1、9-1 机械制造业的环境保护 分析 一、本章的教学目的与要求 学习本章 的主要目的是了解机械制造业的环境污染问题及其相应的环境保护措施，重点是机械制造业的环境污染及其引起的“三废”及噪声的防止措施。学习方法可采用授课与自学相结合。如工业“三废”及噪声的防止措施，可安排自学。推荐阅读书目：徐志毅主编 的 环境保护技术和设备 ， 肖 锦主编的 城市污水处理及回用技术及相近教材的有关章节。 二、授课主要内容 1 机械制造业的环境污染 2 机械制造业的环境保护技术 主要学习工业废气的防治、工业废水的防治、工业固体废物污染的防治、工业噪声的防治 三、重点、难点及对学生的要求（掌握、熟悉、了解、自学） 重
2、点是机械制造业的环境污染及其引起的“三废”及噪声的防止措施。 四、主要外语词汇 环境保护： environmental protection 五、辅助教学情况（多媒体课件、板书、绘图、标本、示数等） 授课 +自学 六、复习思考题 1 机械制造业都有哪些常见的环境污染？ 2 常见的除尘设备有哪几种？各有何优缺点？ 3 工业废水防止的主要措施有哪些？ 9-2 4 对工业固体废料常采用哪些处理手段？ 5 工业噪声的防止应从哪三方面入手？ 七、参考资料 1 钱 易， 郝吉明，吴天宝编著 工业性环境污染的防治 北京：中国科学技术出版社， 1990 2 肖 锦主编 城市污水处理及回用技术 北京：化学工业出
3、版社， 2002 3 陈汝龙 编译 环境工程概论 上海：上海科学技术出版社， 1986 4 李锡川编 工业污染源控制 北京：化学工业出版社， 1987 5 游 海，林 波编著 工业生产污染与控制 南昌：江西高校出版社， 1990 6 徐志毅主编 环境保护技术和设备 上海：上海交通大学出版社， 1999 7 郑 铭主编 环保设备 原理设计 应用 北京： 化学工业出版社， 2001 8 魏 杰主编 现代企业管理学 北京：中共中央党校出版社， 2000 9 李爱菊，王守城，王素玉主编 现代工程材料成形与制造工艺基础（下） 北京：机械工业出版社， 2001 9-3 第九章 机械制造业的环境保护 第一节
4、 机械工业的环境污染 机械工业是为国民经济各部门制造各种装备的部门，在机械工业的生产过程中不论是铸造、锻压、焊接等材料成型加工，还是车、铣、镗、刨、磨、钻等切削加工都会排出大量污染大气的废气、污染土壤的废水和固体废物，如金属离子、油、 漆、酸、碱和有机物，带悬浮物的废水，含铬、汞、铅、铜、氰化物、硫化物、粉尘、有机溶剂的废气，金属屑、熔炼渣、炉渣等固体废物，同时在加工过程中还伴随着噪音和振动。 熔炼金属时会产生相应的冶炼炉渣和含有重金属的蒸气和粉尘。 在材料的铸造成形加工过程中会出现粉尘、烟尘、噪音、多种有害气体和各类辐射；在材料的塑性加工过程中锻锤和冲床在工作中会产生噪音和振动，加热炉烟尘，
5、清理锻件时会产生粉尘、高温锻件还会带来热辐射；在材料的焊接加工中会产生电弧辐射、高频电磁波、放射线、噪音等，电焊时焊条的外部药皮和焊剂在高温下分解而 产生含较多 Fe2O3 和锰、氟、铜、铝的有害粉尘和气体，还会出现因电弧的紫外线辐射作用于环境空气中的氧和氮而产生O3、 NO、 NO2 等；气焊时会因用电石制取乙炔气体而产生大量电渣。 在金属热处理中，高温炉与高温工件会产生热辐射、烟尘和炉渣、油烟，还会因为防止金属氧化而在盐浴炉中加入二氧化钛、硅胶和硅钙铁等脱氧剂而产生废渣盐，在盐浴炉及化学热处理中产生各种酸、碱、盐等及有害气体和高频电场辐射等；表面渗氮时，用电炉加热，并通入氨气，存在氨气的泄
