造纸企业污泥干燥焚烧系统.doc

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1、某造纸企业污泥干燥焚烧系统窗体顶端一、工业污泥处理概况 污泥的处理先后经过了海洋投弃、土地填埋、堆肥化、焚烧、干燥等多种实践的处置方法，逐步走向成熟，目前污泥的焚烧在污泥的最终处置方法中占有比较大的优势。 现在世界范围内污泥处置没有一个统一的标准，但有一点是达成了共识即禁止污泥倾倒入海以及有机物含量大于的污泥禁止堆埋。大多数的欧洲国家目前基本认同污泥再利用的方式，以保护资源，如磷等，让其在自然界中循环。另一方面污泥含有一些有害物质如：重金属、医药化学物质这就不允许污泥在农业中随意使用。虽然欧洲一些国家采用了循环利用的方式而另一些国家却不接收存在的有害物质所带来的风险，因为没有人知道污泥的再利用

2、最终会对未来的土壤地下水植物动物及人类带来什么样的后果。一些国家如瑞士比利时的费莱米西地区荷兰已经决定走污泥热处理的方向发电厂水泥厂垃圾焚烧厂，其他国家如德国奥地利还在就该问题进行讨论但是趋势基本还是污泥的热处理道路。在中国随着人们生活水平的提高和对环境质量要求的愈加严格，污泥的处理同样也存在上述问题，正在凸现出来。目前国内最终处置污泥的技术是借鉴欧美国家的成功经验采用热处理作为最终的处置方向。污泥焚烧处置虽然一次性投资稍高，但由于它具有其它工艺不可代替的优点，特别在污泥量的消减上，卫生化，最终出路上，处置占地面积上，都有其他工艺无法比拟的优势，是一种污泥最终出路的解决办法，污泥焚烧炉已经在国

3、内外的一些污水处理厂得到了应用。由于污泥焚烧具有较大优势，相信不远的将来，污泥焚烧在污泥的最终处置方面将有着广泛的前景。二、污泥的焚烧工艺焚烧工艺重点是解决污泥存在的问题，即实现污泥的节能型、低污染处理。与其他处置工艺对比尤其对于下列两种情况更具有优势： 污染严重的污泥(例如重金属含量或化学污染物超标的工业污泥)：污泥最终要实现完全矿化。处理规模大(大于吨(泥饼)年)的装置，单位投资比例省、综合处理成本相对较低。污泥焚烧工艺根据焚烧方式又分为直接焚烧和干燥焚烧两种。1、直接焚烧污泥的直接焚烧是将高湿(含水量)污泥在辅助燃料作为热源的情况下直接在焚烧炉内焚烧。由于污泥的含水量大、热值低，只有加入

4、辅助燃料(煤、重油、柴油等)的情况下，污泥才能燃烧，耗费大量能源。由于污泥含水量大，焚烧后的尾气量也比较大，后续尾气处理需要庞大的设备，操作控制难度大。由于污泥的含水量达到，如果按一天的焚烧量计算，其中的水分含量可以达，如果没有烘干的污泥直接送入回转窑焚烧，在焚烧温度的条件下，焚烧炉的每小时的耗油量至少增加，相应造成后续喷淋塔塔、除雾塔等设备处理量大大增加，同时使设备投资和系统运行费用大大提高。对于中国的市政污泥，其有干态机物含量大约为到，干态热值为到。很显然，如果直接采用现有的焚烧炉来焚烧中国的市政污泥，补充辅助燃料是不可避免的，只是补充辅助燃料的多少不同。在目前控制资源和能源消耗的条件下，

5、无论从运行成本和设备投资等方面，污泥的直接焚烧正逐渐被干燥后焚烧所代替。2、干燥焚烧污泥的干燥最早是在二十世纪四十年代开发的，经过几十年的发展，污泥干燥的优点正逐渐显现出来：干燥后的污泥与湿污泥相比，可以大幅度减小体积，从而减小了储存空间，以含水的湿污泥为例，干燥至含水时，体积可以减小倍；形成颗粒或粉状的稳定产品，使污泥形状大大改善；最终产品无臭且无病原体，减轻了污泥的有关负面效应，使处理的污泥更容易被接受；干化后的高热值污泥也可以替代能源，实现变废为宝。污泥的干燥焚烧目的是高效、安全的实现污泥的完全矿化。在焚烧工艺前面采用污泥干燥工艺的目的是实现污泥的减量化，节省后续焚烧处置的费用。污泥中大

