撞擊流作為一種過(guò)程強(qiáng)化技術(shù),其優(yōu)勢(shì)在于能夠顯著強(qiáng)化相間傳遞和微觀混合,可應(yīng)用于環(huán)保工藝、設(shè)備中,以達(dá)到提高污染物去除效率的目的。本文在簡(jiǎn)述撞擊流基本原理和特性的基礎(chǔ)上,詳細(xì)闡述了國(guó)內(nèi)外撞擊流技術(shù)在細(xì)顆粒物(PM_2.5)脫除、煙氣脫硫脫硝、廢水處理、廢氣吸收等方面的應(yīng)用現(xiàn)狀,分析了該技術(shù)的應(yīng)用效果和優(yōu)勢(shì),同時(shí)介紹了一種可用于廢水處理的新型雙組分層式撞擊流反應(yīng)器。最后指出,深入探究撞擊流復(fù)雜體系的機(jī)理以及耦合其他新型技術(shù)是未來(lái)研究的主要方向。 

【文章來(lái)源】：化工環(huán)保. 2020,40(01)北大核心CSCD

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【部分圖文】：

撞擊流氣液反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖

撞擊流(Impinging Stream)技術(shù)的理論最早由ELPERIN[3]教授提出,但其工業(yè)應(yīng)用要追溯到1953年Koppers-Totzek粉煤氣化爐的開(kāi)發(fā),目的是為了滿(mǎn)足強(qiáng)化相間傳遞的需求。圖1為撞擊流基本原理示意圖,兩股氣-固兩相流同軸高速相向流動(dòng)撞擊,在撞擊區(qū)形成高度湍動(dòng)并達(dá)到極高的相間相對(duì)速度,從而強(qiáng)化相間熱、質(zhì)的傳遞。經(jīng)過(guò)理論初創(chuàng)和深化階段后,撞擊流的高效微觀混合和強(qiáng)烈壓力波動(dòng)性質(zhì)被發(fā)現(xiàn)[4],成為該領(lǐng)域一個(gè)里程碑式的進(jìn)展,自此開(kāi)啟了撞擊流技術(shù)研究應(yīng)用的新階段。2 撞擊流技術(shù)在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用

苯酚是廢水中常見(jiàn)的一類(lèi)高毒性和難降解的有機(jī)物,目前廣泛采用的處理方法為溶劑萃取法[28]。為進(jìn)一步提高萃取率,汪鐵林等[29]用撞擊流反應(yīng)器對(duì)含苯酚廢水進(jìn)行萃取除酚的研究,結(jié)果表明,相同條件下,與傳統(tǒng)反應(yīng)器相比,撞擊流反應(yīng)器的單級(jí)萃取分配比可提高20%。ROYAEE等[30]利用撞擊流反應(yīng)器光催化降解苯酚,消除了光催化過(guò)程中光子轉(zhuǎn)移和傳質(zhì)的限制,探究了催化劑負(fù)載量、pH、苯酚濃度和光強(qiáng)等因素對(duì)降解效果的影響規(guī)律[31],與傳統(tǒng)裝置數(shù)據(jù)進(jìn)行比較表明,其降解效率更高、性能更好。JAFARIKOJOUR等[32]設(shè)計(jì)了一種在撞擊區(qū)安裝了包覆TiO2的不銹鋼圓盤(pán)的反應(yīng)器,用其光催化降解苯酚,結(jié)果表明,210 min內(nèi)30 mg/L的苯酚溶液被完全降解,降解效率較好。撞擊流與超重力技術(shù)的耦合開(kāi)拓了新的液-液接觸機(jī)制與反應(yīng)技術(shù),衍生出撞擊流旋轉(zhuǎn)填料床(IS-RPB),其結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖3。祁貴生等[33]利用IS-RPB作為萃取設(shè)備,磷酸三丁酯作為萃取劑,煤油作為稀釋劑,對(duì)含酚廢水進(jìn)行了萃取實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)IS-RPB具有操作簡(jiǎn)單、處理能力大(相同處理量下可減小設(shè)備體積從而降低成本)、萃取率高(優(yōu)化操作參數(shù)后除酚率在95%以上)等特點(diǎn)。楊利銳等[34-35]利用IS-RPB作為制乳、提取設(shè)備,開(kāi)展了含酚廢水的液膜分離研究,討論了制乳轉(zhuǎn)速、水油比、水乳比、床層填料等對(duì)制乳率和提取率的影響并得出較優(yōu)條件,制乳率可達(dá)99.9%,苯酚提取率達(dá)99%,證實(shí)IS-RPB是一種制乳時(shí)間短、乳液穩(wěn)定性好、提取效率高、可連續(xù)化操作的先進(jìn)設(shè)備。IS-RPB也可作為輔助設(shè)備,用于沉淀法連續(xù)制備納米顆粒。CHANG等[36]利用IS-RPB作為反應(yīng)器,制備可降解苯酚用光催化劑,并對(duì)其性能進(jìn)行評(píng)價(jià),發(fā)現(xiàn)苯酚降解率可達(dá)99%。此外,LI等[37-39]將空化射流與撞擊流技術(shù)耦合,設(shè)計(jì)了一種廢水處理用空化撞擊流反應(yīng)器,其反應(yīng)速率明顯優(yōu)于傳統(tǒng)裝置,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn),如圖4所示,實(shí)現(xiàn)了空化撞擊流與微電解技術(shù)的耦合,解決了傳統(tǒng)微電解法處理廢水時(shí)存在的鈍化、板結(jié)、處理效率低、能耗高等問(wèn)題,具有良好的協(xié)同增效作用,為處理高濃度有機(jī)廢水提供了一種新途徑。LI等[40-41]開(kāi)發(fā)了一種可促進(jìn)曝氣操作氧吸收速率、流動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適用于快速好氧生物法的高效節(jié)能污水處理裝置——內(nèi)循環(huán)撞擊流生物膜反應(yīng)器,如圖5所示,在其廢水處理性能的初步研究中,得到了良好的去除效果。單一的傳統(tǒng)廢水處理方法在與撞擊流技術(shù)耦合后,較耦合前均體現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(shì)。

【參考文獻(xiàn)】：
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