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化工环境保护概论教程,Chapter1 总论,目 录,环境污染及生态平衡,大气污染防治及化工废气治理,水体污染防治与化工废水处理,固体废物与化工废渣处置,环境保护措施与化工可持续发展,噪声控制及其他化工污染防治,化工清洁生产技术与循环经济,总 论,1 总论,认识环境,中华人民共和国环境保护法对环境的内涵有如下规定：“本法所称环境，是指影响人类生存和发展的各种天然的和经过人工改造的自然因素的总体，包括大气、水、海洋、土地、矿藏、森林、草原、野生生物、自然遗迹、人文遗迹、自然保护区、风景名胜区、城市和乡村等”。,一、环境的概念,自然环境,人工环境,自然环境：直接或间接影响到人类的一切自然形成的物质、能量和自然现象的总体。,人工环境：由于人类的活动而形成的环境要素，它包括人工形成的物质、能量和精神产品以及人类活动中所形成的人与人之间的关系或称上层建筑。,世界的聚落,城镇,地理环境,高原地质环境,宇宙环境,二、环境问题,定义：环境问题主要是由于人类活动作用于周围环境所产生的环境质量变化以及这种变化反过来对人类的生产、生活和健康产生影响的问题,环境问题的发展：工业革命以前阶段环境的恶化阶段环境问题的第一次爆发环境问题的第二次高潮,环境问题,1,2,3,4,5,当前的主要环境问题,三、环境科学,环境科学的基本任务：探索全球范围内自然环境演化的规律；探索全球范围内人与环境相互依存关系；协调人类的生产、消费活动同生态要求的关系；探索区域环境污染综合防治的技术与管理措施。,环境科学的内容包括：人类与环境的关系；污染物在环境中的迁移、转化、循环和积累的过程与规律；环境污染的危害；环境状况的调查、评价和环境预测；环境污染的控制与防治；自然资源的保护与合理利用；环境监测、分析技术与环境预报；环境区域规划与环境规划。,了解人类与环境的关系,一、人类与环境的关系,1.人体通过新陈代谢与周围环境进行物质交换 人体中各元素平均含量与地壳中各元素含量同步,如人体血液中60多种元素含量和岩石中这些元素含量有明显的相关性。环境污染使某些化学物质突增,或者出现了本来没有的合成化学物质,就破坏了人-环境关系,因此而致病。,2.人体与环境间保持动态平衡 空气 水（1）四大要素 土壤 食物（2）外界条件变化 小:未超过环境自净能力,可以自动调节。如缺氧、噪声 大:使生态平衡失调,超过人体忍受限度时,可中毒、致病、致癌、致畸等,二、环境污染对人体的危害,1.急性危害2.慢性危害（1）大气污染:使城市慢性呼吸道患者增加,成肺心病,癌（2）土壤和水体污染:（3）生物污染:微生物、寄生虫、昆虫等3.亚急性危害 致癌 致畸 致突变 致敏,掌握化工与环境保护,一、化工与环境污染,化工生产的原料、半成品及产品,化工污染的来源,废水,废气,废渣,二、化工污染防治途径,化工环境保护概论,Chapter2 环境污染及生态平衡,目 录,环境污染及生态平衡,大气污染防治及化工废气治理,水体污染防治与化工废水处理,固体废物与化工废渣处置,环境保护措施与化工可持续发展,噪声控制及其他化工污染防治,化工清洁生产技术与循环经济,总 论,2 环境污染及生态平衡,了解生态学基本原理,定义：生态学是研究生物有机体与其周围环境（包括生物环境和非生物环境）相互关系的一门学科。作为生物学的主要分科之一，从植物逐渐涉及到动物。,一、生态学的含义及其发展,生态学的多科学性及其相互关系,生态学发展历程体现的三个特点：从定性探索生物与环境的相互作用到定量研究;从个体生态系统到复合生态系统，由单一到综合，由静态到动态的认识自然界的物质循环与转化规律;与基础科学和应用科学相结合，发展和扩大了生态学的领域。,定义：生命和环境系统在特定空间的组合。注意三点:划分有人为因素,可大可小,小可成大 系统中不断进行着物质交换和能量流动 动态平衡,二、生态学系统,简化了的陆地生态系统,生态系统的组成,生产者,消费者,无生命物质,分解者,各种无生命的无机物、有机物和各种自然因素,自然界的绿色植物及凡能进行光合作用、制造有机物的生物(单细胞藻类和少数自然微生物等),食用植物的生物或相互食用的生物,各种具有分解有机质能力的微小生物，最主要的是细菌和真菌，也包括一些原生生物,生态系统组成,生态系统组成,生物生产,03,生态系统中的物质循环,生态系统的基本功能,04,生态系统中的信息传递,三、生态系统的平衡,定义：在一定条件下,生态系统中能量流动和物质循环表现为稳定的状态。