1 國內外多污染控制技術研究現狀

我國的能源消費以煤為主， 預測到2010 年、2020 年，我國煤炭產量將分別達到23 億t 和30 億t。煤碳在為工農業生產和人民生活提供豐富能源的同時，也成為我國環境污染的主要污染源。我國的環境形勢非常嚴竣，煙塵、粉塵、SOx，NOx 以及由此而產生的酸雨等對大氣環境造成了極大的危害，酸雨面積已超過國土面積的29%。燃煤電廠是煤碳的主要用戶，針對火電廠是排放煙塵及二氧化硫的重點行業的特點，我國相應制定了《火電廠大氣污染物排放標準》（ GBl3223—1996） ，其中對火電廠SO2 的全電廠排放總量與各煙囪排放濃度實行雙重控制，有力推動了火電廠脫硫技術在我國的推廣應用。然而隨著國民經濟的迅速發展以及對能源消耗的進一步擴大，舊的環境控制標準明顯顯現出其滯后性和不足， 為此我國在2003 年底又制定了新的《火電廠大氣污染物排放標準》（ GBl3223— 2003） ， 現將相關的各主要污染物控制標準簡要列舉如表 1，表2 所示。

從表中可以看出，新的控制標準對二氧化硫， 氮氧化物的排放要求更加嚴格和具體， 隨著新標準在2004 年的實施， 國內許多電廠將面臨是否能達標排放的問題，因而進行脫硫設備的改造，加裝更加先進和符合環保要求的脫除裝置是必然選擇。目前我國電廠的污染物控制還處在除塵脫硫階段，但是國外脫氮技術的研究應用已經迅速展開。

2 國內外聯合脫除新工藝

多污染物聯合脫除技術與先前的單污染物控制技術相比，除了自身采用新的技術工藝而達到的高效脫除效率外，還具有投資費用低、占地面積小、技術改造相對容易，自動化程度高等優點，能夠達到日趨嚴格的環保排放標準。以下介紹幾種國內外脫除多污染物的新工藝。

2.1 活性炭吸附和電再生技術（ECO）

活性炭吸附是一種廣為使用的環境治理技術, 活性炭再生問題一直是該技術發展的關鍵, 一種新興的使用電再生活性炭的技術正逐步興起, 可以極大地減少活性炭再生費用。

2.2 高級氧化工藝（AOPs）

上個世紀90 年代， 此技術被廣泛應用于水處理過程。發展到現在，AOPs 涵蓋的范圍很廣，包含多種技術。其共同的特點是可以產生高活性自由基以促進氧化反應的進行。基于臭氧技術、紫外線技術和過氧化氫技術的多種工藝已經發展成熟并已投入商業運行。一種較為新型的技術就是使用摻Nb 或Ta 的TiO2 電極， 電解產生高活性自由基，達到電化學氧化去除污染物的目的。

2.3 電容性除鹽技術

此技術使用碳纖維電滲析方法去除水中的溶解固體，可用于給水的除鹽以及含鹽廢水的排放和治理等， 具有很好的發展前景。

2.4 臭氧技術

一種較為新興的技術就是將臭氧（ O3） 應用于煙氣中 NOx 的脫除, 其原理是應用電解的方法產生O3，O3 將NO 和 NO2 氧化為N2O5，此物質極易溶于水，可用一個洗滌器洗滌脫除[4]。

多污染物控制技術由于其特點而具有很大的工業化優勢,逐步成熟，其應用范圍逐步擴大，已經廣泛深入到工業生產、科學研究等各個方面。比如ECO 技術，通過電催化氧化使煙氣中污染物易于脫除，而且可以實現多污染物一體化去除，是煙氣污染治理的發展方向，深入地研究和開發多污染物控制技術對電力環境保護具有重要意義。我國的研究起步較晚，但是發展較快，盡快地開發出性能和成本在當前和今后一段時間都能被人們接受的多污染物控制技術， 并投資運行多個使用新技術的工業示范工程，對我國電力環保技術的發展具有很大的促進作用。

