UV(紫外光)/H2O2高级氧化脱除燃煤烟气中单质汞研究

Mercury is a heavy metal trace element with toxicity and bioaccumulation in vivo, which can result in a great harm for the human health and the ecosystem. Coal-fired mercury pollution has become the fourth largest pollutants after the dust, the SO2 and the NOx. Studying and developing effective coal-fired flue gas mercury pollution control methods has become one of the important tasks for the environmental scientists. A novel approach on the removal of elemental mercury (Hg0) from coal-fired flue gas using hydroxyl free radicals (oOH) produced by ultraviolet /peroxide (UV/H2O2) advanced oxidation process was proposed in this project.The main influencing factors, the reaction mechanism, the mass transfer -reaction kinetics and the mathematical model of Hg0 removal by using UV/H2O2 advanced oxidation process were first studied in a spray tower reactor systematically and in depth. The main influencing factors and the optimum operating parameters of Hg0 removal by using UV/H2O2 advanced oxidation process were obtained. The main action mechanism and the main reaction path of Hg0 removal by using UV/H2O2 advanced oxidation process were revealed.The mass transfer-reaction kinetic region and the main control steps, the design and amplification law of the reactor and the key kinetic parameters of Hg0 removal were obtained. The mathematical model of Hg0 removal by using UV/H2O2 advanced oxidation process was also established. The realization of this project can provide some preliminary theoretical foundation and key data for the industrial applications of this technology.

汞是一种剧毒性和在生物体内易于沉积的重金属痕量元素，对人体健康和生态环境具有极大的危害。燃煤汞污染已成为继粉尘﹑SO2和NOx之后的第四大污染物。研究和开发有效的燃煤烟气汞污染控制方法是环保科技人员面临的重要任务之一。本项目提出利用紫外光/过氧化氢（UV/H2O2）高级氧化工艺产生强氧化性羟基自由基（ OH）氧化脱除燃煤烟气中单质汞（Hg0）的新方法。首次在喷淋塔反应器上系统深入研究UV/H2O2高级氧化工艺脱除Hg0过程的主要影响因素﹑反应机理以及传质-反应动力学和数学模型。掌握UV/H2O2高级氧化工艺脱除Hg0过程的关键影响因素和最佳操作参数，揭示脱除Hg0的主要作用机制和反应路径，明确脱除Hg0过程的传质-反应动力学区域和控制步骤，获得反应器的设计和放大规律，计算和测定关键的动力学参数，建立可描述Hg0脱除过程的数学模型。本项目的实现可为该技术的工业应用提供理论基础和关键数据。

燃煤汞的排放已成为继粉尘﹑SO2和NOx之后的第四大空气污染物。开发有效的燃煤烟气脱汞方法是当前燃煤烟气净化领域的热点之一。本项目率先提出了一种利用UV/H2O2工艺产生羟基自由基脱除燃煤烟气单质汞及协同脱硫脱硝的新方法。首次在光化学反应器上对单独脱汞及协同脱硫脱硝的若干基础问题展开了系统深入的研究。结果显示：在光化学鼓泡塔上，提高光强度和O2浓度有利于Hg0脱除。提高Hg0浓度﹑溶液pH和烟气流量不利于Hg0脱除。改变NO浓度﹑SO2浓度和反应温度对Hg0脱除有轻微影响。H2O2浓度对汞脱除有双重影响。在光化学喷淋塔上的研究发现，紫外光波长﹑辐射功率﹑H2O2浓度﹑液气比﹑溶液pH和O2浓度对Hg0脱除率均有显著影响。Hg0浓度﹑NO浓度﹑SO2浓度和反应温度对Hg0脱除效率有轻微影响。在两种反应器上，无论是单独脱除还是协同脱除，Hg0的脱除路径均包含以下部分：(1) 紫外光激发H2O2 和O2 产生了•OH/•O/O3等活性组分；(2) •OH/•O/O3 对Hg0氧化脱除；(3)汞的光-水激发脱除；(4) H2O2 对Hg0的氧化脱除；(5) 自由基链式反应的终止。动力学研究显示，在两种反应器上，Hg0的脱除过程可看作是拟一级快速反应，即当化学反应足够强时，增强传质过程是提高脱除效率的有效途径。本项目也对UV/H2O2在金属离子催化（光-芬顿和芬顿系统）和碱液联合吸收下的脱除过程展开了系统深入的研究。结果显示：紫外光功率/波长﹑H2O2浓度和pH对Hg0脱除均有很大影响。Hg0 和SO2浓度﹑溶液温度﹑CO32-/HCO3- 浓度对脱汞有较大影响。改变CO2/NO/O2/Cl-/NO3-/SO42-/SiO2/Al2O3/Fe2O3浓度对Hg0脱除仅有轻微影响。•OH的氧化是Hg0脱除的主要路径，H2O2 的氧化起到了次要作用。SO42-/NO3-/Hg2+是同时脱硫脱硝脱汞的主要氧化产物。此外，本项目还对UV/H2O2联合碱性吸收工艺脱硫脱硝脱汞作了拓展和探索研究。结果显示，该工艺在联合碱液吸收下能够实现很高的同时脱除效率，具有良好的开发和应用前景。本项目的研究成果对UV/H2O2高级氧化技术在燃煤烟气净化领域的研究和应用奠定了初步的理论基础，储备了必要的基础数据，丰富了燃煤烟气汞脱除及硫/氮/汞同时脱除技术的多样性。