6、量的水分在干燥阶段被除去，后续的焚烧炉将比直接燃烧时的体积根据含水量的不同减小倍，尾气处理系统在设备体积减小的同时，由于水蒸气含量的减少，处理难度会降低而效率会增加。干燥后的污泥焚烧可以节约燃料的消耗，根据我们的计算晨鸣造纸厂的污泥干燥至的水分、在焚烧路高温情况下即可实现自助燃烧，无需加入辅助燃料。本方案采用回转筒干燥机和回转焚烧炉联合处理高湿污泥。回转筒干燥机与其他干燥设备相比，生产能力大，可连续操作，结构简单，操作方便，故障少，维修费用低，适用范围广，流体阻力小，可以用它干燥颗料状物料，对于那些附着性大的物料也很有利，操作弹性大，生产上允许产品的流量有较大波动范围，不会影响产品的质量，清扫

7、容易。回转窑焚烧系统与固定床式、活动床式、流化床式焚烧炉相比可以适用处理多种形态的废弃物而得到越来越广泛的应用，特别在焚烧处理污泥和半污泥类废弃物方面，回转窑焚烧系统几乎是唯一可选的焚烧设备。该种炉型具有适用面广、处理量大、占地面积小、有害成分破除率高、设备简单可靠、可长期连续运行等特点。在干燥热源方面，采用焚烧炉的烟气作为干燥热源，实现系统热量自助平衡。三、处理对象及形态四、工艺流程及叙述1、工艺流程 2、工艺流程叙述首先将污泥由上料机输送到回转筒干燥机的进料斗内，然后由推料设备将污泥推入回转筒干燥机内，干燥机内污泥同一定温度()的烟气接触，经过干燥机的搅动使污泥与热烟气接触，达到污泥烘干的

8、目的。干燥后的污泥从干燥机的尾部排出，然后由回转窑的上料机构收集输送到回转窑头部的进料斗内，由螺旋送料机推入窑内焚烧，同时在窑头设有助燃燃烧器和供风装置，用以回转窑和干燥机的启动时所需的热量和助燃空气。随着窑体的转动，燃烬的灰渣从窑体尾部排出，燃烧产生的烟气经过沉降后与干燥机所需的烟气换热、给助燃空气预热后，进入半干式喷雾塔降温并去除有害气体，由布袋除尘器去除携带的烟尘后达标排放。回转式干燥机排出的含水蒸气的低温烟气()，相对湿度，经过除尘系统去除携带的颗粒后，进入水冷凝器进行除湿，水蒸气以冷凝水状态排出系统，送入污水处理厂处理。除湿后的气体被焚烧炉烟气加热达到，相对湿度10以下，再导入回转筒

9、干燥机。整个过程不断循环，达到最终干燥目的。除湿的水冷凝器的用水来自污水厂处理水。烘干污泥的烟气排入粉尘沉降室，用以沉降去除烘干产生的粉尘。收集的灰尘通过输送设备，送入回转筒干燥机继续干燥结粒。五、系统方案说明1、由于用户的具体要求、现场情况没有提供，本方案只作为生化污泥干燥、焚烧的的初步方案，其中具体工艺设备可以根据废弃物特性的变化和用户要求作相应的改动。2、方案中水冷凝器、喷雾塔用水采用污水处理厂的处理水，以降低设备投资和运行成本，方案中没有考虑处理水的输送问题；3、本系统产生的污水进入现有的污水处理厂，整套系统中不包括系统内污水最终处理设备。4、污泥具体特性未知，工艺中没有考虑污泥烘干过