3 改進濕式石灰石-石膏法脫除多污染物的研究

目前的主流脫硫技術是濕式石灰石-石膏法，該工藝僅能實現硫氧化物的脫除，而不能脫除一氧化氮，關鍵在于一氧化氮難溶于水，因此一氧化氮的氧化轉化至關重要。對于重金屬汞也類似。采用電環境技術，在存在某些催化劑的條件下，可以在液相產生臭氧或羥基自由基，從而實現還原態煙氣污染物的氧化轉化，隨后在傳統的濕式石灰石-石膏法吸收塔中進行多污染物的一體化去除。

針對我國在煙氣脫硫技術和設備方面存在的問題，為了深入地研究煙氣脫硫技術和設備的國產化， 加強電廠煙氣一體化脫除技術，克服煙氣單一化脫硫，深入研究煙氣脫硫技術中的制約因素， 縮短我國在火電廠多污染物控制技術設備與國外的差距， 電力部門在濕法煙氣多污染物控制方面做了大量研究工作和可行性實驗， 以下就是在其研究的基礎上，本人提出的一點對濕式石灰石-石膏法脫除多污染物的改進方法。

3.1 技術原理

該技術主要針對濕式石灰石-石膏法在多污染物控制方面的不足， 利用電化學原理， 改進石灰石漿液的氧化特性，從而達到同時脫除煙氣中的SO2 及NOx 的目的，且有望脫除一些重金屬元素，如汞等。

石灰石-石膏法中，其脫硫原理如下：

洗滌液石灰石漿與煙氣中的SO2 反應生成亞硫酸鈣和石膏。為了實現將反應產物完全轉化，需將氧化用的空氣通入到持液槽中，將亞硫酸鈣氧化為硫酸鈣。

本實驗中，將通過使用含有高氧化性物質的水制取的氧化性漿液，替代濕式石灰石-石膏法中的強制氧化系統。其化學過程如下（ 化學方程式中(g)代表氣體；(aq)代表離子） ：

洗滌液石灰石漿與煙氣中的SO2 反應生成亞硫酸鈣和石膏。為了實現將反應產物完全轉化為石膏，需將氧化用的空氣通入到持液槽中，將亞硫酸鈣氧化為硫酸鈣，化學過程如下：

本實驗中涉及的濕式石灰石-石膏法中的強制氧化系統，即可省去過程（ 2） 的試驗。此含有強氧化性物質的水通過電化學的方法制取：即利用電解的方法，在水中產生具有強氧化性的·OH 等自由基，用以氧化煙氣中的SO2 及NO，其化學過程如下：

3.2 可行性實驗

（ 1） 實驗原理：該實驗通過自制的電解槽對水進行電解，產生羥基等自由基，從而氧化模擬煙氣中的SO2 和NO。

金屬氧化物[5]制作的二維穩定陽極（ Dimensionally Stablized Anodes ,簡稱DSA） 對有機物電解氧化研究表明，當電極和廢水接觸時，將發生所謂“ 表面羥基化”過程，其表面被一層羥基基團覆蓋, 金屬離子電負性的高低使電極表面呈現不同的酸堿性。表征電極表面酸堿性的參數是零電點 pH（ Point of Zero Charge pH ,簡稱PZC pH） ，大多數二維穩定陽極的PZC pH 在5～6.5。在pH 為11. 0 時，電極表面荷負電，OH-大量吸附在雙電層的緊密層內。由于金屬氧化物電極本身是強烈親水的, 所以當電解時，H2O 和OH-將發生下列電極反應： H2O + 2e → 2gOH + 2H+； OH- - e → gOH 。

（ 2） 實驗器材：自制電解槽；鈦基涂二氧化鈦/二氧化釕陽極（ Ti/TiO2-RuO2） ；石墨陰極（ 陰陽極均采用平板式） ；鼓泡反應器；模擬煙氣裝置；煙氣分析儀；尾氣處理裝置。

