（環(huán)境工程專業(yè)論文）電化學(xué)反應(yīng)器處理有害廢氣的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

電化學(xué)反應(yīng)器處理有害廢氣的實(shí)驗(yàn)研究 電化學(xué)反應(yīng)器處理有害廢氣的實(shí)驗(yàn)研究 摘要 實(shí)驗(yàn)采用電化學(xué)反應(yīng)器對(duì)處理硫化氫廢氣以及苯乙烯廢氣進(jìn)行 了實(shí)驗(yàn)研究。反應(yīng)器由5 對(duì)網(wǎng)狀r u o j t i 電極疊加組成，極板間距為 5 0 r a m 。電解質(zhì)為一定濃度的氯化鈉溶液，硫化氫模擬廢氣由標(biāo)準(zhǔn)氣 體鋼瓶混合氮?dú)庑纬赡M廢氣。苯乙烯模擬廢氣采用氮?dú)獯得摲?。?別考察了電流密度、氣體停留時(shí)間等不同因素對(duì)硫化氫和苯乙烯去除 率的影響。研究發(fā)現(xiàn)硫化氫和苯乙烯通過(guò)反應(yīng)器后能夠有效的降解， 而在反應(yīng)器中加入一定質(zhì)量的粉末活性炭作為第三極的三維電極處 理廢氣的能力比起用二維電極明顯增高了很多。結(jié)果表明：電流密度 的增加和停留時(shí)間的延長(zhǎng)均能提高廢氣的去除率，而去除率與廢氣的 進(jìn)氣濃度成相反關(guān)系，初始濃度增加去除率減小。對(duì)于硫化氫而言， 在氯化鈉作為電解質(zhì)的情況下，當(dāng)電流密度為0 1 4a c m 2 、氣體流量 為20 0 0m l m i n 時(shí)，硫化氫廢氣的去除率可達(dá)7 0 左右，反應(yīng)的最 終產(chǎn)物主要為單質(zhì)硫和硫酸根離子。而對(duì)于苯乙烯，在氯化鈉作為電 解質(zhì)的情況下，當(dāng)電流密度為0 1 4 c m 2 、氣體流量為20 0 0m l m i n 時(shí)，廢氣進(jìn)氣濃度為l5 0 0p p m 的苯乙烯廢氣的去除效率可達(dá)9 0 左 右，反應(yīng)的最終產(chǎn)物主要為苯甲酸，二氧化碳以及水。 關(guān)鍵詞：電化學(xué)反應(yīng)器，去除率，硫化氫，苯乙烯 浙江工業(yè)大學(xué)碩士論文 電化學(xué)反應(yīng)器處理有害廢氣的實(shí)驗(yàn)研究 e x p e l u m e n t a ls t u d yo nt h e r e m o v a lo fh a r m f u lg a s esb ya n e l e c t r o c h e m i c a lr e a c t o r a b s t r a c t t h er e m o v a lo fh a sa n ds t y r e n ew e r es t u d i e db ya ne l e c t r o c h e m i c a l r e a c t o r t h ee l e c t r o c h e m i c a lr e a c t o rc o n s i s t so f5 p a i r so fs t a c k e d r u 0 2 t ie l e c t r o d e s t h ed i s t a n c eb e t w e e nt w on e i g h b o r i n ge l e c t r o d e si s 501 1 1 1 1 1 s i m u l a t e dh 2 sg a sc a m ef r o mt h em i x t u r eo fs t a n d a r dh 2 s g a s ( 1 8 50 p p mh 2 si nn 2 g a s ) m i x e dw i t hn 2g a s ，w h i l es t y r e n ei sb l e wb y t h en 2 g a st h e nm i x e dw i t hn 2g a s t h ei n f l u e n c e so fo p e r a t i o n p a r a m e t e r ss u c ha sc u r r e n tc o n s i s t e n c ya n dg a sr e s i d e n tt i m eo nt h e r e m o v a lo fh 2 sa n ds t y r e n ew e r ee x a m i n e d i tw a sf o u n dt h a th 2 sa n d s t y r e n ew e r ee f f e c t i v e l yd e g r a d e di nt h er e a c t o r t h er e m o v a lw a sm u c h h i g h e ru s i n gt h r e e d i m e n s i o n a le l e c t r o d er e a c t o rw i t ha c t i v ec a r b o nt h a n u s i n gt w o d i m e n s i o n a lo n e i tw a sf o u n dt h a tt h er e m o v a lo fh 2 sa n d s t y r e n ei n c r e a s e dw i t ht h ei n c r e a s eo ft h ec u r r e n td e n s i t ya n dg a sr e s i d e n t t i m e ，b u td e c r e a s e dw i t ht h ei n c r e a s eo fi n i t i a lg a sc o n c e n t r a t i o n a b o u t 7 0 h 2 sw a sr e m o v e dw i t ht h eo p e r a t i o nc o n d i t i o no fc u r r e n td e n s i t y 浙江工業(yè)大學(xué)碩士論文 i i 電化學(xué)反應(yīng)器處理有害廢氣的實(shí)驗(yàn)研究 o 14 a c m 2a n dg a sf l o wr a t e2 0 0 0 m l m i n i tw a sf o u n dt h a tt h em a jo r f i n a lp r o d u c t sw e r es u l f u ra n ds 0 4 2 a b o u t9 0 s t y r e n ew a sr e m o v e d w i t ht h eo p e r a t i o nc o n d i t i o no fc u r r e n tc o n s i s t e n c yo 14 a c m 2a n dg a s f l o wr a t e2 0 0 0 m l m i n i tw a sf o u n dt h a tt h em a jo rf i n a lp r o d u c t sw e r e b e n z o i ca c