二氧化硫污染治理及其资源化利用新途径

　　【摘要】二氧化硫对环境及人类的危害越来越严重，对其的治理是保护大气环境的重要方面。本文阐述了二氧化硫的污染现状以及治理二氧化硫烟气的主要方法，为烟气脱硫方法的选择提供参考。最后用综合治理二氧化硫污染的实例，说明了环境治理中要尽量采用“绿色技术”，变废为宝，体现环境保护的新思维，实现循环经济的发展要求。
　　【关键词】二氧化硫,污染治理,综合利用,可持续发展
　　1．国内二氧化硫污染状况
　　国内的二氧化硫污染源可归纳为三个方面：（1）硫酸厂尾气中排放的二氧化硫；（2）有色金属冶炼过程排放的二氧化硫；（3）燃煤烟气中的二氧化硫：煤炭在一次能源中约占75%，我国煤炭产量居世界第一位，且多为高硫煤（w（s）>2.5%），其贮量约占煤炭总贮量的20%～25%。在全国煤炭的消费中，占总量84%的煤炭被直接燃用，燃烧过程中排放出大量的二氧化硫（特别是火力发电站及炼焦化工等行业），燃煤二氧化硫排放占总二氧化硫排放量的85%以上，造成严重的大气污染。因此如何控制和治理二氧化硫污染，是国内当前和今后一段时间内亟待解决的主要大气环境问题。
　　2.二氧化硫污染的治理方法
　　要实现二氧化硫污染控制目标，关键是加快国产脱硫技术和设备的研究、开发、推广和应用。目前控制燃煤二氧化硫污染方法分三种（湿法、干法和半湿半干法），处理技术分为大致分为四类，既燃烧前脱硫、燃烧中脱硫、燃烧后烟气脱硫以及煤转化过程中脱硫，其中其中湿法烟气脱硫（FGD）以其良好的性能得到广泛应用[1]，被认为是控制二氧化硫污染最行之有效的途径之一。
　　2.1湿法脱硫
　　湿法烟气脱硫是指应用液体吸收剂，洗涤含二氧化硫烟气脱除烟气中的二氧化硫。湿法脱硫工艺应用最多，主要有以下几种方法：
　　2.1.1石灰石（石灰）—石膏法
　　石灰石（石灰）—石膏法是目前世界上技术最成熟，实用业绩最多，运行状况最稳定的脱硫工艺[2]，其突出的优点是：①脱硫效率高（有的装置Ca/S=1时，脱硫效率大于90%）；②吸收剂利用率高，可大于90%；③设备运转率高（可达90%以上）。该法已有近三十年的运行经验，石膏副产品可回收利用，亦可抛弃处置。
　　2.1.2其他碱性溶液法
　　其他碱性溶液法主要有钠碱法、氨碱法、双碱法、氢氧化镁法等。
　　氨碱法[3]：用氨水或亚硫酸铵溶液作吸收剂，吸收二氧化硫后形成亚硫酸铵—亚硫酸氢铵。将洗涤后的吸收液用酸分解（即酸化），得到二氧化硫和相应的铵盐，这就是氨—酸法；将吸收液直接加工成亚硫酸铵产品，代替烧碱用于造纸行业，这就是氨—亚硫酸铵法。中国是一个粮食大国，也是化肥大国，氨碱法的产品本身是化肥，具有很好的应用价值。氨碱法脱硫率较高，采用两段吸收时，可使尾气中二氧化硫比降至百万分之一以下。
　　双碱法：将钠碱溶液或氨碱溶液吸收二氧化硫，所生成的溶液再次与碱（石灰乳或石灰石粉）反应，使所吸收的二氧化硫转化为不溶的CaSO4，并使吸收液再生。此法用廉价的石灰石来处理烟气，即经济又可避免湿式石灰--石灰石法中出现的堵塞问题。
　　2.1.3海水吸收法
　　海水吸收法利用海水为脱硫剂，吸收二氧化硫。工艺和流程比较简单，主要由喷淋吸收塔和曝气池两大部分组成。烟气先在喷淋吸收塔内与海水反应，然后在曝气池中使海水得以恢复。此工艺无需脱硫剂的制备、添加，系统可靠，无废水、废料处理问题，具有投资少，运行费用低、脱硫率高等优点，其工艺主要有海水输送系统、烟气系统，二氧化硫吸收系统和海水水质恢复系统四大部分组成，受到各国的重视。
　　2.1.4再生吸收法
　　再生吸收法是把吸收后的吸收液经热再生后返回吸收过程循环使用的方法，再生出来的浓二氧化硫气体可加工成液体二氧化硫、硫磺或硫酸等，如亚硫酸钠法、碱式硫酸铝法、柠檬酸盐法等。这类方法在治理二氧化硫污染的同时，又达到了资源综合利用的目的，是很有推广应用前途的方法。
　　2.2干法脱硫
　　干法脱硫的工艺特点是：反应在无液相介入的完全干燥的状态下进行，反应产物亦为干粉状。目前，工业化应用的主要有荷电干式喷射脱硫法和等离子体法。
　　2.2.1荷电干式喷射脱硫法
　　荷电干式喷射脱硫法是一种新型干法脱硫技术，其核心是吸收剂【通常为Ca（OH）2粉末】以高速通过高压静电电晕充电区，得到强大的静电荷（负电荷）后，被喷射到烟气流中，扩散形成均匀的悬浊状态。吸收剂粒子表面充分暴露，增加了与SO2反应的机会，同时由于粒子表面的电晕增强了其活性，缩短了反应时间，有效提高了脱硫效率，其脱硫率一般在70%以上。