10、程中产生的特殊有害物质(比如在以上不能分解燃烧的有机物)；5、系统没有考虑固体废弃物的运输、储存和最初的上料问题(如何运送到烘干机的皮带上料机)，以及含重金属灰渣的储运和最终处置问题；6、尾气处理方案中只考虑焚烧废弃物中、元素含量不太高的情况，如果含量较高影响整套焚烧系统的尾气处理工艺；7、方案中没有考虑焚烧的废弃物中含有过多的含氮有机物，如果废弃物的含氮量的提高会造成排放尾气中的氮氧化物含量增加，要保证排烟达标必须另外增加尾气处理设备；8、用户没有提出余热利用的具体方式，方案中没有过多考虑余热利用问题；9、系统中所有参数只是初步估算的结果(多种条件未知)；10、以下有关设备和描述以上述说明为

11、基础。六、主要系统功能及控制简介整套干燥焚烧系统由下列几部分组成(1)进出料系统、(2)助燃系统、(3)干燥系统、(4)焚烧系统、(5)余热冷却系统、(6)烟气处理排放系统、(7)电气控制系统。1、进料系统污泥进料设备包括干燥机上料机、进料机和回转窑上料机(干燥机出灰机)、进料机(根据污泥的具体情况该设备并不是必须的)等设备。干燥机上料机采用自动输送机，将湿污泥送到干燥机的进料斗内，然后由进料斗底部的推料机推入干燥机进行烘干。干燥机的出料设备即是回转窑的进料设备，回转窑进料机将烘干后的物料输送到回转窑的进料斗内，然后由螺旋机将物料推入回转窑进行焚烧。系统中污泥的进料和焚烧连续进行。注：如果焚烧

12、废物除污泥外还有其他固体废物可以在窑头增设人工投料门或其他上料机构。2、助燃系统助燃系统是在系统起炉和不能维持焚烧或干燥温度时辅助提高炉膛温度的手段。根据焚烧的废弃物热值决定是否采用辅助燃料助燃。助燃系统主要设备有油罐、油泵和燃烧器。燃烧器具有自动点火、灭火保护、故障报警等功能和火焰强度大、燃烧稳定、安全性好、功率调整范围较大等特点。可根据燃烧功率要求开启小火或大火供风阀自动调节，同时也可通过调整供油压力调节燃油量的大小。3、干燥系统干燥系统是整个系统的关键，干燥系统的好坏直接影响焚烧炉的正常运行。干燥系统是否稳定直接影响整个系统运行工况。本系统主要包括回转筒干燥机、除尘器、水冷凝器和烟气再热

13、系统等。(1)回转筒干燥机及其安全、环保控制回转式干燥机利用循环使用的高温烟气作为烘干污泥的热源，通过对污泥的加热烘烤，烘去污泥中的水分。主体是一卧式可旋转的圆柱形筒体，筒体的轴线同水平面稍有夹角，被烘干的物料由高端进入烘干机，随着筒体转动，物料在筒体内部不断的翻动，同热烟气充分接触，物料被不断的加热、烘干。我们认为，污泥处理必须是环境安全的，不能产生二次污染，所以很重视尾气处理和臭味控制。早期的直接加热系统，引入外部空气经加热后通入干燥器，蒸发污泥中的水分并运送污泥。离开干燥器后热风与干污泥颗粒分离，然后经过除尘、热氧化除臭后排放。由于热风的量很大，使得尾气处理成本非常高。本直接加热工艺采用

14、了气体循环回用的设计，富水烟气风经过除尘、冷凝、加热后，80%以上返回干燥机(并补充新的焚烧烟气)，其余部分经过焚烧炉焚烧处理后排放。这减少了尾气处理的负担，更重要的是大大减少了外部空气的引入量，将转鼓内氧气的含量维持在很低的水平，从而很大程度上提高了系统的安全性能。老式以热空气作为烘干热源的干燥器里，在烘干污泥的过程中容易引起起火或爆燃现象，令污泥干燥设备的安全性能倍受置疑。与爆炸有关的三个主要因素是氧气、粉尘和颗粒的温度。不同的工艺报道或许会有些差异，但总的来说必须控制的安全要素是：氧气含量12%；粉尘浓度60 g/m3；颗粒温度110 。本工艺采用循环使用的烟气作为热载体，充分利用烟气中