i d ，c 0 2a n dw a t e r k e yw o r d s ：e l e c t r o c h e m i c a l r e a c t o r , r e m o v a l ，h 2 s ，s t y r e n e 浙江工業(yè)大學(xué)碩士論文 i 電化學(xué)反應(yīng)器處理有害廢氣的實(shí)驗(yàn)研究 符號(hào)說(shuō)明 1 v o c s ：揮發(fā)性有機(jī)化合物 2 f t - i r ：傅立葉紅外光譜儀 3 g c ：氣相色譜儀 4 c 進(jìn)：反應(yīng)器進(jìn)口處廢氣濃度 5 c 出：反應(yīng)器出i ：1 處廢氣濃度 6 r ：去除率 電化學(xué)反應(yīng)器處理有害廢氣的實(shí)驗(yàn)研究 1 1 選題背景 第一章緒論 近代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展在給人類帶來(lái)幸福的同時(shí)，也帶來(lái)了一系列環(huán)境問(wèn) 題，如大氣污染。而當(dāng)今無(wú)論是在石油化工、涂料、藥物合成、橡膠等生產(chǎn)過(guò)程 中，還是印刷、烤漆、電子元器件的脫脂、膠片織物涂層等工藝中，都會(huì)釋放出 苯、甲苯、二甲苯、醋酸乙酯、丙酮、甲醇、甲醛等揮發(fā)性有機(jī)化合物( v o c s ) 廢氣。這些有害氣體多數(shù)易燃、易爆，其大量排放不但對(duì)局部區(qū)域生態(tài)環(huán)境造成 一定影響，而且對(duì)整個(gè)地球環(huán)境也會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的危害，是引起大氣光化學(xué)煙霧、 溫室效應(yīng)和臭氧層破壞的原因之一。同時(shí)，揮發(fā)性有機(jī)廢氣又是危害人體健康的 “元兇”之一，常常伴隨著異味、惡臭散發(fā)在空氣中，對(duì)人的眼、鼻、呼吸道有 刺激作用，對(duì)心、肺、肝等內(nèi)臟及神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生有害影響，甚至造成急性和慢性 中毒，可致癌、致畸、致突變。 為此各國(guó)政府特別是工業(yè)化國(guó)家紛紛采取各種措施來(lái)控制和減少這些有害 氣體的排放。美國(guó)通過(guò)的清潔空氣修正案和污染防治法加強(qiáng)了廢氣排放 標(biāo)準(zhǔn)，將工業(yè)生產(chǎn)的1 8 9 種污染物列入有毒污染物，其中大部分為v o c s 。我國(guó) 也頒布了中華人民共和國(guó)大氣污染防治法，要求對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的可燃性 氣體進(jìn)行控制，大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)( g b l 6 2 9 7 1 9 9 6 ) 對(duì)廢氣中的3 3 種有害物質(zhì)限制排放，其中1 6 種是有機(jī)化合物。 從環(huán)境保護(hù)的角度出發(fā)，控制v o c s 的排放，降解處理v o c s 是十分必要的。 目前，處理v o c s 的方法有吸收、吸附、生物降解、直接燃燒、間接燃燒等。而 催化燃燒法是最常用的方法之一，它是借助催化劑使有機(jī)物廢氣在較低的起燃溫 度下進(jìn)行無(wú)焰燃燒分解成二氧化碳和水蒸氣，并放出大量熱能，其催化燃燒的一 般通式表示如下： c m h n 坳+ 三) q 跚+ 2 1 4 ：o + q 式( 1 _ 1 ) 浙江省是精細(xì)化工強(qiáng)省，各類精細(xì)化工廠、制藥廠遍及全省各地。其中相當(dāng) 部分企業(yè)產(chǎn)生的有機(jī)廢氣未經(jīng)處理直接排放，嚴(yán)重污染了大氣環(huán)境。從浙江省精 細(xì)化工、制藥企業(yè)可持續(xù)發(fā)展，全省推行清潔生產(chǎn)、“循環(huán)經(jīng)濟(jì)”的實(shí)際出發(fā)， 浙江t p 大學(xué)碩士論文2 電化學(xué)反應(yīng)器處理有害廢氣的實(shí)驗(yàn)研究 進(jìn)行v o c s 去除處理的研究，對(duì)實(shí)現(xiàn)“綠色浙江”的發(fā)展目標(biāo)意義重大。 1 2 選題意義 廢氣排放中經(jīng)常含有一些不溶于水且難于處理的有害廢氣比如硫化 氫和苯乙烯。它們往往難于用常規(guī)方法去除，如果不對(duì)它們進(jìn)行有效的處 理任意排放將對(duì)人類生活環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的危害，研究如何有效處理這些有 害廢氣的新方法已刻不容緩。 本文就如何處理硫化氫和苯乙烯有害廢氣提出了一種新的方法：應(yīng)用 新的電化學(xué)反應(yīng)器處理此兩種廢氣，并且通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了新方法對(duì)這兩種 物質(zhì)的去除效果，得出了結(jié)論。 浙江工業(yè)大學(xué)碩士論文 電化學(xué)反應(yīng)器處理有害廢氣的實(shí)驗(yàn)研究 第二章文獻(xiàn)綜述 2 1 有害廢氣的現(xiàn)狀及危害 2 1 1 有害廢氣污染的現(xiàn)狀 隨著工業(yè)革命的興起，現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，城市人口的密集，煤炭和石油燃 料的迅猛增長(zhǎng)，大氣污染現(xiàn)狀越來(lái)越嚴(yán)重。近百年來(lái)，西歐，美國(guó)，日本等工 業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家大氣污染事件日趨增多，本世紀(jì)5 0 6 0 年代成為公害的泛濫時(shí)期， 世界上由大氣污染引起的公害事件接連發(fā)生，例如：英國(guó)倫敦?zé)熿F事件，日本 四日市哮喘事件，美國(guó)洛杉磯光化學(xué)煙霧事件，印度博帕爾毒氣泄漏事件等等， 不僅嚴(yán)重地危害居民健康，甚至造成數(shù)百人，數(shù)千人的死亡。 2 1 2 有害廢氣的危害 由于有機(jī)化工產(chǎn)品在工業(yè)上的廣泛應(yīng)用，有機(jī)污染物的排放迅速增加，進(jìn)入 水、土壤、大氣的有機(jī)污染物越來(lái)越多，其中進(jìn)入大氣中的有機(jī)污染物主要是低 沸點(diǎn)、易揮發(fā)的有機(jī)物。揮發(fā)性有機(jī)化合物簡(jiǎn)稱v o c s ( v o l a t i l eo r g a n i c c o m p o u n d s ) ，根據(jù)世界衛(wèi)生組織( w h o ) 的定義，v o c s 是指在常溫下飽和 蒸氣壓大于7 0 p a ，常壓下沸點(diǎn)在2 6 0 以內(nèi)的有機(jī)化合物f l l 。