尋求廉價且性能可靠的濕法煙氣脫硫新工藝、新型高效吸收劑和經(jīng)濟有效、技術(shù)先進的城市垃圾填埋場滲濾液中高濃度氨氮預處理方法，一直是環(huán)境化學工程領(lǐng)域的兩大熱點。本研究首次提出并建立了垃圾滲濾液濕法煙氣脫硫-微生物硫轉(zhuǎn)化互補體系，利用垃圾滲濾液的高堿度和液相金屬離子催化氧化性“以污治污”吸收二氧化硫，同時較高溫度的煙氣又作為汽提介質(zhì)“以污治污”吹脫垃圾滲濾液的氨氮。本文系統(tǒng)研究了垃圾滲濾液吸收煙氣中SO_2并伴隨氨的解吸這一復雜過程的反應機理、宏觀動力學控制步驟和工藝特性，并對這一特殊的氣液吸收和解吸過程進行了數(shù)值模擬。 針對垃圾滲濾液組成復雜的特性，采用自行設(shè)計的雙磁力攪拌氣液反應器通過實驗首次研究了含有NH_4~+-N、過渡金屬離子、無機陰離子、復雜有機物的垃圾滲濾液吸收SO_2同時伴隨滲濾液氨解吸過程的反應機理，采用L_9(3~4)正交試驗研究了垃圾滲濾液的pH值、Fe~(2+)、Mn~(2+)、Cl~-、乙醇以及甲苯等代表性因子的顯著性，并證實這些因子對SO_2吸收效率影響的大小依次為pH值、Fe~(2+)和Mn~(2+)的濃度、Cl~-濃度及乙醇和甲苯的濃度。對pH值、Fe~(2+)、Mn~(2+)、Cl~-、乙醇以及甲苯等代表性因子進行了機理分析、定量實驗研究和數(shù)學模擬。結(jié)果表明，(1)垃圾滲濾液pH值是SO_2吸收率和氨氮吹脫去除率的關(guān)鍵因素，高的初始pH值可同時獲得較高的氨氮吹脫去除率和脫硫率。(2)垃圾滲濾液的初始pH值為8.5，液氣比為3L／m~3并控制吸收終點pH值為6.0，SO_2平均吸收率可達85％，氨氮吹脫累計去除率可達44％。(3)垃圾滲濾液pH值低于7時，滲濾液中較低濃度的Fe~(2+)、Mn~(2+)對液相的S(Ⅳ)氧化仍具有較顯著的催化作用，在相同濃度下，Mn~(2+)的催化作用優(yōu)于Fe~(2+)，但二者的催化行為總體上類似，提高Fe~(2+)、Mn~(2+)濃度可有效促進SO_2的吸收率。(4)Cl~-對SO_2吸收的促進作用主要歸因于Cl~-對液相的S(Ⅳ)氧化具有較顯著的催化作用，而這種催化作用必須在Fe~(2+)、Mn~(2+)的協(xié)同下才可能發(fā)生。(5)乙醇能通過抑制液相的S(Ⅳ)氧化反應降低SO_2的吸收效率，但 四川大學博士學位論文 總體上這種抑制作用明顯小于Fe2+、M矛十以及cl‘的催化作用。(6)液相發(fā)生的 S(W)氧化反應對于促進苯基類難生物降解物質(zhì)的破環(huán)有促進作用，有利于 后續(xù)的生物硫轉(zhuǎn)化工藝。(7)垃圾滲濾液吸收煙氣502的宏觀動力學過程較復 雜，總體上屬于傳質(zhì)速度控制過程而非動力學控制過程，由實驗結(jié)果，可以根 據(jù)溶液pH值的變化劃分傳質(zhì)速度控制過程，當體系的pH值較高時(pH值)8.5)， 氣相擴散阻力為主導性因素，吸收過程控制步驟可視為氣相擴散控制;當4簇pH 成6.5值時，液相擴散阻力為主導性因素，吸收過程控制步驟可視為液相擴散控 制;而當6.5pH8值時可能呈現(xiàn)出氣、液擴散同時控制的特點。體系伴隨的 氨的解吸為氣相擴散控制過程。 通過實驗詳細測定了必loomm常規(guī)填料塔內(nèi)脫硫率和氨氮脫除率隨液相 停留時間、操作溫度、噴淋密度、液氣比、煙氣中502濃度和滲濾液中氨氮濃 度等的變化情況，分析了這些操作參數(shù)對過程的影響，并根據(jù)實驗數(shù)據(jù)得出了 脫硫率、氨氮脫除率和操作參數(shù)之間的回歸經(jīng)驗方程。在液相停留時間為 45min，操作溫度so.c，噴淋密度3 m3/m2·h，液氣t匕3L/m3，煙氣502濃度zsoopm 的較佳工藝組合條件下，S仇平均吸收率可達85%，氨氮總?cè)コ蔬_40%，吸收 尾液COD/s比為2.1，有利于后序吸收尾液中硫的微生物轉(zhuǎn)化處理。 基于經(jīng)典雙膜傳質(zhì)理論，建立了填料塔內(nèi)垃圾滲濾液吸收煙氣中502并伴 隨氨的解吸過程的數(shù)學模型，根據(jù)工藝研究的實驗條件對模型賦初值，結(jié)合模 型參數(shù)估值確定適宜的邊界條件，采用MaPles.0對模型方程進行求解，得到了 液膜內(nèi)各組份的濃度分布特性曲線，以及氣相分壓、pH值、傳質(zhì)阻力、傳質(zhì)速 率、吸收增強因子等沿塔高的分布特性，結(jié)果表明模型預測結(jié)果和實驗結(jié)果吻 合良好。 