CN1295013C - 烟气中微量氯芳烃类污染物的净化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种净化烟气中微量氯芳烃类污染物的方法，其特征是将含微量氯芳烃类有毒有机污染物的烟气与预荷负电的强氧化剂混合后进入脉冲电晕放电等离子体区以氧化分解氯芳烃类有机污染物。本发明克服了现有技术的局限性，提供了一种能够高效率地将烟气中微量氯芳烃类有机污染物分解成无害物质的方法和装置，具有环保、能耗低、便于安装等优点。

Description

烟气中微量氯芳烃类污染物的净化方法

技术领域

本发明涉及工业废气净化技术领域，特别是焚烧炉烟气中氯芳烃类有机污染物的氧化分解技术。

背景技术

氯芳烃类污染物主要有氯苯、氯酚、氯联苯、多氯二苯对二恶英、多氯二苯并呋喃等。氯芳烃类污染物化学稳定性强，在环境中能持续存在，称为持续性有机污染物，一旦通过食物链进入人体，由于其在脂肪中具有高度溶解性，能在人体内蓄积，达到一定程度后导致多种恶性病变，危害人体健康。生态环境中氯芳烃类污染主要是人类各种工业生产活动引起的，尤其是含有PVC废塑料的城市生活垃圾焚烧处理排放微量二恶英污染物，引起环境、健康问题。国家环境保护总局在2000年发布的《生活垃圾焚烧污染控制标准》中规定了二恶英类的排放限值，要求每立方米烟气向大气排放的二恶英类不得超过1.0纳克毒性当量。

目前烟气二恶英净化采用活性炭喷射吸附和除尘器结合的方法(见图1)。高温烟气经余热回收器降温后，在喷淋塔用碱性吸收液除去酸性气体，再将一定数量良好性能活性炭粉连续地喷射加入烟气中，二恶英吸附在活性炭粉上，然后用纤维布式除尘器收集，再将吸附了二恶英的活性炭粉和飞灰一起从除尘器排出。该方法实质上是将烟气二恶英吸附转移到活性炭，二恶英并没有得到降解，从除尘器排出的炭粉和飞灰混合物一般含二恶英1至20ng-TE/g，这些固体废渣必须作为危险物进行填埋处理，长远来说其中二恶英还会造成填埋渗液水污染。现在大型垃圾焚烧厂通常用活性炭吸附技术处理二恶英，存在着运行费用高、需处理含二恶英废渣等缺点。

近期研究较多的还有二恶英催化降解技术，近期研究较多的还有二恶英催化降解技术，例如WO0067880公开一种利用二氧化钛及其钨、钒添加剂制备的、在250℃以下也具有二恶英降解活性的催化剂；EP0914877利用胺类或铵类化合物的脱氯作用，在300℃以下分解二恶英污染物；JP2001029786公开了利用二氧化钛、氧化钒及其锰类化合物制备的二恶英降解催化剂和应用工艺。催化降解技术的优点是将二恶英分解为无害物质，避免二次污染。其局限性在于：(1)烟气二恶英含量一般为ng/Nm³数量级，这种情况要求催化剂具有很高的选择性。(2)由于工艺过程、操作条件的影响，烟气温度变化较大，催化剂要在较宽温度范围内有相当的活性。(3)焚烧厂烟气常含有铅、汞、硫等成分及其化合物，易引起催化剂中毒，要求催化剂有良好抗毒性能。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的局限性，提供一种能够高效率地将烟气中微量氯芳烃类有机污染物分解成无害物质的方法。

焚烧厂烟气的主要成分为N₂、CO₂、H₂O、O₂等，氯芳烃类有毒有机污染物是极其微量的，低至ng/Nm³数量级，因此，用常规的吸收、吸附、催化氧化等方法难以处理。氯芳烃类分子区别于烟气主要成分N₂、CO₂、H₂O、O₂分子的特点之一在于其电子亲合性(electron affinity)，N₂分子具有很弱的电子亲合性，CO₂、H₂O、O₂分子具有弱的电子亲合性，而氯芳烃类分子具有很强的电子亲合性。利用这一特点，将预荷负电的强氧化剂例如过氧化氢与烟气混合，可以使得荷负电的过氧化氢选择性地与氯芳烃类分子相结合。另外，利用脉冲电晕放电产生非平衡态等离子体，非平衡等离子体中的化学反应主要是通过气体放电产生的快电子激发来完成的，这些快电子与气体分子碰撞，使气体分子激发到更高能级，被激发到高能级的分子由于其内能的增加，既可以发生键的断裂也可以与其它物种发生化学反应，而碰撞失去部分能量的电子在电场作用下仍可得到补偿。因此，非平衡等离子体技术利用气体放电产生的具有高度活性的电子、原子、分子和自由基与有机污染物分子反应，从而使污染物分子分解成为小分子化合物。当含微量氯芳烃类有毒有机污染物的烟气与预荷负电的强氧化剂过氧化氢混合后进入脉冲电晕放电等离子体区时，等离子体能够激活有机污染物分子发生深度氧化降解，最终氧化为CO₂和H₂O。