,特点：,破坏生态平衡的因素,自然因素,人为因素,掌握环境污染与生态平衡,一、环境污染与生态平衡,矿产资源开发利用与保护,生物资源的利用和生物多样性保护,1、森林资源的保护和利用 2、草地资源的保护和利用 3、生物多样性保护,土地资源的利用和保护,1,2,3,二、生态规律在环保中的应用,生态学的一般规律：,1,2,3,4,5,相互依存与相互制约规律,物质循环转化与再生规律,物质输入输出的动态平衡规律,相互适应与补偿的协同进化规律,环境资源的有效极限规律,生态学规律,生态规律在环境保护中的应用,生态规律在环境保护中的应用,生态平衡与五大环境问题的关系,化工环境保护概论,Chapter3 大气污染防治及化工废气治理,目 录,环境污染及生态平衡,大气污染防治及化工废气治理,水体污染防治与化工废水处理,固体废物与化工废渣处置,环境保护措施与化工可持续发展,噪声控制及其他化工污染防治,化工清洁生产技术与循环经济,总 论,3 大气污染防治及化工废气治理,了解大气与生命的关系,大气的结构,一、大气结构与组成,大气垂直方向上分层,水汽,干燥空气（主要成分为氮、氧和氩）,悬浮微粒,大气组成,大气的组成：,恒定组分：N2、O2、Ar 可变组分：CO2、H2O 不定组分：H2S、SOx、NOx,二、大气与生命的关系,空气中的氮也是重要的生命元素。氮在空气中以分子氮形式存在，含量虽大，却不能为多数生物直接利用。,掌握化工废气来源与危害,大气污染通常是指由于人类活动和自然过程引起某种物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达到了足够的时间并因此而危害了人体的舒适、健康和福利或危害了环境的现象。,按污染的范围分类,一、废气污染物的来源与分类,燃料燃烧 工业生产过程农业生产过程交通运输过程,大气污染物分类：依照与污染源的关系：分一次（如SO2）和二次污染物(如酸雨)大气中五大污染物 颗粒污染物(Total Suspended Particle,简称TSP)粉尘 雾尘 尘粒 煤尘 烟尘,气态污染物 SOx(H2S):以SO2数量最大,危害最大。NOx(NH3):种类较多。COx:主要燃烧和呼吸释放。CH:主要指有机废气,如烃、醇、酮、酯、胺等。卤素化合物:主要是含氯化合物及含氟化合物。二次污染物 一次污染物:SO2+煤尘.湿度大,气温低 伦敦型烟雾浓度可达4.5mg/m3 二次污染物:硫酸雾和硫酸盐气溶胶 洛杉矶型烟雾:NOx+CH+h 工业型光化学烟雾:NOx+CH+h+重金属颗粒+酸雾。,二、主要废气污染物及其危害,1.碳氧化物 一氧化碳无色、无臭、无味的气体，当人们吸入CO时，它与血红蛋白结合。是城市大气中数量最多的污染物，碳氢化合物燃烧不完全是CO的主要来源，如汽车排放尾气。其主要危害在于能参与光化学烟雾的形成，以及造成全球的环境问题。,二氧化碳含碳物质完全燃烧的产物，也是动物呼吸排出的废气。它本身无毒，对人体无害，但其含量8%时会令人窒息。近年来研究发现，现代大气中的CO2的浓度不断上升引起地球气候变化，这个问题称之为“温室效应”。所以联合国环境决策署决议将CO2列为危害全球的6种化学品之一。防治措施目前对CO的局部排放源的控制措施主要集中在汽车方面。如使用排气的催化反应器，加入过量空气使CO氧化成CO2。,2.硫的氧化物（SO2或SO3）SO2具有强烈的刺激性气味，它能刺激眼睛，损伤呼吸器官，引起呼吸道疾病。特别是SO2与大气中的尘粒、水分形成气溶胶颗粒时，这三者的协同作用对人的危害更大。这种污染称为伦敦型烟雾或叫硫酸烟雾。SO2的腐蚀性很大，能导致皮革强度降低，建筑材料变色，塑像及艺术品毁坏。在与植物接触时，会杀死叶组织，引起叶子脱色变黄，农作物产量下降。另外，SO2在大气中含量过高是形成酸雨污染的重要因素。防治措施大气中的SO2主要通过降水清除或氧化成硫酸盐微粒后再干沉降或雨除。除此之外，土壤的微生物降解、化学反应、植被和水体的表面吸收等都是去除SO2的途径。,3.氮氧化合物（NO、NO2）来源人为排放主要来源于矿物燃料的燃烧过程（包括汽车及一切内燃机的排放）、生产硝酸工厂排放的尾气。氮氧化物浓度高的气体呈棕黄色，从工厂烟囱排出来的氮氧化物气体称之为黄龙。,影响 对人类的影响 当空气中的NO2含量达150mL/m3时，对人的呼吸器官有强烈的刺激，38小时会发生肺水肿，可能引起致命的危险。