15、氧含量低的特点将系统氧含量控制6%，另外系统内设置了氧气超标保护，当氧含量大于8%时系统自动报警，一旦氧气含量超过10%，系统会自动停机。颗粒温度的控制关键在于控制污泥在干燥器内的停留时间，必须保持干泥中适量的水分，以避免污泥过热而燃烧，根据晨鸣造纸厂污泥情况，当污泥达到一定的干度(3040%)就需离开干燥器，这也解决了污泥在设备内的粘结和粉尘问题。(2)循环烟气冷却及再热回转式干燥机原理是利用烟气不同温度下的相对湿度不同达到干燥的目的。干燥污泥后排出的含水蒸气的低温烟气()，相对湿度，经过除尘系统去除携带的颗粒后，进入水冷凝器进行除湿，冷却水来自造纸厂的污水厂出水，烟气中的水蒸气被冷凝以液态

16、水排出系统，送入污水处理厂处理。除湿后的气体一小部分送入焚烧炉进行焚烧处理，大部分被焚烧炉烟气间接加热达到，相对湿度10以下，并补充一定量的高温烟气后，再导入回转筒干燥机。整个过程不断循环，达到最终干燥目的。(3)除尘器由于干燥机对物料搅拌和翻动，物料中的细小颗粒可能会被热烟气带走形成烟尘，该部分烟尘虽然量不大，但是这部分粉尘随着烟气循环时间延长会逐渐积累，影响系统的正常运行。所以干燥系统中在冷凝器以前设有除尘设备，用于去除烘干气体中的污泥颗粒，防止对系统设备造成磨损。4、焚烧系统回转窑窑体是一卧式并可旋转的圆柱型筒体，外壳用钢板卷制而成，内衬耐火材料；筒体的轴线与水平面保持一定的倾角，烘干后

17、的污泥由高的一端窑头部进入窑内，随着筒体的转动缓慢的向窑尾部移动，窑体的转动使物料在燃烧的过程中与助燃空气充分接触，完成干燥、燃烧、燃烬的全过程，最后由尾部将燃烬的灰渣排出；旋转窑可根据窑内物料的运动方向和烟气的流向分为逆流和顺流两种形式。为保证窑体在微负压下运行和减小设备漏风对系统的影响，在旋转的窑体和固定的头、尾罩相连接的地方设有密封装置。回转窑所用的耐火材料是我所与中国建筑材料科学研究院共同开发的一种耐腐蚀、耐高温、高强度的耐火材料。该种材料经受了焚烧多种有毒有害废弃物的考验其中包括销毁化学武器。5、余热利用系统为了充分利用污泥焚烧产生的余热，降低整套系统的运行成本，余热利用系统由干燥气

18、体换热器、空气预热器和风机等设备组成。回转窑焚烧炉排放的烟气经过沉降室降尘后首先进入干燥气体换热器，经过冷凝后的干燥用气体进入换热器，通过热交换干燥用气被加热到；然后焚烧产生的烟气进入空气换热器，预热后的空气被送到回转窑作为助燃空气，降低了系统的燃料消耗和系统的运行成本。根据贵方提供的有关数据，当预热空气温度时，如果污泥烘干到含水率小于38%，整套系统就不需要添加辅助燃料即可维持整套系统稳定的运行，使得整套系统的运行成本降到最低，同时投资规模达到最佳。6、尾气处理系统尾气处理系统主要包括高温沉降室、喷雾吸收塔、布袋除尘器、引风机、烟囱和部分配套设备。由于污泥本身颗粒较细，所以在焚烧的过程中容易

19、产生粉尘，为了避免烟气中粉尘堵塞换热系统和对换热器的磨损，在烟气从回转窑排出后设置了高温沉降室，用于去除烟气中的一部分粉尘，同时增加了烟气在高温段的停留时间，保证烟气中的有机成分彻底燃尽。污泥在燃烧的过程中不可避免的产生、等酸性气体，影响尾气的达标排放。所以为了保证烟气最后的排放达标，系统中设计了喷雾吸收塔用来吸收烟气中的酸性气体。烟气经过空气预热器后温度下降到左右，进入喷雾塔，与由塔顶雾化喷入的碱性液滴充分接触混合，进行热能交换，对烟气进行降温；同时，烟气中的酸性气体同喷入的碱性物质进行反应，从而使得烟气得到净化。烟气经过喷雾吸收塔后，温度从降低到左右，然后进入布袋除尘器，通过袋式除尘器去除