6、露；表面氰化时，将金属放入加热的含有氰化钠的渗氰槽中，氰化钠有剧毒，产生 含氰气体和废水；表面 (氧化 )发黑处理时，碱洗在氢氧化钠、碳酸和磷酸三钠的混合溶液中进行，酸洗在浓盐酸、水、尿素混合溶液中进行，都将排出废酸液、废碱液和氯化钠气体。 为了改善金属制品的使用性能、外观以及不受腐蚀，有的工件表面需要镀上一层金属保护膜，电镀液中除含有铬、镍、锌、铜和银等各种金属外，还要加入硫酸、氟化钠（钾）等化学药品。某些工件镀好后，还需要在铬液中钝化，再用清水漂洗。因此电镀排出的废液中含有大量的铬、镉、锌、铜、银和硫酸根等离子。镀铬时，镀槽会产生大量铬蒸汽，有氰电9-4 镀还会产生氰化钠这种有毒气体。在
7、金属表面喷漆、喷塑料、涂沥青时，有部分油漆颗粒、苯、甲苯、二甲苯、甲酚等未熔塑料残渣及沥青等被排入大气。也就是说在电镀、涂漆中会产生酸雾及“三苯”溶剂和油漆的废气等，会产生含有氰化物、铬离子、酸、碱的水溶液和含铬、苯等的污泥。 为了去除金属材料表面的氧化物（锈蚀），常用硫酸、硝酸、盐酸等强酸进行清洗，由此产生的废液中都含有酸类和其他杂质。 在常见的材料车削、铣削、刨削、磨削、镗削、钻削和拉削等机械加工工艺过程中往往需要加入各种切削液进行冷却、润滑和冲走加工屑末。切削液中的乳化液使用一段时间后，会产生变质、发 臭，其中大部分未经处理就直接排入下水道，甚至直接倒至地表。乳化液中不仅含有油，而且还含
8、有烧碱、油酸皂、乙醇和苯酚等。在材料加工过程中还会产生大量金属屑和粉末等固体废物。 特种加工中的电火花加工和电解加工所采用的工作介质在加工过程中也会产生污染环境的废液和废气。 第二节 机械制造业的 环境保护技术 一、工业废气的防治 对排入大气中的固态污染物可以通过各种除尘器除去其中的颗粒，如机械式除尘器、电除尘器、湿式除尘器和过滤式除尘器，对液态污染物的捕集，可以采用各种除雾器捕集悬浮在废气中的各种悬浮液滴，气 态污染物的分离捕集设备主要有各种脱硫、脱氮设备，也可以采用吸收、吸附、焚烧、冷凝及化学反应等方法净化工业有害气体。 1工业废气的除尘 从废气中分离捕集颗粒物的设备称为除尘器。 按照除尘
9、机制，可将除尘器分成如下四类：机械式除尘器、电除尘器、洗涤除尘器和过滤式除尘器。近年来，为提高对微粒的捕集效率，陆续出现了综合几种除尘机制的多种新型除尘装置，如荷电液滴湿式洗涤除尘器、荷电袋式除尘器等。 （ 1）机械式除尘器 机械式除尘器一般是指靠作用在颗粒上的重力或惯性力，或两者结合起来捕集粉尘的装置，主要包括重力沉降室、 惯性除尘器和旋风除尘器。机械式除尘器9-5 造价比较低，维护管理较简单，结构装置简单且耐高温，但对 5m 以下的微粒去除率不高。 1）重力沉降室 重力沉降室是靠重力使尘粒沉降并将其捕集起来的除尘装置。重力沉降室可分为水平气流沉降室和垂直气流沉降室，如图 9-1a）、 b）
10、所示。含尘气体流过横断面比管道大得多的沉降室时，流速大大降低，使大而重的尘粒得以缓慢落至沉降室底部。重力沉降室可有效地捕集 50m 以上的粒子，除尘效率约 40 60。气体的水平流速通常采用 0.2 2m/s。在处理锅炉烟气时，气体流速不宜大于 0.7m/s。 占地面积大、除尘效率低是重力沉降室的主要缺点，但因其具有结构简单、投资少、维修管理容易及压力损失小 (一般50 150Pa)等优点，工程上可因地制宜地用它作为二线除尘的第一级。 2）惯性除尘器 惯性除尘器是使含尘气体冲击挡板后急剧改变流动方向，从而借助尘粒的惯性将其从气流中分离出来的装置。它们按结构可分为冲击式和反转式两类，如图 9 -
