利用除塵水、沖渣水處理煙氣中的二氧化硫

文章編號：1005－6629(2007)03－0004－03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：C

我們在做中學的研究性課題調查環境污染對生物的影響時，與漣源鋼鐵集團的環保部聯系，對廠區的污染及防治進行了調查。在此活動中，幾個學生用pH試紙檢測沖渣水（沖洗煤燃燒后產生的灰渣的廢水），發現溶液呈堿性；在不遠的地方有幾個工人在制石灰水，詢問后得知是用來凈化煙氣中的SO₂；沖渣水排到污水處理廠處理后排入河流，能否利用來替代石灰水凈化酸性氧化物SO₂呢？后在相關部門和老師指導下進行研究，此課題在湖南省青少年科技創新大賽中獲一等獎并在公司應用?，F將此課題的主要內容介紹如下。

1實驗設計

1.1實驗原理

石灰水和除塵沖渣水脫硫包括物理吸收和化學吸收兩個基本過程。其中SO₂溶解于液體并不發生顯著的化學反應的吸收過程，稱為物理吸收。物理吸收的程度，取決于氣——液平衡，只要氣相中SO₂的分壓大于氣液相呈平衡時的SO₂分壓，吸收過程就會進行。SO₂與吸收液的組分發生化學反應則稱為化學吸收。化學吸收有效地降低了溶液表面SO₂的分壓，增加了吸收過程的推動力，化學吸收速度比物理吸收大得多。

石灰水吸收廢氣中SO₂的過程主要為：

吸收速度由物理吸收速度和化學反應速度決定。SO₂與Ca(OH)₂反應極快，總速率主要取決于前者。溶液pH值對吸收速率有很大影響，提高pH值，吸收速度隨之增大；當pH提高到某一值時，吸收速度達到最大值。

吸收量取決于①、②的平衡常數，當達到平衡時，石灰水所吸收的SO₂是吸收的極限。對平衡有影響的因素會影響吸收量，很多反應與SO₂吸收有關。主要反應如下：

綜合上述反應可得出處理SO₂的一般性結論：①亞硫酸鹽的氧化促進SO₂的吸收。②Ca²⁺等金屬離子、pH值是影響SO₂吸收量的主要因素。③CO₂對吸收SO₂的干擾不大。

1.2實驗設計

除塵水、沖渣水能否代替石灰水凈化SO₂，主要取決于其中的Ca²⁺、Mg²⁺等金屬離子總量和pH值。所以先在實驗室測定除塵水、沖渣水的上述值。除塵水、沖渣水中鎂的含量，如比石灰水高，則對SO₂的吸收有利。

如測得兩項指標與石灰水接近，則進一步把除塵水、沖渣水打入洗滌凈化系統進行調試實驗，比較分析三種液體凈化SO₂的數據，得出能否用除塵水、沖渣水代替石灰水的結論。

2 實驗數據及分析

2.1 三種脫硫劑的對比實驗

先后對轉爐煉鋼除塵廢水（沉淀后）、熱電廠鍋爐沖渣水與石灰水（按用于脫硫的濃度0.35%配制）進行了pH值和鈣鎂總量的測定，連續四天，每天監測一次，分別標為1、2、3、4。

檢測方法：①pH:GB/T6920-1987 玻璃電極法

②總硬度：GB/T7477-1987 EDTA滴定法

檢測儀器：①pH：pHS-25酸度計

②總硬度：滴定管

實驗數據見表2－1

實驗數據表明：除塵水的pH值：11.1~12.1，鈣和鎂總量：12~15mg / L。除塵水pH≥11，與石灰水相當，能滿足旋流塔板濕法煙氣脫硫除塵設備的要求，但由于轉爐煉鋼除塵水加入了一定量的阻垢劑，鈣鎂離子及其衍生物被阻垢劑掩蔽，鈣鎂總量≤15mg /L，遠遠低于石灰水792~864mg / L的要求，煙氣中的二氧化硫與鈣鎂總量反應的機率很低，因此，預測轉爐煉鋼廠除塵水脫硫效果會很差。

熱電廠鍋爐沖渣水與石灰水的pH值比較接近，pH≥11滿足旋流塔板濕法煙氣脫硫除塵設備的要求。但是，鈣鎂總量：石灰水792~864mg / L ，而鍋爐沖渣水為628~660mg / L ，低于石灰水近四分之一。原因是煤中含有一定量的碳酸鈣，燃燒后生成氧化鈣，經循環水沖洗至平流池，水渣沉降后流入清水池。清水池中的水含有氫氧化鈣等堿。預測熱電廠鍋爐沖渣水有較好的脫硫效果，但脫硫率比石灰水低。

