蓬松生长的有能力吸附沉淀时向下的不易凝聚颗粒。硫酸铝是最常见的混凝剂,但有机聚合物也可以单独使用或与明矾一起,改善絮凝效果。大浮冰悬浮物通常都是从混凝池转移至沉淀池,或当大浮冰去处时可直接转移至过滤器。
消毒
为了确保水中没有有害细菌,消毒是很有必要的。氯化消毒是公共供水的消毒最常用的方法。足量的氯气或次氯酸盐添加到水中以杀死致病菌。氯化是一个可靠的,相对便宜,且易于使用的消毒方法。其他消毒剂包括氯胺,二氧化氯,其他卤素,臭氧,紫外线和高温。臭氧氧化,已被广泛地使用法国。目前在北美地区也以获得认可,特别是作为替代在天然有机物存在的地方的预氯化。虽然有效,但是臭氧不会留下长期持久的残余消毒。
臭氧化是向水中添加臭氧的一种消毒方式。臭氧是一种能氧化无机和有机杂质的强氧化剂 。相比氯消毒它的优点是,它不会留下味道或气味,与氯气不同的是,臭氧显然不与自然界有机物反应形成有毒化合物来危害人类。
溶解物质的去除
曝气是用来清除地下水中过量的铁和锰。这些物质引起了味道和颜色的问题,干扰清洗和污染水管装臵,并促进铁细菌在水管的繁殖,通过向水中鼓泡空气,或者通过喷射来增大空气与水的接触面积,溶解性铁或锰(的Fe2+,Mn2 +)被氧化成一种不易溶解形式(Fe3+,Mn4 +的),这样沉淀出来后可以在沉淀池或过滤器中出去。曝气也消除了硫化氢(H2S)气体造成的臭味。
水的软化是一个去除硬度过程,硬度是由二价金属离子的存在造成的,主要是钙离子和镁离子。水的硬度是在二氧化碳的存在下土壤和岩石,特别是石灰岩接触的结果。
活性炭是一种在水处理中去除有机污染物吸附能力极强的材料。活性炭的生产有两个阶段。首先,一个合适的基材如木材、虫、蔬菜等物质或者骨头,在通过隔绝空气的条件下加热使它们碳化。然后碳化材料在空气,二氧化碳,或蒸汽条件下加热燃烧掉它的杂质后被活化,并增加其孔径。活性炭对气体,液体和固体的吸附是受温度,水的pH值以及需要除去的有机物的复杂性。
在反渗透(RO)中,淡水强行通过半透膜的方向,是自然渗透的相反方向。由于膜能去除可溶性盐,所以反渗透主要应用在海水淡化。然而,这个处理过程也能去除有机物质,细菌和病毒,其在水处理中的应用越来越大。
14单元 颗粒污染物控制
选择正确的处理设备需要使设备的特性和污染物的特征相匹配。污染物在大小尺寸上包含了从气体分子到肉眼可见的直径几毫米的很大范围。任何一种设备都不能有效或者是高效的去除所有的污染物,即使是从一个烟囱排出的污染物。污染物的化学行为同样可以决定污染控制工艺的选择。各种空气污染物控制设备可以方便的分为用来控制颗粒物质的设备和用来控制气体污染物的设备。后者将在下一单元讨论。
旋风分离器
旋风分离是一种广泛应用的,经济有效的去除颗粒物的方法。干空气偏离中心的进入旋风分离器,这样,在锥体内空气产生了强烈的旋转,颗粒物围绕器壁被离心加速。器壁的摩擦力使颗粒物减速,从而滑落到底部被收集起来,而净化的空气从圆锥体顶部的中心离开。旋风分离器对大颗粒物的去除相当有效,因此,
它被广泛的用作除尘的预处理。
织物过滤器(袋式除尘器)
用来去除颗粒物的袋式除尘器运行起来就像一个真空吸尘器。含尘气体被吸入或者吹入织物过滤袋,它能收集尘粒。通过袋子的周期性震动,落在袋子上的灰被清走。袋式除尘器可以高效的去除亚微米级的颗粒物,因此它在工业上广泛应用。
袋式除尘器除尘的基本原理和水处理中砂滤池的原理相似。在诱捕作用产生的表面力的作用下,尘粒吸附在纤维上,并且在冲击和布朗扩散的作用下被带到织物的内部,和织物联结在一起。
