸和稀堿廢水(濃度小于等于0.1mol?L-1),在實驗時隨時收集于相應的桶中,達到一定數量時相互中和并調節pH值達到6.5-8.5后,直接排入下水道。
3.3實驗室廢液治理
液體推進劑分析化驗之后,推進劑樣品會有剩余,每天可產生一定數量的廢液,推進劑廢液嚴禁排放到下水管道中。目前實驗室燃料廢樣多采用收集后焚燒法進行銷毀處理。分析化驗結束后,將樣品瓶貼上報廢銷毀標簽,統一送至焚燒點進行銷毀。
少量氧化劑廢樣也同樣可以用焚燒的方法進行銷毀處理。具體方法為以煤炭等燃料作為燃燒基礎,將氧化劑廢樣噴射到燃燒火焰中心,嚴格控制噴射速度,使其能夠完全燃燒。
3.4實驗室廢固治理
過期的瓶裝試劑應盡量回收利用,采用如提純、降解、送化工廠作原料等;對于一般實驗廢棄物,實驗室應用塑料袋、紙箱等物包裝,并貼上標簽,注明廢棄物的名稱、單位、數量等,由實驗室暫時存放于安全位置。對于實驗后產生的有毒有害物質,以及對人體和環境可能造成嚴重損害或污染的廢棄物,實驗室首先應對其進行化學處理,然后用包裝物密封包裝,并貼上標簽,注明廢棄物的名稱、劑量單位、數量等,由實驗室暫時存放于安全位置[4]。不能回收利用的有毒有害試劑要經無害化或穩定化處理后,方可進入生活垃圾。
參考文獻
[1] 李亞裕. 液體推進劑[M]. 中國宇航出版社, 2011.
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關鍵詞:金屬收得率;能源化處理;循環利用;節約能源;余熱利用中圖分類號:G648文獻標識碼:B文章編號:1672-1578(2014)12-0018-011.綠色冶金新模式
冶金工程是我國國名經濟的支柱產業之一,為社會的發展做出了重要貢獻。然而冶金企業造成的環境污染與資源浪費也是相當嚴重的。由于冶金工業產生的污染物數量大、毒性強、品種多,造成的環境問題極為嚴重,因此對冶金工業污染的處理和對能源的合理化利用有著巨大的環境價值、經濟價值和社會價值。
綠色冶金正是關于鋼鐵行業耗能大、能源浪費嚴重、污染環境嚴重這一事態而提出的新型的工業生產模式。汲取目前冶金行業生產鋼鐵時產生的弊端,我們應當改善現有的鋼鐵生產模式,調整生產體系,一方面,從對排放物質及能源在能源化處理、在資源化循環使用,再進一步做到盡可能小的無害化處理。另一方面,從對鋼鐵工業節能降耗與余熱利用做起,爭取走上優化結構、轉變產能增長方式的科學的發展道路,向資源節約型、環境友好型的方式前進。
2.冶金工業對環境的污染及其治理措施
2.1大氣污染物及其治理措施。鋼鐵冶煉業在其生產過程中需要消耗大量的能源,并排放大量的污染物,鋼鐵工業廢氣排放量大、污染面廣,每生產1t鋼要產生廢氣10000m?,粉塵100kg,廢氣中含有二氧化碳、二氧化硫及氧化鐵粉塵等有害物質。排放的煙塵顆粒細,比表面積大,吸附力強,易成為吸附有害氣體的載體。并且廢氣溫度高,治理難度大。鋼鐵生產排出的廢氣雖然對環境有害,但高溫煙氣中的余熱可通過熱能回收裝置轉換為蒸汽或電能,可燃成分如煤氣可作為燃料,凈化過程收集的塵泥多數富含氧化鐵,可以回收利用。
2.2水污染及其治理措施。鋼廠工業用水量很大,每生產1噸鋼的總耗水量為100~300t。雖然水的循環利用率已大大提高,但每噸鋼需要處理的廢水一般仍達50t左右,廢水中帶有大量有害的懸浮泥渣及溶解物質,而且溫度較高,直接外排會造成熱污染。廢水成分較復雜、污染物多,廢水水質變化大,造成廢水處理難度大。水中含有酚、氰等要有毒有害物質,這種水不允許直接排放。因此必須進行處理,一般可采用石灰碳化法和石灰藥劑法治理高爐煤氣洗滌水,可以做到洗滌水的循環使用。高爐煉鐵生產中產生大量的爐渣,處理方法通常是利用水將熾熱的爐渣急冷水淬,粒化成水渣,以便作為水泥的原料加以利用。因此,采用這種節水和治理措施后可以減少煉鐵廠用水量,提高廢水的重復利用率,做到少排或不排廢水,對于節約水資源保護環境具有重大意義。