通過本文研究，弄清了垃圾滲濾液吸收煙氣中502并伴隨氨的解吸過程的 反應機理和宏觀動力學控制步驟，掌握了填料塔內(nèi)垃圾滲濾液吸收煙氣中502 并伴隨氨的解吸過程的工藝操作特性及其規(guī)律，基于對實驗數(shù)據(jù)的數(shù)學模擬給 出了較佳的操作參數(shù)范圍�；诮�(jīng)典雙膜傳質(zhì)理論建立了過程模擬計算的模型， 為本工藝過程和其它濕法煙氣脫硫過程的傳質(zhì)一反應現(xiàn)象提供了一個定量的理 論分析和工程設(shè)計基礎(chǔ)。 關(guān)鍵詞:煙氣脫硫垃圾滲濾液亞硫酸鹽硫酸鹽液相催化氧化數(shù)值模擬
【學位單位】：四川大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2004
【中圖分類】：X705
【文章目錄】：
中文摘要
Abstract
第一章 前言與文獻綜述
    1.1 前言
    1.2 濕法煙氣脫硫技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
    1.3 新興的濕法煙氣脫硫—微生物硫轉(zhuǎn)化技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
    1.4 垃圾滲瀝液高濃度氨氮預處理技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
    1.5 垃圾滲瀝液煙氣脫硫-微生物硫轉(zhuǎn)化互補體系的提出和建立
    1.6 液相S（Ⅳ）的催化氧化研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
        1.6.1 金屬離子的催化作用
-的催化作用'>        1.6.2 Cl^-的催化作用
        1.6.3 醇類對液相S（Ⅳ）的催化氧化的抑制作用
        1.6.4 液相S（Ⅳ）的催化氧化對有機物溶解的促進作用
    1.7 濕法煙氣脫硫過程的傳質(zhì)-反應模型的研究與進展
        1.7.1 濕法煙氣脫硫氣液吸收模型研究的回顧與進展
2吸收模型的研究回顧與進展'>        1.7.2 濕法煙氣脫硫過程SO₂吸收模型的研究回顧與進展
    1.8.本文研究問題的提出、研究思路及其意義
2吸收反應機理和氣液吸收、解吸的宏觀動力學特征研究'>第二章 垃圾滲瀝液煙氣脫硫體系SO₂吸收反應機理和氣液吸收、解吸的宏觀動力學特征研究
    2.1 引言
    2.2 實驗材料、裝置和方法
        2.2.1 實驗材料
            2.2.1.1 垃圾滲瀝液
            2.2.1.2 模擬煙氣
        2.2.2 實驗裝置及流程
        2.2.3 分析與計算方法
    2.3 體系反應機理和影響因素分析
        2.3.1 體系的化學反應
        2.3.2 含硫組分在溶液中的分布
        2.3.3 氨氮組分在溶液中的分布
    2.4 結(jié)果與討論
        2.4.1 垃圾滲瀝液的緩沖能力—垃圾滲瀝液煙氣脫硫的可行性考察
2影響的顯著性分析'>        2.4.2 垃圾滲瀝液中各組分對吸收SO₂影響的顯著性分析
2反應的組分'>            2.4.2.1 垃圾滲瀝液中可能與SO₂反應的組分
            2.4.2.2 正交試驗結(jié)果及分析
        2.4.3 垃圾滲瀝液pH值對氨氮吹脫和脫硫的影響及其機理分析
            2.4.3.1 垃圾滲瀝液脫硫過程中各組分和pH值的關(guān)系
            2.4.3.2 垃圾滲瀝液初始pH值對體系脫硫和氨氮解吸的影響
2+、Mn²⁺對脫硫性能的影響及其機理分析'>        2.4.4 垃圾滲瀝液中Fe²⁺、Mn²⁺對脫硫性能的影響及其機理分析
-對脫硫性能的影響'>        2.4.5 垃圾滲瀝液中Cl^-對脫硫性能的影響
        2.4.6 垃圾滲瀝液中乙醇對脫硫性能的影響
        2.4.7 垃圾滲瀝液中S（Ⅳ）的氧化對芳香基難降解有機物的影響
        2.4.8 體系氣液吸收和解吸的宏觀動力學特性
            2.4.8.1 液相擴散阻力的判別—液相攪拌速度對氨氮吹脫和脫硫過程的影響
