氮氧化物(NOx) 廢氣治理工程實例
摘要:針對氮氧化物(NOx) 廢氣瞬時爆發性濃度極高、氣量大，難于治理的危害特性，設計了一套適合敞開作業的通風凈化系統裝置。該工程既解決了原有NOx 廢氣處理工藝的難題，提高NOx 廢氣處理技術，又解決了“黃龍”對大氣的污染，達到保護環境與社會和諧的統一。
關鍵詞:氮氧化物(NOx) 廢氣,兩級廢氣凈化塔,配制,吸收液
0 引言
氮氧化物(NOx) 是一種毒性很大的黃煙，不經治理通過煙囪排放到大氣中，形成觸目的棕( 紅) 黃色煙霧，俗稱“黃龍”［1］，在眾多廢氣治理中NOx 難度最大，是污染大氣的元兇。如果得不到有效控制不僅對操作人員的身體健康與廠區環境危害極大，而且隨風飄逸擴散對周邊居民生活與生態環境造成公害。專家預測，如不加強控制，到2010 年以后氮氧化物將成為中國大氣污染的主要污染物，環保局今后將加強氮氧化物控制立法建設和標準制訂工作，在修訂《大氣污染防治法》和污染源排放標準時，將氮氧化物控制作為重點內容［2］。
浙江某鋁業公司是咖啡壺出口量大的企業，在產品表面處理過程中，產生大量的氮氧化物廢氣，該公司曾建有廢氣通風凈化裝置，然而廢氣排放仍見“黃龍”，處理效果不盡人意，周邊糾紛不斷。筆者曾有類似工程經驗，受業主委托對其進行技改，通過多年的運行實踐，消除“黃龍”營造了和諧社會環境。
1 治理思路與工藝選擇
1. 1 NOx 廢氣來源及廢氣特性分析
廢氣主要來自酸洗間四只酸洗槽采用硝酸與氫氟酸溶液，對產品具有獨特的表面處理使其外觀精美的功效，但在酸洗過程中，將產生大量的NO、NO2、 N2O、N2O3、N2O4、N2O5 等有毒有害廢氣，總稱氮氧化物，用NOx 通式表示［3］。
這些廢氣成分具有強烈的刺激性氣味，尤其當產品浸入酸洗槽的瞬間，爆發彌漫濃烈的棕( 紅) 黃色酸霧，其特性濃度高(“黃龍”)、氣量大、危害也大。
1. 2 工藝選擇與系統主要設備
1. 2. 1 工藝流程確定的依據
NOx 氣體(“黃龍”) 危害大，治理難度也大。國內外報道過許多方法，歸納有干法、濕法和干濕三種方法。由于各廠產品不同，選擇適合生產實際的治理工藝方案和凈化設備十分重要。筆者進行了現場調研，通過反復對比，最后確定采用兩級( 二個階段) 濕法廢氣凈化塔治理NOx 氣體的方案，并設計了一套 NOx 瞬時爆發性濃度極高、廢氣量大，適合敞開作業的通風凈化系統裝置。主要工藝流程如圖1 所示。
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1. 2. 2 通風凈化系統的關鍵及主要設備
吸風罩、通風管道、廢氣凈化塔和風機的設計與選用決定了整套通風凈化系統的正常運行和處理效果。
首先必須根據四只酸洗槽敞口面積，計算實際需要的NOx 廢氣排風量，以及整個通風管道、吸風罩、凈化塔的阻力損失，選用通風機的排風量和風壓損失。同時還應考慮風量、風壓的附加安全系數［4］是設計通風凈化系統的重要技術指標。本系統處理 NOx 廢氣量為12 000m3 / h。該工程使用的主要設備見表1。
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注:表中除塔體井子架采用A3( 需涂刷防銹底漆2 遍與面漆3 遍) 其余必須采用耐酸防腐性強的PP、PVC 或FRP 材質。
2 工藝特點與處理技術
與原有通風凈化NOx 廢氣處理工藝相比，本工藝中有幾個新特點。
2. 1 改進傳統結構的槽邊排風罩
當產品浸入酸洗槽時，瞬間爆發大量棕( 紅) 黃色酸霧，原有槽邊排風罩，因結構設計不合理，吸風效果不理想，而彌漫污染操作間。針對惡劣現狀，根據氣流學動態原理，減少氣體紊流和阻力。在不影響操作情況下，設置頂部與側邊一體式流線型毒氣通風柜。較順暢的捕集酸洗槽外泄酸霧。尤其是瞬時爆發性濃度極高的刺鼻性“黃龍”，強制性的進入管道與廢氣凈化塔。改善了操作間空氣質量與工作環境。
2. 2 保證通風系統能正常運行
原有風機經常發生葉輪毀損、斷軸、電機等故障影響正常生產，這是因為硝酸與氫氟酸配制的酸性溶液產生的氣體，比硫酸、鹽酸等滲透腐蝕性還嚴重。即使采用耐酸防腐性較強的玻璃鋼通風機，也難逃 NOx 氣體的腐蝕滲透。本工藝將原有正壓通風改為負壓通風，經前端廢氣吸收塔處理后，將NOx 廢氣濃度與腐蝕性降低，延長風機使用壽命。
2. 3 合理設計與選用通風管道
管道走向盡量減少彎管與長度距離，管徑流速合理，并選用內壁光滑的PVC 或PP 材質，以減少摩擦系數與通風系統阻力［5］。
2. 4 兩級廢氣凈化(吸收)塔是系統的關鍵主要設備