2.3固體廢物污染及其治理措施。鋼鐵工業固體廢物是指鋼鐵生產過程中產生的固體、半固體或泥漿廢棄物。生產消耗的原材料和燃料多,所以80%以上的消耗又以各種形式的廢物排出,而且種類繁多。由于原料多為各種元素共生礦物。廢物中蘊含著各種不同的有價元素,如:鐵、錳、釩、鉻、鉬、鋁等金屬元素和鈣、硅、硫等非金屬元素。因此鋼鐵工業固體廢物是一項可再利用的二次資源。有些固體廢物稍加處理即可成為其他生產部門的寶貴原料,如高爐渣經水淬處理成為粒化高爐礦渣,是生產礦渣水泥的重要原料。尤其,含鐵固體廢物即是鋼鐵廠內部循環利用的金屬資源,不僅綜合利用價值高,而且減少廢物外排,有利于減少污染。鋼鐵工業除金屬鉻與五氧化二釩生產過程產生的水浸出鉻渣和釩渣、特殊鋼廠鉻合金鋼生產過程中產生的電爐粉以及碳素制品廠產生的焦油、軋鋼過程廢水治理產生的含鉻污泥等少量有毒有害廢物外,其他固體廢物,如尾礦、鋼鐵渣、含鐵塵泥等,雖然量大,但基本屬于一般工業固體廢物。因而,比起易燃、易爆、有腐蝕性、有毒等危險固體廢物更易于收集、輸送、加工、處理,也便于作為二次資源加以利用。
3.節能與余熱利用
3.1提高二次能源利用,實現負能煉鋼。自21世紀以來,我國鋼鐵企業通過"三干"(干熄焦、高爐煤氣干法除塵、轉爐煤氣干法除塵)、"系統節水"、"發電"等措施,逐步進入到全面深入地充分開發鋼鐵制造流程的"能源轉換功能"時期。同時,要積極開發新型節能技術,努力將現有技術條件下無法回收利用的二次能源運用新技術加以回收利用,實現負能煉鋼。
3.2裝備的大型化,減少總體節能差距。在鋼鐵企業中,長期存在著大型裝備與小型設備節能減排效果的巨大差異。小型設備環保設施缺乏,導致粉塵、二氧化硫等污染物排放量大,環境污染嚴重;一次能源消耗量大,而且二次能源回收利用率低;由于小型設備工藝落后、裝備水品差,現有的成熟節能技術基本上無法應用,這也正是現在存在高耗能的一個主要原因。
3.3發展能源轉化功能建立資源節約型環境友好型企業。如高爐爐頂煤氣余壓發電,不消耗任何燃料,就可轉化回收很多電力,即降低噪音,又保護環境;利用干法熄焦的余熱發電,可回收紅焦顯熱,還起到節水、改善環境、提高焦炭質量的作用;利用燃氣-蒸汽聯合發電,可大量減少煤氣的放散,并起到提高熱電轉換效率、減少環境污染的作用;利用焦爐煤氣作燃料,可生產高純度氫氣,可用于冷軋生產過程中保護氣體處理,可進一步加工成二甲醚,作液態能源、氫電池等新一代電源;利用焦爐、高爐處理城市廢塑料和城市生活垃圾,既節約能源又為社會處理大宗廢棄物,向清潔生產、綠色鋼鐵廠,直至成為資源節約型環境友好型的循環經濟社會的重要成員轉變。參考文獻:
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關鍵詞:生物技術環境污染應用
引言