11、2a）、 b）所示。冲击 式慢性除尘器可分为单级型和多级型，在这种设备中，沿气流方向设置一级或多级挡板，使气流中的尘粒冲撞挡板而被分离。反转含尘气体沉降室灰斗净化气体a） 水平气流沉降室 反射板耐火涂料烟道下灰管尘b）垂直气流沉降室 图 9-1 重力沉降室 a） b） 图 9-2 惯性除尘器结构 9-6 式惯性除尘器可分为弯管型、百叶 窗型和多隔板塔型。惯性除尘器一般用于多级除尘中的第一级，捕集密度和粒径较大的尘粒，但对粘结性或纤维性粉尘，因易堵塞，不宜采用。 3）旋风除尘器 旋风除尘器，又称离心式除尘器，是使含尘气体做旋转运动，借助离心力作用将尘粒从气流中分离捕集的装置，如图 9-3a）、
12、b）所示，旋转气流作用于尘粒上的离心力比重力大 5 2500 倍，因此，它能从含尘气体中除去更小的粒子，而且在气体处理量相同的情况下，装置所占厂房空间亦较小。 旋风除尘器主要由进气口、筒体、锥体排气管等部分组成。按气流进入方式，旋风除尘器常分为切 向进入式和轴向进入式两种，切向又可分为直入式和蜗壳式。轴向进入式是靠导流叶片促使气流旋转的，与切向进入式相比在同一压力损失下，能处理三倍左右的气体量，而且气流分布容易均匀，所以主要用其组合成多管旋风除尘器，用在处理气体量大的场合。 旋风除尘器对于 5m 以上的尘粒除尘率可达 95%以上，由于其具有结构简单，制造安装和维护管理容易，投资少，占地面积小等
13、优点，常作为二级除尘系统中的预除尘、气力输送系统中的泄料分离器和小型工业锅炉除尘等。但旋风除尘器一般只适用于净 化非粘结性和非纤维性的粉 尘及温度在 400 以下的非腐蚀性气体；如果用于高温气体除尘，则需要采取冷却措施，或内壁衬隔热材料；如果用于净化腐蚀性气体时，则应采用防腐材料，或内壁喷涂防腐材料。 （ 2）电除尘器 电除尘器是利用静电力实现粒子(固体或液体 )与气流分离的装置。它与机械方法分离颗粒物的主要区别在于，其作用力直接施加于各个颗 粒上，而不是间接地作用于整个气流。电除尘器有两种型式，即管式和板式电除尘器。电除尘器正被大规 模地应用于解决燃煤电站、石油化 工工业和钢铁工业 图 9-
14、3 旋风分离器 等的大气污染问题，在回收有价值物质中也起着重要的作用。电除尘器的主要缺点是设备庞a） 切向进气，轴向排灰 b）轴向进气，周向排灰 9-7 大，耗电多，投资高，制造、安装和管理所要求的技术水平较高。 （ 3）袋式除尘器 袋式除尘器是利用天然或人造纤维织成的滤袋净化含尘气体的装置，其除尘效率一般可达 99以上。其作用机理按尘粒的力学特性，具有惯性碰撞、截留、扩散、静电和筛滤等效应。虽然袋式除尘器是最古老的除尘方法之一，但由于它效率高、性能稳定可靠、操作简单，因此获得了越来越广泛的应用，同时在结构型式、滤料 、清灰和运行方式等方面都得到了发展。 袋式除尘器的型式多种多样，按滤袋形状分
15、为圆筒形和扁平形两种；按清灰方式分为：机械振动清灰式、逆气流反吹式和脉冲喷吹式等多种型式。除第一种方式是靠振动过滤介质清除粉尘外，其它三种方式都是从过滤介质上将粉尘吹除，即用低压空气反吹或用少量压缩空气脉冲喷吹。作为一种高效除尘器，袋式除尘器广泛用于各种工业部门的尾气除尘中，它比电除尘器的投资省，运行稳定，可回收高比电阻粉尘；与文丘里洗涤除尘器相比，动力消耗小，回收的干粉尘便于综合利用。 （ 4）洗涤除尘器 洗涤除尘器又称湿式除尘 器，它是用液体所形成的液滴、液膜、雾沫等洗涤含尘烟气，使尘粒从烟气中分离出来的装置。此类装置具有结构简单、造价低、占地面积小和净化效率高等优点，能够处理高湿、高温气