從環(huán)境監(jiān)測(cè)角 度來(lái)講，指以氫焰離子檢測(cè)器測(cè)出的非甲烷烴類檢出物的總稱。v o c s 種類 很多，如脂肪烴、芳香烴、鹵代烴、醇、醛、酮、醚、酯等都屬于v o c s 的范疇i 習(xí)。據(jù)美國(guó)環(huán)境保護(hù)署( e p a ) 的預(yù)測(cè)，全球工業(yè)v o c s 產(chǎn)生量高達(dá)1 4 5 萬(wàn)t a r 一。 常見的可回收v o c s 和異味惡臭v o c s 分別見表2 1 和表2 2 l 4 1 。 表2 1常見的可回收v o c s t a b l e 2 1s o m et o m m o nr e u s a b l ev o c s 類別v o c s 脂肪類碳?xì)浠衔?芳香類碳?xì)浠衔?氯代碳?xì)浠衔?丁烷、戊烷、正己烷、庚烷、辛烷 苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯 二氯甲烷、三氯甲烷、三氯乙烷、二氯乙烯、 三氯乙烯、四氯乙烯、四氯化碳 浙江工業(yè)大學(xué)碩士論文 4 電化學(xué)反應(yīng)器處理有害廢氣的實(shí)驗(yàn)研究 酮、醛、醇 醚、酚類化合物 酯、酸類化合物 胺、腈類化合物 其他 丙酮、丁酮、環(huán)己酮、甲基異丁基酮、 甲醛、乙醛、甲醇、異丙醇、異丁醇 乙醚、甲醚、苯酚、環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷 乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸 二甲基甲酰胺、丙烯腈 氯氟烴、甲基溴 表2 2惡臭物質(zhì)的分類及臭味性質(zhì) t a b l e 2 2t h ec l a s s i f i c a t i o na n dc h a r a c t e ro fo d o r a n tm a t e r i a l s 分類 主要物質(zhì)臭味性質(zhì) 含硫化合物 硫化氫、二氧化硫、二硫化碳 腐蛋臭、刺激臭 無(wú) 含氮化合物 二氧化氮、氨、碳酸氫銨、硫化銨 刺激臭、尿臭 機(jī) 鹵素及其化合物氟、溴、氯化氫刺激臭 物 其他臭氧、磷化氫刺激臭 丁烯、乙炔、丁二烯、苯乙烯、苯、刺激臭、電石臭、 烴類 甲苯、二甲苯、萘衛(wèi)生球臭 甲硫醇、乙硫醇、丙硫醇、丁硫醇、 爛洋蔥臭、 硫醇類戊硫醇、己硫醇、庚硫醇、二異丙 含硫爛甘蘭臭 硫醇、十二碳硫醇 化合物 二甲二硫醚、甲硫醚、二乙硫醚、 硫醚類爛甘蘭臭、蒜臭 有 二丙硫醚、二丁硫醚、二苯硫醚 機(jī) 甲胺、二甲胺、三甲胺、二乙胺、 爛魚臭、腐肉臭、 胺類 物乙二胺尿臭 含氮二甲基二酰胺、二甲基乙酰胺、 酰胺類 汗臭、尿臭 化合物醋酸酰胺 吲哚類 吲哚、b 一甲基吲哚 糞臭 其他 嘧啶、丙烯腈、硝基苯 芥子氣臭 含氧醇和酚 甲醇、乙醇、丁醇、苯酚、甲酚 刺激臭 化合物醛 甲醛、乙醛、丙烯醛 刺激臭 浙江工業(yè)大學(xué)碩士論文 5 電化學(xué)反應(yīng)器處理有害廢氣的實(shí)驗(yàn)研究 汗臭、刺激臭、 酮和醚丙酮、丁酮、己酮、乙醚、二苯醚 尿臭 酸 甲酸、醋酸刺激臭 酯 丙烯酸乙酯、異丁烯酸甲酯香水臭、刺激臭 一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、 鹵素鹵代烴刺激臭 四氯甲烷、氯乙烯 衍生物 氯醛三氯乙醛刺激臭 v o c s 常見發(fā)生源如表2 3 所示l 引。 表2 3 v o c s 常見發(fā)生源及其逸散的有機(jī)化合物 t a b l e 2 3c o m m o nv o c se m e r g e n c es o u r c ea n dt h es c a t t e r e do r g a n i cc o m p o u n d s 發(fā)生源主要揮發(fā)性有機(jī)化合物 電子半導(dǎo)體行業(yè) 印刷廠 合成皮革廠 制藥廠 洗衣廠 涂料油漆廠 橡膠加工廠 食用油加工廠 錄影錄音帶廠 膠粘劑廠 甲苯、丙酮、異丙醇、三氯乙烯、二甲苯、乙二醇醚、乙 酸正丁酯、甲基氯仿等 甲苯、甲醇、異丙醇、甲基異丁基酮、醋酸乙酯、四氯化碳、 正己烷、苯、丁酮等 甲苯、醋酸乙酯、丙酮、二甲基甲酞胺等 異丙醇、甲基異丁基酮、二氯甲烷、丙酮、乙醇、醋酸等 四氯乙烯、氟氯化物等 甲苯、醋酸乙酯、丙酮、二甲苯、甲基乙基酮、二氯甲烷、甲 醇、乙醇、異丙醇等 苯、丁酮、甲苯等 正己烷等 甲苯、環(huán)己酮、甲基乙基酮、甲基異丁基酮等 甲苯、醋酸乙酯、異丙醇、甲基異基酮等 其中苯類氣體毒性非常高，苯類有機(jī)溶劑已經(jīng)被世界衛(wèi)生組織確定為 強(qiáng)致癌物，以噴漆行業(yè)為例，它使用的油漆稀釋劑，基本上是以甲苯、二 甲苯等有毒溶劑為主要原料，大量含苯氣體揮發(fā)擴(kuò)散，嚴(yán)重危害著人類身 體健康，污染大氣壞境；圳。近幾年來(lái)，含苯廢氣在福建省及其他工業(yè)地區(qū)， 浙江工業(yè)大學(xué)碩士論文 6 電化學(xué)反應(yīng)器處理有害廢氣的實(shí)驗(yàn)研究 特別是沿海制鞋工業(yè)區(qū)，產(chǎn)生了相當(dāng)大的環(huán)境威脅，源于苯系物的急、慢 性中毒事故也時(shí)有發(fā)生。常見v o c s 短時(shí)間容許濃度及其對(duì)人體的危害見 表2 4 f 】，常見幾種v o c s 的國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)如表2 5 所示。 鑒于v o c s 污染的日趨嚴(yán)重和人們對(duì)其危害的逐步認(rèn)識(shí)，世界各國(guó)都 通過(guò)立法不斷限制v o c s 的排放量。 ( 1 ) 1 9 7 0 年美國(guó)制訂的凈化大氣法，就包括了減少v o c s 的排 放量，1 9 9 0 年又進(jìn)行了修訂，要求2 0 0 0 年將v o c s 的排放量減少7 0 。 ( 2 ) 1 9 9 6 年日本立法限制5 3 種v o c s 的排放，2 0 0 2 年限制1 4 9 種 v o c s 的排放。其它經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快的國(guó)家和地區(qū)，也已開始制訂限制 v o c s 排放的法規(guī)。 ( 3 ) 我國(guó)大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)( g b l 6 2 9 7 1 9 9 6 ) q a 對(duì)1 4 類 v o c s 規(guī)定了最高允許排放濃度、最高允許排放速率和無(wú)組織排放限值。 這些v o c s ( v o l a t i l eo r g a n i cc o m p o u n d s ) 進(jìn)入大氣中對(duì)人的眼、鼻、呼吸道產(chǎn) 生刺激作用，對(duì)心、肺、肝等內(nèi)臟產(chǎn)生有害影響，甚至致癌、致畸、致突變；與 n o x 、c 。