2.2三種脫硫劑的脫硫實驗

我們用灑水車將轉爐煉鋼除塵水、熱電廠鍋爐沖渣水運至熱電廠石灰乳化池，分別用除塵水、沖渣水、沖渣水中加入純石灰脫硫時石灰用量的四分之一代替石灰水進行脫硫實驗。每次試驗時都讀取安裝在煙塔上的二氧化硫測試儀上的數據，分析脫硫前后二氧化硫濃度的變化。三類實驗的數據見表2 -2。

數據表明：用不同的脫硫劑、同樣的設備和數量處理熱電廠燃煤鍋爐高硫煤（脫硫前SO₂濃度大于5000）、中硫煤（脫硫前SO₂濃度在5000至3000之間）、低硫煤（脫硫前SO₂濃度小于3000）燃燒時煙氣中的二氧化硫。轉爐煉鋼廠除塵水脫硫效果很差，平均脫硫效率20%左右，用中硫煤試驗，脫硫后的最低濃度為2392，遠高于國家規定的排放標準（1200mg / m³）。熱電廠燃煤鍋爐沖渣水脫硫效果較為理想，脫硫率為71.5-75.4%，燃燒中、低硫煤時，脫硫后二氧化硫濃度（707 ~947）低于國家排放標準。在鍋爐沖渣水中加入純石灰用量的四分之一后，平均脫硫率88.8 ~ 90.4%，最低排放值為234，最高為624，燃燒高、中、低硫煤外排二氧化硫濃度都遠低于國家排放標準。整個試驗結果與預期基本相符，說明脫硫劑中的pH值和鈣鎂總量是決定脫硫效果的關鍵因素。

3結論和建議

3.1 沖渣水的pH值與石灰水持平，鈣鎂總量較石灰水低1/4 ，加入1/4的石灰水后、鈣鎂總量與石灰水相等時，脫硫率相同。證明沖渣水中的其它物質沒有干擾脫硫，沖渣水能替代四分之三的石灰水。

3.2 用沖渣水脫硫，可采用兩種方案。一是直接使用燃煤鍋爐沖渣水處理鍋爐煙氣中的二氧化硫，不加任何輔助脫硫劑。可降低凈化成本80%。二是在沖渣水中加四分之一的石灰水，脫硫率與石灰水相當，運行成本降低34%。這樣能使目前因運行成本過高而停用的SO₂凈化設備運轉，按中硫煤計算，熱電廠兩座燃煤鍋爐每年減少二氧化硫排放2200t。

4 收獲與體會

（1）本課題從立項到結題，歷經半年多的時間，上百次的試驗，查閱大量資料，聯系多家部門，學生克服了許多困難。在此過程中，學生鍛煉了意志、擴大了眼界、培養了科學研究的興趣和耐心。通過接觸生產實際，體會工人和技術人員的勞動，培養了愛勞動、關心身邊事物、理論聯系實際的美好情感。當學生看到自己的學習和勞動能為公司解決難題時，那種興奮和教育作用是課堂教學達不到的。

（2）積極挖掘教育資源，做好研究性課題。大部分學生和教師都感到課題不好找，課題資源缺乏，走出校園、走向社會，多開展一些社會實踐、調研活動，充分利用學校周圍的教育資源來做好研究性課題。本課題是學生看到廠里冒出濃煙并經常聽到一些環境污染的知識后，結合課堂教學、在學生好奇心和興趣的驅使下，利用我校為廠子校的有利條件來開展的課題研究。

（3）課題研究、解決實際問題往往不是單靠哪一門課程，而是要多科目甚至要和校外技術人員合作、要利用學校和校外的設備。環保問題在中學的《生物》、《化學》、《物理》等學科中都有涉及，每一門課程的老師如能通曉其它課程的一些知識，則更能引導學生發現問題、找到靈感、找到課題。本課題是在生物的研究性課題活動中發現、主要用化學知識來做的。

（4）處理好研究性學習、課題研究與高考的關系。通過研究性學習、課題研究活動，學生的設計能力、操作能力、分析問題、處理問題的能力、接受信息和處理信息的能力都有極大提高，而這些能力正是高考所要求的，幾個學生在高考中都取得了優異的成績。