20、烟气中残余粉尘。最后由引风机通过烟囱达标排放。7、电气控制设备为了保证系统的正常运行和降低操作工人的劳动强度，本系统设计采用集中控制。我们采用可编程序控制器()作为下位机对整套系统的重要参数如炉温、炉内负压、排烟温度进行实时采集监测，并通过监测值对整套系统实现全(半)自动控制。并选用专用的工业控制计算机作为上位机，在工控机上采用国内畅销的组态王软件开发本系统的人机界面来集中显示：系统工艺流程、现场各设备运行状态、各主要控制参数值、报警记录、趋势曲线、在线帮助等。焚烧系统运行全过程的演示及全(半)自动控制，大大减轻了操作人员的劳动强度，提高了生产效率，克服人为因素对数据指标的影响。工作人员在中控

21、室直接对设备控制，根据工艺要求及系统实际情况的需要，部分设备在现场设置本地控制设备，方便维护及现场操作。为了更好地实现污泥的处理，保证无害排放，本控制系统由以下构成：(1) 数据采集处理控制系统数据采集系统完成现场的压力、温度、流量、氧含量、液位及其他辅助设备的相关测点和设备运行状态的实时采集、预处理、报警、存储、计算等功能。具体控制环节如下：焚烧系统负压自动控制：整套系统在微负压下运行，在回转窑焚烧炉设有负压测点，以监测系统运行时负压值，并将数值显示在操作柜上，通过反馈信号变频调节引风机的频率，或由人工调整引风机入口调风门的大小来调整引风量，以保证系统在微负压下运行，防止烟气外泄造成二次污染

22、；烘干系统负压自动控制：为了防止烘干过程中臭气外溢，系统保证回转烘干机在微负压下运行，通过烘干机出口负压测点，以监测烘干机运行时负压值，并通过反馈信号变频调节循环风机的频率，保证烘干机在微负压下运行；炉膛温度自动控制：回转窑焚烧的焚烧温度是通过控制燃烧器耗油量大小来实现的，可使燃烧室的温度保持在预先设定的上下限范围内；烘干机温度自动控制；为了保证烘干效果和烘干的安全，烘干机的温度自动控制是通过控制烟气量的大小来实现的；袋式除尘器前温度自动控制和保护：为了保护布袋和系统的正常运行，在实现温度自动控制的同时，还设置了自动旁路系统，当烟气温度到达危险值时自动打开旁路系统，该温度点的自动控制是通过控制

23、喷雾吸收塔的喷水量来实现的；循环风机、引风机变频调速：为了保证烘干机和焚烧炉炉膛负压和防止有害气体外溢，循环风机和引风机的转速随着系统运行的具体工况随时自动调整，以满足系统正常运行的要求； 回转窑、烘干机变频调速：回转窑和烘干机的转速在一定范围内连续可调，以适应不同的焚烧和烘干工况，保证污泥的燃烧效率和烘干效果；(2) 计算机实时监控管理系统对所属的装置(单元)的工艺参数、设备运行状态和相关数据进行采集、集中显示、记录、报警；可以直观的显示现场的状态，一定级别的的工程人员可以根据设备实际的运行情况，通过此系统对整体运行进行调整。 软件的报警支持高、低液位报警、液位变化率报警，报警发出时的画面自

24、动转换，报警连锁操作以及报警历史记录，报警摘要显示等。 软件能显示各种静态图形和随过程状态的动态图形，并能一定程度的显示动画画面。 软件的历史趋势显示和分析部分应能提取指定的历史数据文件，显示趋势曲线。 图形：整套系统流程图(包括实时数据)。 曲线：包括各种主要监测信号实时曲线压力、流量、温度曲线。 报表：报警及事件显示、打印，运行报表打印；注：整套系统的控制水平可以根据用户的要求设计制造。七、安全、环保、节能措施本项目在认真解决污泥污染的同时，在防止二次污染产生、节能降耗和消除危害人身、设备隐患方面制定了极其有效的措施：采用烟气循环干燥可以解决回转窑焚烧炉系统尾气处理的投资巨大、设备庞大的缺