改革開放以來,我國的經濟建設取得了領舉世矚目的成就,人民的物質生活也得到了空前的滿足,但是經濟建設的高速發展也帶來了環境的持續惡化。環境問題目前已經成為一個全世界都關注的課題,嚴重制約著全球經濟發展新局面的到來,在我國環境問題則表現的更為嚴重,對經濟結構調整和可持續發展有非常大的影響。近年來我國對污染治理投入了大量的人力和財力,已經取得了一定的階段性成果,但是總體來看,目前的污染問題還十分嚴重,需要加大對其治理的力度。生物技術是指利用自然界中廣泛存在的生物體以及其組成器官和組織,去研發新工藝或者新產品的一種技術應用體系,而環境生物技術就是指可以應用到環境污染治理中的工藝或者技術。在現代社會中,生物技術的應用范圍非常廣泛,作為其重要組成部分的環境生物技術在污染治理過程中有非常重要的地位,無論是在污水處理、廢氣處理和固體廢物處理的過程中都有非常重要的作用。隨著科技的發展,環境生物技術的發展和革新速度也非常快,酶工程和基因工程等都是生物技術發展革新的結果。
1環境生物技術的發展概況及特點
生態系統遭到破壞是造成當前各種污染產生的主要原因之一,而環境生物技術對生態系統的構建有非常好的作用。從微生物學的觀點來看,構成生態系統最基本的要素就是自然界中各種生物體,生態系統需要通過內物質的循環去保持平衡,而當前的生態系統遭到了非常嚴重的破壞,進而就造成了水污染、空氣污染以及固體垃圾污染等各種我們能夠看到的污染現象出現。當前的環境生物技術主要就是利用微生物自身的代謝功能去進行各種污染的治理,近年來隨著微生物技術的不斷進步和發展,也有越來越多的諸如酶工程、基因工程以及環境修復工程等新工藝和新技術的出現,并且在環境污染治理中發揮著越來越重要的作用。環境生物技術不僅僅只被用在污染治理之中,在健康產業、環境監測以及醫藥產業等等方面也有非常重要的應用價值。在世界范圍內,發達的資本主義國家都非常看好環境生物技術的發展前景,也非常重視生物環境技術產業的構建和發展,以此可見在不久的將來環境生物技術必定會有更好的發展。環境生物技術之所以在世界上受到如此青睞,主要是因為其本身有諸多的優點,在環境污染治理中的效果也明顯優于其他技術。傳統的物理或者化學技術處理污染的過程比較繁瑣,且一次性的處理量非常有限,投資相對來說也顯得更高,最重要的是還會造成二次污染,而環境生物技術與之相比則有速度快、消耗低、效率高、成本低、反應條件溫和以及無二次污染等許多的優點。此外,環境生物技術可以利用修復技術去凈化環境,使得受到污染的資源能夠再次有被使用的價值,這是其他傳統技術和方法無法比擬的一項巨大優勢。
2環境生物技術在環境保護中的應用
2.1污水的生物凈化
水為生命之源,水污染給人們的日常生活和身體健康所帶來的危害是非常大的,因此,水污染的治理在我國一直被重點強調。相關的研究資料顯示,造成水污染的污染因子具有多樣性和復雜性的特點,有機磷、重金屬、氰化物以及各種酚類物質等等都是造成水污染的重要污染因子,傳統的治污技術很難處理污水中這些有害的物質,而利用生物技術則比較容易實現。當前,通常采用固定化酶和固定化細胞的技術進行污水的處理,這兩種技術都是通過微生物自身的生命活動,利用生物體的新陳代謝過程去祛除或者轉化污水中的有毒物質。無論是固定化酶還是固定化細胞的技術都屬于微生物技術的范疇之內,都是環境生物技術在污染處理中應用的直接體現。
2.2污染土壤的生物修復
土壤的污染是近幾年來被重點關注的一種污染形式,因為我們所食用的糧食和蔬菜都來源于土壤,我們的生活更是片刻都不能離開土壤,因此必須要解決土壤污染的問題。相關的研究數據表明重金屬是造成土壤污染最重要的污染因子,對于土壤中重金屬的處理一直以來都是一個難題,當前主要采用微生物的修復技術。土壤修復技術的原理是利用生物本身吸收和代謝的生命體活動去改變重金屬的化學形態,使其化學特性固定,從而降低其在土壤中的移動性,最終達到對受污染土壤中重金屬的凈化和消減。通過上述生物技術處理過的土壤,不僅能夠大大降低或者清除重金屬的污染,還能在一定程度上提高土壤中有機質的含量,通過微生物活動改善土壤生態結構,防止水土流失。