采用強制性( 離心通風機) 機械抽風，將酸洗槽產生的NOx 廢氣，瞬時爆發性的“黃龍”，經捕集抽風罩、通風管道引入廢氣凈化塔底側沿塔內上升，吸收液在填料層或旋流( 斜孔) 板中均勻分布，并向下流動。塔內是以氣、液傳質雙膜理論為機理［6］，使氣體與液體溶劑之間充分接觸，進行化學反應，處在劇烈的擾動狀態。
傳質過程是化學反應過程的一個重要基本過程。為了增強氣液傳質功效，關鍵在于選擇抗堵塞、噴射力度與細密度大的噴嘴，與優良的填料或新穎的旋流 ( 斜孔) 板，其優點如下:
1) 單位體積比表面積大，增加氣液接觸的表面積，傳質能力強。
2) 能改變氣體流向，造成氣液交換的連續通道，操作彈性大。
3) 耐腐蝕、壽命長、抗污能力強，可反復使用。 NOx 廢氣不同于SO2、HCl、H2 SO4 等酸霧，只需一臺廢氣凈化塔。本工藝依據NOx 廢氣成分復雜、濃度高、難于治理的特性，系統中設計兩個階段即兩級廢氣凈化( 吸收) 塔，以增加NOx 與吸收液傳質過程，有充分的反應時間使NOx 廢氣擴散于液相，被吸收溶解與凈化。
2. 5 配制吸收液
筆者通過多年實踐與積累經驗，采用兩級濕法治理高濃度、大風量NOx 廢氣時，重要的問題是不僅選用氣相傳質系數大、負荷高、壓降低、操作彈性寬的理想設備，而且需要配制合理的吸收劑。
產生與排放的NOx 廢氣是以二氧化氮與一氧化氮為主，在空氣中呈紅棕色氣體。其中NO 不同于其他酸性氣體難溶于水，即使強性堿液也難于把它吸收。針對NO 特性，必須在進入凈化塔的NOx 廢氣中加入一定量的空氣，使一氧化氮有足量的空氣進行氧化，第1 級用水作吸收液，可節約化工原料，其機理是在引風旋流作用下，NOx 廢氣在第1 級多功能廢氣凈化塔中被水吸收，生成硝酸和一氧化氮，即:
3NO2 + H2O →2HNO3 + NO
其反應中的2 /3 的NO2 轉化成HNO3 ，1 /3 的 NO2 轉化成NO，再與氧作用生成NO2 ，而繼續被水吸收。其濃度降低，但水吸收只能作為初步預處理，其棕黃色可見度及NOx 有毒物質，仍未徹底除凈。因此，在水吸收后再接入第2 級高效廢氣凈化塔，經配制的專用藥液吸收去除。
根據NOx 廢氣成分復雜、濃度高、難于治理的特性，用純堿或氫氧化鈉溶液作為吸收劑，效果不理想，難于達到排放標準。為此，本工藝配制催化還原劑混合吸收液，對高濃度NOx 廢氣有很好的吸收率，強化了吸收過程，增加了反應速率，提高了吸收效率與凈化效果。
3 處理效果
3. 1 系統運行效果
經過調試運行，系統運行效果見表2。
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注:①表2 中進氣口采樣點，在吸風罩與前級吸收塔中部通風管道處;排氣口采樣點，在排氣筒距凈化塔≥1. 5m 處;②表2 中數據為上、下午各兩個運行時段共4 次，實際監測的最低與最高NOx 污染物濃度;③標準是以達到GB16297 － 1996《大氣污染物綜合排放標準》中，按新污染源大氣污染物排放限值執行 ( 排氣筒高度≥15m)。
3. 2 處理工藝經濟技術指標分析
治理工程主要經濟技術指標見表3。
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注:表3 中使用功率是系統運行實際電機功率;工程造價是指系統所有設備、電氣管道及安裝、調試工程總投資;運行成本包括電費、藥劑費，不包括設備維修和折舊費等。
4 結論
本工藝及處理技術對難度較大的NOx 廢氣治理是可行，經濟上相對合理。NOx 廢氣排放符合 GB16297 － 1996《大氣污染物綜合排放標準》的要求，控制氮氧化物廢氣排放總量，解決了尾氣排放不見 “黃龍”，取得了較好的環境效應，對改善大氣質量、環境保護與社會和諧統一，具有十分重要的意義。
參考文獻
［1 ］ 張參廣. 抑制氮氧化物產生的銅酸洗工藝［J］. 電鍍與環保， 1998，18(5) :30-32.
［2 ］ 張黎. 實施重點行業氮氧化物總量控制［N ］. 中國環境報，2007 － 11 － 6.
［3 ］ 彭定一、林少寧. 大氣污染及其控制［M］. 北京:中國環境科學出版社，1991:282.
［4 ］ 湖南大學，同濟大學，太原工學院. 工業通風［M］. 北京:中國建筑工業出版社，1983:121-138.
［5 ］ 魏先勛，劉建仁. 環境工程設計手冊［M］. 長沙:湖南科學技術出版社，1992:43-99.
［6 ］ 蕭成基，余國珠. 化學工程手冊第13 篇:氣液傳質設備［M］. 北京:化學工業出版社，1979.
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