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关键词:生物净化 有机废气 应用 研究进展
中图分类号:TQ9 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)12(b)-0144-02
工业生产常常会产生大量的有机废气,如不能进行对其进行有效地控制与治理,这些气体必将严重的危害人类的生存环境和健康状况,因此大力开展有机废气的综合治理技术研究已经成为当代世界亟待解决的问题之一。
目前,有机废气的主要治理方法包括吸收法、吸附法、催化转化法等。尽管上述方法具有一定的实操性,然而能耗高等问题也制约着这些方法的应用程度。
生物净化有机废气技术是近年来发展起来的一项用于净化低浓度有机废气的新型技术。经国外众多研究表明,该技术实操性较强,且成本较低,因此是未来用于净化低浓度有机废气的重要方法之一。
为了进一步推动该技术于我国的研究进程,笔者以下将从发展过程、工艺原理、基础理论研究、主要设备及其特点、填料的选择、菌种驯化、工程应用等方面对该技术的研究进展进行综述,此外,还将分析说明其发展中存在的问题,并提出一些建议。
1 生物净化废气技术的发展历程
生物净化有机废气技术的研究始于20世纪50年代,快速发展于80~90年代。德国和荷兰是世界上首批较大规模的应用此项技术用于处理有机废气的国家[1]。日本、美国等地也已广泛开展了该技术的工程应用,而我国对于该技术的研究还很欠缺。
2 生物净化有机废气技术理论研究进展
生物法净化有机废气的实质即利用微生物的生命活动,将废气中的有机组分降解、转化为简单的无机物(CO2、H2O)及细胞质等其它物质。具体而言,在微生物的生长过程中,需要消化吸收碳、氮、磷、氧等营养组分。生物净化法便是通过向生物反应器中投加除待处理废气所含营养物质(即污染物质)以外的营养成分,从而保证微生物主动获取待处理废气中所含的那部分污染物质作为机体生存的营养成分,最终达到去除废气中污染物质的目的。
至今为止,对于生物净化有机废气技术的机理研究,学者们还未形成统一理论。目前,世界上公认影响较大的即荷兰学者奥滕格拉夫(Ottengraf)依据传统的气体吸收双膜理论所提出的生物膜理论(也可定义为“吸收—生物膜”理论)[2]。
3 主要净化装置及特点
目前,国内外主要有机废气生物净化装置包括生物过滤器(biofilter)、生物滴滤器(biotrickling filter/trickling)、生物洗刷塔(bioscrubber)等。其中应用最广泛的是生物滴滤池和滴滤塔。
3.1 生物过滤器
生物过滤器内的固态介质一般使用土壤、堆肥、木屑等。其优点在于:设备少,操作简单,成本低廉(其投资成本约为传统处理技术,如吸附、吸收氧化等技术的1/10),处理效率高等;其缺点在于:反应条件较难控制,占地面积较大,处理效率不够持续稳定、载体使用周期短等,且该工艺不适于处理较高浓度的废气和产酸废气。
3.2 生物滴滤器
在生物滴滤池中,微生物附着于惰性填料的表面并形成生物膜。有机废气从塔底进入反应器后,其中的有机物质则通过微生物的分解、代谢后转化为小分子无机物质,净化后的气体从塔顶排出。其优点在于:设备少、操作简单、压降低、填料不易堵塞、处理效率高等。与生物过滤器相比,生物滴滤法的反应条件更易控制,因而微生物的活性更容易保持。其不足在于:填料比表面较小,运行成本较高,不适于处理水溶性差的化合物,此外结构和操作均比生物过滤器复杂,同时,营养物添加过量还易造成菌体大量繁殖,床层堵塞、压降升高。为此,A.Laurenzis等人[3]在传统的生物滴滤器中安装搅拌装置,以克服这一问题。生物滴滤器的介质可以采用陶瓷、塑料、粗碎石、陶瓷、活性炭、硅藻土等。
3.3 生物洗涤器
生物洗涤器一般是由洗涤器和生物反应器两部分组成,洗涤器主要是物理溶解过程,生物反应器中一般采用好氧处理。该工艺有很多优点,如反应条件容易控制,压降低,填料不易堵塞等;而缺点在于:设备多,需外加营养物,成本较高,填料比表面积小,对液相中菌体生长活动的控制比较困难,限制难溶气体的处理效率等。因此生物洗涤器远不如前两者应用广泛。
3.4 小结
不同成分、浓度及气量的气态污染物,各有其有效的生物净化系统。生物涤气塔适用于处理净化废气量较小、污染物质浓度大、易溶解、生物代谢较慢的废气。对于气量大、浓度低的废气可采用生物滤池处理系统。而负荷较高及污染物降解后会生成酸性物质的,则以生物滴滤池为好。膜反应器和活性污泥法目前使用还比较少,有待进一步的研究。
4 填料的选择
填料是微生物的载体,其性能将直接影响微生物的生长环境,因此国内外研究者对此作了大量研究。
魏在山[4]等人采用不锈钢环、瓷环、陶粒、塑料环、海藻石、轻质陶块、煤渣等作为填料的试验研究,结果表明这七种填料的净化性能顺序为:海藻石>轻质陶块>陶粒>瓷环>不锈钢环>煤渣>塑料环。
孙珮石[5]等对轻质陶块、瓷环、不锈钢环、塑料环4种填料进行实验室选择研究。结果表明:轻质陶块是一种优质廉价的生物滴滤池适宜填料。
Woertz[6]等对聚氨酯泡沫塑料和珍珠岩作填料的性能进行了研究。结果以聚氨酯泡沫塑料为填料的生物滤池取得了更好的处理效果,这种填料同样可以应用于生物滴滤池。
5 菌种驯化
在以往的生物净化有机废气技术研究中,一般采用废水处理所使用的菌群经目标污染物培育驯化后,直接用于有机废气的净化处理,但往往难以达到预期的净化效果,因此培育驯化废气净化专用菌种尤其重要。
陈建孟[7]等人采用假细胞杆菌属GD11菌株对生物滴滤池接种挂膜,成膜后的滴滤池可用来净化二氯甲烷废气,其去除率达97.6%,最适宜的pH值7.0±0.5,温度28.5±2℃,浓度为0.709 g/m3,EBRT为11.8 s。
孙珮石[8]等人用气相培育驯化法培养获得废气净化专用菌种,由其挂膜制作的生物膜填料塔对废气中甲苯进行净化。实验结果表明,气相培养法所得菌种对甲苯的净化性能明显优于液相培养法所得菌种。
6 现存问题及建议
生物净化有机废气技术作为一项清洁、廉价的环境友好型技术在国外已经有近40年的应用历史,但在国内却仍处于起步阶段,且对于各种废气的生物法处理研究发展也很不平衡(目前该技术研究应用大多为含氮、硫的无机气体,对有机气体的实际应用还很少报道)。基于此,笔者建议在以下几个方面进一步深化、拓展有机废气生物净化技术的研究。
(1)目前生物净化废气技术还只适用于低浓度的简单废气,且该技术的研究也大多集中于无机废气领域,对有机废气领域的研究还十分不足,因此建议进一步加强对前人研究较少或没有研究过的对象的研究,同时注重有机混合物及挥发性有机物的研究。总之,应加宽生物处理废气的应用范围。
(2)尽管国内外学者已经在填料方面做了很多研究,但针对废气治理领域的最佳填料还有待探索,因此建议加强重视对不同填料的性能的研究,提高填料的表面性质及其使用寿命。
(3)加强与其它优秀处理技术的结合,同时不断改进设备结构,研究工艺条件,提高废水中污染物的去除效率。开展新型生物反应器处理有机废气过程的局部性能研究,从微观、局部、瞬态角度,从实验、理论及数值模拟三方面揭示生物反应器中局部流体力学、传质及生化反应性能参数的分布规律,为过程模拟优化设计、操作与控制及工程放大提供依据。
(4)对新型高效生物反应器净化有机废气开展中试及工业级试验研究,使其成为新型、高效、经济、实用的有机废气净化新设备、新工艺和新技术。
(5)建议将生物工程技术(如激光诱变技术、基因重组技术、代谢工程、细胞固定化技术等)应用于有机废气处理中,通过传统技术和现代生物技术的结合,开展高效优势微生物菌种的分离筛选以获得高效降解废气中污染物的微生物菌种。
(6)遗传育种、驯化培养及其载体固定化技术研究,适合于特定有机物降解的细菌种类和接种方法有待研究。
尽管经过近20年的发展,以生物过滤器为代表的有机废气生物净化技术已得到了一定程度的工业化应用,但目前各种有机废气生物净化技术仍不同程度地存在不足,有待完善。不过,随着生物工程技术的迅猛发展,化学工程与环境工程学科的进一步交叉、渗透、融合,有机废气生物净化技术必将不断注入新的活力,更好的应用于各个领域。
参考文献
[1] 魏在山,孙珮石,黄若华.生化法净化工业有机废气的研究[J].环境科学动态,2001(1):21-23.