直径小于1微米的颗粒物质是有毒的,非常危险的,它的去除效果要好与99.9%。当预处理过的气体被加压或真空吸入单级高效微粒微孔过滤器时能达到这样的去除率,4到6级HEPA过滤器串连处理可达到99.9999%的去除率。例如,HEPA过滤器通常用于放射性颗粒物的去除。
湿式除尘器
喷雾塔和洗涤器可以有效的去除大颗粒物质。在进水的狭窄喉管处剧烈的作用可以促进水和空气的接触,从而使洗涤器更加有效。一般来讲,接触越剧烈,气泡和液滴越小,洗涤器越有效。文丘里洗涤器是一种经常用到的高效的洗涤器。气流经过喉管部分被收缩,高压水流垂直于气流方向进入。文丘里洗涤器基本上能100%的去除直径大于5微米的颗粒物。
虽然湿式洗涤器非常的高效,不但能捕集细小的颗粒物,而且能去除气体污染物,但是它也是有缺陷的。洗涤器需要消耗大量的水,洗涤过脏空气的水需要进一步的处理,否则不能再使用。在有些地方,例如美国的科罗拉多州,那里的水资源有限,相对于洗涤器,水有着更重要的用途。而且,洗涤器的好能高,它的运行费用和建设费用同样昂贵。另外,洗涤器经常会产生可见的水蒸气烟雾。 (例:A plume of smoke rose from the chimney. 从烟囱里冒出一缕轻烟。 注:Finally,没有译成最后,因为Finally后的内容仍然是洗涤器的其他 缺点。) 电除尘器
在处理气量较大和湿式除尘器不适用的场合,静电除尘器广泛的应用于捕集细小颗粒物。在燃煤电厂,经常使用静电除尘器处理一、二级锅炉和焚化炉的尾气。在电除尘器中,含尘气流中带负电的颗粒物在通过高压电晕线时被去除。这些颗粒物在通过电极时被荷电,于是在电场中向集尘极迁移。集尘极或者是环绕电晕线的圆柱管,或者是平板。另外,需要周期性的用锤头振打集尘极,使灰从表面散落。
由于集尘极上形成的粉尘层,捕集效率会下降,特别是圆柱形集尘极。而且,有些灰尘表面比电阻高,不能想从集尘极跌落,而是粘在上面。加热或用水冲刷电极可以解决这一难题。静电除尘器对细小颗粒物的捕集很有效。但因为捕集粉尘的数量与电流成正比,静电除尘器所耗费的电能可能会相当大,从而导致较高的运行费用。
15单元 气态污染物控制
气态污染物可以通过捕集、化学交换或者改变产生它们的过程而去除。 前面讨论过的湿式洗涤器可以将污染物质溶解在洗涤液中,从而去除。发电厂废气中的SO2 和 NO2经常用这种方法去除。多级洗涤器是指分布有玻璃片或玻
璃过滤板的喷淋塔,这可以使溶解过程比普通湿式洗涤器更高效。例如:从炼铝熔炉的废气中去除氟化物。吸附,或者化学吸收是利用一种吸附剂来去除有机化合物,例如活性炭。
Smelter:熔炉 boiler:锅炉
当有机污染物可以氧化为CO2和水时,或者将H2S 氧化为 SO2时,使用焚化或燃烧法。催化燃烧是焚烧的一种变形。在表面催化的作用下,燃烧反应从能量角度上讲更加容易实现,并能 在较低的温度下进行。 SO2控制
SO2普遍存在且危害严重。在美国和工业化国家,SO2最大的一个来源就是发电过程中含硫煤和油的燃烧。控制标准的日益严格,促进了减少SO2排放的多种可选办法和技术的发展。这些可选办法有:
? 使用低硫燃料。天然气含硫非常低,而为得到工业热和电厂动力而燃烧的油
含硫量在0.5 % 至 3%,煤含硫量在0.3 % 至 4%。然而低硫燃料价格昂贵、供应不稳定。
? 燃烧前脱硫。人们可以用多种化学方法去除工业重油中的硫,方法类似于去
除原油中的H2S。在煤中,硫分可以是无机物(例如黄铁矿FeS2)的形态存在,也可以有机物的形式存在。黄铁矿硫可以通过将煤粉碎并用洗涤溶液洗选的方法去除。有机硫可以通过浓酸洗涤去除。首选的脱硫方法是煤气化或溶剂萃取,这样可以分别得到符合管道运输质量的煤气和低硫的液态燃料。 ? 高烟囱。虽然,高烟囱可以降低气体污染物的地面浓度,但这并不是一种恰