25、点；可以解决烟气污泥干燥的能源消耗问题，降低运行成本。采用烟气密闭循环干燥，不向环境排放干燥后的尾气，防止恶臭类气体的排放，防止二次污染的产生。在污泥干燥的过程中，不可避免使污泥中的有机物随水分蒸发进入干燥的烟气中，如果直接排放虽然可以降低设备的投资，但会造成二次污染，采用干燥烟气的密闭循环可以杜绝污染气体的直接排放，保护环境，保护工人和周围居民的身体健康。采用烟气的密闭循环，及时补充低氧量的高温烟气、排放含恶臭类及有机类物质进入焚烧炉焚烧，可以保证系统在低氧量下安全稳定运行，有效防止富氧时粉尘燃烧爆炸的危险性。在干燥过程中粉尘浓度、干燥温度、氧含量是控制的难点和重点，当三个条件(氧气含量；粉

26、尘浓度；颗粒温度)都达到时，爆炸将有可能发生。采用烟气(烟气氧含量小于)作为干燥气源并及时补充和排放，可以保证干燥系统在稳定的低氧条件运行，同时保证干燥气中有机物含量较低。采用补充低氧量的高温烟气可以提高干燥气体的温度，缩小烟气换热器的体积，降低烟气换热器的材质要求，降低总体投资。采用先烘干后焚烧，可以合理利用焚烧过程产生的余热，简化尾气余热的冷却系统，减少总体设备投资，降低单台设备的制造、安装难度和强度。同时可以节约直接焚烧必须加入的辅助燃料。采用先烘干后焚烧可以将工艺操作控制在比较合理的范围内，使各单元工艺操作简单易于控制。整个系统的设计充分利用污水厂的优势，采用污水厂处理出水作为冷却水、

27、冷凝水和喷淋水，实现以废治废、清洁生产的目的，本系统的污水又返回污水处理厂再处理，实现本系统的水利用的闭路循环，具有较好的经济效益和社会效益。八、系统达到的排放指标九、系统主要设备清单 序号 设备名称 设备主要参数 数量 备注 (一)干燥系统 干燥机上料机 进料量大于 套 回转筒干燥机 处理量 套 干燥机进料机 进料量大于 套 干燥机出料机 输送量大于 套 测氧仪 测量范围 套 串连使用 温度控制器 套 除尘器 停留时间大于 套 烟气冷凝器 处理烟气量 套 冷凝器水泵 流量： 台 一备一用 鼓风机 风量 台 干燥机燃烧器 耗油量： 台 起炉使用 (二)焚烧系统 回转窑 温度 套 进料机系统 输

28、送量大于 套 出灰机 刮板出灰机 出灰量 套 沉降室 停留时间大于 套 鼓风机 风量 台 空气预热器 热风温度 套 烟气加热器 热风温度 套 沉降室除灰机 刮板出灰机 出灰量 套 供油泵 压力流量： 台 一备一用 窑体燃烧器 耗油量： 台 储油罐 容积： 套 (三)尾气处理系统 储气罐 容积： 套 空压机 气量， 台 一备一用 喷雾吸收塔 处理烟气量： 套 配料系统 碱液配料 套 喷雾塔水泵 流量 台 一备一用 引风机 风量： 套 烟囱 直径高度 套 布袋除尘器 处理烟气量： 套 (四)电气控制系统 电控系统 配电柜、电气柜、变频柜、操作台、模拟屏、变频器、工控机、一、二次仪表、电缆等 套 (