（ 3） 實驗裝置（ 如圖2 所示） 。

（ 4） 實驗過程：預先測定模擬煙氣中污染物的含量，對水進行電解，一定時間后注入鼓泡反應器，通入模擬煙氣，測定氧化后模擬煙氣中污染物含量，然后做定量分析。

3.3 電解氧化與強制氧化工藝的比較

強制氧化是在脫硫塔底部的持液槽中充入氧化空氣。在強制氧化工藝中， 吸收漿液中的HSO3 -幾乎全部被持液槽底部充入的空氣強制氧化成SO4 -，脫硫產物主要為石膏，對NO 幾乎沒有處理。

本文提出的電解羥基氧化工藝不論是在脫硫脫氮效率還是在系統運行的經濟性等方面均比強制氧化工藝更優越。其優越性表現在以下幾個方面：

①可脫除煙氣中的NO，產物由于含氨，可合成肥料； ②可控制pH 值，減小石膏引起的結垢和堵塞； ③對重金屬有一定的脫除效率； ④其產物經濟效益高，綜合費用低于強制氧化工藝。

本文提出的電解羥基氧化工藝可以一體化脫除SO2、 NOx，以及重金屬；由于主要試劑為水，取用方便，設備投資率不高，運行成本較低；副產品豐富，可用作化肥；直接在石灰石制備系統加一個電解槽，技術較簡單。同時因為羥基自由基氧化性比一般氧化劑強， 脫除效率高， 所以無二次污染，設備運行穩定性好。

3.4 技術展望

隨著經濟的發展環境問題日益突出， 尤其是燃煤電站所造成的大氣污染。對燃煤電站所產生的煙氣進行治理已經刻不容緩，煙氣脫硫脫硝已經成為一個熱點，本改進方案具有較強的氧化能力和良好的催化氧化活性, 其良好的可加工性能使之更具有可操作性。由于其在脫硫的同時能夠同時脫除NOx ，PAHs 重金屬以及其他的污染物，因此在不遠的將來，隨著對電廠煙氣污染物排放標準的提高，必將得到廣泛使用。

4 經濟性分析

經濟評估的主要指標包括：投資及運行費用、能耗、占地面積等。對于上述的幾種新的聯合脫除工藝，在上節的論述中已經分別對其經濟性進行了相關說明， 這里再簡單以原有的脫硫技術和本文提出的改進技術為例進行技術分析，通過對國外有關資料的研究分析可以看出，由于方法的不同，會使增加的費用差異很大。

在石灰石-石膏濕法煙氣脫硫裝置中最主要的系統是煙風系統和吸收塔系統。脫硫系統的煙氣系統，一般包括煙氣接入部分(即脫硫風機入口):風機出口到GGH 入口部分： GGH 出口到吸收塔入口部分； 吸收塔出口到GGH 入口部分；GGH 出口到排出煙筒或冷卻塔部分；旁路煙道。吸收塔是系統中最重要的設備之一，其作用是，作為煙道的一部分提供煙氣通道;作為吸收容器，所有的吸收反應均在吸收塔內完成。吸收塔自下而上大體可分為3 個區： 吸收塔漿液池、洗滌區、氣體區。而本裝置在其吸收塔漿液池的石灰石制備系統旁加了1 個電解槽，免去了強制氧化裝置，所以在使用時的投資費用要低于安裝新式的濕法煙氣脫硫裝置；而在使用原有脫硫裝置時，由于其能一體化脫除污染物，不用二次過濾，而且其含氮產物可以制作合成肥料，產生經濟效益，其綜合花費也明顯低于濕法煙氣脫硫。因此可以看出此改進裝置集除塵、脫硫脫氮和重金屬脫除為一體，而且有非常高的效率， 當我們在考慮它的造價高時也應從另一個角度來看它的優勢。

而上述改進的濕式石灰石-石膏法一體化脫除多污染物裝置二者兼顧，有廣闊的發展前景。  

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