NO氧化复合液相吸收同时脱硫脱硝的实验研究

摘要：燃煤过程产生的SO2和NOx是我国大气污染的最主要来源。传统单一功能的烟气治理方式导致烟气治理链越来越长，工艺系统复杂、占地面积大、投资运行费用高，因此开发脱硫脱硝一体化新方法和新技术仍是当前国内外燃煤烟气治理领域的研究热点。而湿法SO2与NOx的一体化脱除方法是目前最有应用前景的技术解决途径之一。本文采用高锰酸钾和等离子体这两种方法来实现NO的氧化，探索NO氧化结合NaOH液相吸收同时脱硫脱硝的过程和机制，为烟气中多种污染物一体化脱除技术的应用提供理论基础和技术支撑。

关键词：NaOH;电晕放电;脱硫脱硝;协同效应

一、SO2和NOx环境污染分析

（一）我国SO2和NOx排放统计

城市化工业化进程不断加快，城市规模不断地扩大，导致城市空气污染问题日益突出，雾霾频发，严重降低了人们的生活质量，甚至已严重威胁到人们的身心健康。2016年的中国环境公报数据显示，在统计的全国300多个城市中，环境空气质量达标的仅为25%;其余的75%的城市即250多个城市的环境空气质量超标。同时在400多个城市（区、县）开展了降水pH值和降水成分的检测，结果表明我国酸雨的整体类型仍为硫酸型，而酸雨城市占比达到20%，酸雨频率平均为13%，长江以南和云贵高原以东地区都是酸雨的多发区。

（二）SO2和NOx的危害

SO2是大气中的常见污染物，它无色但有强烈刺激性气味。大气中SO2的来源广泛，最主要的来源是燃料的燃烧过程（约占SO2排放总量的90%），尤其火电厂排放量最大，其他过程如硫化物矿物的焙烧、冶炼，化工材料的制造也会产生SO2。燃煤过程中产生的SO2溶于水中，会形成H2SO3，H2SO3被氧化继而生成H2SO4。

二、燃煤烟气脱硫脱硝技术进展

（一）脱硫技术

烟气脱硫技术是指采用物理或化学方法或者将两种技术结合，甚至近年来还出现了生物方法，将烟气中的SO2固定或者脫除。因此脱硫的方法有很多，按照脱硫剂和脱硫产物的干湿形态进行划分，脱硫方法可分为干法脱硫、半干法脱硫和湿法脱硫。

（二）脱硝技术

目前典型的脱硝技术主要有两种，一种是选择性催化还原SCR（Selective Catalytic Reduction）脱硝技术，还有一种是选择性非催化还原SNCR（Selective Non-Catalytic Reduction）脱硝技术。选择性非催化还原法是指在高温 （900℃～1000℃）和没有催化剂的条件下，向烟气中喷含有NH3基的还原剂（如氨，尿素等），还原剂在烟道气流中会产生的氨自由基，然后利用氨自由基的还原性 把NOx还原成N2和H2O。但是在整个过程中，由于烟气中不可避免的会有O2存在，所以部分还原剂会被氧化生成NOx和H2O，因此还原剂消耗量较大。由于SNCR工艺不需要催化剂，运行成本大大降低，所以它被广泛应用于燃烧系统中来减少NOx的排放。SNCR还原NO的化学反应效率取决于氨氮比、烟气温度、合适温区的停留时间、还原剂和烟气的混合程度、还原剂的类型以及NOx的初始浓度等。

（三）同时脱硫脱硝技术

1.固相吸附法同时脱硫脱硝技术

固相吸附法是在干态下净化烟气，不存在废液的问题，常用的固相吸附剂有活性炭、分子筛、CuO、钙基吸附剂等。吸附法利用有较大比表面积的吸附剂来吸附SO2和NOx，成本低廉，技术成熟，具有很好的应用前景。目前研究较多的吸附剂有活性炭、无机类吸附剂、有机类吸附剂以及其改性后的吸附剂。近年来，改性吸附剂由于其具有吸附多种污染物的特点，逐渐受到重视。有研究者使用强酸及强碱进行高压水热改性活性炭，改性后的活性炭进行XPS分析，发现羟基和内酯类基团都有增加，这有助于改善吸附效果。

2.微生物法同时脱硫脱硝技术

微生物法烟气同时脱硫脱硝技术相对新颖，但仍不成熟。该法所需设备简单，无二次污染，有一定的应用前景。微生物方法往往反应速率较慢，结合催化技术后将大大提高脱硫脱硝的效果，比如微生物-软锰矿耦合脱硫脱硝方法，实现了90%以上的脱硫脱硝效率。另外，菌种的选择也至关重要，高效脱硫和脱氮菌种的培养为实现高效脱硫脱硝提供了技术基础。有研究者在同一反应塔内培养两类菌体系（脱氮硫杆菌体系和硫酸盐还原菌体系），最终实现了同时脱硫脱硝。实验证明了拥有双菌体系的滴滤塔，在一定的进气条件下对SO2、NOx的脱除率可以分别达到95%和85%。脱氮过程相对较难，有研究者直接使用污水处理厂二沉池的活性污泥来脱除烟气中的SO2和NOx，脱硫效率和脱硝效率能分别达到99. 9%和88.9%。

3.氧化法同时脱硫脱硝技术

湿法脱硫是当前烟气脱硫的主流技术，但其对NOx的脱除能力有限。所以发展湿法同时脱硫脱硝技术成为当前烟气治理领域重要的研究方向，近年来也有部分技术实现了工程应用，主要以氧化结合湿法吸收过程为主。氧化吸收法就是先将NO氧化为NO2等后再进行同时脱硫脱硝。常用的氧化方式主要有化学氧化（包括氯酸类、KMnO4、H2O2等）、臭氧氧化、等离子体氧化、光催化氧化等。

三、NaOH液相吸收同时脱硫脱硝的实验研究

（一）NaOH溶液单独吸收NO

在这个实验中，模拟烟气气体流量为1 L/min，NaOH溶液体积为100 mL，NO的初始浓度为100 ppm。在常温常压下，实验过程中考察的NaOH浓度分别为：0.02、0.04和0.06 mol/L。图1反映了不同NaOH浓度对NO脱除效率的影响。

（二）NaOH溶液单独吸收NO2

在本实验中，模拟烟气流量为1 L/min，NaOH溶液体积100 mL，NO2的初始浓度为100 ppm，在常温常压下，在本实验中考察的NaOH浓度分别为0.02、0.04和0.06 mol/L。

四、结束语

本研究提出了一种电晕放电耦合湿式吸收方法，发现电晕放电耦合湿式吸收能发挥协同作用，大大提高NOx的脱除率。单独电晕放电过程NOx的脱除率为14.3%，单独吸收过程NOx的脱除率为7.7%，而电晕耦合湿式吸收过程中NOx的脱除率则达到了58.2%。然而在本研究中，电晕放电耦合湿式吸收的耦合方式并没有深入的研究，今后可通过尝试不同的耦合方式以达到更好的协同效果，进一步提高NOx的去除率。

参考文献：

[1] 赵毅，朱洪涛，等. 燃煤电厂SCR烟气脱硝技术的研究[J]. 电力环境保护，2009，25（1）.

[2] 高宏亮，覃海华，郭静. 燃煤工业锅炉烟气湿法脱硫脱硝技术探讨[J]. 工业安全与环保，2014，40（5）：12-15.

[3] 赵娜，吕瑞滨. 烟气脱硫脱硝一体化技术的现状与展望[J]. 中国资源综合利用，2011，29（10）：31-33.

作者简介：

侯培，杭州尊邦科技有限公司。