29、五)其他 系统管路 包括干燥气体、供油、供风、供水、压缩空气、烟气、喷淋浆液管路、阀门和支撑 套 系统检修平台 检修平台和通道 套注：系统设备不包括烟气冷凝循环水池和较远距离的污泥输送设备十、设备报价和运行成本系统设备报价整套系统设备总报价共计为万元，该报价为系统初步报价，该报价不包括设备的运输费用、安装调试费用、系统基础基建费用、外用电、给排水及系统内消防设施等费用，以上报价没有考虑用户未详细说明的有关问题。运行成本估算所有有关费用以上述工艺为准(1)系统总装机容量为，系统运行过程中实际功率可能小于；(2)系统最大耗油量为，如果按系统烘干后污泥含水量小于计算，系统的平均耗油量小于；(3)系统

30、耗水量(不考虑水的循环利用)不大于。水冷凝器耗水量(不考虑循环使用)约为(可以使用回用水)；喷淋用水平均为不大于(可以使用回用水)；其他冷却用水(循环使用)，实际耗水量小于；(4)系统药剂(碱)消耗量与污泥成分有关，污泥焚烧产生的酸性气体相对较少，碱耗量按计算。系统运行直接成本 序号 名称 消耗量 单价 处理费(元/吨) 1. 耗电(运行功率200kW) 50度/t 0.8元/度 40.0 2. 辅助燃料(轻柴油20kg/h) 5kg/t 4000元/吨 20.0 3. 耗水 0.2m3/t 2.0元/吨 0.5 4. 固体碱量(20kg/h) 5kg/t 800元/吨 4.0 5. 人工费(

31、按8人计算) 15000元/年人 4.0 6. 合计 68.5窗体底端纳米TiO2膜制备与光催化降解CHCl3纳米TiO2可将许多有机化合物氧化、分解成CO2和H2O，在处理有机污染物方面有极好的应用前景13，但粉末状纳米TiO2悬浮于光催化体系中存在流失、回收及分离等诸多问题3。近年来，国内外就纳米TiO2光催化剂的固定和纳米TiO2薄膜的制备做了许多工作，其中溶胶法制备纳米TiO2薄膜是目前研究最多的一种制备方法4。相对于化学气相沉积和溅射制膜而言，该法具有设备简单、容易控制、条件温和、能大面积制膜等优点。试验采用溶胶法在普通载玻片上以1.5 mm/min的浸提速度制备光催化薄膜，分别以S

32、EM、XRD、UV对纳米TiO2薄膜进行表征，并进行了纳米TiO2薄膜光催化分解CHCl3的研究。 1试验内容及方法1.1纳米TiO2薄膜的制备溶胶制备方法见参考文献5，得到稳定、均匀、清澈透明的淡黄色溶胶后，以洁净载玻片作基体，浸入溶胶中以浸渍提拉法制备，提拉速度为1.5 mm/min。湿膜在100 时干燥5min后，放入马福炉内以500 焙烧1 h，重复上述操作可得不同厚度的薄膜。1.2纳米TiO2薄膜的表征用H600(Hittachi)电镜观察纳米TiO2薄膜的表面状态和薄膜厚度；以D/MAX3B XRD、Cu靶、35 V30 mA来确定纳米TiO2薄膜的晶型和粒径；以UV1601PC紫

33、外可见分光光度计测量纳米TiO2薄膜在200800 nm范围内的透光率。1.3光催化试验在自制玻璃反应器中放入一定浓度的CHCl3水溶液和面积为5cm2的纳米TiO2薄膜，以8 W的防水汞灯插入反应体系中，接口处用聚四氟乙烯薄膜严密封紧后进行电磁搅拌，按GB575085的标准方法测定CHCl3的浓度，以此评价纳米TiO2薄膜的催化活性。2结果与讨论2.1晶型、厚度与透光率以基本组分的溶胶分别浸渍提拉不同次数制膜，薄膜厚度可通过扫描电镜和重量法获得，如图1所示。TiO2薄膜的厚度与提拉次数有很好的线性关系，第1次镀膜的厚度为0.13 m，第2次以后的每次镀膜增加的厚度为0.08 m。向基本组分的