当的控制方法。
? 烟气脱硫。燃烧器或者其他产生SO2过程排放的气体称为烟气。SO2可以通过
化学过程净化,一些净化方法将在本章的后半部分讨论。SO2合成硫酸或其他硫酸盐的反应在烟气脱硫中是最常用的方法。它有两个局限:在进入生产酸酸工厂前烟气必须除尘,另外,只有在气流中SO2的浓度在3%~30000ppm时酸才能顺利形成。形成酸的反应:
双触点制酸厂可以生产技术等级98%的硫酸。非铁熔炉和精炼工业最适用这种方法。可以进行相似的反应,生产(NH4)2SO4,一种肥料和石膏CaSO4。化石燃料燃烧烟气中的SO2浓度太低,不能作为酸而捕集,也不能作商业肥料或石膏。另外,燃煤锅炉尾气太脏。
另一种典型的方法是单碱洗涤法,反应为:
从这一过程中回收的高浓度SO2可以工业化应用于制浆和造纸,以及硫酸生产中。 烟气中的SO2也可以通过溶解在柠檬酸钠溶液中被去除,反应式如下:
柠檬酸钠本身不参与反应,而是作为一种缓冲剂将溶液的pH值控制在4.5柠檬酸盐缓冲剂容易再生。柠檬酸盐法的去除效率在80%-99%,比碱液吸收法75%的效率要高的多。
氮氧化物的控制
湿式洗涤器吸收SO2的同时也吸收NO2,但湿式洗涤器的安装通常不是主要为了NO2的去除。在燃烧化石燃料的发电厂常用的控制氮氧化物的有效办法是低氮氧化物燃烧技术。这种方法是通过将燃烧过程的空气量限值在比燃料燃烧所需理论空气量稍多的水平而控制NO2的形成。例如:天然气燃烧的反应为,
空气中的氮和氧在高温下结合形成NO,在这一过程中,天然气燃烧在竞争中占优势。
天然气燃烧所需氧的理想比例是:
事实上,助燃空气中氧气的微小过量可以促进氧气与燃料的化合,而不是与氮化合。在实践中,可以调节气流在可见烟羽消失时进入燃烧室,从而达到低NO燃烧。
VOC和臭氧的去除
因为VOC和臭氧微溶于液态洗涤介质,所以用完全氧化(焚化或催化燃烧)的方法去除。 16单元 焚烧
焚烧是一种利用燃烧的方法使垃圾体积减小、毒害降低的方法。从体积角度看,焚烧的主要产物是二氧化碳、水、和灰,但是这些产物是最让人担心的,因为它们的环境效应无物是含有硫、氮和卤素的化合物。当燃烧产生的气态产物中包含新的污染物时,必须运用二次燃烧、洗涤或过滤等二级处理把污染物浓度降低到可接受的水平再排放到大气中。焚烧过程产生的固体灰尘是另一个引人关注的问题,必须达到充分的最终处理。
焚烧作为处理有害废物的方法的优点如下:
1. 在控制的条件下燃烧废料和燃料已经进行了很多年,基本的工艺技术是可以掌握并能非常好的发展。
2. 焚烧可以广泛的用于大部分有机废物,还能处理大体积的液体废物。 3. 焚烧是已知的最好的处理混合废物的方法。
4. 焚烧是一种优秀的处理生物毒性肥废料的方法,例如医疗废物。 5. 不需占用太多昂贵的土地。 焚烧的缺点包括:
1. 与其他替代方法相比,设备运行费用越来越贵,而且工艺必须满足空气污染物控制的严格的调整要求。
2. 焚烧不总是一种最终的处理方法,这是因为一般不管灰烬参残余有无毒性都必须进行适当的处臵使其对环境的污染降到最低。
3. 除非运用大气污染控制技术来控制,否则焚烧产物中的气态或颗粒污染物会危害人们的健康或损坏财产。
决定用焚烧法处理某种废物取决于与其他替代方法相比焚烧的环境恰当性及焚烧法与其他环境可行的供选方案的经济性。
对废物完全氧化影响最大的可变因素有废物可燃性、在炉膛内的停留时间、火焰温度和炉膛内燃烧区呈现的紊乱度。可燃性是一种燃料被氧化的难易程度的
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