脉冲电晕放电下用焦化废水脱硫的研究_邵瑰玮

脉冲电晕放电下用焦化废水脱硫的研究＊邵瑰玮李劲(华中科技大学电气与电子工程学院,武汉430074)王万林李胜利(华中科技大学环境工程系,武汉430074)摘要在脉冲电晕放电条件下用武汉钢铁厂的炼焦废水进行了烟气脱硫实验。研究表明焦化废水具有良好的脱硫能力,实验中超过85%的SO2被脱除,脉冲电晕的引入使出口处SO2的含量进一步降低。在脱除烟气中SO2的同时,脉冲电晕放电使焦化废水中油和酚的含量极大的减少,并使超过99%的氰化物被除去,这对解决焦化废水的生化处理中的好氧微生物失活问题有重要意义,有利于降低焦化废水的生化处理的难度,并可达到以废治废的目的。该研究为钢铁企业的烟气脱硫和焦化废水处理提供一种新思路。关键词脉冲电晕放电烟气脱硫焦化废水＊国家自然科学基金重点资助项目:502370101前言近年来,脉冲电晕加氨烟气脱硫技术作为众多脱硫法中最有前途的一种而被广泛的研究[1]。这些研究结果显示,当氨作为添加剂引入烟气中时,SO2是容易被脱除的[2,3]。但是,由于该方法在脱硫过程中要消耗大量的氨,这就必须在脱硫现场附近建立氨厂或提供稳定安全的氨输送渠道,这将使脱硫的成本大大提高;此外,加入的氨必须在反应器内被完全消耗掉,否则任何未反应掉的氨都将引起新的大气污染[1,2,4,5]。国内外一些研究者在减少非平衡等离子体烟气脱硫过程中氨的消耗和出口烟气中氨泄漏量方面作了大量工作,但这些都没有根本解决上面提到的问题[6]。另一方面,有资料表明钢铁厂炼焦工艺中产生的焦化废水中含有大量的挥发氨、氰化物、酚类化合物和别的有毒物质,这对于接受这种废水排放的水体来说会造成严重的污染。虽然活性污泥法被广泛的用于焦化废水的处理,但氰化物、酚类化合物是难以被活性污泥法除去的,处理后的焦化外排废水中氰化物和氨氮等污染物含量往往有超标现象。进而,当废水中的酚及氰化物(特别是后者)的浓度过高时,会引起活性污泥中的好氧微生物的休克甚至死亡,因而影响废水的处理效果并且增加处理的难度[7～9]。由于焦化废水中含有大量可挥发性氨,因而该废水可用于脉冲电晕放电烟气脱硫的添加剂,这样就可避免为了提供稳定的氨供应源而花费的巨大投资。另一方面,脉冲电晕放电是一种有巨大潜力、可被用于从废水中脱除有机物和细菌灭活的新技术[10～13],当使用焦化废水作为脉冲电晕放电脱硫的添加剂时,在脱硫的过程中焦化废水中含有的某些污染物也可能被降解,使焦化废水的环境毒性降低。针对武汉某钢铁厂炼焦废水和模拟烟气用脉冲电晕放电进行了综合处理,在获得超过85%脱硫率的同时,使焦化废水中的氰化物和酚的含量极大的降低,提高了焦化废水的可生化降解性。该方法可能为钢铁企业的烟气脱硫和焦化废水处理提供了一种新思路。2实验装置图1是试验装置图。电极结构为不锈钢线-线(0.5mm直径)电极,通过绝缘支架固定在反应器内。电极尺寸为900mm×700mm×850mm。图1实验装置图焦化废水从反应器顶部的喷头喷入反应器中,在经过放电脱硫区后由水槽收集。模拟烟气(由空气和SO2组成)在混和均匀并加热到所需温度后进入反应器。烟气流量由微压测量计(QY-200)测量,实验中流量范围控制在430Nm3h左右。此流量下气体停留时间约为6.8s。根据武钢烟气中实验SO2含量,实验中SO2的含量控制在510±20(×10-6)左右。43环境工程2004年4月第22卷第2期DOI:10.13205/j.hjgc.2004.02.014电压波形由数字示波器(Tektronix,TDS340)和分压器(分压比5143.46)测量。脉冲电压波形见图2。脉冲电压上升时间大约为20ns,脉冲重复频率50Hz。图2电压波形由于水雾的存在,电极间隙的击穿电压比干燥空气下的降低较多。为避免击穿次数过多而影响处理效率,根据经验,目前试验中所加电压调至使击穿发生次数约在7次min左右。在试验中,反应器被加热到所需温度并保持恒温。焦化废水从水槽1中经泵2喷入反应器中,并由水槽2收集;当水槽1中的焦化废水喷完后,停止泵2,启动泵1,将焦化废水从水槽2中转移至水槽1中,完成1个循环,这个过程称为焦化废水被循环处理了1次。每次循环中,焦化废水在放电区停留时间约为0.7s。3实验结果与讨论3.1出口处SO2含量与水流量关系在模拟烟气流量436Nm3h,温度为20℃;焦化废水初始氨氮含量1118mgL;自来水和焦化废水的温度分别为6.3和9.8℃时,反应器出口处SO2含量分别与焦化废水流量和自来水流量的关系见图3。图3出口处SO2含量与水流量关系由图3可看出,在使用自来水时,由于自来水的溶解和吸收作用,反应器出口处SO2含量只是略有降低。但在使用焦化废水时,类似于传统的石灰石湿法烟气脱硫,SO2被碱性的焦化废水吸收而被脱除。当SO2含量481×10-6,焦化废水流量