[2] Diks R M M,Ottengraf S P P.Verification studies of a simplified model for the removal of dichloromethane from waste gases using a biological trickling filter.Bioprocess Engineering, 1991,6(3):93-99.
[3] Hantmans,STrarnperJ.Dirchhloromethane removal from waste gases with a trickle-bed bilreactor[J].Bioprocess Engin,1991(6):83-92
[4] 魏在山,孙珮石,黄若华,等.生物法净化低浓度有机废气的填料选择研究[J].重庆环境科学,2001,23(2):40-42.
[5] 孙珮石,黄兵,黄若华,等.生物膜填料塔净化工业废气用填料的研究[J].化工环保,2002,22(4):195—198.
[6] 李云路,李建军,孙国萍.生物滴滤池中废气有机物的生物降解[J].微生物学通报,2005,32(2):119-123.
不仅如此,继续参观可以发现,几乎每个展馆里,都有那么几家做绿色印刷、VOCs治理的展商,可见VOCs污染问题已经在印刷行业中引起了强烈的反响,下面就来列举其中几家。
废气处理专家,打造高效、专业的废气处理系统
此次参展的废气处理系统中,印象最深刻的当属埃尔博工业设备(北京)有限公司,埃尔博工业设备在德国废气治理行业有近10年的经验,总部位于西德威斯特法伦州贝肯姆市,亚太区总部位于北京,在国内废气治理有近50套成熟的案例。此次在展会上重点展出的是ZeolTM沸石浓缩转轮系统,ZeolTM沸石晶体极具特点的分子结构,是目前世界上唯一可以专门用于处理VOCs分子的一种可反复再生吸附晶体。作为德国和美国的国家级专利设备,曾经禁止出口。该系统将待处理(含VOCs的空气)空气经过沸石轮转后,气流中的VOCs被疏水沸石全部吸附。随后洁净的空气通过转轮直接排放到大气中。ZeolTM转轮不停旋转,将吸附的VOCs转到脱附区域。在脱附区域内,吸附在沸石轮转系统的VOCs被一股加热的气流脱附,这股气流占总处理风量的5%~10%。之后,已脱附的转轮转回处理区域。通常情况下,浓缩的VOCs会被传输到氧化燃烧系统,VOCs将会被分解成水蒸气及二氧化碳。VOCs燃烧是高能量被再次用于氧化(燃烧)的过程,从而进一步减少了所需燃料。
另外,还有上海特朋节能设备股份有限公司,该公司主要从事节能型热风干燥机和有机废气处理系统的研发,本次在展会上主要展出的是阀门式旋转型RTO有机废气处理系统,该系统VOCs处理效率高达99%~99.5%,可以持续保持处理效率,旋转阀自身维修保养简单,即使部分阀门出现故障也可以继续运行。
深度调研、多方合作,研发国内先进污水处理系统
西安海焱机械有限公司采用现代化科学技术,专业从事油墨废水循环过滤设备的研发制造,通过和国内高校、研究院的专业团队合作,历时两年整合国内外各种先进污水处理工艺,结合水性油墨高色度与高COD的特点,研发出一整套针对印刷包装行业的柔性版印刷机、水墨印刷机等领域的HY系列数字智能化水性油墨废水处理回收再利用设备。此次展会重点展出的也是该系列设备,该设备采用中空纤维纳米膜和特殊反渗透膜对废水进行过滤,可以消除传统污水处理方法中无法完全消除的微量溶解性污染物,且无须添加昂贵的化学药剂、添加剂,取代了厌氧池、综合池等工艺装置,投资费用少,运行费用低,占地面积小。
北京华创朗润环境科技有限公司坐落于中关村高科技园区内,是一家专注于节能环境领域的国家级高新技术企业,是中国环境产业协会理事和废气净化专业委员会成员、中化工环保协会会员,拥有很多自己的专利技术和产品,此次重点展出的HWAD系列卧式轮转VOCs吸附净化装置就是其中一项,HWAD系列卧式轮转以颗粒态疏水型分子筛为主要吸附介质,具有吸附容量大、运行费用低等显著特点,适用于大风量、低浓度的VOCs净化领域,尤其在湿度大、含尘高的应用场合具有更大的技术优势。
另外,北京金色梧桐环保设备有限公司此次也展出了优秀的污水处理系统――GS-CLEAN智能显影液固化装置和GS-VOCs达标排放装置,GS-CLEAN智能显影液固化装置是国内首款能100%将在制版过程中产生的显影废液处理成中性固体废渣和清水的处理装置,区别于目前市面上以浓缩废液来减少废液数量的处理方式,具有单次处理废液量大、处理过程无二次污染、节能降耗等优势,最终产物无污染――固废为中性盐及有机物,对土壤没有破坏,清水可直接达标排放等特点。GS-VOCs达标排放装置是针对以胶印生产企业为代表的“低浓度、大风量”挥发性有机物的降解而研发的,能高效去除挥发性有机物(VOCs)、无机物、氨气等主要污染物,以及各种异味,效率最高可达99%以上。只需要设置相应的排风管道和排风动力,使工业废气通过本设备进行分解净化,无须添加任何物质参与化学反应。每天可24小时连续工作,运行稳定可靠。运行成本低,无须专人管理和日常维护,只需作定期检查,本设备能耗低,设备风阻极低,可节约大量排风动力能耗。
绿色环保型材料,夯实绿色印刷基础
北京雄鹰彩虹环保新材料科技有限公司,是北京市唯一专注于环保凹印油墨及特种油墨研发与生产的科技创新型企业。此次展出的是该公司自主研发的雄鹰SF(赛复)水性凹版塑料复合油墨,该产品以特殊水性树脂作连结料和去离子水作稀释溶剂,环保、安全、无毒、卫生,从印刷工序源头上大幅减少了VOCs产生于排放,改善了工人生产环境,降低了安全风险系数,且比溶剂型油墨综合成本低,是塑料印刷绿色化的首选油墨。
上海康达化工新材料股份有限公司是一家主要做胶黏剂和化工助剂的公司,在本次展会上,主要展出了聚氨酯胶、环氧树脂胶、丙烯酸酯胶、有机硅胶、PUR热熔胶等 300多种规格型号的胶黏剂。其中,康达新材生产的环保型无溶剂聚氨酯覆膜胶从2017年以来,申请了多项发明专利,产品广泛应用于包装复合行业,已经在全国各地及国外市场很多知名包装企业中批量使用,在行业应用中取得了客户的一致好评。
绿色加工设备,根治污染源头
关键词:有机废气;治理技术
中图分类号: C35 文献标识码: A