对森林和作物生长的影响 NOX通过叶表面的气孔进入植物活体组织后，干扰了酶的作用，阻碍了各种代谢机能；有毒物质在植物内还会进一步分解或参与合成过程，产生新的有害物质，侵害机体内的细胞和组织，使其坏死。NOX也是形成酸雨的重要原因之一。酸雨可以破坏作物的根系统的营养循环；与臭氧结合损害树的细胞膜，破坏光合作用；酸雾还会降低树木的抗严寒和干燥的能力。对全球气候的影响 氮氧化物和二氧化碳引起“温室效应”，使地球气温上升1.54.5，造成全球性气候反常。,4.碳氢化合物 人为排放源汽油燃烧（38.5%）、焚烧（28.3%）、溶剂蒸发（11.3%）、石油蒸发和运输消耗（8.8%）、提炼废物（7.1%）。美国排放碳氢化合物占总产量的比例高达34%，其中半数以上来自交通运输。汽车排放的碳氢化合物主要有两类：烃类，如甲烷、乙烯、乙炔、丙烯、丁烷等；醛类，如甲醛、乙醛、丙醛、丙烯醛和苯甲醛等。此外还有少量芳烃和微量多环芳烃致癌物。危害一般碳氢化合物对人的毒性不大，主要是醛类物质具有刺激性。对大气的最大影响是碳氢化合物在空气中反应形成危害较大的二次污染物，如光化学烟雾。防治措施碳氢化合物从大气中去除的途径主要有土壤微生物活动，植被的化学反应、吸收和消化，对流层和平流层化学反应，以及向颗粒物转化等。,5.粒状污染物（如烟、尘、雾等）天然过程排放颗粒物主要有火山爆发的烟气、岩石风化的灰尘、宇宙降尘、海浪飞逸的盐粒、各种微生物、细菌、植物的花粉等，约占大气颗粒物总量的89%。由燃料燃烧、开矿、选矿或固体物质的粉碎加工（磨面粉、制水泥等）、火药爆炸、农药喷洒等人工排放约占颗粒物总量的11%。人为排放集中在人类活动的场所如厂矿、城市等，它增加了人类周围环境的大气负担。,三、化工废气的特点,1,4,2,3,污染物浓度高,污染面广，危害性大,组成复杂,化工废气的特点,种类繁多,掌握气态污染物的治理,一、常用的气态污染物的治理方法,常用方法,吸收法,催化法,冷凝法,吸附法,燃烧法,1.吸收法,定义：采用适当的液体作为吸收剂，使含有有害物质的废气与吸收剂接触，废气中的有害物质被吸收于吸收剂中，使气体得到净化的方法。,吸收剂：在吸收过程中，用来吸收气体中的有害物质的液体 吸收剂的选择吸收容量大，即在单位体积的吸收剂中吸收有害气体的数量要大；饱和蒸气压低，以减少因挥发而引起的吸收剂的损耗；选择性高，即对有害气体吸收能力强；沸点要适宜，热稳定性高，粘度及腐蚀性要小，价廉易得。,吸收质被吸收的组分 吸收液吸收了吸收质后的液体 吸收操作物理吸收和化学吸收。在处理以气量大、有害组分浓度低为特点的各种废气时，化学吸收的效果要比单纯的物理吸收好得多，因此在用吸收法治理气体污染时，多采用化学吸收法进行。一般采用逆流操作，被吸收的气体由下向上流动，吸收剂由上而下流动，在气、液逆流接触中完成传质过程。吸收工艺流程有非循环和循环过程两种，前者吸收剂不予再生，后者吸收剂封闭循环使用。,吸收法优缺点优点：设备简单、捕集效率高、应用范围广、一次性投资低等特点，已被广泛用于有害气体的治理，例如含SO2、H2S、HF和NOX等污染物的废气，均可用吸收法净化。缺点：吸收是将气体中的有害物质转移到了液相中，因此必须对吸收液进行处理，否则容易引起二次污染。此外，低温操作下吸收效果好，在处理高温烟气时，必须对排气进行降温处理，可以采取直接冷却、间接冷却、预置洗涤器等降温手段。,典型废气的治理技术,SO2废气的治理技术,碱液吸收法,亚硫酸钾（钠）吸收法（WL法）,氨液吸收法,金属氧化物吸收法,液相催化氧化吸收法（千代田法）,海水吸收法,尿素吸收法,亚硫酸钾（钠）吸收法（WL法）,以亚硫酸钾或亚硫酸钠为吸收剂，SO2的脱除率达90%以上。吸收母液经冷却、结晶、分离出亚硫酸钾（钠），再用蒸汽将其加热分解生成亚硫酸钾（钠）和SO2。亚硫酸钾（钠）可以循环使用，SO2回收去制硫酸。WL-K（钾）法的反应为K2SO3+SO2+H2O 2KHSO3（吸收过程产物）WL-Na（钠）法的反应为Na2SO3+SO2+H2O 2 NaHSO3（吸收过程产物）,WL法的优点 吸收液可循环使用，吸收剂损失少；吸收液对SO2的吸收能力高，液体循环量少，泵的容量少；副产品SO2的纯度高；操作负荷范围大，可以连续运转；基建投资和操作费用较低，可实现自动化操作。WL法的缺点 必须将吸收液中可能含有的Na2SO4去除掉，否则会影响吸收速率；另外吸收过程中会有结晶析出而造成设备堵塞。,碱液吸收法,采用苛性钠溶液、纯碱溶液或石灰浆液作为吸收剂，吸收SO2后制得亚硫酸钠或亚硫酸钙。