h m 在陽(yáng)光作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，吸收地表紅外輻射引起溫室效應(yīng)；過(guò)量 排放還會(huì)對(duì)農(nóng)、林、畜牧業(yè)造成嚴(yán)重危害。它們已被視為繼粉塵之后的第二大類 量大面廣的大氣污染物，有機(jī)廢氣的危害性已引起各國(guó)人民的重視，常見v o c s 對(duì)人體的危害見表2 4 。 歐美等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，在煙氣脫除二氧化硫、氮氧化物治理酸雨方面取得了 顯著成效后，對(duì)有機(jī)廢氣的治理提到了新的高度，美國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)局( e p a ) 所 列的有毒氣體排放物清單( t r i ) 的2 5 種氣體中，有1 8 種是有機(jī)污染物。目前我國(guó) 在中華人民共和國(guó)大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)( g b l 6 2 9 7 1 9 9 6 ) q b 規(guī)定了3 3 種大 氣污染物的排放標(biāo)準(zhǔn)，其中包括1 4 種有機(jī)物的濃度限定值，而增加其他v o c s 的 排放標(biāo)準(zhǔn)也只是時(shí)間問(wèn)題。常見v o c s 環(huán)境允許濃度見表2 4 。 有機(jī)廢氣的來(lái)源可分為固定源和移動(dòng)源兩種。移動(dòng)源主要有汽車、輪船和飛 機(jī)等以石油產(chǎn)品為燃料的交通工具的排放氣；固定源的種類很多，主要是化工廠 等大型固定源，有石油化工工藝過(guò)程、儲(chǔ)存設(shè)備的排出物及各種使用有機(jī)溶劑的 場(chǎng)合，如噴漆、印刷、金屬除油和脫脂、粘合劑、制藥、塑料和橡膠加工等。本 文討論的是固定源有機(jī)廢氣的凈化，其主要來(lái)源見表2 5 。這些揮發(fā)性有機(jī)廢氣 的排放隨生產(chǎn)行業(yè)、工藝條件的不同，其組成、濃度也各不相同，這給其治理帶 浙江工業(yè)大學(xué)碩士論文 7 電化學(xué)反應(yīng)器處理有害廢氣的實(shí)驗(yàn)研究 來(lái)了一定難度。 表2 4 常見v o c s i 作區(qū)及環(huán)境空氣允許濃度及其對(duì)人體的危害瞎婚l 苯 甲苯 二甲苯 苯乙烯 甲醛 甲醇 丙酮 乙酸乙 酯 四氯化 碳 二氯甲 烷 三氯乙 烯 1 2 4 0 7 0 | 2 5 1 9 0 5 2 4 00 8 0 1 0 05 0， 1 0 00 3 0， 4 0 0 。0 1 l 30 0 5 1 5 8 o 1 2 7 6 7 5 2 5 1 2 8 | 7 o 7 3 0 癌、白血病、呼吸麻痹 頭痛、目眩、貧血、惡 心、肺氣腫 貧血、白血病、紅血 球減少、皮膚粘膜刺激 眼、皮膚的刺激 眼、鼻、皮膚的刺激 視神經(jīng)障礙、頭痛、嘔 5 03 o o1 o o6 0 3 6 5 吐、痙攣、失明 刺激眼、皮膚、麻醉、 4 0 0o 8 0，2 5 1 2 8 頭痛、咳嗽、二心、昏 迷 1 5 03 0 0 o 1 0 1 +1 2 1 5 眼的刺激、麻醉 52 5 3 0 | 腹痛、惡心、嘔吐、致 癌 有不可逆轉(zhuǎn)的危害 致癌、眼、皮膚的刺激 宰采用前蘇聯(lián)工作環(huán)境空氣和居民區(qū)大氣中有害有機(jī)物的最大允許濃度 浙江工業(yè)大學(xué)碩士論文8 電化學(xué)反應(yīng)器處理有害廢氣的實(shí)驗(yàn)研究 表2 5 揮發(fā)性有機(jī)廢氣( v o c s ) 的主要來(lái)源2 廢氣種類主要來(lái)源 硫醇類 制漿造紙、煉油制氣、制藥、合成樹脂和橡膠、合成纖維 胺類 水產(chǎn)加工、畜產(chǎn)加工、皮革、油脂化工、飼料、骨膠生產(chǎn) 吲哚類 糞便、生活污水處理、煉焦、屠宰、肉類腐爛 醛類 煉油、石化、醫(yī)藥、鑄造、內(nèi)燃機(jī)排氣、垃圾處理 醇類 石化、林產(chǎn)化工、鑄造、制藥、合成材料和洗滌劑 酚類 鋼鐵、焦化、燃料、制藥、合成材料和洗滌劑 酮類 溶劑、涂料、油脂、石化、煉油、合成材料 醚類溶劑、醫(yī)藥、合成纖維與橡膠、炸藥、軟片 酯類合成纖維、合成樹脂、涂料、粘合劑 脂肪酸石化、油脂、皮革、釀造、制藥、肥皂、合成洗滌劑、食物腐敗 有機(jī)鹵素衍生物合成樹脂、合成橡膠、溶劑、滅火器材、制冷劑 2 2 有害廢氣的治理現(xiàn)狀 目前控制有機(jī)廢氣的排放的方法很多，但大致可分為兩大類：生產(chǎn)設(shè)備和 工藝改進(jìn)( 采用清潔生產(chǎn)思路) ；末端治理。盡管前者是一種理想的方法，但其 應(yīng)用還是受到一定的限制，特別是對(duì)于那些工藝和設(shè)備暫無(wú)法改變的過(guò)程必須 采取后者。末端治理技術(shù)可進(jìn)一步分成兩類：破壞法和回收法。破壞法是通過(guò) 熱力、催化、非平衡等離子體等來(lái)氧化有機(jī)物或通過(guò)生物好氧菌菌致分解，最 終轉(zhuǎn)化為無(wú)害或低害物質(zhì)，如c 0 2 、h 2 0 、n 2 等。回收法是將有機(jī)物從廢氣中 分離、富集而回收。大致分類參考圖 孓巧j 浙江工業(yè)大學(xué)碩士論文9 電化學(xué)反應(yīng)器處理有害廢氣的實(shí)驗(yàn)研究 囝園匿圈團(tuán)母囡 i 一 圖2 1v 暑的控制方法 2 2 1 熱力燃燒 熱力焚燒是利用廢氣中的有機(jī)物的可燃性，通過(guò)將廢氣加熱到有機(jī)物的燃 點(diǎn)溫度以上( 7 6 0 9 8 0 ) ，使碳?xì)溲趸衔锶紵蒫 0 2 、h 2 0 等無(wú)害物質(zhì)而 達(dá)到凈化。根據(jù)熱力焚燒系統(tǒng)對(duì)熱的利用方式可分為蓄熱式和換熱式兩種。兩 者對(duì)熱的利用效率前者達(dá)9 5 左右，后者為7 0 左右，但后者投資較省。該 法的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在：工藝簡(jiǎn)單，凈化效率高( 9 5 9 9 ) 等。該法的缺點(diǎn)主要 有：當(dāng)廢氣中有機(jī)物的含量較低時(shí)，單靠其自身燃燒產(chǎn)生的熱量是無(wú)法維持的， 必須采用輔助燃料，增加了治理成本；為了回收燃燒后氣體的余熱，尚需配置龐 大的換熱設(shè)備；由于燃燒溫度較高，還易產(chǎn)生氮氧化物、二嗯英、呋喃等物質(zhì)， 造成二次污染；當(dāng)鹵代烴燃燒時(shí)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的酸性化合物，對(duì)設(shè)備的腐蝕性大， 且尾氣需要進(jìn)一步處理。 