            2.4.8.2 氣相擴散阻力的判別—氣相攪拌速度對氨氮吹脫和脫硫過程的影響
            2.4.8.3 動力學控制的判別—反應溫度對氨氮吹脫和脫硫過程的影響
2吸收和氨氮吹脫的工藝特性研究'>第三章 垃圾滲瀝液中SO₂吸收和氨氮吹脫的工藝特性研究
    3.1 引言
    3.2 實驗材料、裝置和方法
        3.2.1 實驗材料
        3.2.2 實驗裝置及流程
        3.2.3 分析和計算方法
    3.3 結(jié)果分析與討論
        3.3.1 液相平均停留時間對氨氮吹脫和脫硫過程的影響
        3.3.2 噴淋密度對氨氮吹脫和脫硫過程的影響
        3.3.3 溫度對氨氮吹脫和脫硫過程的影響
        3.3.4 液氣比對氨氮吹脫和脫硫過程的影響
2濃度對氨氮吹脫和脫硫過程的影響'>        3.3.5 煙氣中SO₂濃度對氨氮吹脫和脫硫過程的影響
        3.3.6 滲瀝液中氨氮濃度對氨氮吹脫和脫硫過程的影響
2后吸收尾液組成及其對后續(xù)生化工藝影響分析'>        3.3.7 滲瀝液吸收SO₂后吸收尾液組成及其對后續(xù)生化工藝影響分析
第四章 垃圾滲瀝液—煙氣脫硫體系氣液吸收及解吸過程的數(shù)學模型研究
    4.1 引言
    4.2 基于雙膜理論描述液相化學吸收的速率級模型及其求解
        4.2.1 概述：雙膜傳質(zhì)理論
        4.2.2 化學吸收模型的建立
            4.2.2.1 質(zhì)量衡算
            4.2.2.2 能量衡算
            4.2.2.3 電中性方程
            4.2.2.4 相平衡方程
            4.2.2.5 膜內(nèi)的傳質(zhì)和反應方程
            4.2.2.6 模型中相關(guān)參數(shù)的計算
        4.2.3 化學吸收模型的優(yōu)化
        4.2.4 化學吸收模型的求解
            4.2.4.1 數(shù)值解法
            4.2.4.2 解析解法
            4.2.4.3 數(shù)值解法和解析解法的比較
    4.3 垃圾滲濾液—煙氣脫硫體系氣液吸收及解吸的系統(tǒng)描述
    4.4 垃圾滲濾液—煙氣脫硫體系氣液吸收及解吸的模型方程
        4.4.1 吸收塔物料衡算方程
            4.4.1.1 氣相一側(cè)
            4.4.1.2 液相一側(cè)
            4.4.1.3 氣液兩相的關(guān)聯(lián)
        4.4.2 膜內(nèi)的組分擴散和反應
            4.4.2.1 膜內(nèi)組分的擴散和反應方程
            4.4.2.2 邊界條件
    4.5 垃圾滲濾液—煙氣脫硫體系氣液吸收及解吸模型中物理特性參數(shù)的估算
        4.5.1 擴散系數(shù)
        4.5.2 離解平衡常數(shù)和溶解度常數(shù)
        4.5.3 活度系數(shù)
        4.5.4 傳質(zhì)系數(shù)、界面面積及液膜厚度
    4.6 垃圾滲濾液—煙氣脫硫體系氣液吸收及解吸模型的求解
        4.6.1 模型的優(yōu)化
        4.6.2 模型的求解
    4.7 垃圾滲濾液—煙氣脫硫體系氣液吸收及解吸過程數(shù)值模擬結(jié)果和討論
        4.7.1 模型的賦值
        4.7.2 液膜內(nèi)組分的濃度分布
        4.7.3 沿填料高度分布的分壓和傳質(zhì)速率
        4.7.4 pH值沿填料塔高度的分布
        4.7.5 吸收增大因子和氣膜、液膜的阻力
2濃度的影響'>        4.7.6 煙氣SO₂濃度的影響
第五章 結(jié)論
符號說明
參考文獻
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聲明
致謝

【引證文獻】

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本文編號：2827418