以苛性钠溶液作吸收剂（吴羽法）反应过程为2NaOH+SO2 Na2SO3+H2ONa2SO3+SO2+H2O 2 NaHSO3 2 NaHSO3+2NaOH Na2SO3+2 H2O,用纯碱溶液作为吸收剂（双碱法）2 Na2CO3+SO2+H2O 2NaHCO3+Na2SO32 Na HSO3+SO2 Na2SO3+2CO2+H2ONa2SO3+SO2+H2O 2 Na HSO3再生过程的反应为2 NaHSO3+CaCO3 2 NaHCO3+CaSO31/2H2O+CO2+1/2H2O2 NaHSO3+Ca（OH）2 Na2SO3+CaSO3 1/2H2O+3/2H2O2CaSO3 1/2H2O+O2+3H2O 2 CaSO32H2O,另一种双碱法是采用碱式硫酸铝Al2（SO4）3x Al2O3作吸收剂，吸收SO2后再氧化硫酸铝，然后用石灰石与之中和再生出碱性硫酸铝循环使用，并得到副产品石膏。其反应过程是：吸收反应：Al2（SO4）3 Al2O3+3SO2 Al2（SO4）3Al2（SO3）3氧化反应：2 Al2（SO4）3Al2（SO3）3+3O2 4 Al2（SO4）3中和反应：Al2（SO4）3+3 CaCO3+6H2O Al2（SO4）3 Al2O3+3 CaSO42H2O+3CO2,氨液吸收法,此法是以氨水或液态氨作吸收剂，吸收SO2后生成亚硫酸铵和亚硫酸氢铵。反应如下：NH3+H2O+SO2 NH4HSO3 2NH3+H2O+SO2（NH4）2SO3（NH4）2SO3+H2O+SO2 2 NH4HSO3 当NH4HSO3比例增大，吸收能力降低，须补充氨将亚硫酸氢铵转化为亚硫酸铵，即进行吸收液的再生：NH3+NH4HSO3（NH4）2SO3 此外还需引出一部分吸收液，可以采用氨-硫酸铵法和氨-亚硫酸铵法等方法进行回收硫酸铵或亚硫酸铵等副产品。,氨-硫酸铵法。将吸收液通过过量的硫酸进行分解，再用氨进行中和以获得硫酸铵，同时制得SO2气体。反应如下：（NH4）2SO3+H2SO4（NH4）2SO4+SO2+H2ONH4HSO3+H2SO4（NH4）2SO4+2SO2+2H2OH2SO4+NH3（NH4）2SO4氨-亚硫酸铵法。此法是将吸收液引入混合器内，加入氨中和，将亚硫酸氢铵转化为亚硫酸铵，直接去结晶，分离出亚硫酸铵产品。此法不必使用硫酸，投资少，设备简单。,液相催化氧化吸收法（千代田法）,此法是以含Fe3+催化剂的浓度为2%3%稀硫酸溶液作吸收剂，直接将SO2氧化成硫酸。吸收液一部分回吸收塔循环使用，另一部分与石灰石反应生成石膏。故此法也称稀硫酸-石膏法。反应如下：2SO2+O2+2H2O 2H2SO4H2SO4+CaCO3+H2O CaSO42H2O+CO2,优点 简单，操作容易，不需特殊设备和控制仪表，能适应操作条件的变化，脱硫率可达98%，投资和运转费用较低。缺点 稀硫酸腐蚀性较强，必须采用合适的防腐材料。同时，所得稀硫酸浓度过低，不便于运输和使用。,金属氧化物吸收法,此法是用MgO、ZnO、MnO2、CuO等金属氧化物的碱性水化物浆液作为吸水剂。吸收SO2后的溶液中含有亚硫酸盐、亚硫酸氢盐和氧化产物硫酸盐，它们在较高温度下分解并再生出浓度较高的SO2气体。现以MgO为例进行介绍，称作氧化镁法。吸收过程反应MgOH2OMg（OH）2Mg（OH）2 SO25H2O MgSO36H2OMgSO3 6H2O SO2 Mg（HSO3）2 5H2OMg（HSO3）2 Mg（OH）2 10H2O 2MgSO36H2O,若烟气中O2过量时Mg（HSO3）2 O2 6H2O 2MgSO47H2O SO2MgSO3 O2 7H2O MgSO47H2O干燥过程反应MgSO36H2O MgSO36H2OMgSO47H2O MgSO47H2O分解过程反应MgSO3 MgO SO2MgSO4 C MgO SO2 CO2 我国的氧化镁（菱苦土）资源丰富，该法在我国有发展前途。,海水吸收法,该法是近年来发展起来的一项新技术，它利用海水中和烟气中的SO2，经反应生成可溶性的硫酸盐排回大海。海水pH为8.08.3,所含碳酸盐对酸性物质有缓冲作用，海水吸收SO2生成的产物是海洋中的天然成分，不会对环境造成严重污染。海水脱硫的主要反应是 SO2 H2O O2 SO42-H HCO3 H+H2O+CO2 海水脱硫工艺依靠现场的自然碱度，产生的硫酸盐完全溶解后返回大海，无固体生成物；所需设备少，运行简单。