2 2 2 催化燃燒 催化燃燒是在熱力焚燒的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。是目前有機(jī)廢氣治理中應(yīng)用最 廣的一種方法，它借助催化劑使廢氣中的有機(jī)物在較低的溫度下( 2 0 0 4 0 0 ) 迅 速氧化。因而所需補(bǔ)充的熱量( 一般采用電加熱器) 較少或靠熱回收已能自給。該 法的優(yōu)點(diǎn)是操作方便、運(yùn)行費(fèi)用較低，不易生成氮氧化物造成二次污染，適用于 濃度適中的廢氣處理。其缺點(diǎn)主要是：有機(jī)物含量低( 如低于1 0 0 0m g l ) 時(shí)，補(bǔ)充 的熱量大而不經(jīng)濟(jì)；若氣體中含有顆粒物質(zhì)，會(huì)沉積于催化劑表面，使催化劑污 浙江工業(yè)大學(xué)碩士論文 1 0 電化學(xué)反應(yīng)器處理有害廢氣的實(shí)驗(yàn)研究 染，效率下降；有些化學(xué)物質(zhì)會(huì)導(dǎo)致催化劑中毒而失活。 2 2 3 冷凝法 冷凝法是最簡(jiǎn)單的回收方法，它是將廢氣冷卻到低于有機(jī)物的露點(diǎn)溫 度，使有機(jī)物冷凝成液滴而從氣體中分離出來(lái)。冷凝法對(duì)沸點(diǎn)在6 0 以下 的v o c s ，去除率在8 0 9 0 之間。通常使用的冷卻介質(zhì)主要有冷水、冷 凍鹽水和液氨。在實(shí)際應(yīng)用中，冷凝器有兩種形式：表面冷卻器或直接冷卻器。 表面冷凝器一般用管殼式換熱器，管內(nèi)走冷卻介質(zhì)，管間走氣體，冷凝液沿管 子成膜流下，收集于冷凝器底部引出。直接冷卻器一般是用噴灑塔、塔頂噴水 使氣體冷卻并冷凝，塔底水排出，這種方法設(shè)備較簡(jiǎn)單，投資低，但易造成二 次污染。t 泊j 該技術(shù)通常僅用于v o c s 含量高( 百分之幾) 、氣體量較小的有機(jī)廢氣 的回收處理。其回收率與有機(jī)物的沸點(diǎn)有關(guān)，沸點(diǎn)較高時(shí)，回收率高；沸 點(diǎn)較低時(shí)，回收效果不好。由于大部分v o c s 是易燃、易爆氣體，受到爆炸 極限的限制，氣體中的v o c s 含量不會(huì)太高，所以，要達(dá)到較高的回收率， 需采用很低溫度的冷凝介質(zhì)或采用高壓措施，這些都勢(shì)必會(huì)增加設(shè)備投資 和提高處理成本，而且在通常的操作條件下，由于相平衡的制約，有機(jī)物 蒸汽壓較高，故離開冷凝器的排氣中的v o c s 含量仍不能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。因 此，冷凝法常與吸附法、焚燒法和溶劑吸收等聯(lián)合使用，回收有價(jià)值的產(chǎn)物， 并減輕后面處理系統(tǒng)的負(fù)荷。 2 2 4 吸收法 在吸收法中，作為吸收劑的液體應(yīng)對(duì)廢氣中的有機(jī)物溶解度和選擇性大，并 具有低揮發(fā)性，常用的有礦物油。影響吸收效率的主要因素中選擇合適的吸收劑 是關(guān)鍵，需根據(jù)有機(jī)物種類及生產(chǎn)工藝條件不同，選擇使用高效、廉價(jià)的吸收劑， 這些往往需要專門的實(shí)驗(yàn)來(lái)確定，例如對(duì)于苯類廢氣用柴油作吸收劑效果較好。 苯乙烯惡臭廢氣則是用環(huán)丁1 9 和二甲基亞a 的混合液吸收效果好。吸收法可處理 大流量氣體，但對(duì)于低濃度有機(jī)廢氣則吸收率不高，另外，該法還存在吸收劑損 耗，吸收劑再生、回用也增加了工藝的復(fù)雜性和投資成本。 2 2 5 吸附法 吸附法是利用固體吸附劑對(duì)廢氣中有機(jī)組分的吸附作用而達(dá)到凈化的目的 浙江工業(yè)大學(xué)碩士論文 電化學(xué)反應(yīng)器處理有害廢氣的實(shí)驗(yàn)研究 “。工業(yè)上常用的吸附劑為活性炭、活性炭纖維、憎水性沸石( 分子篩) 等，它 適用于處理低、中濃度和有較高凈化要求的有機(jī)廢氣，凈化效率可達(dá)9 0 以上， 也是經(jīng)常選用的方法之一。該法適宜處理成分單一、氣流穩(wěn)定、濃度為 3 0 0 5 0 0 0p p m 的有機(jī)廢氣，主要用于吸附回收脂肪和芳香族碳?xì)浠衔铩?大部分含氯溶劑、常用醇類、部分酮類和酯類等”引，是應(yīng)用較為廣泛的 一種v o c s 控制方法?；钚蕴课较到y(tǒng)的操作彈性大，適用于處理分子量在 4 0 1 5 0 、沸點(diǎn)較低的有機(jī)廢氣，采用活性炭纖維作吸附劑可使吸附性能有較大 提高，但價(jià)格昂貴。采用活性炭作為吸附劑缺點(diǎn)在于：本身是可燃性物質(zhì)；對(duì) 于沸點(diǎn)較高的有機(jī)廢氣不利于活性炭的再生，容易造成脫附的有機(jī)溶劑發(fā)生聚 合或氧化：需要控制氣體濕度。但不能燃燒、熱力學(xué)穩(wěn)定、被濕度影響小的僧 水性沸石( 分子篩) 對(duì)沸點(diǎn)較高的有機(jī)廢氣能很好地處理。吸附法的缺點(diǎn)主要是： 氣流阻力較大，吸附劑的用量大而設(shè)備投資高、占地面積大；吸附劑需要再生 且能耗較大，吸附元件不能連續(xù)操作。 2 2 6 復(fù)合治理技術(shù) 對(duì)于傳統(tǒng)的治理工藝進(jìn)行改進(jìn)使其更具有適應(yīng)性，近年來(lái)又相繼開發(fā)的復(fù) 合治理技術(shù)，以處理用單一方法難于處理的有機(jī)廢氣。目前研究較多的復(fù)合治 理技術(shù)有：吸附一催化燃燒法、冷凝一吸收法、膜基一吸收法( 膜基吸收凈化技 術(shù)是采用中空纖維膜，使需要接觸的兩相分別在膜的兩側(cè)流動(dòng)，兩相的接觸發(fā) 生在膜孔內(nèi)或膜表面的界面上，這樣就可避免兩相的直接接觸，防止了乳化現(xiàn) 象的發(fā)生) 。將活性炭纖維吸附和催化燃燒并用，可處理較大氣量的低濃度有機(jī) 廢氣，這種工藝在實(shí)際應(yīng)用中己取得較好的效果。 2 2 7 生物法 生物法處理v o c s 廢氣的研究，從2 0 世紀(jì)8 0 年代初逐步展開渺，川，國(guó)外 l o 多年的實(shí)踐表明這是現(xiàn)階段處理低濃度v o c s 廢氣的有效方法。v o c s 廢 氣的生物處理，是利用微生物以廢氣中v o c s 組分作為其生命活動(dòng)的能源或養(yǎng) 分，經(jīng)代謝降解，將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物( c o z 、h e o ) 或細(xì)胞組成物質(zhì)。 v o c s 廢氣的生物處理裝置主要有生物洗滌塔、生物濾池和生物滴濾池。 浙江工業(yè)大學(xué)碩士論文 1 2 電化學(xué)反應(yīng)器處理有害廢氣的實(shí)驗(yàn)研究 圖2 2回轉(zhuǎn)式吸附濃縮凈化工藝流程 1 - 主風(fēng)機(jī)；2 - 回轉(zhuǎn)式吸附濃縮器； 3 、6 - 風(fēng)機(jī)；4 - 換熱器；5 催化反應(yīng)器 在目前的v o c s 廢氣生物法處理應(yīng)用中，以運(yùn)行操作簡(jiǎn)單的生物滴濾池系統(tǒng)使 用最多，工藝流程如圖2 3 所示。 