引言:大气环境的污染是我国目前最突出的环境问题之一,工业生产是大气污染的一个重要来源,这些废气通过人的呼吸道或者是皮肤进入人体,给我们的身体带来了极大的损害并且还极有可能成为永久性的病源存在于我们的身体中,当积累一段时间后发生巨大的疾病。特别是有害气体中的苯并芘类多环芳烃还有可能引发癌症。现今的化工领域以及塑料制品厂当中含有的具有毒性的有机废气较多,并且这些废气并没有经过有效处理就进入大气中,造成空气的污染,影响空气的质量和人们的健康状况。目前,我国具有了一定的有机废气处理技术。笔者从有机废气的构成以及特点出发就有机废气的处理方法提出了自己见解。
1、概述
有机废气是指碳烃化合物、苯、醇类、酮类、酚类、醛类、醋类、胺类、睛氰等有机化合物。这些化合物对我们生活、工作的环境均产生危害。有机废气治理是指用多种技术措施,通过不同途径减少石油损耗、减少有机溶剂用量或排气净化以消除有机废气污染。有机废气污染源分布广泛,为防止污染,除减少石油损耗、减少有机溶剂用量以减少有机废气的产生和排放外,排气净化是目前切实可行的治理途径。
2、有机废气的来源
有机废气主要来源于石油和化工行业生产过程中排放的废气,特点是数量较大,有机物含量波动性大、可燃、有一定毒性,有的还有恶臭,而氯氟烃的排放还会引起臭氧层的破坏。石油和化工工厂、存放设施;印刷及其他与石油和化工有关的行业;使用石油、石油化工产品、化工产品的场合和燃烧设备;以石油产品为燃料的各种交通工具都是产生有机废气的源头。有机废气的来源和污染途径见表1。
3、有机废气对人体的危害
有机废气对人体的危害是多方面的,不同行业有机物废气的毒性也是各不相同的 ,其中工业废气中常见的部分有机废气对人体的危害情况见表 2。
4、有机废气的处理方法
4.1光分解法
光分解有机废气的形式主要有以下两个方面:
一是利用光照进行分解有机废气,当光照的波长达到了一定的时候,有机废气都得到分解。
二是用我们的催化剂通过光照的形式进行有机废气的分解。据了解,当我们的有机氯化物和氟氯烃如果在185mm的紫外线照射下,这两种有害物质就能够在很短的时间内进行分解,这是一种运用光分解的方法。如果我们加入了卤代物将会对有机废气的分解更加快。同时,三氯乙烯能够在几秒钟的时间内得到分解,并分解成氧气、氟气等。但是我们的光分解常常也会产生一些中间物质,但是这些中间物质往往能够通过我们的氢氧化钠溶液进行处理或者也可以采用延长我们光的照射时间进行处理。
三是运用光催化降解也是我们可以长期运用的一定光分解技术,这种技术是通过我们的紫外线对TiO2进行照射激活,使我们的H2O生成为我们的OH自由基,然后这些自由基就会将有机废气化解为CO2和H2O。
4.2吸附法
吸附技术是利用某些具有吸附能力的物质如活性炭、分子筛、硅胶、多孔粘土矿石、高聚物吸附树脂等吸附剂,吸附有害物质而达到消除污染的目的。吸附技术几乎适用于所有气相污染物,一般用于处理低中浓度的气相污染物。
4.2.1直接吸附法
通过活性炭进行直接吸附对有机废气的吸附力度十分大,通过活性炭吸附可以说能够达到96%以上的吸附率,并且这种方法简单,投资较小。但由于直接吸附法所采用的活性炭饱和后一般都不能够再生,因此要保证活性炭的吸附效果,必须要及时更换活性炭。于是更换活性炭也会存在二次污染等问题,并且更换的活性炭较多,运费较高。
4.2.2吸附―再生法(recovery)
该法利用纤维活性炭或颗粒活性炭等吸附剂吸附有机废气,接近饱和后用过热蒸汽反吹活性炭进行脱附再生,水蒸气与脱附出来的“三苯”气体经冷凝、分离,可回收“三苯”液体。本法的优点是:脱附速度快,冷凝吸附的效果十分好,但是也有如下几个方面的缺点:
一是要求我们必须具有一定的蒸汽。
二是这种方法腐蚀性高,容易腐蚀机器。
三是如果有机废气可溶,我们的回收液需要进行二次分离。
四是我们活性炭当中残留的水分将会影响我们后面的吸附效果,因此我们还必须对残留的水分弄干,在进行第二次的吸附,这样成本就比较高见图1。
该工艺适用于中高浓度,中小风量,有回收价值的废气治理,目前国内工艺技术仍有待于提高。对于本方案中较大风量、较低浓度的混合有机废气,运行成本高、回收价值小,不宜选用该工艺。
图1 吸附-再生-溶剂回收工艺
4.2.3吸附―催化氧化
这种方法就是运用我们的新型活性炭对那些浓度较低的有机废气进行吸附,然后吸附达到了一定的饱和度后在运用我们的热空气进行加热活性炭,让吸附进来的“三苯”等废气彻底的脱离出来,最后进入我们的催化燃烧床进行所谓的无焰燃烧达到净化处理的目的,我们也可以将我们的热气体进行循环使用和回收使用。这种方法是把我们低浓度的有机废气通过我们的活性炭浓缩成高浓度的有机废气,最后在将其燃烧进行彻底净化。这种方法的优点是把各个吸附方法进行了结合使用,解决了治理浓度较低、大风量等有机废气的问题,缺点是没有了吸附法和催化剂法的优点,这种方法的运用十分广泛,在国内属于比较成熟的方法。有机废气中的杂质较多,并且这些杂质容易引起催化剂的中毒,杂质中的磷、铅、锡、汞等都极有可能引起催化剂中毒。我们在运用催化剂的时候可以加上一定的载体,这样不但可以节省催化剂还能够增大催化剂的使用面积,让催化剂减少烧结,使催化剂的稳定性得到提高。一般我们常用的催化剂的载体有石棉、陶土、活性炭等物质,特别是陶瓷载体应用较广。
4.3生物法
该法实质上是通过微生物的代谢活动将复杂的有机物转变为简单、无毒的无机物和其它细胞质。经历的步骤如下:
一是有机物首先由气膜扩散至液膜,跟水相进行接触,并溶解于其中。
二是液膜和生物膜之间存在浓度差,在此推动力的作用下,有机物扩散至生物膜,进而被微生物捕获并加以吸收。
三是微生物自身进行活动,可以将进入的有机污染物当做营养物质和能量来源进行分解,经过复杂的生化反应。有机物最终变为无害的CO2和H2O等无机物。
生物净化就是我们通常所说的一种氧化的过程:生物净化依附在活性微生物以及潮湿介质上的有机物质作为我们生命的能源进行及时的转化,它一般将其转化为无机物(CO2、H2O)或者是我们常见的细胞物质。现阶段的生物净化的工艺主要包括三种:生物过滤法、生物滴滤床和生物洗涤床。
结语:要提高有机废气的治理技术,应该加强有机废气传统处理技术改进,增强处理效率,并节约成本,对于新发展技术,也应加强研究,尽快在工业上推广应用,对于有机废气成分复杂的,可运用联合工艺或者综合处理技术,有效处理掉有机废气,确保生态环境的稳定持续性。
参考文献:
[1]伍建军,梁灿钦,林锦权.有机废气治理技术研究进展[J].东莞理工学院学报,2012,01:61-65.