但此法只能在海洋地区使用，有一定的局限性。,尿素吸收法,此法是用尿素溶液作吸收剂，pH59，SO2的去除率与其在烟气中的浓度无关，吸收液可回收硫酸铵。其反应如下：SO2 O2 CO（NH2）2 H2O（NH4）2SO4+CO2 此法可同时去除NOx，去除率大于95%。NO NO2 CO（NH2）2 H2O CO2 N2 尿素吸收SO2 工艺由俄罗斯门捷列夫化学工艺学院开发，SO2 去除率可达100%。,NOx废气的吸收法治理,水吸收法,NO2或N2O4与水接触，发生以下反应：2 NO2（或N2O4）+H2O HNO3+H NO22H NO2 H2O+NO+NO2（或1/2 N2O4）2NO+O2 2 NO2（或N2O4）水对氮氧化物的吸收率很低，主要是由一氧化氮被氧化成二氧化氮的速度决定。当一氧化氮浓度高时，吸收速率有所提高。一般水吸收法的效率为30%50%。此法制得浓度为5%10%的稀硝酸，可用于中和碱性污水，作为废水处理的中和剂，也可用于生产化肥等。另外，此法是在588686KPa的高压下操作，操作费及设备费均较高。,稀硝酸吸收法,此法是用30%左右的稀硝酸作为吸收剂，先在20和1.5105Pa压力下，NOX被稀硝酸进行物理吸收，生成很少硝酸；然后将吸收液在30下用空气进行吹脱，吹出NOX后，硝酸被漂白；漂白酸经冷却后再用于吸收NOX。由于氮氧化物在漂白稀硝酸中的溶解度要比在水中的溶解度高，一般采用此法NOX的去除率可达80%90%。,碱性溶液吸收法,此法的原理是利用碱性物质来中和所生成的硝酸和亚硝酸，使之变为硝酸盐和亚硝酸盐。使用的吸收剂主要有氢氧化钠、碳酸钠和石灰乳等。烧碱作吸收剂：2NaOH+2NO NaNO3+NaNO2+H2O 2NaOH+2NO2+NO 2Na NO2+H2O 该法氮氧化物的脱除率可以达到80%90%。纯碱作吸收剂：NaCO3+2NO2 NaNO3+NaNO2+CO2 NaCO3+NO2+NO 2NaNO3+CO2 该法氮氧化物的脱除率约为70%80%。氨水作吸收剂：2NO2+NH3 NH4NO3+N2+H2O 2NO+1/2O2+2 NH3 NH4NO3+N2+H2O 该法氮氧化物的脱除率可达90%。,还原吸收法,此法是利用氯的氧化能力与氨的中和还原能力治理氮氧化物，称氯氨法。其反应是 2NO Cl2 2NOCl NOCl+2NH3 NH4 Cl+N2 H2O 2NO2 NH3 NH4NO3+N2 H2O 此种方法NOx的去除率比较高，可达80%90%，产生的N2对环境也不存在污染问题。但是，由于同时还有氯化铵及硝酸铵产生，呈白色烟雾，需要进行电除尘分离，使本方法的推广使用受到限制。,氧化吸收法,用氧化剂先将NO氧化成NO2，然后再用吸收液加以吸收。例如日本的NE法是采用碱性高锰酸钾溶液作为吸收剂。其反应是：KMnO4+NO KNO3+MnO2 3 NO2+KMnO4+2KOH 3KNO3+H2O+MnO2此法NOX去除率达93%98%。这类方法效率高，但运转费用也比较高。总之，尽管有许多物质可以作为吸收NOX的吸收剂，使含NOX废气的治理可以采用多种不同的吸收方法，但从工艺、投资及操作费用等方面综合考虑，目前较多的还是碱性溶液吸收和氧化吸收这两种方法。,2.吸附法,定义：使废气与大表面多孔性固体物质相接触，使废气中的有害组分吸附在固体表面上，使其与气体混合物分离，从而达到净化的目的。吸附剂：具有吸附作用的固体物质 吸附剂的选择：大的比表面积和孔隙率；良好的选择性；吸附能力强，吸附容量大；易于再生；机械强度大，化学稳定性强，热稳定性好，耐磨损，寿命长；价廉易得。,吸附质被吸附的气体组分 脱附吸附过程是可逆的过程，在吸附质被吸附的同时，部分已被吸附的吸附质分子还可因分子的热运动而脱离固体表面回到气相中去。吸附平衡吸附与脱附速度相等时。,适用范围吸附净化法的净化效率高，特别是对低浓度气体仍具有很强的净化能力。吸附法常常应用于排放标准要求严格或有害物浓度低，用其它方法达不到净化要求的气体净化。缺点但是由于吸附剂需要重复再生利用，以及吸附剂的容量有限，使得吸附方法的应用受到一定的限制，如对高浓度废气的净化，一般不宜采用该法，否则需要对吸附剂频繁进行再生，即影响吸附剂的使用寿命，同时会增加操作费用及操作上的繁杂程序。,3.催化法,定义：利用催化剂的催化作用，将废气中的有害物质转化为无害物质或易于去除的物质的一种废气治理技术。