16、体；在去除颗粒物的同时亦可去除二氧化硫等气态污染物，但应注意其管道和设备的腐蚀、污水和污泥的处理、烟气抬升高度减小等问题。 目前应用的洗涤除尘器种类虽多，但应用最广的是重力喷雾洗涤除尘塔、旋风洗涤除尘器和文丘里洗涤除尘器。 2工业有害气体的净化技术 净化工业有害气体的基本方法有五种，即吸收、吸附、焚烧、冷凝及化学反应。 （ 1）液体吸收法 是指 用选定的液体高效吸收有害气体。吸收设备主要有填料塔、板式塔、喷洒吸收器和文丘里吸收器。填料为陶瓷、金属或塑料制成的环、网；板式塔有鼓泡式和喷射式。 （ 2）固体吸附法 是指利用多孔吸附材料净化有毒气体。常用吸附剂有活性炭、活性氧化铝、分子筛、硅胶、沸石
17、等。吸附装置有固定床、流动床和流化床。吸附方式可为间歇9-8 式或连续式。 表 9-1 可用吸附法去除的污染物质 吸附剂 吸附质 活性炭 苯、甲苯、二甲苯、乙醇、甲醛、汽油、煤油、乙酸、恶臭物质、 H2S、 SO2、 CO2 等 浸渍活性炭 酸雾、碱雾、 H2S、 SO2、 CO2 等 活性氧化铝 H2S、 SO2、 CO2 等 浸渍活性氧化铝 酸雾、 Hg、 HCL 等 硅胶 H2O、 SO2、 C2H2 等 分子筛 H2O、 SO2、 CO2、 H2S 等 泥煤、风化煤 恶臭物质、 NH3、 NOx等 浸渍泥煤、风化煤 SOx、 SO2、 NOx 焦炭粉粒 沥青烟 白云石粉 沥青烟 蚯蚓粪
18、 恶臭物质 （ 3）燃烧法 直接燃烧法以可燃性废气本身为燃料，实现燃烧无害化。使用通用型炉、窑、火炬等设备。热力燃烧法借助添加燃料来净化可燃性废气，使用炉、窑等设备。催化燃烧法利用催化剂改善燃烧条件，实现可燃 性废气的高效净化。催化剂有铂、钯、稀土及其它金属或氧化物。 （ 4）冷凝回收法 利用制冷剂将废气冷却液化或溶于其中。常用制冷剂有水、冷水、盐水混合物、干冰等。冷凝装置有直接接触冷凝器、间壁式换热器、空气冷却器等。 气体净化方法的选择主要取决于气体流量及污染物浓度，应尽可能地减少气体流量和提高污染物浓度，降低处理费用。对于浓度较高的气体，可考虑先进行预处理，但要与不设预处理的大型净化系统进
19、行经济比较，除非有其它的考虑，如回收贵重物质，或需要预先冷却热废气，一般一个净化系统的一次投资总比两个或几个净化系统来 得便宜。因此在选择处理方法和工艺流程之前，要充分考虑待处理工业有害废气的种类、浓度、流量及废气中是否含有贵重物质等因素，进行综合比较来决定。 3废气中液态污染物的除雾技术 废气中液态污染物的除雾设备主要包括四大类：一是惯性力除雾装置，包括折板式除雾器、重力式脱水器、弯头脱水器、旋风脱水器、旋流板脱水器；二是湿式除雾器，几乎所有的湿式气态污染物处理装置和除尘器均可用作湿式除雾装置；三是过滤式除雾装置，包括网9-9 式除雾器和填料除雾器；四是静电除雾器，有管式和板式两类。 在折板
