5.2.1 洗涤除臭的基本原理
洗涤除臭是通过吸收法的原理,利用恶臭气体组成物质中的单一或多种组分在特定的吸收液中化学反应特性或溶解度的差异,将恶臭污染物转移至液相,达到去除臭气有害成分、废气分离的目的。具体来说,采用水或酸碱、化学氧化剂、助溶剂等物质作洗涤液,与恶臭充分接触混合,将恶臭中可溶解物质溶于水或使恶臭污染物与洗涤液中的化学药剂发生反应,去除恶臭污染物的除臭工艺。
1)气体的吸收溶解:亨利定律
气体洗涤法最重要的物性就是气体的溶解度,一般用亨利系数H来表示气体在水里的溶解度。亨利系数越小则越容易溶解在液体中。一般情况下,温度越高,亨利系数越大(溶解度变小)。溶解度很大、压力或者浓度很大的情况下,亨利系数不适用。溶解度比较小的情况下,气相浓度Cg(mg/L)和液相浓度CL(mg/L)呈直线关系:Cg=H×CL。
2)恶臭成分的物质移动和反应
在洗涤塔内,气体和液体接触,气体中含有的恶臭污染物溶解在液相中,这个过程就是从气相侧通过气液界面往液相侧的物质移动,如图5-2所示。氨气、氯化氢、氟化氢、甲醛等不发生变化就溶解于水,这种吸收物质和液相不发生反应的溶解过程就是物理吸收。也有溶解后的气体一部分发生加水分解成为离子的现象,一般也被归于物理吸收。化学吸收(药洗)的话,从气相中溶解过来的恶臭污染物和液相的物质发生化学反应,液相里的恶臭污染物浓度CL因为反应而减少,作为物质移动的动力的浓度差增大,结果就是溶解速度会增大。
图5-2 气体吸收(通过气液界面的物质移动)的原理
一般来说,气相侧的物质移动阻力小于液相侧的物质移动阻力(Cg≈Cgi可以看作近似),所以气液界面的物质移动主要受液相侧物质移动阻力的制约,即恶臭污染物的溶解速度和液相中作为物质移动动力的浓度差(CLi-CL)成正比。但是,因为气液界面上的液相浓度CLi无法测定,所以在实际设计气体系数装置的时候,一般使用气相本体浓度Cg,通过气液平衡关系算出的CL值来代替使用。
3)化学洗涤液的再生
化学洗涤液使用到一定程度需要更换,使用后的洗涤液可直接回收利用或除臭后排放,也可以解吸再生。
(1)对于可逆化学反应可采用以下方式进行解吸操作。
①降压或负压下解吸。降低压强,吸收质在液体中的溶解度降低而析出。此法特别适用于加压吸收工艺。
②惰性气体解吸。惰性气体分压很低,与溶有大量吸收质的液体接触,吸收质扩散入气相。这种方法解吸到的气体是含高浓度吸收质的混合气体,而不是吸收质单一组分的气体。
③通水蒸气解吸。吸收液与高温水蒸气接触被加热,吸收质解吸析出。
④加热解吸。吸收液在再沸器中被加热至沸腾,吸收质析出,部分吸收液气化,吸收液蒸气进入解吸收塔,与吸收液接触,吸收质解吸析出。
(2)对于不可逆化学反应,可针对生成物的特点,采用化学反应吸附、离子交换、沉淀、电解等方法再生。