优点：无需将污染物与主气流分离，可直接将有害物质转变为无害物质，这不仅可避免产生二次污染，而且可简化操作过程。此外，所处理的气体污染物的初始浓度都很低，反应的热效应不大，一般可以不考虑催化床层的传热问题，从而大大简化催化反应器的结构。缺点：催化剂价格较高，废气预热需要一定的能量，即需添加附加的燃料使得废气催化燃烧。,催化剂的特点：催化剂只能缩短反应到平衡的时间，而不能使平衡移动，更不可能使热力学上不可发生的反应进行。催化剂性能具有选择性，即特定的催化剂只能催化特定的反应。每一种都有它的特定活性温度范围。低于活性温度，反应速度慢，催化剂不能发挥作用；高于活性温度，催化剂会很快老化甚至被烧坏。每一种催化剂都有中毒、衰老的特性。根据活性、选择性、机械强度、热稳定性、化学稳定性及经济性等来筛选催化剂是催化净化有害气体的关键。常用的催化剂一般为金属盐类或金属，如钒、铂、铅、镉、氧化铜、氧化锰等物质。载在具有巨大表面积的惰性载体上，典型的载体为氧化铝、铁矾土、石棉、陶土、活性炭和金属丝等。,4.燃烧法,燃烧法是对含有可燃有害组分的混合气体加热到一定温度后，组分与氧化反应进行燃烧，或在高温下氧化分解，从而使这些有害物质组分转化为无害物质。适用范围该方法主要应用于碳氢化合物、一氧化碳、恶臭、沥青烟、黑烟等有害物质的净化治理。优点燃烧法工艺简单，操作方便，净化程度高，并可回收热能。缺点但不能回收有害气体，有时会造成二次污染。,燃烧净化有三种方法直接燃烧法：将废气中的可燃有害组分当作燃料直接烧掉，此法只适用于净化含可燃性组分浓度较高或有害组分燃烧时热值较高的废气。热力燃烧：利用辅助燃料燃烧放出的热量将混合气体加热到要求的温度，使可燃的有害物质进行高温分解变为无害物质。其可分三步：燃烧辅助燃料提供预热能量；高温燃气与废气混合以达到反应温度；废气在反应温度下充分燃烧。催化燃烧：此法是在催化剂的存在下，废气中可燃组分能在较低的温度下进行燃烧反应，这种方法能节约燃料的预热，提高反应速度，减少反应器的容积，提高一种或几种反应物的相对转化率。,燃烧法分类及比较,5 冷凝法,定义：是利用物质在不同温度下具有不同饱和蒸气压这一性质，采用降低废气温度或提高废气压力的方法，使处于蒸气状态的污染物冷凝并从废气中分离出来的过程。适用范围处理污染物浓度在100003/m3以上的高浓度有机废气。冷凝法不宜处理低浓度的废气，常作为吸附、燃烧等净化高浓度废气的前处理，以便减轻这些方法的负荷。,二、其他气态污染物的治理方法,了解颗粒污染物的净化方法,一、粉尘的控制与防治,防尘规划与管理,通风技术,防护罩技术,除尘技术,1,2,4,3,四个工程领域,二、除尘装置,除尘器的除尘机理及使用范围,注：“”指主要机理；“”指次要机理。,除尘装置的选择和组合,除尘器的处理气体量,1,使用寿命,4,3,2,6,5,技术性能指标,经济指标,作为除尘器的性能指标，通常有下列六项：,除尘器的除尘效率,除尘器的压力损失,设备基建投资与运转管理费用,占地面积或占用空间体积,各种主要除尘设备优缺点比较,化工环境保护概论,Chapter4 水体污染防治与化工废水处理,目 录,环境污染及生态平衡,大气污染防治及化工废气治理,水体污染防治与化工废水处理,固体废物与化工废渣处置,环境保护措施与化工可持续发展,噪声控制及其他化工污染防治,化工清洁生产技术与循环经济,总 论,4 水体污染防治与化工废水处理,认识水体污染,一、水体污染物的来源,主要指城市居民聚集地区所产生的生活污水,电器制造废水 轻工废水电镀工业废水冶金工业废水采矿废水含热废水,生活污染源,01,农业污染源,02,工业污染源,农业污染源包括农业牲畜粪便、污水、污物、农药、化肥、用于灌溉的城市污水、工业污水等。,03,把向水体排放或释放污染物的来源和场所称为水体的污染源，根据来源不同分类，可以分为三类：,二、水体污染物的分类及其危害,无机无毒污染物,有机无毒污染物,无机有毒污染物,有机有毒污染物,悬浮状污染物 酸、碱、无机盐类污染物 氮、磷等植物营养物,主要指碳水化合物、蛋白质、油脂、氨基酸等,非重金属的无机毒性物质：氰化物(CN)、砷(As)重金属毒性物质,有机氯化合物：多氯联苯(PCB)和有机氯农药 多环有机化合物：酚类，芳香烃类物质,水体中的污染物大致分类如下：,三、水体污染的水质指标,水体污染主要表现为水质在物理、化学、生物学等方面的变化特征。所谓水质指标就是指水中杂质具体衡量的尺度。