　　2.2.2等离子体法
　　等离子体法中利用高能电子使烟气中的SO2、NOx、H2O、O2等分子被激活、电离甚至裂解，产生大量离子及自由基等活性粒子，由于它们的强氧化性，使SO2、NOx被氧化，在注入氨的情况下，生成硫铵和硝铵化肥。根据高能电子的来源可分为电子束法和脉冲电晕等离子体法。
　　2.2.3电子束法：是一种不产生二次污染并能实现资源综合利用、极具竞争力的脱硫技术。它的主要特点是：①工艺简单，可以同时高效脱硫和脱氮；②整个脱硫过程不需要废水处理；③反应副产品为硫酸铵和硝酸铵，它是生产复合化肥的原料；④处理后烟气可直接排放；⑤投资和运行费用低。
　　脉冲电晕法：是从电子束烟气脱硫技术发展而来的，它是利用高能电子性能进行的SO2脱除。从机理上看，脉冲高压电源在普通反应器中形成等离子体，产生高能电子，这些高能电子可电离、裂解烟气中的H2O和O2等，产生大量的氧化活性粒子，活性粒子与SO2分子经过一系列复杂的化学反应生成SO3，并很快与烟气中的水反应生成硫酸。在添加氨的条件下，生成硫酸铵，由收集器收集作为优质化肥。由于脉冲电晕放电法只需提高电子温度而不必提高离子温度，故能量效率比电子束法提高2倍；该反应在普通反应器中就能进行而不需昂贵的电子加速器，故其投资费用仅是电子束法的60%。
　　3资源化利用二氧化硫，建立绿色产业链
　　环境保护是我国的一项基本国策，而矿山带来的污染，是环境保护的一大难题。在工业废渣中，大量煤矸石的存在，对环境造成严重破坏，其中含硫高的煤矸石还会自燃，造成大气和水体的二次污染。因此，研究综合利用煤矸石治理环境污染具有十分重要的意义。重庆市永荣矿务局建材总厂于1964年在全国率先研制开发出煤矸石砖，经过30多年的努力，用煤矸石制空心砖，我国已有比较成熟的技术。随着我国基本建设速度的加快，各地对建材的需求量越来越大，为利用煤矸石制取空心砖提供了广阔的市场空间。但是煤矸石制取空心砖存在的一个最大弊端就是在焙烧过程中随焙烧烟气排出大量的二氧化硫，既浪费了大量硫资源，也严重污染了环境，因此在利用煤矸石的同时，应将二氧化硫转化成有用的化工产品，充分利用硫资源。
　　另外，随着我国纸产品需求量的不断增加，纸产量的不断增加，造纸废水污染状况不断恶化，为从根源上治理造纸废水污染，在治理二氧化硫烟气污染时可用碱液吸收二氧化硫废气，制得造纸药剂亚硫酸盐。由于二氧化硫是从废气（污染）中回收的，所以使造纸药剂的成本大大降低。亚硫酸铵法制浆造纸可使纸浆获得率高，并且制浆废液可用作肥料、灌溉农田，促进作物生长和土壤有机质的增加，这样不但解决了二氧化硫排放引起的环境污染问题，同时又解决了困扰中、小型造纸厂的污染问题。
　　因此，资源化利用二氧化硫废气资源，一方面可以保护环境，另一方面可以提高经济效益，具有深远意义。
　　综合考虑各种脱硫方法的优缺点及煤矸石制空心砖废气浓度变化比较大的特点，采用超重力技术吸收二氧化硫，使脱除后的二氧化硫浓度低于870mg/m3，同时得到亚盐法制浆造纸药剂。其工艺流程中，焙烧烟气经降温、除尘后经二氧化硫鼓风机引出到超重机，吸收后经尾气烟囱导管放空。该过程分两段进行吸收，一段吸收液控制较高的S/C（S为100mol水中含有的二氧化硫的摩尔数，C为100mol水中含有的NH3的摩尔数）值，亚盐浓度较高，保证引出合格产品；二段吸收液S/C值较低，亚盐浓度较低，保证获得较高的吸收效率，使排放尾气达到国家标准。
　　利用煤矸石制取空心砖一方面推动了建材业的发展，另一方面又把二氧化硫烟气除去，为造纸行业提供了制浆药剂，而造纸行业的发展又为化工产品提供市场空间，间接地拉动矿业的发展。通过建立这样一条生态工业链，将上位生产过程的废物依次转化为下位生产过程的原料，使系统内部企业之间形成协调和互补共生关系，实现了二氧化硫污染治理及其资源化利用新途径
　　参考文献
　　1缪天成.我国治理二氧化硫污染的历程和建议J.硫酸工业，2000（1）：1-4.
　　2冯玲，杨景玲，蔡树中.烟气脱硫技术的发展及应用现状J，环境工程，1997（1）：5-8.
　　3陈忠俊，刘安宁.我省硫磺资源状况及深加工途径选择J.贵州化工，1998（2）：10-13.