[2]黄炯.低温等离子体催化降解有机废气的应用前景研究[J].科技与企业,2012,08:184.
[3]小希.有机废气治理有新招[J].环境,2012,06:21-23.
[4].我国有机废气治理行业2011年发展综述[J].中国环保产业,2012,09:33-37+42.
关键词:液体推进剂分析化验污染治理环保
中图分类号:X324文献标识码: A
1、引言
近年来我国航天事业蓬勃发展,成功发射系列火箭、神州系列载人航天器,巩固了我们航天大国地位,为人类探索宇宙的奥秘、进一步开发太空资源奠定坚实基础[1]。液体推进剂作为航天发射的动力源泉,其质量是保证发射成功与否的重要条件之一,常规液体推进剂分析化验工作也就成为不可或缺的环节,治理好这一过程造成的环境污染是实现航天技术与人与自然和谐发展的重要部分。
2、常规液体推进剂分析化验中产生的主要污染及危害
常规液体推进剂分为燃烧剂和氧化剂两种,燃烧剂主要包括无水肼、肼-70、甲基肼、偏二甲肼和单推-3,氧化剂主要包括四氧化二氮和绿色四氧化二氮。在分析化验过程中会产生废气(推进剂挥发、化学试剂挥发)、废液(废推进剂、废洗液、废液体试剂、洗涤废水)和废固(废固体试剂、废弃称量纸、破损器皿)。
废气排出量并不大,但排放次数多、持续时间长,如果被忽视,日积月累也会污染环境、损害人体健康,直接排放到大气中在空气和雨水的作用下,也会成为土壤和植被的污染源。其中四氧化二氮类在大气中经过一系列化学变化、光解反应,最终分解产物以NO和O为主,这是形成光化学烟雾的基本原因,光化学烟雾的出现将引起各种疾病,对人类社会造成严重危害[2]。
推进剂分析化验过程产生的废液主要有:废酸液、废碱液、含有重金属汞(铬)的废液、废弃甲醛、废弃丙酮、废弃四氯化碳、实验器皿清洗废液等。如果不进行处理,直接由下水管道排放于地面和河流,会对河流湖泊造成污染,进而污染地下水和饮用水。其中,重金属汞可由呼吸道、消化道及皮肤直接吸收进入人体,造成积累性中毒,损害人的消化系统和神经系统,若经微生物作用则会变成毒性更大的有机汞;重金属铬对人类粘膜及皮肤有刺激和灼烧作用,如以蒸气和粉尘方式进入人体,会引起鼻中隔穿孔、肠胃疾患、白血球下降等症状,还会引起久治不愈的过敏性皮肤炎或湿疹[3]。
固体废弃物包括残留或失效的固体试剂、用过的称量纸和滤纸、化学反应残渣、破损玻璃器皿等,这些固体废弃物成分复杂,尤其是不少过期失效的化学试剂(有毒试剂、重金属试剂)被随手扔掉,就会在垃圾处理过程中对土壤、水和空气造成严重污染。
3、常规液体推进剂分析化验中污染物治理
3.1 实验过程中废气的治理
首先要求实验室有良好的通风装置,燃烧剂和氧化剂有各自专用的排风通道,由于两类推进剂挥发气体均有毒有害,所以在通风装置中要安装废气吸收装置,尽量减少直接排放到大气中的废气量。根据安全要求,少量有害气体可以直接排放到空气中,且放空管不应低于附近房顶3米。
选择科学合理的实验方法可以有效减少实验过程中产生的废气量,例如在绿色四氧化二氮铁含量分析时,可以改造实验装置,将蒸发出来的N2O4气体通过该装置排入洗气瓶中,用水吸收掉大部分气体,再将吸收废气的废水按照普通废酸溶液进行处理。
3.2实验过程中废水的治理
实验室废水的数量相对较大,应设有专门的废酸桶和废碱桶,对不含有毒害离子的稀酸和稀碱废水(浓度小于等于0.1mol・L-1),在实验时随时收集于相应的桶中,达到一定数量时相互中和并调节pH值达到6.5-8.5后,直接排入下水道。
3.3实验室废液治理
液体推进剂分析化验之后,推进剂样品会有剩余,每天可产生一定数量的废液,推进剂废液严禁排放到下水管道中。目前实验室燃料废样多采用收集后焚烧法进行销毁处理。分析化验结束后,将样品瓶贴上报废销毁标签,统一送至焚烧点进行销毁。
少量氧化剂废样也同样可以用焚烧的方法进行销毁处理。具体方法为以煤炭等燃料作为燃烧基础,将氧化剂废样喷射到燃烧火焰中心,严格控制喷射速度,使其能够完全燃烧。
3.4实验室废固治理
过期的瓶装试剂应尽量回收利用,采用如提纯、降解、送化工厂作原料等;对于一般实验废弃物,实验室应用塑料袋、纸箱等物包装,并贴上标签,注明废弃物的名称、单位、数量等,由实验室暂时存放于安全位置。对于实验后产生的有毒有害物质,以及对人体和环境可能造成严重损害或污染的废弃物,实验室首先应对其进行化学处理,然后用包装物密封包装,并贴上标签,注明废弃物的名称、剂量单位、数量等,由实验室暂时存放于安全位置[4]。不能回收利用的有毒有害试剂要经无害化或稳定化处理后,方可进入生活垃圾。
参考文献
[1] 李亚裕. 液体推进剂[M]. 中国宇航出版社, 2011.
[2] 鲁珊珊, 马北琳. 我国大气污染问题分析与探讨[J]. 河南科技, 2013(23):187-188.
