尋求廉價(jià)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(jì)有效、技術(shù)先進(jìn)的城市垃圾填埋場滲濾液中高濃度氨氮預(yù)處理方法，一直是環(huán)境化學(xué)工程領(lǐng)域的兩大熱點(diǎn)。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(bǔ)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(shí)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(fù)雜過程的反應(yīng)機(jī)理、宏觀動(dòng)力學(xué)控制步驟和工藝特性，并對(duì)這一特殊的氣液吸收和解吸過程進(jìn)行了數(shù)值模擬。 針對(duì)垃圾滲濾液組成復(fù)雜的特性，采用自行設(shè)計(jì)的雙磁力攪拌氣液反應(yīng)器通過實(shí)驗(yàn)首次研究了含有NH_4~+-N、過渡金屬離子、無機(jī)陰離子、復(fù)雜有機(jī)物的垃圾滲濾液吸收SO_2同時(shí)伴隨滲濾液氨解吸過程的反應(yīng)機(jī)理，采用L_9(3~4)正交試驗(yàn)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(shí)這些因子對(duì)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(duì)pH值、Fe~(2+)、Mn~(2+)、Cl~-、乙醇以及甲苯等代表性因子進(jìn)行了機(jī)理分析、定量實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)學(xué)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(shí)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(diǎn)pH值為6.0，SO_2平均吸收率可達(dá)85％，氨氮吹脫累計(jì)去除率可達(dá)44％。(3)垃圾滲濾液pH值低于7時(shí)，滲濾液中較低濃度的Fe~(2+)、Mn~(2+)對(duì)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(jìn)SO_2的吸收率。(4)Cl~-對(duì)SO_2吸收的促進(jìn)作用主要?dú)w因于Cl~-對(duì)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(yīng)降低SO_2的吸收效率，但 四川大學(xué)博士學(xué)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(yīng)對(duì)于促進(jìn)苯基類難生物降解物質(zhì)的破環(huán)有促進(jìn)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(dòng)力學(xué)過程較復(fù) 雜，總體上屬于傳質(zhì)速度控制過程而非動(dòng)力學(xué)控制過程，由實(shí)驗(yàn)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(dāng)體系的pH值較高時(shí)(pH值)8.5)， 氣相擴(kuò)散阻力為主導(dǎo)性因素，吸收過程控制步驟可視為氣相擴(kuò)散控制;當(dāng)4簇pH 成6.5值時(shí)，液相擴(kuò)散阻力為主導(dǎo)性因素，吸收過程控制步驟可視為液相擴(kuò)散控 制;而當(dāng)6.5pH8值時(shí)可能呈現(xiàn)出氣、液擴(kuò)散同時(shí)控制的特點(diǎn)。體系伴隨的 氨的解吸為氣相擴(kuò)散控制過程。 通過實(shí)驗(yàn)詳細(xì)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(shí)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(duì)過程的影響，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)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(yàn)方程。在液相停留時(shí)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(dá)85%，氨氮總?cè)コ蔬_(dá)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(xué)模型，根據(jù)工藝研究的實(shí)驗(yàn)條件對(duì)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(duì)模型方程進(jìn)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(qiáng)因子等沿塔高的分布特性，結(jié)果表明模型預(yù)測結(jié)果和實(shí)驗(yàn)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(yīng)機(jī)理和宏觀動(dòng)力學(xué)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(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)模擬給 出了較佳的操作參數(shù)范圍。基于經(jīng)典雙膜傳質(zhì)理論建立了過程模擬計(jì)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(yīng)現(xiàn)象提供了一個(gè)定量的理 論分析和工程設(shè)計(jì)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(xué)位單位】：四川大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)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(xiàn)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(yù)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(bǔ)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(duì)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(duì)有機(jī)物溶解的促進(jìn)作用
