氨化土壤脱除CO<,2>过程的研究

• 作 者: 曾清华
• 机 构: 华东理工大学
• 出 处: 华东理工大学
• 发表日期: 2009年期
• 关键词: 氨化土壤 二氧化碳脱除 碳酸氢铵 溶质迁移 有限元法 数学模型

大气中的CO2浓度升高导致全球变暖日益成为国际社会的一个热点话题。开发控制污染和减排(温室气体CO2)的新技术已成为各国政府和研究学者共同的目标。本文对氨化土壤物理吸附和化学吸收CO2的过程进行了实验研究，并用土柱淋溶法研究了反应后产物在土壤中的运移规律并建立相应的数学模型，研究的主要内容如下。
在固定床冷态实验装置上，对氨化土壤脱除二氧化碳过程中CO2脱除量和反应后产物成份进行了分析，考察了不同工艺条件对CO2吸收量的影响。研究结果表明氨化土壤对CO2脱除量比土壤物理吸附和氨水化学吸收CO2的总和还增加15％以上，表明氨化土壤脱除CO2是一个物理吸附和化学吸收相互促进的、双重作用下的过程，且反应后产物主要为碳酸氢铵。在氨化土壤脱除CO2过程中，除了发生土壤的物理吸附和氨水吸收外，土壤中的Ca2+、Mg2+在该碱性条件下能与CO2反应，生成固体沉淀，达到永久固碳。在本实验范围内，得到了较佳的反应条件为20％的氨水浓度、0.5L.min-1的CO2初始流量和31℃的反应温度。
采用土柱淋溶模拟实验，研究了氨化土壤吸收CO2过程中.土壤的含水率、HCO3-、CO32-、NH4+-N和pH随水流运动向下的运移规律，得到在反应初期，土壤中的HCO3-和NH4+-N的离子主要集中于土壤表层(200mm)，随着HCO3-分解和NH4+-N被土壤吸附以及水流重力作用，土壤表层的HCO3-和NH4+-N的离子浓度逐渐减小，而向表层土壤的下方渗透。经过45天的渗透，在表层土壤下方420mm处可检测到这些离子的存在。但对于CO32-离子而言，在反应初期，土壤表层的CO32-离子浓度较小，随着HCO3-的分解为CO32-和水流重力作用，土壤表层下各轴向高度上的CO32-离子浓度呈上升趋势。
根据反应后产物在土壤中的渗透规律，建立相应的非饱和水流运动数学模型和非饱和带吸附性溶质的对流.弥散模型，利用SUPG有限元法对数学模型进行求解。模型的计算趋势与实验值比较吻合，表明所建立的溶质运移模型基本可以预测土壤中HCO3-离子运移的基本规律和分布特性。