关键词:金属收得率;能源化处理;循环利用;节约能源;余热利用中图分类号:G648文献标识码:B文章编号:1672-1578(2014)12-0018-011.绿色冶金新模式
冶金工程是我国国名经济的支柱产业之一,为社会的发展做出了重要贡献。然而冶金企业造成的环境污染与资源浪费也是相当严重的。由于冶金工业产生的污染物数量大、毒性强、品种多,造成的环境问题极为严重,因此对冶金工业污染的处理和对能源的合理化利用有着巨大的环境价值、经济价值和社会价值。
绿色冶金正是关于钢铁行业耗能大、能源浪费严重、污染环境严重这一事态而提出的新型的工业生产模式。汲取目前冶金行业生产钢铁时产生的弊端,我们应当改善现有的钢铁生产模式,调整生产体系,一方面,从对排放物质及能源在能源化处理、在资源化循环使用,再进一步做到尽可能小的无害化处理。另一方面,从对钢铁工业节能降耗与余热利用做起,争取走上优化结构、转变产能增长方式的科学的发展道路,向资源节约型、环境友好型的方式前进。
2.冶金工业对环境的污染及其治理措施
2.1大气污染物及其治理措施。钢铁冶炼业在其生产过程中需要消耗大量的能源,并排放大量的污染物,钢铁工业废气排放量大、污染面广,每生产1t钢要产生废气10000m?,粉尘100kg,废气中含有二氧化碳、二氧化硫及氧化铁粉尘等有害物质。排放的烟尘颗粒细,比表面积大,吸附力强,易成为吸附有害气体的载体。并且废气温度高,治理难度大。钢铁生产排出的废气虽然对环境有害,但高温烟气中的余热可通过热能回收装置转换为蒸汽或电能,可燃成分如煤气可作为燃料,净化过程收集的尘泥多数富含氧化铁,可以回收利用。
2.2水污染及其治理措施。钢厂工业用水量很大,每生产1吨钢的总耗水量为100~300t。虽然水的循环利用率已大大提高,但每吨钢需要处理的废水一般仍达50t左右,废水中带有大量有害的悬浮泥渣及溶解物质,而且温度较高,直接外排会造成热污染。废水成分较复杂、污染物多,废水水质变化大,造成废水处理难度大。水中含有酚、氰等要有毒有害物质,这种水不允许直接排放。因此必须进行处理,一般可采用石灰碳化法和石灰药剂法治理高炉煤气洗涤水,可以做到洗涤水的循环使用。高炉炼铁生产中产生大量的炉渣,处理方法通常是利用水将炽热的炉渣急冷水淬,粒化成水渣,以便作为水泥的原料加以利用。因此,采用这种节水和治理措施后可以减少炼铁厂用水量,提高废水的重复利用率,做到少排或不排废水,对于节约水资源保护环境具有重大意义。
2.3固体废物污染及其治理措施。钢铁工业固体废物是指钢铁生产过程中产生的固体、半固体或泥浆废弃物。生产消耗的原材料和燃料多,所以80%以上的消耗又以各种形式的废物排出,而且种类繁多。由于原料多为各种元素共生矿物。废物中蕴含着各种不同的有价元素,如:铁、锰、钒、铬、钼、铝等金属元素和钙、硅、硫等非金属元素。因此钢铁工业固体废物是一项可再利用的二次资源。有些固体废物稍加处理即可成为其他生产部门的宝贵原料,如高炉渣经水淬处理成为粒化高炉矿渣,是生产矿渣水泥的重要原料。尤其,含铁固体废物即是钢铁厂内部循环利用的金属资源,不仅综合利用价值高,而且减少废物外排,有利于减少污染。钢铁工业除金属铬与五氧化二钒生产过程产生的水浸出铬渣和钒渣、特殊钢厂铬合金钢生产过程中产生的电炉粉以及碳素制品厂产生的焦油、轧钢过程废水治理产生的含铬污泥等少量有毒有害废物外,其他固体废物,如尾矿、钢铁渣、含铁尘泥等,虽然量大,但基本属于一般工业固体废物。因而,比起易燃、易爆、有腐蚀性、有毒等危险固体废物更易于收集、输送、加工、处理,也便于作为二次资源加以利用。
3.节能与余热利用
3.1提高二次能源利用,实现负能炼钢。自21世纪以来,我国钢铁企业通过"三干"(干熄焦、高炉煤气干法除尘、转炉煤气干法除尘)、"系统节水"、"发电"等措施,逐步进入到全面深入地充分开发钢铁制造流程的"能源转换功能"时期。同时,要积极开发新型节能技术,努力将现有技术条件下无法回收利用的二次能源运用新技术加以回收利用,实现负能炼钢。
3.2装备的大型化,减少总体节能差距。在钢铁企业中,长期存在着大型装备与小型设备节能减排效果的巨大差异。小型设备环保设施缺乏,导致粉尘、二氧化硫等污染物排放量大,环境污染严重;一次能源消耗量大,而且二次能源回收利用率低;由于小型设备工艺落后、装备水品差,现有的成熟节能技术基本上无法应用,这也正是现在存在高耗能的一个主要原因。
3.3发展能源转化功能建立资源节约型环境友好型企业。如高炉炉顶煤气余压发电,不消耗任何燃料,就可转化回收很多电力,即降低噪音,又保护环境;利用干法熄焦的余热发电,可回收红焦显热,还起到节水、改善环境、提高焦炭质量的作用;利用燃气-蒸汽联合发电,可大量减少煤气的放散,并起到提高热电转换效率、减少环境污染的作用;利用焦炉煤气作燃料,可生产高纯度氢气,可用于冷轧生产过程中保护气体处理,可进一步加工成二甲醚,作液态能源、氢电池等新一代电源;利用焦炉、高炉处理城市废塑料和城市生活垃圾,既节约能源又为社会处理大宗废弃物,向清洁生产、绿色钢铁厂,直至成为资源节约型环境友好型的循环经济社会的重要成员转变。参考文献:
[1]张凯,崔兆元.清洁生产理论与方法. 北京:科学出版社,2005.
[2]熊文强,郭孝菊,洪卫.绿色环保与清洁生产概论. 北京:化学工业出版社,2003.
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[5]童志权.工业废气净化与利用. 北京:化学工业出版社,2001.