2.3白色污染的消除
白色污染是當前表現非常突出的一種污染現象,其污染源就是我們日常生活中的廢棄塑料袋,還有就是很難被化解的農用地膜,據統計我國每年所產生的塑料垃圾有數百萬噸之巨,廣泛分布于河溝和土壤之中。許多人可能認為塑料垃圾只會有礙觀瞻,卻不是什么有毒有害的物質,實則不然,塑料垃圾會造成嚴重的水污染、土壤污染以及空氣污染。生物可降解塑料袋的研發已經成為全世界都關注的一個課題,當前也已經有許多環保袋產品問世,這些生物可降解塑料袋的制作就需要用到環境生物技術。當前利用環境生物技術可以廣泛地分離篩選能夠降解塑料和農膜的優勢微生物、構建高效降解菌,還可以分離克隆降解基因并將該基因導入某一土壤微生物中,從而使得兩者同時發揮出更大的作用,加速塑料袋垃圾的降解。
結語
綜上所述,環境生物技術在污染治理工程中的應用非常廣泛,同時在環境修復工程中的應用也很廣泛,從目前的實際應用情況來看環境生物技術非常有效。然而,由于我國在經濟發展的過程中長期以來對環境問題有所忽略,所以盡管現在的污染治理取得了一定的成就,但是所面臨的形勢依然不容樂觀,需要進一步加強環境生物技術的開發和應用。在實際的污染治理過程中,許多環境生物技術的雖然有很好的效果,但是由于其成本和適用性等條件的限制,還不能被全面推廣應用,這就要求環境生物技術要不斷的進行革新與進步,使其能夠在環境工程中發揮更大的作用。
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關鍵詞:涂布;烘干;VOCs;活性炭;回收。
中圖分類號:TQ424.1 文獻標識碼:A 文章編號:
概述
涂布工藝是改變和完善材料表面特性的重要加工工藝,而隨著科學技術的不斷發展,涂布工藝更成為許多功能性材料研究開發所不可或缺的重要工藝技術手段【1】。涂布工藝技術在許多工業部門如特種紙加工、印刷、膠粘劑、感光工業均得到廣泛應用,近些年,隨著多功能涂布機的不斷進步,涂布工藝更是飛速發展,不但在傳統工業中的應用穩定增長,而且在很多高科技行業如電子工業、計算機工業中乃至在迅猛發展的手機電池制造等新興工業中都得到飛速發展【2】,涂布工藝技術的飛速發展,同樣也帶來了新的問題—VOCs(揮發性有機氣體)的大量排放,VOCs的排放量隨著涂布機臺數的增加而迅速增加。
根據產品不同,涂布廢氣濃度及組成均有較大的區別。如紙加工行業溶劑大部分為120#溶劑汽油,膠粘劑行業一般為乙酸乙酯、甲苯等,感光工業溶劑為丁酮、甲苯、甲醇等。
VOCs對人體影響很大,由于VOCs具有滲透、脂溶及揮發等特性,人體與VOCs接觸或經呼吸進入人體,可能對人體的呼吸、神經系統、腎、肝、造血及消化系統造成危害。某些VOCs還容易發生光化反應,產生二次污染問題。同時,有機溶劑的逸散也直接導致生產成本的增加,涂布廢氣必須經過合理處理后方可直接排放到大氣中,所以,選擇合理的技術來回收處理涂布廢氣意義重大。
涂布工藝簡述
2.1涂布機:
涂布機可以將成卷的基材,如:紙張、布匹、皮革、鋁箔、塑料薄膜等,涂上一層特定功能的膠、涂料或油墨等,并烘干后收卷。涂布機主要應用于鞋材、電子行業、EVA、PE、布料,造紙、印刷、電池極板、等涂膠。
涂布機一般包含放料部、涂布部、烘箱部(根據產品不同配置不同)、收料及冷風部,根據產品不同,工藝和設備結構均有一定的區別。常用多功能涂布機結構如下圖:
放料部涂布部烘箱一部烘箱二部烘箱三部 收料及冷風部
圖一:多功能涂布機示意圖
2.2 涂布過程:
涂布過程主要由放卷--涂布--干燥--牽引--收卷五部分完成,其中最主要的是涂布過程。按照涂布方式的不同涂布機主要分為刷式涂布機、氣刀涂布機、刮刀式涂布機、輥式涂布機、噴霧涂布、簾式涂布、狹縫式涂布等。
在涂布過程中,VOCs主要產生于涂布部、烘箱部的高溫段部分。一般來說,涂布部尾氣溫度為常溫,VOCs的濃度也較低,但是,烘箱部的廢氣溫度均比較高,根據工藝不同,溫度在70~130℃范圍內波動。
有機廢氣常規處理方法
現階段有機廢氣處理辦法主要有吸收法、冷凝法、膜分離法、吸附法等工藝。
3.1 吸收法
吸收法是利用液體與氣體接觸,使氣體中的有機分子轉移入液體中使氣體濃度降低的辦法。吸收法主要以水、溶劑等做吸收劑, 通過吸收塔實現對含溶劑的尾氣進行吸收凈化,一般情況下,吸收法適合處理中高濃度的VOCs氣體。
利用吸收法難以直接實現VOCs的回收,必須通過另外設置解餾塔才可實現VOCs的回收,但投資較高,同時,能耗較高,運行成本高。
3.2 冷凝法
冷凝法的原理是利用降低溫度到-30℃~-70℃,使VOCs從廢氣中冷凝分離出來的處理辦法。該法適用于氣量小,濃度高的氣體,對高沸點、小分子量的VOC的回收效果較好,對中等沸點和大分子VOC的回收效果不好。該法適用于氣量1500Nm3/h以下,VOC濃度大于5%的情況。
一般情況下,單獨使用冷凝法均不能實現達標排放,冷凝法必須與其它工藝組合起來才能實現有機廢氣的處理,如冷凝+吸附、冷凝+吸收工藝。
冷凝法只能處理氣量較小的工況,對于大氣量有機廢氣處理,投資和能耗相當高,限制了該方法的使用。
3.3 膜分離法
膜分離方法是指利用天然或人工制備的無機膜或有機膜, 借助于外界能量或化學位差的推動,利用膜對各種氣體的選擇透過性不同, 通過溶解-滲透- 擴散- 解析等步驟, 對混合物進行分離、分級、提純和富集, 從而達到分離的目的,當其孔徑大小、溫度、壓力符合一定的條件時,氣體混合物中各組分通過膜的速度不同,從而達到分離的目的。【3】
氣體分離膜有無機膜(包括硅酸鹽、玻璃、金屬)和有機膜(包括高分子聚砜、聚酰亞胺、硅橡膠、聚碳酸酯等多種聚合物膜)。
膜系統最主要的優點是流程簡單、可連續常溫操作。
因為國產膜組件使用壽命短,更換膜組件的成本較高,使得該工藝運行成本比較高,限制了其使用,該工藝目前在油汽回收行業有少量應用。
3.4 吸附法
吸附法是利用活性炭(GAC)或碳纖維(ACF)對有機成分的吸附作用(范德華力),使VOCs成分從氣體中分離出來的方法。吸附法主要適用于中、低濃度的有機廢氣凈化,現階段經過技術革新,采用多級吸附工藝也可用于較高濃度的VOCs的處理。
對于非水溶性的VOCs,吸附法可以直接得到回收溶劑。
活性炭吸附法(GAC或ACF)主要用于有機廢氣濃度為20g/m3以下工況,可通過多個吸附器串聯實現不同風量的處理,筆者利用吸附法處理過最大氣量為80000Nm3/h。
在處理有機廢氣的方法中, 吸附法是目前應用最廣泛、最成熟的技術之一, 與其他方法相比具有如下優點:(1)去除效率高、凈化徹底,可以通過設置不同的吸附級數實現達標排放,最高可以達到99.9%以上的去除效率;(2)工藝成熟,安全性高。由于采用水蒸汽再生,系統安全性高;(3)對于非水溶性的VOCs,可以直接得到回收物。
缺點主要是:當廢氣中有膠粒物質或其它雜質時, 吸附劑壽命較短。
涂布尾氣特點及處理工藝
4.1 涂布尾氣特點
涂布廢氣組成:一般為120#溶劑油、乙酸乙酯、甲苯、丁酮、甲醇等;
涂布廢氣濃度:一般為2~10g/m3;
涂布廢氣溫度:70~130℃;
4.2 涂布尾氣處理工藝