20、式除雾器中气流通过挡板、折流板、折流体 ，因流线的偏折，使雾滴碰撞到挡板被捕集下来。弯头脱水器是借助于气流在弯头中折转 90或 180时产生的惯性力将雾滴甩出，主要用于文丘里管后面的脱水。旋风脱水器用于雾滴较细（最小雾滴为 5m）而除雾要求较高的场合。几乎所有的旋风除尘器均可用作脱水器。根据除雾脱水的特点也可做成结构简化的体形较小的旋风脱水器，网式除雾器中的丝网除沫器净化硫酸有工程实效，板网除沫器被广泛用于铬酸雾的净化处理工程。填料除雾器常用于各种酸雾，特别是硫酸雾的净化。各种用于液体吸收的填料塔，如填充鲍而环、拉西环、鞍形填料、丝网填料、实体波 纹填料、栅条填料等的填料塔均可用作除雾器。 二
21、、工业废水的防治 机械工业废水主要包括两大类：一类是相对洁净的废水，如空调机组、高频炉的冷却水等，这种工业废水可直接排入水道。但最好采用冷却或稳定化措施处理后供循环使用。另一类是含有毒、有害物质的废水，如电镀、电解、发蓝、清洗排出的废水，这种工业废水必须经过处理，达到国家规定的允许排放标准以后才能排入水道，更不得采用稀释方法达到国家标准。 1工业废水的防治基本原则 2工业废水处理的主要措施 （ 1） 对废水源的处理方法：工业废水的性质随行业和规模的不同有很大 差别。工厂生产不稳定，每天或每月变动较大，废水量与水质也随之变动。处理工业废水，首先必须努力降低废水排放前的污浊物的数量，所用方法有以下
22、几种： 1） 减少废水量，具体措施是：废水分类。根据污浊程度和污浊物的种类，在废水源就对废水分类，把废水划分为需要处理的废水和不需要处理的废水。节约用水。废水的循环使用是节约用水的有力手段。改变生产工序。有时改变生产工序可以大幅度减少废水量和降低废水浓度。 2） 降低废水浓度。废水中所含污浊物，在不少情况下有一部分是原料、产品、副产品。9-10 这些物质应尽量回收，不要弃于废水中 。具体措施是：改变原料。使用产生污浊物少的原料。改变制造过程。例如，在粉碎工序中改为不用水的方法。改良设备。由改良设备，提高产品的原材料利用率来减少污浊物数量。回收副产品。过去，从经济观点出发，把没有价值的东西丢到废
23、水中；但从防止污浊的观点来看，应把它们作为副产品回收利用，转化为有用的东西。 （ 2） 对废水的处理方法。把废水处理大体分类，可分为除去悬浮固体物质的、除去胶态物质的和除去溶解物质的三种。在方法上有物理方法、化学方法、物理化学方法和生物学方法，如表 9-2 所示。 在工厂废水处理上用得较多的 是沉淀法，它是利用水中悬浮颗粒在重力场作用下下沉，达到固液分离的一种方法。沉淀法一般应用在以下几种装置中： 1）废水预处理装置。如主要去除水中密度大于水的无机颗粒（如砂子、煤渣）的沉砂装置。 表 9-2 工业废水处理方法的分类 基本方法 基 本 原 理 单 元 技 术 物理法 物理或机械的分离过程 过滤、
24、沉淀、离心分离、上浮等 化学法 加入化学物质与废水中有害物发生化学反应的转化过程 中和、氧化、还原、分解、混凝及化学沉淀等 物理化学法 物理化学的分离过程 吸附、离子交换、萃取电渗析、反渗透、汽提及吹脱等 生物化学法 微生物在废水中对有机物进行氧化、分解的新陈代谢过程 活性污泥、生物滤池、氧化池、生物转盘、厌气消化等 2）废水进入生物处理前的初次沉淀装置和生物处理后的二次沉淀装置。前者主要去除进水中的悬浮固体，后者将生化反应中的微生物从水中分离出来，使水澄清。沉淀装置的主要类型有平流式、辐流式、竖流式和斜管式沉淀装置。 3）污泥处理阶段的污泥浓缩装置。 若废水中含有密度小于水的杂质，可利用杂质的上浮特性，将其从水中分离出去。最常见的是利用上浮分离装置处理含油废水。由于油和水的密度不同， 油水很易分层，上层为油，下层为水，可采用一般的油水分离装置处理。若废水中有乳化剂存在，油滴和水滴表面由乳