关键词:生物技术环境污染应用
引言
改革开放以来,我国的经济建设取得了领举世瞩目的成就,人民的物质生活也得到了空前的满足,但是经济建设的高速发展也带来了环境的持续恶化。环境问题目前已经成为一个全世界都关注的课题,严重制约着全球经济发展新局面的到来,在我国环境问题则表现的更为严重,对经济结构调整和可持续发展有非常大的影响。近年来我国对污染治理投入了大量的人力和财力,已经取得了一定的阶段性成果,但是总体来看,目前的污染问题还十分严重,需要加大对其治理的力度。生物技术是指利用自然界中广泛存在的生物体以及其组成器官和组织,去研发新工艺或者新产品的一种技术应用体系,而环境生物技术就是指可以应用到环境污染治理中的工艺或者技术。在现代社会中,生物技术的应用范围非常广泛,作为其重要组成部分的环境生物技术在污染治理过程中有非常重要的地位,无论是在污水处理、废气处理和固体废物处理的过程中都有非常重要的作用。随着科技的发展,环境生物技术的发展和革新速度也非常快,酶工程和基因工程等都是生物技术发展革新的结果。
1环境生物技术的发展概况及特点
生态系统遭到破坏是造成当前各种污染产生的主要原因之一,而环境生物技术对生态系统的构建有非常好的作用。从微生物学的观点来看,构成生态系统最基本的要素就是自然界中各种生物体,生态系统需要通过内物质的循环去保持平衡,而当前的生态系统遭到了非常严重的破坏,进而就造成了水污染、空气污染以及固体垃圾污染等各种我们能够看到的污染现象出现。当前的环境生物技术主要就是利用微生物自身的代谢功能去进行各种污染的治理,近年来随着微生物技术的不断进步和发展,也有越来越多的诸如酶工程、基因工程以及环境修复工程等新工艺和新技术的出现,并且在环境污染治理中发挥着越来越重要的作用。环境生物技术不仅仅只被用在污染治理之中,在健康产业、环境监测以及医药产业等等方面也有非常重要的应用价值。在世界范围内,发达的资本主义国家都非常看好环境生物技术的发展前景,也非常重视生物环境技术产业的构建和发展,以此可见在不久的将来环境生物技术必定会有更好的发展。环境生物技术之所以在世界上受到如此青睐,主要是因为其本身有诸多的优点,在环境污染治理中的效果也明显优于其他技术。传统的物理或者化学技术处理污染的过程比较繁琐,且一次性的处理量非常有限,投资相对来说也显得更高,最重要的是还会造成二次污染,而环境生物技术与之相比则有速度快、消耗低、效率高、成本低、反应条件温和以及无二次污染等许多的优点。此外,环境生物技术可以利用修复技术去净化环境,使得受到污染的资源能够再次有被使用的价值,这是其他传统技术和方法无法比拟的一项巨大优势。
2环境生物技术在环境保护中的应用
2.1污水的生物净化
水为生命之源,水污染给人们的日常生活和身体健康所带来的危害是非常大的,因此,水污染的治理在我国一直被重点强调。相关的研究资料显示,造成水污染的污染因子具有多样性和复杂性的特点,有机磷、重金属、氰化物以及各种酚类物质等等都是造成水污染的重要污染因子,传统的治污技术很难处理污水中这些有害的物质,而利用生物技术则比较容易实现。当前,通常采用固定化酶和固定化细胞的技术进行污水的处理,这两种技术都是通过微生物自身的生命活动,利用生物体的新陈代谢过程去祛除或者转化污水中的有毒物质。无论是固定化酶还是固定化细胞的技术都属于微生物技术的范畴之内,都是环境生物技术在污染处理中应用的直接体现。
2.2污染土壤的生物修复
土壤的污染是近几年来被重点关注的一种污染形式,因为我们所食用的粮食和蔬菜都来源于土壤,我们的生活更是片刻都不能离开土壤,因此必须要解决土壤污染的问题。相关的研究数据表明重金属是造成土壤污染最重要的污染因子,对于土壤中重金属的处理一直以来都是一个难题,当前主要采用微生物的修复技术。土壤修复技术的原理是利用生物本身吸收和代谢的生命体活动去改变重金属的化学形态,使其化学特性固定,从而降低其在土壤中的移动性,最终达到对受污染土壤中重金属的净化和消减。通过上述生物技术处理过的土壤,不仅能够大大降低或者清除重金属的污染,还能在一定程度上提高土壤中有机质的含量,通过微生物活动改善土壤生态结构,防止水土流失。
2.3白色污染的消除
白色污染是当前表现非常突出的一种污染现象,其污染源就是我们日常生活中的废弃塑料袋,还有就是很难被化解的农用地膜,据统计我国每年所产生的塑料垃圾有数百万吨之巨,广泛分布于河沟和土壤之中。许多人可能认为塑料垃圾只会有碍观瞻,却不是什么有毒有害的物质,实则不然,塑料垃圾会造成严重的水污染、土壤污染以及空气污染。生物可降解塑料袋的研发已经成为全世界都关注的一个课题,当前也已经有许多环保袋产品问世,这些生物可降解塑料袋的制作就需要用到环境生物技术。当前利用环境生物技术可以广泛地分离筛选能够降解塑料和农膜的优势微生物、构建高效降解菌,还可以分离克隆降解基因并将该基因导入某一土壤微生物中,从而使得两者同时发挥出更大的作用,加速塑料袋垃圾的降解。
结语
综上所述,环境生物技术在污染治理工程中的应用非常广泛,同时在环境修复工程中的应用也很广泛,从目前的实际应用情况来看环境生物技术非常有效。然而,由于我国在经济发展的过程中长期以来对环境问题有所忽略,所以尽管现在的污染治理取得了一定的成就,但是所面临的形势依然不容乐观,需要进一步加强环境生物技术的开发和应用。在实际的污染治理过程中,许多环境生物技术的虽然有很好的效果,但是由于其成本和适用性等条件的限制,还不能被全面推广应用,这就要求环境生物技术要不断的进行革新与进步,使其能够在环境工程中发挥更大的作用。
参考文献
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[2]林杰喜.分子生物技术在环境污染治理中的应用[J].资源节约与环保,2014,12(07):129.