廢 l t i，l -一、一、一、一、，1 、一i 、一、 r i = i 爪，n 一、 r ：r ：r ：，：r ：- ：t ：r ：t ：r ：) 毒jj ，。 一_ 一 一 ：r ：- ：，： 1一 i ，一 j 盱 i一 ) ( 排放) 圖生物滴濾池系統(tǒng)處理低濃度廢氣工藝流程 1 一增濕器；回流泵；3 調(diào)溫裝置；4 生物過(guò)濾器；- 風(fēng)機(jī) 生物凈化技術(shù)具有設(shè)備簡(jiǎn)單、運(yùn)行費(fèi)用低、較少形成二次污染等優(yōu)點(diǎn)，尤其 在處理低濃度、生物降解性好的氣態(tài)污染物時(shí)更顯其經(jīng)濟(jì)性1 2 。但對(duì)溫度、p h 值、水分含量、氣流速度等運(yùn)行條件的要求比較嚴(yán)格。如果氧化不完全，可能產(chǎn) 生比原有毒性更強(qiáng)的副產(chǎn)物。在解決以上問(wèn)題后，該法將具有較好的應(yīng)用 前景蹦。 2 2 8 膜分離法 膜分離法 2 比3 最早源于上世紀(jì)6 0 年代的脫鹽處理和海水淡化，現(xiàn)已 浙江工業(yè)大學(xué)碩士論文 電化學(xué)反應(yīng)器處理有害廢氣的實(shí)驗(yàn)研究 用于石油化工、制藥等行業(yè)，是一種新的高效分離方法，其中心部分為膜元 件，常用的膜元件有中空纖維膜和卷式膜。膜分離技術(shù)是采用對(duì)有機(jī)物具有 選擇性滲透的高分子膜，在一定壓力下使v o c s 滲透而達(dá)到分離的目的。 當(dāng)v o c s 氣體進(jìn)入膜分離系統(tǒng)后，膜選擇性地讓v o c s 氣體通過(guò)而被富集， 脫除了v o c s 的氣體留在未滲透?jìng)?cè)，可以達(dá)標(biāo)排放；富集了v o c s 的氣體 可去冷凝回收系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)溶劑的回收。 膜分離法適用于中高濃度廢氣的處理。膜系統(tǒng)的費(fèi)用與進(jìn)口氣體流 速成正比，與v o c s 的濃度關(guān)系不大。此法最好用于高濃度、小流量和有 較高回收價(jià)值的有機(jī)溶劑的回收，但其設(shè)備投資較高。 2 2 9 光催化法 光催化法p2 j 的基本原理就是在一定波長(zhǎng)光照射下，光催化劑( 常用的 有t i 0 2 等) 使h 2 0 生成o h ，然后o h 將有機(jī)物氧化成c 0 2 和h 2 0 。 由于氣相中具有較高的分子擴(kuò)散和質(zhì)量傳遞速率，并較易進(jìn)行鏈反應(yīng)，光 催化劑對(duì)一些氣相化學(xué)污染物的活性一般比水溶劑中高得多，一些氣相反 應(yīng)的光效率接近甚至超過(guò)水相反應(yīng)。 9 0 年代，國(guó)際上開始嘗試用光催化法去除v o c s ，光催化氧化法在常溫、常 壓下，能將揮發(fā)性有機(jī)廢氣分解為c 0 2 、h 2 0 和無(wú)機(jī)物質(zhì)。與其它處理方法相比， 反應(yīng)過(guò)程快速高效，且無(wú)二次污染問(wèn)題，因而具有非常大的潛在應(yīng)用價(jià)值，已成 為v o c s 治理技術(shù)中一個(gè)活躍的研究方向1 2 4 j 。 2 2 1 0 微波催化氧化法 微波空氣凈化技術(shù)e 是由填料吸附一解吸技術(shù)發(fā)展而來(lái)，是將傳統(tǒng)解吸方 式轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒉ń馕?，微波能的?yīng)用大大減少了能量的消耗，并縮短了解吸時(shí)間， 而且吸附劑經(jīng)2 0 次解吸后基本上保持原有吸附能力。 微波解吸技術(shù)對(duì)空氣的凈化基本上與其在水處理中的應(yīng)用類似，解吸原理 都可以用“容器加熱理論 和“體積加熱理論”加以解釋。國(guó)內(nèi)外在水處理中 均有此方面的成功應(yīng)用，而在空氣凈化中的應(yīng)用，國(guó)外已有小規(guī)模的成功范例， 國(guó)內(nèi)尚處于起步階段。 微波催化氧化技術(shù)能耗低，解吸時(shí)間短，對(duì)吸附劑損耗小，但該技術(shù)對(duì)特定 物質(zhì)應(yīng)選擇合適的吸附劑，而且應(yīng)著重研究微波功率、加熱時(shí)間、載氣流量等對(duì) 浙江工業(yè)大學(xué)碩士論文 1 4 電化學(xué)反應(yīng)器處理有害廢氣的實(shí)驗(yàn)研究 微波催化氧化效率的影響。 2 2 1 1 電暈法 脈沖電暈放電【2 6 觸j 的原理是：利用脈沖高壓使氣體在常溫、常壓下 發(fā)生電暈放電，產(chǎn)生的高能電子撞擊有機(jī)分子或其他分子、原子，使其降 解或生成其他活性粒子繼續(xù)參與反應(yīng)。脈沖電暈放電法治理有機(jī)廢氣被認(rèn) 為是很有前途的方法，與常規(guī)技術(shù)相比具有工藝簡(jiǎn)單、流程短、可操作性 好的特點(diǎn)，特別是在節(jié)能方面有很大的潛力，應(yīng)用范圍也比較廣泛，起先 應(yīng)用在廢氣s 0 2 、n o x 等的脫除，近幾年被移植到有機(jī)廢氣的處理上，并 在機(jī)理、處理效率、反應(yīng)器等方面進(jìn)行了研究。但是目前對(duì)脈沖電暈放電 法處理v o c s 廢氣的研究，大多停留在實(shí)驗(yàn)室階段。 表2 6 是目前工業(yè)上應(yīng)用處理有機(jī)廢氣的方法及其優(yōu)缺點(diǎn)： 表2 6 揮發(fā)性有機(jī)廢氣治理方法及其優(yōu)缺點(diǎn) 方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn) 直接火焰高濃度去除率最高可達(dá)9 9 不能有效處理大風(fēng)量、低濃 燃燒 度有機(jī)廢氣 濃度低時(shí)所需熱量不能自 低濃度( 1 0 0 p p m ) 以 去除率可達(dá)9 5 以上；節(jié) 催化燃燒行補(bǔ)償，運(yùn)行費(fèi)用高；催化 上約能源 劑易失活或中毒 去除效率高，凈化徹底，能處理設(shè)備龐大，流程復(fù)雜， 耗低，工藝成熟，易于推廣當(dāng)廢氣中有膠粒物質(zhì)或其 吸附法 實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)，具有很好的環(huán) 他雜質(zhì)時(shí)，吸附劑易失效。 境和經(jīng)濟(jì)效益 濃度高及沸點(diǎn)較高的 冷凝法 工藝簡(jiǎn)單，回收有機(jī)物，對(duì)溫度和壓力的特殊要求 和比較純的有機(jī)廢氣 生物過(guò)濾 濃度小于1 0 0 0p p m設(shè)備簡(jiǎn)單，運(yùn)行費(fèi)用低、較 凈化 的氣體。