34、溶胶中分别添加0.5、1.0、1.5、2.0 g的PEG 2000,浸提10次制膜，用电镜观察薄膜表面。当不加PEG 2000时，TiO2薄膜由4080 nm的球型颗粒组成，且具有平整的组织；溶胶中加入PEG2000后，薄膜开始产生多孔结构，而孔的大小和数量与PEG 2000的投加量有关。当溶胶分别含有0.5、1.0、2.0 g的PEG 2000时，薄膜产生的气孔孔径分别为3070 nm、100250 nm和200450 nm。在浸提次数相同的条件下，380 nm处UVVIS透光率与PEG 2000的投加量的关系如图2所示。由图2可见，随着PEG 2000投加量的增加，多孔TiO2薄膜的透光率

35、逐渐下降，这是由于随着PEG 2000的增加，TiO2薄膜的气孔增多，这显著增加了TiO2薄膜的不均匀性，且孔径已接近入射光波长，散射增强，导致透光率显著下降。另外，XRD图谱显示，TiO2薄膜晶型为锐钛矿型。2.2催化活性对CHCl3(100 g/L)体系分别进行光照(1.5 h)、无光照催化(1.5 h)、光照催化(1.5 h)及空白对照试验。由试验前后的CHCl3含量检测结果可知，仅在自然光照射下的CHCl3无分解反应发生；在汞灯照射下、无TiO2薄膜催化剂时1.5 h内只分解了1.8%；在自然光照射和TiO2薄膜催化剂存在时，1.5 h内分解了6.2%；在汞灯照射和TiO2薄膜催化剂存

36、在时，1.5 h内分解了86.4%；空白对照试验显示试验体系对结果无干扰。以上这些说明TiO2薄膜对CHCl3体系具有极高的光催化活性，可以很好地氧化分解CHCl3，其催化机理一般认为是：催化剂导带电子(或被俘获到催化剂表面的电子)还原溶液中的氧分子(受体)是反应的决定步骤，氧分子接受电子后形成超氧自由基或羟基自由基，具有极强的氧化能力，可将CHCl3氧化分解。因此光生电子和催化剂的共同作用是发生光催化作用的关键因素，而TiO2薄膜在汞灯照射下显示了极好的光催化活性。2.3光催化的影响纳米TiO2薄膜对CHCl3体系的光催化影响见图3a、3b。由图3可见，随着反应时间的增长，CHCl3的光催化

37、分解率增加，残留量逐步减少，但几种孔径、厚度不同的TiO2薄膜对CHCl3的光催化分解有一定的区别。TiO2薄膜的孔径越大，在设定时间内光催化分解率越高(见图3a)；TiO2薄膜的厚度对光催化分解率也有一定的影响，薄膜越厚，催化效率越高(见图3b)，但孔径的影响更大。这可能是由于TiO2薄膜的孔径越大，对CHCl3的吸附能力越大，催化能力越强，因此吸附有可能在CHCl3的光催化分解中起关键作用，其具体的催化机理有待进一步探讨。2.4CHCl3浓度对光催化的影响CHCl3浓度对光催化的影响见表1。表1CHCl3浓度对光催化效果的影响初始浓度(g/L)466080100120剩余浓度(g/L)12

38、.513.615.415.716.0降解率(%)68.877.381.886.487.6由表1可见，在TiO2薄膜和催化时间一定的情况下，随着CHCl3浓度的增加，CHCl3的光催化分解率增加，但增加的幅度逐渐减少，这可能与吸附有关。当CHCl3的浓度较小时，TiO2薄膜的吸附量较少但吸附率大；而CHCl3的浓度较大时，TiO2薄膜的吸附量较多但吸附率小，表现在CHCl3的光催化分解率在一定浓度范围内增加，但增加的幅度逐渐减少。可以预计，当CHCl3的浓度增加到一定值时，CHCl3的光催化分解率将趋于稳定。3 结论用凝胶法制备的纳米TiO2薄膜，其晶型为锐钛矿型，薄膜厚度随提拉次数而增加，通过加入PEG 2000得到多孔的纳米TiO2薄膜。纳米TiO2薄膜对CHCl3的光降解有很好的催化活性，CHCl3的光催化分解率与纳米TiO2薄膜的孔径和厚度有关，也与CHCl3的浓度有一定的关系。