水质指标的类型及含义如下：,色度仪,浊度仪,溶解氧测定仪,化学需氧量测定仪,生化需氧量测定仪,总有机碳测定仪,电 导 率 仪,PH计,四、化工废水的来源与特点,化工废水分类,主要来自基本有机原料、合成材料（如合成塑料、合成橡胶、合成纤维）、农药、染料等行业排出的废水,如氯碱、感光材料、涂料等行业,如无机盐、氮肥、磷肥、硫酸、硝酸及纯碱等行业排出的废水,含有机物的废水,含有机、无机物的废水,含无机物的废水,掌握化工废水的处理技术,物理法,化学法,生物处理法,物理化学法,化工废水处理技术,一、物理法,定义：通过物理作用和机械力分离或回收废水中不溶解悬浮污染物质(包括油膜和油珠)，并在处理过程中不改变其化学性质的方法称为物理处理法。,设备-调节池 长方形调节池：特点-在池内设有若干折流隔墙，使废水在池内来回折流。折流式调节池：优点-调节池容积大小可视废水的浓度、流量变化、要求的调节程度及废水处理设备的处理能力来确定，做到既经济又满足废水处理系统的要求。,定义：沉淀是利用废水中悬浮物密度比水大，可借助重力作用下沉的原理而达到液固分离目的的一种处理方法。分类：沉淀根据废水中悬浮物的沉淀现象可分四种类型：自由沉淀、絮凝沉淀、拥挤沉淀和压缩沉淀。,定义：利用过滤介质截留废水中的悬浮物，也叫筛滤截留法。筛滤截留法的实质-让废水通过一层带孔眼的过滤装置或介质，尺寸大于孔眼尺寸的悬浮颗粒则被截留。过滤介质-钢条、筛网、滤布、石英砂、无烟煤、合成纤维、微孔管等。常用的过滤设备-格栅、栅网、微滤机、砂滤器、真空滤机、压滤机等(后两种滤机多用于污泥脱水)。,定义：隔油主要用于对废水中可浮油的处理，它是利用水中油品与水密度的差异与水分离并加以清除的过程。,定义-废水中的悬浮物借助离心设备的高速旋转，在离心力的作用下与水分离的过程叫离心分离。原理-含悬浮物的废水在高速旋转时，由于悬浮颗粒和废水的质量不同，所受到的离心力大小不同，质量大的被甩到外圈，质量小的则留在内圈，通过不同的出口将它们分别引导出来，从而使悬浮物与水分离。,二、化学法,定义：化学法(或化学处理法)是利用化学作用处理废水中的溶解物质或胶体物质，可用来去除废水中的金属离子、细小的胶体有机物、无机物、植物营养素(氮、磷)、乳化油、色度、臭味、酸、碱等，对于废水的深度处理也有着重要作用。,中和就是酸碱相互作用生成盐和水，也即pH调整或称为酸碱度调整。酸、碱废水的中和方法有：酸、碱废水互相中和:以废治废、既简便又经济；投药中和:可以处理任何浓度、任何性质的酸碱废水;过滤中和：可以进行废水的pH调整。,定义：混凝法是废水处理中一种经常采用的方法，它处理的对象是废水中利用自然沉淀法难以沉淀除去的细小悬浮物及胶体微粒，可以用来降低废水的浊度和色度，去除多种高分子有机物、某些重金属和放射性物质；此外，混凝法还能改善污泥的脱水性能。-优点：设备简单，操作易于掌握，处理效果好，间歇或连续运行均可以；-缺点：运行费用高，沉渣量大，且脱水较困难；,混凝原理 双电层作用原理-这一原理主要考虑低分子电解质对胶体微粒产生中和作用，以引起胶体微粒凝聚。化学架桥作用原理-当废水中加入少量的高分子聚合物时，聚合物即被迅速吸附结合在胶体微粒表面上。开始时，高聚物分子链节的一端吸附在一个微粒表面上，该分子未被吸附的一端就伸展到溶液中去，这些伸展的分子链节又会被其它的微粒所吸附，于是形成一个高分子链状物同时吸附在两个以上的胶体微粒表面的情况。各微粒依靠高分子的连接作用构成某种聚集体，结合为絮状物这种作用称为吸附架桥作用。由高分子架桥形成的聚集体中，各微粒并未达到直接接触，而且也未达到电中和脱稳状态，因此，吸附架桥实质上仍是一种聚合物过量状态。,混凝过程及投药方法,混凝沉淀处理流程,定义：通过药剂与污染物的氧化还原反应，将废水中有害的污染物转化为无毒或低毒物质的方法。,废水处理中最常采用的氧化剂是空气、臭氧、二氧化氯（ClO2）、氯气（Cl2）、高锰酸钾（KMnO4）等。药剂还原法在废水处理中应用较少，只限于某些废水（如含铬废水）的处理，常用的还原剂有硫酸亚铁（FeSO4）、亚硫酸盐、氯化亚铁（FeCl2）、铁屑、锌粉、硼氢化钠等。,三、物理化学法,吸附过程原理：吸附是利用多孔固体吸附剂的表面活性，吸附废水中的一种或多种污染物，达到废水净化的目的。根据固体表面吸附力的不同，吸附可分为以下三种类型：,1,物理吸附：吸附剂和吸附质之间通过分子间力产生的吸附为物理吸附。它是可逆的。,2,化学吸附：吸附剂和吸附质之间发生由化学键力引起的吸附为化学吸附。它是不可逆的。,3,离子交换吸附：是通常所指的离子交换。