少形成二次污染。 等離子體常溫常壓下操作；中間產(chǎn)物 低濃度 凈化技術(shù)少，最終產(chǎn)物簡(jiǎn)單：工藝流 浙江工業(yè)大學(xué)碩士論文 電化學(xué)反應(yīng)器處理有害廢氣的實(shí)驗(yàn)研究 程簡(jiǎn)單，運(yùn)行費(fèi)用低；去除 率高，對(duì)有機(jī)廢氣適應(yīng)性 強(qiáng)；運(yùn)行管理方便。 2 3 電化學(xué)法研究進(jìn)展及現(xiàn)狀 2 3 1 電化學(xué)介紹 本世紀(jì)6 0 年代中期，隨著傳質(zhì)理論、材料科學(xué)和裝置改進(jìn)方面的發(fā)展，電化 學(xué)工程成為一門獨(dú)立的科學(xué)譬引。隨著電力工業(yè)的發(fā)展已逐步成為一種應(yīng)用日漸廣 泛的水處理技術(shù)。以往很長(zhǎng)一段時(shí)間由于各種原因的限制，在廢水處理領(lǐng)域主要 應(yīng)用子重金屬離子的去除和回收 2 9 - 3 1 l 。近年來(lái)隨著有機(jī)電化學(xué)理論的深入研究， 證實(shí)不少有機(jī)化合物的氧化還原、加成和分解反應(yīng)都可以在電極上進(jìn)行1 3 引，使電 化學(xué)法在處理有機(jī)廢水方面的研究有可能向前邁進(jìn)一大步。 電化學(xué)方法處理有害氣體最常用的是二維電極法。其面體比( a r e a - v o l u m e r a t i o ) 較小，單位槽體處理量小，電流效率低，尤其是在電導(dǎo)率低時(shí)，因而在實(shí) 踐中難以有突破性進(jìn)展。針對(duì)傳統(tǒng)二維電極這一缺陷，在6 0 年代末期提出了三維 電極三元電極( t h r e e d i m e n s i o n - e l e c tr o d e ) 的概念弘引。三維電極是一種新型的電 化學(xué)反應(yīng)器，又叫粒子電極( p a r t i c l ee l e c t r o d e ) 或床電極( b e de l e c t r o d e ) 。它是在傳 統(tǒng)二維電解槽電極間裝填粒狀或其他碎屑狀工作電極材料并使裝填工作電極材 料表面帶電，成為新的一極( 第三極) ，在工作電極材料表面能發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。 與二維電極相比具有電極面積大、面體比高、傳質(zhì)速度快等優(yōu)點(diǎn)而成為研究的 重占降3 引、 = j ：厶，、 o 2 3 2 三維電極的機(jī)理及特點(diǎn)應(yīng)用 根據(jù)電流方向和電解質(zhì)流動(dòng)方向之間的關(guān)系可將三維電極體系分為兩種基 本形式( 圖2 4 ) - 一是流通式( f l o w - t h r o u g h ) ，電流方向與電解質(zhì)流動(dòng)方向平行；另 一種是流經(jīng)式( f l o w b y ) ，電流方向與電解質(zhì)流動(dòng)方向相互垂直。 浙江工業(yè)大學(xué)碩士論文 1 6 電化學(xué)反應(yīng)器處理有害廢氣的實(shí)驗(yàn)研究 流通式 x - - w x = o 流經(jīng)式 圖2 4 ：流通式與流經(jīng)式多孔電極電解池的結(jié)構(gòu) 根據(jù)電極的電連接方式可分為單極式和雙極式三維電極( 圖2 5 ) 。對(duì)單極式， 反應(yīng)器中各對(duì)陽(yáng)極和陰極以并聯(lián)的方式各自與外部的電源相接；而對(duì)雙極式，僅 反應(yīng)器的兩個(gè)端電極與外部電連接，在反應(yīng)器內(nèi)的雙極式電極體上，氧化反應(yīng)和 還原反應(yīng)分別在同一電極體的兩側(cè)進(jìn)行。三維電極也可以按照粒子極性進(jìn)行分 類：即單極性和復(fù)極性。單極性床填充阻抗較小的粒子材料，當(dāng)主電極與導(dǎo)電粒 子接觸時(shí)，粒子帶電，兩電極間通常有隔膜存在。復(fù)極性床一般填充高阻抗粒子 材料，無(wú)需隔膜，粒子間及粒子與主電極間不會(huì)導(dǎo)電，因而不會(huì)短路。此時(shí)通過(guò) 在主電極上施加高壓，以靜電感應(yīng)使粒子一端成為陰極，若使用阻抗小的粒子， 如金屬、活性炭等，應(yīng)在外層涂上絕緣層或添加絕緣體。 9 單極式雙極式 圖2 5 ：?jiǎn)螛O式與雙極式電極電解池的結(jié)構(gòu) 按電極構(gòu)型可分為矩形和圓柱型：按粒子材料填充方式可分為固定方式與流 動(dòng)方式。按粒子材料填充方式進(jìn)行分類與實(shí)際工程設(shè)計(jì)關(guān)系十分密切，因而也是 浙江工業(yè)大學(xué)碩士論文 1 7 電化學(xué)反應(yīng)器處理有害廢氣的實(shí)驗(yàn)研究 最常用的一種分類方法。固定方式的粒子材料在床體中不會(huì)發(fā)生位移，處于相對(duì) 穩(wěn)定狀態(tài)，以填充床( p a c k e de l e c t r o d e ) 為典型代表；流動(dòng)方式的粒子材料在床體 中發(fā)生相對(duì)位移，處于流動(dòng)狀態(tài)，以流化床( f l yb e de l e c t r o d e ) 為典型代表1 3 7 - 3 9 i 。 三維電極的工作機(jī)理因床體類型不同而異1 7 5 - 1 ，單極性床( 帶有隔膜) 通過(guò) 主電極使電極粒子( 低阻抗) 表面帶上與主電極相同的電荷，電化學(xué)反應(yīng)在陰陽(yáng)極 各自進(jìn)行，有機(jī)物一般在陽(yáng)極被氧化，而重金屬離子在陰極被還原。復(fù)極性床( 沒 有隔膜) 主要通過(guò)主電極間的電場(chǎng)使工作電極粒子( 高阻抗) 因靜電感應(yīng)而分別 帶上正負(fù)電荷，使每一個(gè)粒子成為一個(gè)獨(dú)立的電極，電化學(xué)氧化和還原反應(yīng)可在 每一個(gè)電極粒子表面同時(shí)進(jìn)行，縮短了傳質(zhì)距離。因此三維電極的理論研究，包 括床體電化學(xué)參數(shù)的測(cè)定、電極表面狀況的了解、床體傳質(zhì)模型的研究，以及電 化學(xué)反應(yīng)歷程的具體研究。 基于三維電極的優(yōu)點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)在各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)廣泛應(yīng)用了三維電極的技 術(shù)。三維電極技術(shù)在處理有機(jī)廢水瓤噸1 、印染廢水1 4 3 4 7 1 、含酚廢水陋4 8 弗1 、含 重金屬離子的廢水等等陟秘1 應(yīng)用非常的廣泛，而且效果也非常的顯著。k i r k 等1 5 6 】 的實(shí)驗(yàn)表明電氧化方法可使苯胺染料的轉(zhuǎn)化率達(dá)9 7 。