    1.7 濕法煙氣脫硫過程的傳質(zhì)-反應(yīng)模型的研究與進(jìn)展
        1.7.1 濕法煙氣脫硫氣液吸收模型研究的回顧與進(jìn)展
2吸收模型的研究回顧與進(jìn)展'>        1.7.2 濕法煙氣脫硫過程SO₂吸收模型的研究回顧與進(jìn)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(yīng)機(jī)理和氣液吸收、解吸的宏觀動(dòng)力學(xué)特征研究'>第二章 垃圾滲瀝液煙氣脫硫體系SO₂吸收反應(yīng)機(jī)理和氣液吸收、解吸的宏觀動(dòng)力學(xué)特征研究
    2.1 引言
    2.2 實(shí)驗(yàn)材料、裝置和方法
        2.2.1 實(shí)驗(yàn)材料
            2.2.1.1 垃圾滲瀝液
            2.2.1.2 模擬煙氣
        2.2.2 實(shí)驗(yàn)裝置及流程
        2.2.3 分析與計(jì)算方法
    2.3 體系反應(yīng)機(jī)理和影響因素分析
        2.3.1 體系的化學(xué)反應(yīng)
        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(duì)吸收SO₂影響的顯著性分析
2反應(yīng)的組分'>            2.4.2.1 垃圾滲瀝液中可能與SO₂反應(yīng)的組分
            2.4.2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果及分析
        2.4.3 垃圾滲瀝液pH值對(duì)氨氮吹脫和脫硫的影響及其機(jī)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(duì)體系脫硫和氨氮解吸的影響
2+、Mn²⁺對(duì)脫硫性能的影響及其機(jī)理分析'>        2.4.4 垃圾滲瀝液中Fe²⁺、Mn²⁺對(duì)脫硫性能的影響及其機(jī)理分析
-對(duì)脫硫性能的影響'>        2.4.5 垃圾滲瀝液中Cl^-對(duì)脫硫性能的影響
        2.4.6 垃圾滲瀝液中乙醇對(duì)脫硫性能的影響
        2.4.7 垃圾滲瀝液中S（Ⅳ）的氧化對(duì)芳香基難降解有機(jī)物的影響
        2.4.8 體系氣液吸收和解吸的宏觀動(dòng)力學(xué)特性
            2.4.8.1 液相擴(kuò)散阻力的判別—液相攪拌速度對(duì)氨氮吹脫和脫硫過程的影響
            2.4.8.2 氣相擴(kuò)散阻力的判別—?dú)庀鄶嚢杷俣葘?duì)氨氮吹脫和脫硫過程的影響
            2.4.8.3 動(dòng)力學(xué)控制的判別—反應(yīng)溫度對(duì)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(shí)驗(yàn)材料、裝置和方法
        3.2.1 實(shí)驗(yàn)材料
        3.2.2 實(shí)驗(yàn)裝置及流程
        3.2.3 分析和計(jì)算方法
    3.3 結(jié)果分析與討論
        3.3.1 液相平均停留時(shí)間對(duì)氨氮吹脫和脫硫過程的影響
        3.3.2 噴淋密度對(duì)氨氮吹脫和脫硫過程的影響
        3.3.3 溫度對(duì)氨氮吹脫和脫硫過程的影響
        3.3.4 液氣比對(duì)氨氮吹脫和脫硫過程的影響
2濃度對(duì)氨氮吹脫和脫硫過程的影響'>        3.3.5 煙氣中SO₂濃度對(duì)氨氮吹脫和脫硫過程的影響
        3.3.6 滲瀝液中氨氮濃度對(duì)氨氮吹脫和脫硫過程的影響
2后吸收尾液組成及其對(duì)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(duì)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(xué)模型研究
    4.1 引言
    4.2 基于雙膜理論描述液相化學(xué)吸收的速率級(jí)模型及其求解
        4.2.1 概述：雙膜傳質(zhì)理論
        4.2.2 化學(xué)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(yīng)方程
            4.2.2.6 模型中相關(guān)參數(shù)的計(jì)算
        4.2.3 化學(xué)吸收模型的優(yōu)化
        4.2.4 化學(xué)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?jǐn)U散和反應(yīng)
            4.4.2.1 膜內(nèi)組分的擴(kuò)散和反應(yīng)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(kuò)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(hào)說明
參考文獻(xiàn)
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【引證文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2827418