文章编号：1005－6629(2007)03－0004－03 中图分类号：G633.8 文献标识码：C
　　
　　我们在做中学的研究性课题调查环境污染对生物的影响时，与涟源钢铁集团的环保部联系，对厂区的污染及防治进行了调查。在此活动中，几个学生用pH试纸检测冲渣水（冲洗煤燃烧后产生的灰渣的废水），发现溶液呈碱性；在不远的地方有几个工人在制石灰水，询问后得知是用来净化烟气中的SO2；冲渣水排到污水处理厂处理后排入河流，能否利用来替代石灰水净化酸性氧化物SO2呢？后在相关部门和老师指导下进行研究，此课题在湖南省青少年科技创新大赛中获一等奖并在公司应用。现将此课题的主要内容介绍如下。
　　
　　1实验设计
　　
　　1.1实验原理
　　石灰水和除尘冲渣水脱硫包括物理吸收和化学吸收两个基本过程。其中SO2溶解于液体并不发生显著的化学反应的吸收过程，称为物理吸收。物理吸收的程度，取决于气——液平衡，只要气相中SO2的分压大于气液相呈平衡时的SO2分压，吸收过程就会进行。SO2与吸收液的组分发生化学反应则称为化学吸收。化学吸收有效地降低了溶液表面SO2的分压，增加了吸收过程的推动力，化学吸收速度比物理吸收大得多。
　　石灰水吸收废气中SO2的过程主要为：
　　

　

　　吸收速度由物理吸收速度和化学反应速度决定。SO2与Ca(OH)2反应极快，总速率主要取决于前者。溶液pH值对吸收速率有很大影响，提高pH值，吸收速度随之增大；当pH提高到某一值时，吸收速度达到最大值。
　　吸收量取决于①、②的平衡常数，当达到平衡时，石灰水所吸收的SO2是吸收的极限。对平衡有影响的因素会影响吸收量，很多反应与SO2吸收有关。主要反应如下：
　
　　综合上述反应可得出处理SO2的一般性结论：①亚硫酸盐的氧化促进SO2的吸收。②Ca2+等金属离子、pH值是影响SO2吸收量的主要因素。③CO2对吸收SO2的干扰不大。
　　1.2实验设计
　　除尘水、冲渣水能否代替石灰水净化SO2，主要取决于其中的Ca2+、Mg2+等金属离子总量和pH值。所以先在实验室测定除尘水、冲渣水的上述值。除尘水、冲渣水中镁的含量，如比石灰水高，则对SO2的吸收有利。
　　如测得两项指标与石灰水接近，则进一步把除尘水、冲渣水打入洗涤净化系统进行调试实验，比较分析三种液体净化SO2的数据，得出能否用除尘水、冲渣水代替石灰水的结论。
　　
　　2 实验数据及分析
　　
　　2.1 三种脱硫剂的对比实验
　　先后对转炉炼钢除尘废水（沉淀后）、热电厂锅炉冲渣水与石灰水（按用于脱硫的浓度0.35%配制）进行了pH值和钙镁总量的测定，连续四天，每天监测一次，分别标为1、2、3、4。
　　检测方法：①pH:GB/T6920-1987 玻璃电极法
　　②总硬度：GB/T7477-1987 EDTA滴定法
　　检测仪器：①pH：pHS-25酸度计
　　 ②总硬度：滴定管
　　实验数据见表2－1
　　
　　实验数据表明：除尘水的pH值：11.1~12.1，钙和镁总量：12~15mg / L。除尘水pH≥11，与石灰水相当，能满足旋流塔板湿法烟气脱硫除尘设备的要求，但由于转炉炼钢除尘水加入了一定量的阻垢剂，钙镁离子及其衍生物被阻垢剂掩蔽，钙镁总量≤15mg /L，远远低于石灰水792~864mg / L的要求，烟气中的二氧化硫与钙镁总量反应的机率很低，因此，预测转炉炼钢厂除尘水脱硫效果会很差。
　　热电厂锅炉冲渣水与石灰水的pH值比较接近，pH≥11满足旋流塔板湿法烟气脱硫除尘设备的要求。但是，钙镁总量：石灰水792~864mg / L ，而锅炉冲渣水为628~660mg / L ，低于石灰水近四分之一。原因是煤中含有一定量的碳酸钙，燃烧后生成氧化钙，经循环水冲洗至平流池，水渣沉降后流入清水池。清水池中的水含有氢氧化钙等碱。预测热电厂锅炉冲渣水有较好的脱硫效果,但脱硫率比石灰水低。