,定义：利用与水不相溶解或极少溶解的特定溶剂同废水充分混合接触，使溶于废水中的某些污染物质重新进行分配而转入溶剂，然后将溶剂与除去污染物质后的废水分离，从而达到废水净化和回收有用物质的目的。采用的溶剂称为萃取剂，被萃取的物质称为溶质，萃取后的萃取剂称萃取液（萃取相），残液称为萃余液（萃余相）。特点：萃取法具有处理水量大，设备简单，便于自动控制，操作安全、快速、成本低等优点，因而该法具有广阔的应用前景。目前仅用于为数不多的几种有机废水和个别重金属废水的处理。,萃取工艺设备 萃取工艺包括混合、分离和回收三个主要工序。根据萃取剂与废水的接触方式不同，萃取操作有间歇式-工艺及计算与间歇吸附相同。连续式-设备常用的有填料塔、筛板塔、脉冲塔、转盘塔和离心萃取机。往复叶片式脉冲筛板塔离心萃取机,定义：利用高度分散的微小气泡作为载体去粘附废水中的污染物，使其密度小于水而上浮到水面，实现固液或液液分离的过程。基本原理：浮选法的根据是表面张力的作用原理。当液体和空气相接触时，在接触面上的液体分子与液体内部液体分子的引力，使之趋向于被拉向液体的内部，引起液体表面收缩至最小，使得液珠总是呈圆球形存在。,电渗析 是在直流电场的作用下，利用阴、阳离子交换膜对溶液中阴、阳离子选择透过性（即阳膜只允许阳离子通过，阴膜只允许阴离子通过），而使溶液中的溶质与水分离的一种物理化学过程。电渗析技术越来越引起人们的重视并得到逐步推广。此方法应用在环保方面进行废水处理已取得良好的效果。但是由于耗电量很高，多数还仅限于在以回收为目的的情况下使用。,反渗透 是利用半渗透膜进行分子过滤来处理废水的一种新的方法，又称膜分离技术。因为在较高的压力作用下，这种膜可以使水分子通过，而不能使水中溶质通过，所以这种膜称为半渗透膜。利用它可以除去水中比水分子大的溶解固体、溶解性有机物和胶状物质。近年来应用范围在不断扩大，多用于海水淡化、高纯水制造及苦咸水淡化等方面。,超过滤法 是利用半透膜对溶质分子大小的选择透过性而进行的膜分离过程。超过滤法所需的压力较低，一般为0.10.5MPa，而反渗透的操作压力则为210MPa。因化工废水中含有各种各样的溶质物质，所以只采用单一的超滤方法，不可能去除不同分子量的各类溶质，一般多是与反渗透法联合使用，或者与其他处理法联合使用，多用于物料浓缩。,四、生物处理法,定义：废水的生物处理法就是利用微生物新陈代谢功能，使废水中呈溶解和胶体状态的有机污染物被降解并转化为无害的物质，使废水得以净化。分类：生物处理法的工艺根据参与的微生物种类和供氧情况，分为好氧生物处理和厌氧生物处理。,活性污泥法 活性污泥是活性污泥中曝气池的净化主体，生物相较为齐全，具有很强的吸附和氧化分解有机物的能力。,生物膜法是靠生物滤池实现的。普通生物滤池的工作原理是：废水通过布水器均匀地分布在滤池表面，滤池中装满滤料，废水沿滤料向下流动，到池底进入集水沟、排水渠并流出池外。在滤料表面覆盖着一层粘膜，在粘膜上长着各种各样的微生物，这层膜被称为生物膜。生物滤池的工作实质，主要靠滤料表面的生物膜对废水中有机物的吸附氧化作用。,水解酸化阶段,产氢产乙酸阶段,产甲烷阶段,三个阶段,纯氧曝气法,深层曝气法,深井曝气池,生物接触氧化法,活性污泥法新进展,生物膜法的新进展,认识典型的化工废水处理,一、炼油废水的处理流程,冷却废水,含油废水,含硫废水,含碱废水,含酸废水,含盐废水,是冷却馏分的间接冷却水，温度较高，有时由于设备渗漏等原因，冷却废水经常含油，但污染程度较轻,主要来源于催化及焦化装置，精馏塔塔顶分离器、油气洗涤水及加氢精制等。主要污染物是硫化物、油、酚等,含油废水大部分来源于油品与油气冷凝油、油气洗涤水、机泵冷却水、油罐洗涤水以及车间地面冲洗水,主要来自汽油、柴油等馏分的碱精制过程。主要含过量的碱、硫、酚、油、有机酸等,来自水处理装置、加酸泵房等。主要含硫酸、硫酸钙等,主要来自原油脱盐脱水装置，除含大量盐分外，还有一定量的原油,炼油废水的来源、分类,二、小氮肥废水的处理流程,废水处理工艺流程,三、城市污水的处理流程,认识水体污染的综合防治,水体污染综合防治是指从整体出发综合运用各种措施，对水环境污染进行防治。就水污染综合防治的实际效果而言，应当从“控制措施”和“废水利用”两个方面入手。,化工环境保护概论,Chapter5 固体废物与化工废渣处置,目 录,环境污染及生态平衡,大气污染防治及化工废气治理,水体污染防治与化工废水处理,固体废物与化工废渣处置,环境保护