2008年北京奥运会的理念是“绿色奥运、科技奥运、人文奥运”。请你用学过的化学知识回答下列问题。
(1) 吉祥物――“福娃”的造型融入了许多中国传统艺术的精华,代表了中国人民的梦想和渴望。其制作材料有棉、纯羊毛、合成纤维等。请写出鉴别这三种纤维的方法及现象。
(2) 奖牌――“金镶玉”的设计融入了中国特色的玉文化,是奥运奖牌设计史上的一次突破。银、铜的金属活动性顺序为______。(请用化学方程式表示)
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(4) 国家游泳馆――“水立方”采用了许多创新科技。游泳池水通过溢流均衡水箱过滤器消毒装置活性炭罐……过程可达到循环利用的效果,其中活性炭的作用是______。“水立方”外表采用了膜结构,在下雨天可对雨水进行收集、处理、再利用。请设计测定某次收集到的雨水pH的方法:______。
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(6) 假如你是北京市民,请你为“绿色奥运”献计献策。(一条即可)
关键词:涂布;烘干;VOCs;活性炭;回收。
中图分类号:TQ424.1 文献标识码:A 文章编号:
概述
涂布工艺是改变和完善材料表面特性的重要加工工艺,而随着科学技术的不断发展,涂布工艺更成为许多功能性材料研究开发所不可或缺的重要工艺技术手段【1】。涂布工艺技术在许多工业部门如特种纸加工、印刷、胶粘剂、感光工业均得到广泛应用,近些年,随着多功能涂布机的不断进步,涂布工艺更是飞速发展,不但在传统工业中的应用稳定增长,而且在很多高科技行业如电子工业、计算机工业中乃至在迅猛发展的手机电池制造等新兴工业中都得到飞速发展【2】,涂布工艺技术的飞速发展,同样也带来了新的问题—VOCs(挥发性有机气体)的大量排放,VOCs的排放量随着涂布机台数的增加而迅速增加。
根据产品不同,涂布废气浓度及组成均有较大的区别。如纸加工行业溶剂大部分为120#溶剂汽油,胶粘剂行业一般为乙酸乙酯、甲苯等,感光工业溶剂为丁酮、甲苯、甲醇等。
VOCs对人体影响很大,由于VOCs具有渗透、脂溶及挥发等特性,人体与VOCs接触或经呼吸进入人体,可能对人体的呼吸、神经系统、肾、肝、造血及消化系统造成危害。某些VOCs还容易发生光化反应,产生二次污染问题。同时,有机溶剂的逸散也直接导致生产成本的增加,涂布废气必须经过合理处理后方可直接排放到大气中,所以,选择合理的技术来回收处理涂布废气意义重大。
涂布工艺简述
2.1涂布机:
涂布机可以将成卷的基材,如:纸张、布匹、皮革、铝箔、塑料薄膜等,涂上一层特定功能的胶、涂料或油墨等,并烘干后收卷。涂布机主要应用于鞋材、电子行业、EVA、PE、布料,造纸、印刷、电池极板、等涂胶。
涂布机一般包含放料部、涂布部、烘箱部(根据产品不同配置不同)、收料及冷风部,根据产品不同,工艺和设备结构均有一定的区别。常用多功能涂布机结构如下图:
放料部涂布部烘箱一部烘箱二部烘箱三部 收料及冷风部
图一:多功能涂布机示意图
2.2 涂布过程:
涂布过程主要由放卷--涂布--干燥--牵引--收卷五部分完成,其中最主要的是涂布过程。按照涂布方式的不同涂布机主要分为刷式涂布机、气刀涂布机、刮刀式涂布机、辊式涂布机、喷雾涂布、帘式涂布、狭缝式涂布等。
在涂布过程中,VOCs主要产生于涂布部、烘箱部的高温段部分。一般来说,涂布部尾气温度为常温,VOCs的浓度也较低,但是,烘箱部的废气温度均比较高,根据工艺不同,温度在70~130℃范围内波动。
有机废气常规处理方法
现阶段有机废气处理办法主要有吸收法、冷凝法、膜分离法、吸附法等工艺。
3.1 吸收法
吸收法是利用液体与气体接触,使气体中的有机分子转移入液体中使气体浓度降低的办法。吸收法主要以水、溶剂等做吸收剂, 通过吸收塔实现对含溶剂的尾气进行吸收净化,一般情况下,吸收法适合处理中高浓度的VOCs气体。
利用吸收法难以直接实现VOCs的回收,必须通过另外设置解馏塔才可实现VOCs的回收,但投资较高,同时,能耗较高,运行成本高。
3.2 冷凝法
冷凝法的原理是利用降低温度到-30℃~-70℃,使VOCs从废气中冷凝分离出来的处理办法。该法适用于气量小,浓度高的气体,对高沸点、小分子量的VOC的回收效果较好,对中等沸点和大分子VOC的回收效果不好。该法适用于气量1500Nm3/h以下,VOC浓度大于5%的情况。
一般情况下,单独使用冷凝法均不能实现达标排放,冷凝法必须与其它工艺组合起来才能实现有机废气的处理,如冷凝+吸附、冷凝+吸收工艺。
冷凝法只能处理气量较小的工况,对于大气量有机废气处理,投资和能耗相当高,限制了该方法的使用。
3.3 膜分离法
膜分离方法是指利用天然或人工制备的无机膜或有机膜, 借助于外界能量或化学位差的推动,利用膜对各种气体的选择透过性不同, 通过溶解-渗透- 扩散- 解析等步骤, 对混合物进行分离、分级、提纯和富集, 从而达到分离的目的,当其孔径大小、温度、压力符合一定的条件时,气体混合物中各组分通过膜的速度不同,从而达到分离的目的。【3】
气体分离膜有无机膜(包括硅酸盐、玻璃、金属)和有机膜(包括高分子聚砜、聚酰亚胺、硅橡胶、聚碳酸酯等多种聚合物膜)。
膜系统最主要的优点是流程简单、可连续常温操作。
因为国产膜组件使用寿命短,更换膜组件的成本较高,使得该工艺运行成本比较高,限制了其使用,该工艺目前在油汽回收行业有少量应用。
3.4 吸附法
吸附法是利用活性炭(GAC)或碳纤维(ACF)对有机成分的吸附作用(范德华力),使VOCs成分从气体中分离出来的方法。吸附法主要适用于中、低浓度的有机废气净化,现阶段经过技术革新,采用多级吸附工艺也可用于较高浓度的VOCs的处理。
对于非水溶性的VOCs,吸附法可以直接得到回收溶剂。
活性炭吸附法(GAC或ACF)主要用于有机废气浓度为20g/m3以下工况,可通过多个吸附器串联实现不同风量的处理,笔者利用吸附法处理过最大气量为80000Nm3/h。
在处理有机废气的方法中, 吸附法是目前应用最广泛、最成熟的技术之一, 与其他方法相比具有如下优点:(1)去除效率高、净化彻底,可以通过设置不同的吸附级数实现达标排放,最高可以达到99.9%以上的去除效率;(2)工艺成熟,安全性高。由于采用水蒸汽再生,系统安全性高;(3)对于非水溶性的VOCs,可以直接得到回收物。
缺点主要是:当废气中有胶粒物质或其它杂质时, 吸附剂寿命较短。
涂布尾气特点及处理工艺
4.1 涂布尾气特点
涂布废气组成:一般为120#溶剂油、乙酸乙酯、甲苯、丁酮、甲醇等;
涂布废气浓度:一般为2~10g/m3;
涂布废气温度:70~130℃;
4.2 涂布尾气处理工艺
针对涂布尾气特点,一般选用活性炭或炭纤维吸附工艺来处理,在实现达标排放的同时,可以回收溶剂再利用,大幅度降低生产成本。
吸附法是治理有机尾气的传统方法,可以采用多种吸附剂,如活性炭、炭纤维、分子筛等,由于活性炭具有比较大的比表面积,对有机溶剂具有较强的吸附能力,所以,活性炭或炭纤维用于涂布废气的处理优势明显。
