摘要
船舶尾气中氮氧化物(NOx)污染强度大，危害高。船舶尾气中的NOx处理是国际海事组织（IMO）当前和未来关注的热点议题之一。目前，针对船舶尾气中NOx的处理技术还不成熟。选择性催化还原（SCR）技术虽然已经有船舶使用，但是催化剂硫中毒问题和颗粒物堵塞问题仍然无法避免。废气再循环（EGR）技术虽然也有大型船用柴油机制造商选用，但是使用EGR后导致的颗粒物（PM）增加，燃油效率降低以及柴油机内部构建磨损问题依然严峻。SCR技术和EGR技术都是针对船舶尾气中NOx的处理技术，对MARPOL公约附则VI要求的SO2和PM都不能有效同时去除。为满足MARPOL公约要求，船舶需要配备复杂的尾气处理设施。 尾气湿法洗涤处理技术可以有效去除船舶尾气中的SO2和PM，已经在全球五万多艘船舶上开展了广泛的商业应用。当前尾气湿法洗涤设备处理NOx的效果差，也不能满足一个设备同时处理NOx、SO2和PM的需求。湿法氧化脱硝技术的发展为一体化处理船舶尾气提供了技术支持。通过在水中加入氧化剂，可以同时高效处理尾气中的 NOx、SO2和PM。其中，NOx最难处理，是湿法尾气处理技术的关键。湿法尾气处理技术必然用到水，而船舶航行在大海上则为这一技术的实施提供了天然的有利条件。而且海水中富含多种无机离子，其中氯离子(Cl-)经过反应后会形成各种反应性氯化自由基，更加有利于湿法氧化去除NOx。因此本文提出了海水工况下水力空化协同过硫酸钠（Na2S2O8）氧化脱除NOx的新方法。 首先，本文理论分析了水力空化条件下 Na2S2O8 水溶液氧化高效脱硝的基本原理，探究了在Cl-加入后对Na2S2O8溶液氧化脱硝的影响，确定了反应体系的最佳反应条件，并对不同的影响因素进行分析。实验结果证明，溶液温度是影响 NO 氧化的关键因素。温度升高，有利于 Na2S2O8活化生成硫酸根自由基。反应体系中的硫酸根自由基越多，反应溶液的氧化性越强，氧化脱除NO的效果越好。在Na2S2O8溶液温度为80℃、Na2S2O8浓度为0.10 mol/L、NO初始浓度为1000 ppm时，氧化吸收NO的能力最好。 其次，搭建真实海水环境实验台，对海水工况下水力空化协同Na2S2O8溶液脱除NO进行实验。探究海水各组分离子浓度、海水溶液温度、Na2S2O8浓度、溶液初始 pH 对NO脱除的影响。实验表明，在海水盐度(35 g/kg)下，NO脱除率为95.8%。增加海水盐度能有效提高 NO 脱除率。同时酸性环境有利于脱硝效果的提高。海水组分中HCO3-和SO42-维持在海水浓度范围内时，脱硝效果最好。 本文还开展了SO2对海水溶液脱除NO和SO2的影响实验。实验明确了适量的SO2有利于促进 NO 的氧化吸收，但过高的温度和浓度的 SO2对脱硝有抑制作用。在 70℃下的海水溶液中，NOx的脱除率可以达到92.1%，SO2的脱除率可达100%。 综上，本文创新性的提出了一种适用于海水环境下水力空化协同Na2S2O8的脱硝技术，推进了Na2S2O8脱硝的实船应用进程。
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