撞击流技术在环保领域的应用研究进展
发布时间：2021-11-18 23:14
撞击流作为一种过程强化技术,其优势在于能够显著强化相间传递和微观混合,可应用于环保工艺、设备中,以达到提高污染物去除效率的目的。本文在简述撞击流基本原理和特性的基础上,详细阐述了国内外撞击流技术在细颗粒物(PM2.5)脱除、烟气脱硫脱硝、废水处理、废气吸收等方面的应用现状,分析了该技术的应用效果和优势,同时介绍了一种可用于废水处理的新型双组分层式撞击流反应器。最后指出,深入探究撞击流复杂体系的机理以及耦合其他新型技术是未来研究的主要方向。
【文章来源】：化工环保. 2020,40(01)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
撞击流气液反应器结构示意图
撞击流(Impinging Stream)技术的理论最早由ELPERIN[3]教授提出,但其工业应用要追溯到1953年Koppers-Totzek粉煤气化炉的开发,目的是为了满足强化相间传递的需求。图1为撞击流基本原理示意图,两股气-固两相流同轴高速相向流动撞击,在撞击区形成高度湍动并达到极高的相间相对速度,从而强化相间热、质的传递。经过理论初创和深化阶段后,撞击流的高效微观混合和强烈压力波动性质被发现[4],成为该领域一个里程碑式的进展,自此开启了撞击流技术研究应用的新阶段。2 撞击流技术在环保领域的应用
苯酚是废水中常见的一类高毒性和难降解的有机物,目前广泛采用的处理方法为溶剂萃取法[28]。为进一步提高萃取率,汪铁林等[29]用撞击流反应器对含苯酚废水进行萃取除酚的研究,结果表明,相同条件下,与传统反应器相比,撞击流反应器的单级萃取分配比可提高20%。ROYAEE等[30]利用撞击流反应器光催化降解苯酚,消除了光催化过程中光子转移和传质的限制,探究了催化剂负载量、pH、苯酚浓度和光强等因素对降解效果的影响规律[31],与传统装置数据进行比较表明,其降解效率更高、性能更好。JAFARIKOJOUR等[32]设计了一种在撞击区安装了包覆TiO2的不锈钢圆盘的反应器,用其光催化降解苯酚,结果表明,210 min内30 mg/L的苯酚溶液被完全降解,降解效率较好。撞击流与超重力技术的耦合开拓了新的液-液接触机制与反应技术,衍生出撞击流旋转填料床(IS-RPB),其结构示意图见图3。祁贵生等[33]利用IS-RPB作为萃取设备,磷酸三丁酯作为萃取剂,煤油作为稀释剂,对含酚废水进行了萃取实验,发现IS-RPB具有操作简单、处理能力大(相同处理量下可减小设备体积从而降低成本)、萃取率高(优化操作参数后除酚率在95%以上)等特点。杨利锐等[34-35]利用IS-RPB作为制乳、提取设备,开展了含酚废水的液膜分离研究,讨论了制乳转速、水油比、水乳比、床层填料等对制乳率和提取率的影响并得出较优条件,制乳率可达99.9%,苯酚提取率达99%,证实IS-RPB是一种制乳时间短、乳液稳定性好、提取效率高、可连续化操作的先进设备。IS-RPB也可作为辅助设备,用于沉淀法连续制备纳米颗粒。CHANG等[36]利用IS-RPB作为反应器,制备可降解苯酚用光催化剂,并对其性能进行评价,发现苯酚降解率可达99%。此外,LI等[37-39]将空化射流与撞击流技术耦合,设计了一种废水处理用空化撞击流反应器,其反应速率明显优于传统装置,并在此基础上进行改进,如图4所示,实现了空化撞击流与微电解技术的耦合,解决了传统微电解法处理废水时存在的钝化、板结、处理效率低、能耗高等问题,具有良好的协同增效作用,为处理高浓度有机废水提供了一种新途径。LI等[40-41]开发了一种可促进曝气操作氧吸收速率、流动结构简单、适用于快速好氧生物法的高效节能污水处理装置——内循环撞击流生物膜反应器,如图5所示,在其废水处理性能的初步研究中,得到了良好的去除效果。单一的传统废水处理方法在与撞击流技术耦合后,较耦合前均体现出明显优势。
【参考文献】：
期刊论文
[1]炼化企业自备电厂燃煤锅炉烟尘超低排放改造技术[J]. 程彬彬. 化工环保. 2018(06)
[2]含酚工业废水处理技术的研究进展[J]. 刘俊逸,张宇,张蕾,华丽,曾国平,杨昌柱. 工业水处理. 2018(10)
[3]细颗粒物PM2.5团聚除尘技术的研究进展[J]. 李海英,张春奇,刘东. 环境工程. 2018(09)
[4]化学工程工艺中的绿色化工技术要点分析[J]. 祝运. 化工设计通讯. 2017(12)
[5]撞击流反应器脱除硫酸尾气中SO2的工业应用[J]. 赵蕾,周丹,周玉新. 化学工程. 2017(04)
[6]撞击距离对撞击流吸收器湿法脱硫脱硝特性影响的三维数值模拟[J]. 宋杰,吴波,苏银海,张吉超,钱达蔚,熊源泉. 发电设备. 2017(01)
[7]撞击流反应器脱除硫酸尾气中SO2的研究[J]. 周玉新,曲志鹏,熊伟,郭嘉. 化学工程. 2016(04)
[8]离子液体吸收分离硫化氢进展[J]. 曹领帝,曾少娟,张香平,张锁江. 化工学报. 2015(S1)
[9]硫化氢废气处理装置[J]. 郑丽娜. 人造纤维. 2015(02)
[10]流动结构对化学反应速率的影响[J]. 李勤,肖姝驿,沙嵬,李福宝. 化工进展. 2015(01)