4.3 涂布尾气处理工艺流程
采用吸附工艺的流程图如下所示:
图二:涂布废气处理工艺流程图
整个系统由冷却器、过滤器、多台吸附器、吸附冷凝器、分层槽组成。
进气经冷却器降温到活性炭或炭纤维适宜的吸附温度后,经过滤器去除胶粒杂质后,进入吸附系统吸附,尾气从吸附器顶部达标排放,吸附系统由多台吸附器组成,大部分吸附器处于吸附状态,部分吸附器处于再生状态,相到切换,由此实现连续处理。
整个系统通过PLC程序控制,实现无人值守,全自动操作。
运行结果和效益
在涂布装置中安装了吸附回收装置后, 运行十分良好,吸附排放尾气VOCs含量远低于排放指标,回收效益明显。
以江苏某厂为例, 该厂有两条多功能涂布机,安装了吸附回收装置后, 尾气排放浓度一直低于90mg/m3,每天回收乙酸乙酯溶剂3吨,且乙酸乙酯含水量低于0.1%,,回收溶剂可直接用于涂料和涂布的生产,运转费用大大降低,年产生经济效益350万元左右。因此, 采用吸附回收装置处理涂布尾气,不仅具有良好的环保效益, 而且具有显著的经济效益。
结语
在涂布行业竞争日渐激烈、全体人民环境保护意思日渐加强的今天,如何在保护环境的同时,变废为宝,进一步降低成本,直接影响企业的市场竞争力。涂布尾气的回收处理,在实现达标排放,保护环境,承担社会责任的同时,把污染环境的废气转变为对企业有用的原料,实现了节能降耗、降低成本的目的,对企业的长期持续发展影响深远。
参考文献:
谢宜风,精密涂布工艺应用新进展,《Information Recording Materials》2010 Vol.11,No.1;
赵伯元,现代涂布工艺研究进展,《影像技术》,1988,第二期,第1卷;
【关键词】水泥行业 清洁生产 问题 解决对策
一、我国水泥行业清洁生产问题的分析
第一,水泥散装率较低。生产散装水泥可以有效地减少对树木的砍伐量,1万吨的散装水泥成品能够减少约55吨水泥袋子的生产,这也意味着少砍伐近290m3的树木。而在55吨水泥袋子的生产过程中需要耗费69吨燃煤和6.9万kwh电能,此外在袋装水泥的运输途中比散装水泥的损耗高出5%,由此可见提高水泥散装率对自然环境的重要性。然而统计显示,我国不少水泥企业的水泥散装率只有40%左右,距离发达国家的90%还有较大差距。
第二,能源消耗较高。水泥工业能源消耗高,单位产品能耗距国际先进水平还有一定的差距。水泥生产主要能源消耗是煤炭和电力,据报道水泥企业电动机电耗约占成本的近30%,其中高压电动机在电机中占很大的比重,目前风机效率低且损耗严重。
第三,窑系统废气余热利用率不高。利用窑系统废气余热来发电,如果水泥熟料生产企业的熟料生产达日产5千吨,那么每日发电量可达19万度,在每年减少1.9万吨燃煤预算的同时,还可以降低温室气体的排放。然而,现阶段我国水泥行业系统废气余热利用率仅为40%,该项指标在国际上处于较低水平,这方面的清洁生产潜力巨大。
第四,污染物排放较多。按目前的技术水平,每生产1t水泥熟料需消耗标准燃煤100~120kg,折合实物燃煤为140~180kg,释放CO2约0.4t,加上SO2、NOx等的排放,则每生产1t水泥熟料要排放0.4t有害气体。
二、我国水泥行业清洁生产问题的解决对策
(一)高效利用替代原燃料
一方面,高效利用替代原料。水泥行业可以利用煤矸石、粉煤灰、铸造砂、磷渣、钢渣、铜液、铅锌渣、碳化渣、电石渣、选矿尾矿、城市生活污水处理产生的污泥等固体废弃物生产水泥;利用超细粉磨技术来充分挖掘工业废渣的潜在活性,最终将工业废渣制成水泥生产过程中的主要组成部分或实现其他功能;将火电厂、冶炼厂和化工厂生产过程中排放的脱硫石膏来取代天然石膏作为缓凝剂,可以大量减少天然石膏的开采量。
另一方面,高效利用替代燃料。①水泥企业可以采用新型干法窑来燃用低挥发分、低热位燃料,为了保证低挥发分燃料在回转窑中能够正常着火和稳定燃烧,需要控制NOx的生成,最简便的方法是通过增加火焰内循环量,促使下游炽热的燃烧产物能够回流到火焰根部而提高该处的一次风和煤粉温度;②水泥企业可以选取新型多通道混合燃烧器,从而促进燃用工业中的各种废料废液、废旧轮胎、可燃性城市垃圾、废旧塑料、城市污泥等替代煤炭用来煅烧水泥熟料,此举可以减少对天然资源的利用量,同时也提高了水泥工业的环境绩效。
(二)加强有害气体的治理
国内外对于降低SO2的排放量主要有下面几种办法:添入碱石灰Ca(OH)2、增添水洗塔设备、增设D-SOx旋风筒、原材料的替代品等。现阶段我国水泥行业仅是在考虑如何减少SO2的产生量,最高效简捷的方法就是将窑尾废气引入粉磨系统,这也被叫作窑磨一体机程序,同时在生产时采取适当的碱、硫比。
严格控制分解炉和水泥窑的燃烧是治理NOx的主要办法,还有其他措施诸如:经常对篦式冷却机进行维护,保证自动填料装置的准确性,改换低浓度的NOx喷煤管,把握好煅烧时的温度和氧气的浓度等。在采用上述这些办法后,可以使NOx的浓度达到国际标准。
(三)提高窑系统废气余热利用率
窑系统废气余热利用主要是依靠生产过程中产生的余热进行发电,而提高余热发电量有以下几种途径:避免锅炉漏风;加强热风管、锅炉、蒸汽管道等的保温,降低热损;加强冷却机的操作控制,提高料层厚度,尽可能提高进锅炉的气体温度;采用窑头循环冷却的技术,可以有效提高进锅炉的气体温度;调整配料,避免熟料结大块。
(四)其他解决对策
第一,积极推广散装水泥。散装水泥比袋装水泥能够降低20%的生产成本,同时减少破袋和拆袋时造成的水泥浪费,为此我们应从如下方面来积极推广散装水泥:国家从政策、经济上降低水泥企业水泥散装的成本,提高产品的利润,从而激发水泥企业生产散装水泥的积极性;水泥企业应投入资金用来增添水泥散装设备设施;水泥企业管理层应从意识上认识到水泥散装的重要性。
第二,在水泥企业内部构建生产材料循环网络。水泥企业构建生产材料循环网络的具体做法如下:适当处理在生产中产生的固体废弃物,使其成为新的原料或辅助材料重新进入生产线;由于建厂时没有照顾到生产顺序的连贯性,导致生产资料在厂区内的运输杂乱,因此应该对生产所需产品的运输进行改进,采用合理的布局,从而实现降低生产成本的目的。
第三,采用预粉磨技术和助磨剂。①在水泥生产过程中,水泥粉磨耗电量占到了水泥生产总耗电量的70%以上,而水泥行业球磨机的粉磨效率比较低,假如先利用其他的破碎粉磨设备将入磨前的熟料进行预粉碎或预粉磨,则可以在很大程度上提高球磨机能量的利用效率,有效降低粉磨电耗和提高粉磨产量;②通常向1t水泥中约加入300~400g助磨剂,这样可以减少衬垫包球现象和过粉磨现象,提高粉体的流动性和颗粒圆度系数,还可以优化水泥颗粒级配来提高粉碎效率。
第四,加强清洁生产管理。水泥企业应注重环保制度的建立并逐步完善,把“废物最少化”这一思想贯彻到生产的所有环节,并应该经常组织企业员工学习清洁生产知识;加大对科研投入和设备的升级换代,引入相关环境技术人才;在生产运营管理方面下功夫,制定出生产定额,月底进行定额审核,超出定额量与未完成工作量都会作为考核员工奖金的一项重要指标。