針對涂布尾氣特點,一般選用活性炭或炭纖維吸附工藝來處理,在實現達標排放的同時,可以回收溶劑再利用,大幅度降低生產成本。
吸附法是治理有機尾氣的傳統方法,可以采用多種吸附劑,如活性炭、炭纖維、分子篩等,由于活性炭具有比較大的比表面積,對有機溶劑具有較強的吸附能力,所以,活性炭或炭纖維用于涂布廢氣的處理優勢明顯。
4.3 涂布尾氣處理工藝流程
采用吸附工藝的流程圖如下所示:
圖二:涂布廢氣處理工藝流程圖
整個系統由冷卻器、過濾器、多臺吸附器、吸附冷凝器、分層槽組成。
進氣經冷卻器降溫到活性炭或炭纖維適宜的吸附溫度后,經過濾器去除膠粒雜質后,進入吸附系統吸附,尾氣從吸附器頂部達標排放,吸附系統由多臺吸附器組成,大部分吸附器處于吸附狀態,部分吸附器處于再生狀態,相到切換,由此實現連續處理。
整個系統通過PLC程序控制,實現無人值守,全自動操作。
運行結果和效益
在涂布裝置中安裝了吸附回收裝置后, 運行十分良好,吸附排放尾氣VOCs含量遠低于排放指標,回收效益明顯。
以江蘇某廠為例, 該廠有兩條多功能涂布機,安裝了吸附回收裝置后, 尾氣排放濃度一直低于90mg/m3,每天回收乙酸乙酯溶劑3噸,且乙酸乙酯含水量低于0.1%,,回收溶劑可直接用于涂料和涂布的生產,運轉費用大大降低,年產生經濟效益350萬元左右。因此, 采用吸附回收裝置處理涂布尾氣,不僅具有良好的環保效益, 而且具有顯著的經濟效益。
結語
在涂布行業競爭日漸激烈、全體人民環境保護意思日漸加強的今天,如何在保護環境的同時,變廢為寶,進一步降低成本,直接影響企業的市場競爭力。涂布尾氣的回收處理,在實現達標排放,保護環境,承擔社會責任的同時,把污染環境的廢氣轉變為對企業有用的原料,實現了節能降耗、降低成本的目的,對企業的長期持續發展影響深遠。
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【關鍵詞】水泥行業 清潔生產 問題 解決對策
一、我國水泥行業清潔生產問題的分析
第一,水泥散裝率較低。生產散裝水泥可以有效地減少對樹木的砍伐量,1萬噸的散裝水泥成品能夠減少約55噸水泥袋子的生產,這也意味著少砍伐近290m3的樹木。而在55噸水泥袋子的生產過程中需要耗費69噸燃煤和6.9萬kwh電能,此外在袋裝水泥的運輸途中比散裝水泥的損耗高出5%,由此可見提高水泥散裝率對自然環境的重要性。然而統計顯示,我國不少水泥企業的水泥散裝率只有40%左右,距離發達國家的90%還有較大差距。
第二,能源消耗較高。水泥工業能源消耗高,單位產品能耗距國際先進水平還有一定的差距。水泥生產主要能源消耗是煤炭和電力,據報道水泥企業電動機電耗約占成本的近30%,其中高壓電動機在電機中占很大的比重,目前風機效率低且損耗嚴重。
第三,窯系統廢氣余熱利用率不高。利用窯系統廢氣余熱來發電,如果水泥熟料生產企業的熟料生產達日產5千噸,那么每日發電量可達19萬度,在每年減少1.9萬噸燃煤預算的同時,還可以降低溫室氣體的排放。然而,現階段我國水泥行業系統廢氣余熱利用率僅為40%,該項指標在國際上處于較低水平,這方面的清潔生產潛力巨大。
第四,污染物排放較多。按目前的技術水平,每生產1t水泥熟料需消耗標準燃煤100~120kg,折合實物燃煤為140~180kg,釋放CO2約0.4t,加上SO2、NOx等的排放,則每生產1t水泥熟料要排放0.4t有害氣體。
二、我國水泥行業清潔生產問題的解決對策
(一)高效利用替代原燃料