　　2.2三种脱硫剂的脱硫实验
　　我们用洒水车将转炉炼钢除尘水、热电厂锅炉冲渣水运至热电厂石灰乳化池，分别用除尘水、冲渣水、冲渣水中加入纯石灰脱硫时石灰用量的四分之一代替石灰水进行脱硫实验。每次试验时都读取安装在烟塔上的二氧化硫测试仪上的数据，分析脱硫前后二氧化硫浓度的变化。三类实验的数据见表2 -2。
　　
　　数据表明：用不同的脱硫剂、同样的设备和数量处理热电厂燃煤锅炉高硫煤（脱硫前SO2浓度大于5000）、中硫煤（脱硫前SO2浓度在5000至3000之间）、低硫煤（脱硫前SO2浓度小于3000）燃烧时烟气中的二氧化硫。转炉炼钢厂除尘水脱硫效果很差，平均脱硫效率20%左右，用中硫煤试验，脱硫后的最低浓度为2392，远高于国家规定的排放标准（1200mg / m3）。热电厂燃煤锅炉冲渣水脱硫效果较为理想，脱硫率为71.5-75.4%，燃烧中、低硫煤时，脱硫后二氧化硫浓度（707 ~947）低于国家排放标准。在锅炉冲渣水中加入纯石灰用量的四分之一后，平均脱硫率88.8 ~ 90.4%，最低排放值为234，最高为624，燃烧高、中、低硫煤外排二氧化硫浓度都远低于国家排放标准。整个试验结果与预期基本相符，说明脱硫剂中的pH值和钙镁总量是决定脱硫效果的关键因素。
　　
　　3结论和建议
　　
　　3.1 冲渣水的pH值与石灰水持平，钙镁总量较石灰水低1/4 ，加入1/4的石灰水后、钙镁总量与石灰水相等时，脱硫率相同。证明冲渣水中的其它物质没有干扰脱硫，冲渣水能替代四分之三的石灰水。
　　3.2 用冲渣水脱硫，可采用两种方案。一是直接使用燃煤锅炉冲渣水处理锅炉烟气中的二氧化硫，不加任何辅助脱硫剂。可降低净化成本80%。二是在冲渣水中加四分之一的石灰水，脱硫率与石灰水相当，运行成本降低34%。这样能使目前因运行成本过高而停用的SO 2净化设备运转，按中硫煤计算，热电厂两座燃煤锅炉每年减少二氧化硫排放2200t。
　　
　　4 收获与体会
　　
　　（1）本课题从立项到结题，历经半年多的时间，上百次的试验，查阅大量资料，联系多家部门，学生克服了许多困难。在此过程中，学生锻炼了意志、扩大了眼界、培养了科学研究的兴趣和耐心。通过接触生产实际，体会工人和技术人员的劳动，培养了爱劳动、关心身边事物、理论联系实际的美好情感。当学生看到自己的学习和劳动能为公司解决难题时，那种兴奋和教育作用是课堂教学达不到的。
　　（2）积极挖掘教育资源，做好研究性课题。大部分学生和教师都感到课题不好找，课题资源缺乏，走出校园、走向社会，多开展一些社会实践、调研活动，充分利用学校周围的教育资源来做好研究性课题。本课题是学生看到厂里冒出浓烟并经常听到一些环境污染的知识后，结合课堂教学、在学生好奇心和兴趣的驱使下，利用我校为厂子校的有利条件来开展的课题研究。
　　（3）课题研究、解决实际问题往往不是单靠哪一门课程，而是要多科目甚至要和校外技术人员合作、要利用学校和校外的设备。环保问题在中学的《生物》、《化学》、《物理》等学科中都有涉及，每一门课程的老师如能通晓其它课程的一些知识，则更能引导学生发现问题、找到灵感、找到课题。本课题是在生物的研究性课题活动中发现、主要用化学知识来做的。
　　（4）处理好研究性学习、课题研究与高考的关系。通过研究性学习、课题研究活动，学生的设计能力、操作能力、分析问题、处理问题的能力、接受信息和处理信息的能力都有极大提高，而这些能力正是高考所要求的，几个学生在高考中都取得了优异的成绩。