k a r l s s o n 等p5 】使用三維電 極方法處理廢水c o d 去除率能達(dá)到9 0 以上。p a n i z z am 鋤i 印j 等通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出 三維電極在處理含銅有機(jī)廢水應(yīng)用中能達(dá)n 9 8 以上去除率。 1 9 7 3 年，m ，f l e i s c h m a n n 等1 5 嘲依據(jù)三維電極理論成功研制出了復(fù)極性固定床 電解槽( b p b c ) 。此類電化學(xué)反應(yīng)器一般填充高阻抗粒子材料，粒子間及粒子與 主電極間不導(dǎo)電，因而不會(huì)短路。當(dāng)臣o(jì) b p b c 主電極間所施加的電壓足夠高，使 導(dǎo)電顆粒沿電場(chǎng)方向的兩端的電位降超過(guò)陰極和陽(yáng)極反應(yīng)的可逆電勢(shì)時(shí)，導(dǎo)電顆 粒就在電場(chǎng)的作用下感應(yīng)而復(fù)極化為復(fù)極性粒子，即在粒子的一端發(fā)生陽(yáng)極反 應(yīng)，另一端發(fā)生陰極反應(yīng)，每一個(gè)顆粒都相當(dāng)于一個(gè)微電解池，由于每個(gè)微電解 池的陰極和陽(yáng)極距離很近，傳質(zhì)非常容易。同時(shí)，由于整個(gè)電解槽相當(dāng)于無(wú)數(shù)個(gè) 微電池串聯(lián)組成，因此效率成倍提高。電極反應(yīng)的驅(qū)動(dòng)力是床內(nèi)各點(diǎn)導(dǎo)電顆粒的 電位p 與電解液的電位中s 之差( p 一s ) ，其值越大，反應(yīng)越快，不過(guò)差值過(guò) 大容易發(fā)生主反應(yīng)之外的反應(yīng)。b p b c 所具有的獨(dú)特性能使其成為廢水處理的一 種有效的方法，非均電場(chǎng)對(duì)三維電極體系性能的影響比較大。 朱錫海，陳衛(wèi)國(guó)和熊亞等”“ 對(duì)填充床三維電極進(jìn)行了改進(jìn)，將填充床與氣體 浙江工業(yè)大學(xué)碩士論文 電化學(xué)反應(yīng)器處理有害廢氣的實(shí)驗(yàn)研究 擴(kuò)散電極相結(jié)合開發(fā)了一種新的電化學(xué)反應(yīng)器，即三維三相電極反應(yīng)器。從反應(yīng) 器底部通入空氣主要有兩個(gè)作用：攪拌和提高傳質(zhì)速率；提供電極反應(yīng)所需的氧 氣，生成強(qiáng)氧化劑h 2 0 2 。因此三相三維電極比一般的三維電極降解有機(jī)物的效率 更高。至今，人們己對(duì)三維電極體系進(jìn)行了比較充分的研究，廣泛涉及泡沫電極、 網(wǎng)狀玻璃碳、網(wǎng)狀金屬、流化床嘲、噴射循環(huán)流體系i 6 3 4 , 4 i 等多種體系，也 對(duì)其他流體條件、電解池結(jié)構(gòu)和平行反應(yīng)體系、多步反應(yīng)體系進(jìn)行了研究1 6 5 - 6 ”。 目前這一領(lǐng)域的研究重點(diǎn)集中在涉及較復(fù)雜反應(yīng)的反應(yīng)器與新型反應(yīng)器的研究 與應(yīng)用上蹦。 氧化絮凝復(fù)合床( o f r ) 技術(shù)是近年來(lái)成功開發(fā)的水處理新技術(shù)。它是在原有 絮凝床基礎(chǔ)上綜合三維電極，催化氧化，混凝和吸附等作用而成的一種新技術(shù)。 該技術(shù)從三維電極的基本原理出發(fā)，巧妙配以催化氧化技術(shù)，構(gòu)成一種新的很具 有特色的氧化絮凝復(fù)合床處理技術(shù)1 0 8 - 7 4 l ，這種新技術(shù)就是根據(jù)水中需要去除的污 染物的種類和性質(zhì)，在兩個(gè)主電極之間充填高效，無(wú)毒而廉價(jià)的顆粒狀專用材料， 催化劑及一些輔助劑，組成去除某種或某一類有機(jī)或無(wú)機(jī)污染物最佳復(fù)合填充材 料作為粒子電極，將他們置于結(jié)構(gòu)為方型或圓型的復(fù)合床內(nèi)。在一定的操作條件 下，裝置內(nèi)便會(huì)產(chǎn)生一定數(shù)量的自由基和新生態(tài)的混凝劑。這樣廢水中的污染物 便會(huì)發(fā)生諸如催化氧化分解、混凝、吸附、絡(luò)合、置換等作用，使水中的污染物 迅速被去除。本法在處理過(guò)程中充分體現(xiàn)了清潔的水處理技術(shù)的要求和特點(diǎn)。它 高效、快速、反應(yīng)條件平和，在常溫常壓下即可進(jìn)行反應(yīng)，節(jié)約能源，采用半波 整流脈沖能源，能耗低，操作簡(jiǎn)便，占地面積小，產(chǎn)生的污泥量極少，避免了投 入污染更大投入更大污染的惡性循環(huán)，而且適用范圍廣，實(shí)驗(yàn)研究和實(shí)際應(yīng)用 結(jié)果表明，o f r 對(duì)各類有機(jī)廢水均有良好效果。在處理含有有機(jī)物污染物的各類 廢水中有巨大的潛力和應(yīng)用前景。 2 3 3 電化學(xué)反應(yīng)在廢氣處理中的應(yīng)用展望 電化學(xué)技術(shù)處理廢氣包括兩個(gè)步驟：( 1 ) 使氣體中的有害物質(zhì)溶解在液體中； ( 2 ) 用電解法將其轉(zhuǎn)化為無(wú)害的物質(zhì) 7 8 1 。其工藝可分為槽內(nèi)工藝和槽外工藝，槽內(nèi) 工藝是氣體直接經(jīng)吸收轉(zhuǎn)移到電化學(xué)反應(yīng)器內(nèi)并被處理；槽外工藝是氣體先被吸 附到獨(dú)立的容器中，再轉(zhuǎn)移到電化學(xué)反應(yīng)器中進(jìn)行處理。采用三維填充床電極，輔 以多孔滲水隔膜或離子交換膜的槽內(nèi)直接電化學(xué)方法已經(jīng)成功應(yīng)用于含直接發(fā) 浙江工業(yè)大學(xué)碩士論文 1 9 電化學(xué)反應(yīng)器處理有害廢氣的實(shí)驗(yàn)研究 生在電極上，或是通過(guò)間接電氧化( 還原) 來(lái)完成。s 0 2 是燃?xì)猱a(chǎn)生的主要污染物之 ，已嘗試用多種電化學(xué)手段將其從燃?xì)庵谐?。其中最成功的方法?i s p ra m a r k 過(guò)程。搿，其原理是利用陽(yáng)極氧化將h b r 氧化成b r 2 ，然后b r 2 與s 0 2 和水反應(yīng)制得硫酸。硫酸具有市場(chǎng)意義，b r 2 作為中間體是完全循環(huán)的。最近研 究較多的是對(duì)同時(shí)含有s 0 2 和氮氧化物的廢氣進(jìn)行處理。如c e 4 + 輔助工藝是以 c e 4 + 為均相氧化還原媒介，將s 0 2 和氮氧化物同時(shí)分別轉(zhuǎn)化為硫酸和硝酸；p b 0 2 、 連二亞硫酸鹽工藝也可有效處理s 0 2 和氮氧化物廢氣。c 1 2 、s 0 2 的廢氣凈化，c 1 2 的氧化或還原反應(yīng)可能目前電化學(xué)法在處理廢氣方面應(yīng)