基于以上原理，本发明提出一种将烟气中微量氯芳烃类有机污染物分解成无害物质的方法，由以下步骤构成：

(1)将强氧化剂过氧化氢预荷负电；

(2)将预荷负电的强氧化剂过氧化氢与烟气混合；

(3)混合烟气进入脉冲电晕放电反应器，氯芳烃类有机污染物氧化分解。

本方法的应用流程示于图2。

在实现上述方法的装置中，用风机抽取少量空气通入内盛过氧化氢溶液的超声波雾化器，超声波雾化器将过氧化氢溶液雾化为微小液滴，这些雾化过氧化氢被空气带至荷电器。荷电器中有高压负电极和接地极，高压负电极和接地极之间形成微弱放电流，雾化过氧化氢空气流通过高压负电极和接地极之间，过氧化氢荷负电，然后通过荷电器出口直接喷入烟气，与烟气充分混合。混合烟气再进入脉冲电晕放电反应器，脉冲电晕放电反应器由放电极和接地极构成，放电极接脉冲高压电源，放电极和接地极之间形成脉冲放电非平衡态等离子体，混合烟气通过等离子体区，其中的微量氯芳烃类有毒有机污染物被氧化分解。

使用本方法来净化烟气中的微量氯芳烃类污染物具有以下优点：

(1)不产生含有毒有机污染物的废液、废渣；

(2)采用脉冲电晕放电等离子体，属于非加热方式，能耗较低；

(3)装置结构简单、体积小，可利用现有烟道安装；

(4)装置中烟气流动阻力较小。

附图说明

以下结合附图对本发明的实质内容进一步详细说明：

图1是现有技术工艺流程；

图2是本发明的工艺流程；

图3是本发明装置的示意图；

图4是氧化剂喷射方式的示意图；

图5是荷电器结构示意图；

图6是荷电器的俯视图；

图7是脉冲电晕放电反应器放电极示意图；

图8是脉冲电晕放电反应器接地极示意图。

具体实施方式

实施例1

根据本发明设计的一种用于烟气中微量氯芳烃类污染物的净化装置如图3所示。在处理过程中，用风机3抽取空气通入超声波雾化器2，超声波雾化器内盛过氧化氢溶液(浓度约35wt％H₂O₂的水溶液)，过氧化氢被雾化为微小液滴后由空气带至荷电器1，过氧化氢荷负电后通过荷电器出口直接喷入烟气，与烟气充分混合。混合烟气再进入由放电极4和接地极7构成的脉冲电晕放电反应器部分，放电极4由脉冲高压电源6供电，绝缘子5使得放电极与烟道壁面相隔离。荷电器1与脉冲电晕放电极4的间距约为500mm，脉冲电晕放电极4与接地极7的间距约为200-300mm。脉冲高压电源采用现有技术，主要参数如下：脉冲电压峰值高于50kV(最好为60-70kV)，脉冲宽度约5μs，脉冲上升沿在200ns以内，下降沿约500ns，脉冲频率约50-100Hz。

图4表示过氧化氢氧化剂的喷射方式。在烟道四壁位于壁面中心线一侧，每壁各布置两个荷电器1，使得过氧化氢氧化剂喷入烟道时形成旋涡流，与烟气充分混合。使用一台风机3提供空气给所有荷电器，可用调节阀4单独调节进入每个荷电器的超声波雾化器2的空气量。

图5是荷电器结构示意图。荷电器外壁4用内径40mm钢管制作，并且与地线相连，成为接地极。荷电器中有外径约为8mm的钢管1，钢管底端安装在荷电器底部壁面，绝缘子5使得钢管1与荷电器外壁面相隔离。钢管1上开有一系列方向交替排列的小孔，钢针2和3以紧固配合的方式安装在这些小孔中(如图5和图6所示)。钢针2和3直径约1mm，长约16mm，并且具有尖锐的尖端。5-10kV直流高压电源6的输出端与钢管1、钢针2和3相连，钢管1、钢针2和3成为高压负电极，钢针2和3的尖端与接地极4之间产生直流流注放电，雾化过氧化氢空气流通过这些直流流注放电区域，使得过氧化氢荷负电，然后从荷电器出口喷入烟气，与烟气混合。直流高压电源6的输出电压的较佳设计为5至10kV之间。

图7所示为脉冲电晕放电反应器放电极，数根直径约1.5mm钢丝制成的电晕线1，相互间隔100mm垂直安装于烟道中，绝缘子2保证脉冲电晕放电极与烟道壁面相隔离，电晕线1与脉冲高压电源3输出端连接。

图8所示为脉冲电晕放电反应器接地极，用孔距约20×20mm的钢丝网制作，垂直安装于烟道中，并与地线相连。

上述氯芳烃类污染物净化装置可应用于垃圾焚烧厂烟气处理，其工艺流程示于图2。高温烟气经余热回收器降温后，在喷淋塔用碱性吸收液除去酸性气体和部分灰渣，然后用纤维布式除尘器除去细小粉尘，从纤维布式除尘器排出的烟气再进入脉冲电晕放电反应器，在强氧化剂过氧化氢和脉冲电晕等离子体的共同作用下，氯芳烃类有机污染物被完全氧化分解，处理后的烟气排放可达到国家环境保护总局《生活垃圾焚烧污染控制标准》。

Claims (5)

1、一种净化烟气中微量氯芳烃类污染物的方法，其特征是将含微量氯芳烃类有毒有机污染物的烟气与预荷负电的强氧化剂混合后进入脉冲电晕放电等离子体区以氧化分解氯芳烃类有机污染物。

2、权利要求1所述的净化烟气中微量氯芳烃类污染物的方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)将预荷负电的强氧化剂与烟气混合；

(2)混合烟气进入脉冲电晕放电反应器。

3、权利要求1或2所述的净化烟气中微量氯芳烃类污染物的方法，其特征在于所使用的强氧化剂为过氧化氢。

4、权利要求1或2所述的净化烟气中微量氯芳烃类污染物的方法，其特征在于预荷负电时荷电器直流高压电源的输出电压为5至10kV。

5、权利要求1或2所述的净化烟气中微量氯芳烃类污染物的方法，其特征在于脉冲电晕放电反应器的脉冲电压峰值为60-70kV。

Images