一方面,高效利用替代原料。水泥行業可以利用煤矸石、粉煤灰、鑄造砂、磷渣、鋼渣、銅液、鉛鋅渣、碳化渣、電石渣、選礦尾礦、城市生活污水處理產生的污泥等固體廢棄物生產水泥;利用超細粉磨技術來充分挖掘工業廢渣的潛在活性,最終將工業廢渣制成水泥生產過程中的主要組成部分或實現其他功能;將火電廠、冶煉廠和化工廠生產過程中排放的脫硫石膏來取代天然石膏作為緩凝劑,可以大量減少天然石膏的開采量。
另一方面,高效利用替代燃料。①水泥企業可以采用新型干法窯來燃用低揮發分、低熱位燃料,為了保證低揮發分燃料在回轉窯中能夠正常著火和穩定燃燒,需要控制NOx的生成,最簡便的方法是通過增加火焰內循環量,促使下游熾熱的燃燒產物能夠回流到火焰根部而提高該處的一次風和煤粉溫度;②水泥企業可以選取新型多通道混合燃燒器,從而促進燃用工業中的各種廢料廢液、廢舊輪胎、可燃性城市垃圾、廢舊塑料、城市污泥等替代煤炭用來煅燒水泥熟料,此舉可以減少對天然資源的利用量,同時也提高了水泥工業的環境績效。
(二)加強有害氣體的治理
國內外對于降低SO2的排放量主要有下面幾種辦法:添入堿石灰Ca(OH)2、增添水洗塔設備、增設D-SOx旋風筒、原材料的替代品等。現階段我國水泥行業僅是在考慮如何減少SO2的產生量,最高效簡捷的方法就是將窯尾廢氣引入粉磨系統,這也被叫作窯磨一體機程序,同時在生產時采取適當的堿、硫比。
嚴格控制分解爐和水泥窯的燃燒是治理NOx的主要辦法,還有其他措施諸如:經常對篦式冷卻機進行維護,保證自動填料裝置的準確性,改換低濃度的NOx噴煤管,把握好煅燒時的溫度和氧氣的濃度等。在采用上述這些辦法后,可以使NOx的濃度達到國際標準。
(三)提高窯系統廢氣余熱利用率
窯系統廢氣余熱利用主要是依靠生產過程中產生的余熱進行發電,而提高余熱發電量有以下幾種途徑:避免鍋爐漏風;加強熱風管、鍋爐、蒸汽管道等的保溫,降低熱損;加強冷卻機的操作控制,提高料層厚度,盡可能提高進鍋爐的氣體溫度;采用窯頭循環冷卻的技術,可以有效提高進鍋爐的氣體溫度;調整配料,避免熟料結大塊。
(四)其他解決對策
第一,積極推廣散裝水泥。散裝水泥比袋裝水泥能夠降低20%的生產成本,同時減少破袋和拆袋時造成的水泥浪費,為此我們應從如下方面來積極推廣散裝水泥:國家從政策、經濟上降低水泥企業水泥散裝的成本,提高產品的利潤,從而激發水泥企業生產散裝水泥的積極性;水泥企業應投入資金用來增添水泥散裝設備設施;水泥企業管理層應從意識上認識到水泥散裝的重要性。
第二,在水泥企業內部構建生產材料循環網絡。水泥企業構建生產材料循環網絡的具體做法如下:適當處理在生產中產生的固體廢棄物,使其成為新的原料或輔助材料重新進入生產線;由于建廠時沒有照顧到生產順序的連貫性,導致生產資料在廠區內的運輸雜亂,因此應該對生產所需產品的運輸進行改進,采用合理的布局,從而實現降低生產成本的目的。
第三,采用預粉磨技術和助磨劑。①在水泥生產過程中,水泥粉磨耗電量占到了水泥生產總耗電量的70%以上,而水泥行業球磨機的粉磨效率比較低,假如先利用其他的破碎粉磨設備將入磨前的熟料進行預粉碎或預粉磨,則可以在很大程度上提高球磨機能量的利用效率,有效降低粉磨電耗和提高粉磨產量;②通常向1t水泥中約加入300~400g助磨劑,這樣可以減少襯墊包球現象和過粉磨現象,提高粉體的流動性和顆粒圓度系數,還可以優化水泥顆粒級配來提高粉碎效率。
第四,加強清潔生產管理。水泥企業應注重環保制度的建立并逐步完善,把“廢物最少化”這一思想貫徹到生產的所有環節,并應該經常組織企業員工學習清潔生產知識;加大對科研投入和設備的升級換代,引入相關環境技術人才;在生產運營管理方面下功夫,制定出生產定額,月底進行定額審核,超出定額量與未完成工作量都會作為考核員工獎金的一項重要指標。