硕士论文
[1]氨法脱除工业废气中的二氧化硫的研究[D]. 曲志鹏.武汉工程大学 2016
[2]撞击流吸收器选择性脱除H2S[D]. 王震.天津大学 2012
本文编号：3503814
【文章来源】：化工环保. 2020,40(01)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
撞击流气液反应器结构示意图
撞击流(Impinging Stream)技术的理论最早由ELPERIN[3]教授提出,但其工业应用要追溯到1953年Koppers-Totzek粉煤气化炉的开发,目的是为了满足强化相间传递的需求。图1为撞击流基本原理示意图,两股气-固两相流同轴高速相向流动撞击,在撞击区形成高度湍动并达到极高的相间相对速度,从而强化相间热、质的传递。经过理论初创和深化阶段后,撞击流的高效微观混合和强烈压力波动性质被发现[4],成为该领域一个里程碑式的进展,自此开启了撞击流技术研究应用的新阶段。2 撞击流技术在环保领域的应用
苯酚是废水中常见的一类高毒性和难降解的有机物,目前广泛采用的处理方法为溶剂萃取法[28]。为进一步提高萃取率,汪铁林等[29]用撞击流反应器对含苯酚废水进行萃取除酚的研究,结果表明,相同条件下,与传统反应器相比,撞击流反应器的单级萃取分配比可提高20%。ROYAEE等[30]利用撞击流反应器光催化降解苯酚,消除了光催化过程中光子转移和传质的限制,探究了催化剂负载量、pH、苯酚浓度和光强等因素对降解效果的影响规律[31],与传统装置数据进行比较表明,其降解效率更高、性能更好。JAFARIKOJOUR等[32]设计了一种在撞击区安装了包覆TiO2的不锈钢圆盘的反应器,用其光催化降解苯酚,结果表明,210 min内30 mg/L的苯酚溶液被完全降解,降解效率较好。撞击流与超重力技术的耦合开拓了新的液-液接触机制与反应技术,衍生出撞击流旋转填料床(IS-RPB),其结构示意图见图3。祁贵生等[33]利用IS-RPB作为萃取设备,磷酸三丁酯作为萃取剂,煤油作为稀释剂,对含酚废水进行了萃取实验,发现IS-RPB具有操作简单、处理能力大(相同处理量下可减小设备体积从而降低成本)、萃取率高(优化操作参数后除酚率在95%以上)等特点。杨利锐等[34-35]利用IS-RPB作为制乳、提取设备,开展了含酚废水的液膜分离研究,讨论了制乳转速、水油比、水乳比、床层填料等对制乳率和提取率的影响并得出较优条件,制乳率可达99.9%,苯酚提取率达99%,证实IS-RPB是一种制乳时间短、乳液稳定性好、提取效率高、可连续化操作的先进设备。IS-RPB也可作为辅助设备,用于沉淀法连续制备纳米颗粒。CHANG等[36]利用IS-RPB作为反应器,制备可降解苯酚用光催化剂,并对其性能进行评价,发现苯酚降解率可达99%。此外,LI等[37-39]将空化射流与撞击流技术耦合,设计了一种废水处理用空化撞击流反应器,其反应速率明显优于传统装置,并在此基础上进行改进,如图4所示,实现了空化撞击流与微电解技术的耦合,解决了传统微电解法处理废水时存在的钝化、板结、处理效率低、能耗高等问题,具有良好的协同增效作用,为处理高浓度有机废水提供了一种新途径。LI等[40-41]开发了一种可促进曝气操作氧吸收速率、流动结构简单、适用于快速好氧生物法的高效节能污水处理装置——内循环撞击流生物膜反应器,如图5所示,在其废水处理性能的初步研究中,得到了良好的去除效果。单一的传统废水处理方法在与撞击流技术耦合后,较耦合前均体现出明显优势。
【参考文献】：
期刊论文
[1]炼化企业自备电厂燃煤锅炉烟尘超低排放改造技术[J]. 程彬彬. 化工环保. 2018(06)
[2]含酚工业废水处理技术的研究进展[J]. 刘俊逸,张宇,张蕾,华丽,曾国平,杨昌柱. 工业水处理. 2018(10)
[3]细颗粒物PM2.5团聚除尘技术的研究进展[J]. 李海英,张春奇,刘东. 环境工程. 2018(09)
[4]化学工程工艺中的绿色化工技术要点分析[J]. 祝运. 化工设计通讯. 2017(12)
[5]撞击流反应器脱除硫酸尾气中SO2的工业应用[J]. 赵蕾,周丹,周玉新. 化学工程. 2017(04)
[6]撞击距离对撞击流吸收器湿法脱硫脱硝特性影响的三维数值模拟[J]. 宋杰,吴波,苏银海,张吉超,钱达蔚,熊源泉. 发电设备. 2017(01)
[7]撞击流反应器脱除硫酸尾气中SO2的研究[J]. 周玉新,曲志鹏,熊伟,郭嘉. 化学工程. 2016(04)
[8]离子液体吸收分离硫化氢进展[J]. 曹领帝,曾少娟,张香平,张锁江. 化工学报. 2015(S1)
[9]硫化氢废气处理装置[J]. 郑丽娜. 人造纤维. 2015(02)
[10]流动结构对化学反应速率的影响[J]. 李勤,肖姝驿,沙嵬,李福宝. 化工进展. 2015(01)
硕士论文
[1]氨法脱除工业废气中的二氧化硫的研究[D]. 曲志鹏.武汉工程大学 2016
[2]撞击流吸收器选择性脱除H2S[D]. 王震.天津大学 2012
本文编号：3503814
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