黃小紅,高文遠,張 翠,顧秋月,朱利民

(中國輕工業(yè)長沙工程有限公司,湖南 長沙 410114)

惡臭物質(zhì)的來源分布廣泛,目前人們發(fā)現(xiàn)的環(huán)境惡臭物質(zhì)已達數(shù)萬種,單憑人的嗅覺能感知的就有4 000多種,包括生活源和工業(yè)源。生活源指的是來源于人們生活中的惡臭物質(zhì),如公共廁所、污水和垃圾處理廠、衛(wèi)生間等產(chǎn)生的惡臭;工業(yè)源是指來源于工業(yè)生產(chǎn)中的惡臭,如農(nóng)藥廠、糞便處理廠、制藥廠、涂料廠、畜牧場、化工廠、養(yǎng)殖廠、煉焦廠、屠宰場、污水處理廠等,按化學組成成分進行分類,常見的惡臭物質(zhì)一般可以分為五大類:(1)硫系化合物,如硫化氫、二氧化硫、二硫化碳、硫醇類、硫醚類;(2)含氮的化合物,如胺、氨、酰胺、吲哚類;(3)鹵素及衍生物,如氯氣、鹵代烴;(4)烴類,如烷烴、烯烴、炔烴、芳香烴;(5)含氧的有機物,如醇、酚、醛、酮、有機酸等。其中典型的惡臭氣體包括硫化氫、硫醇、二胺及氨等。

1 除臭工藝介紹

氣體除臭技術(shù)主要來源于污水處理技術(shù)領(lǐng)域,污水處理廠的臭氣收集和處理國外運用較多,而在國內(nèi),大型污水廠將臭氣收集和處理的并不多見。

究其原因,主要是國外的除臭裝置價格貴、初裝成本和運行、維修成本都高;而國內(nèi)的廢氣除臭技術(shù)起步晚,成熟的產(chǎn)品不多,在除臭問題上,面臨的是國家排放標準和企業(yè)經(jīng)濟承受能力的尷尬問題,解決問題的辦法是除臭技術(shù)和設(shè)備的國產(chǎn)化。而惡臭氣體凈化技術(shù)按照去除機理可以分為生物法、吸附法、化學吸收法、燃燒法和低溫等離子法。

1.1 生物法除臭[1]

生物法除臭原理見圖1。生物法除臭是在水、氧氣和微生物同時存在的條件下,利用微生物的自身代謝活動將惡臭氣體氧化分解為無毒無害的物質(zhì)及菌體自身的細胞質(zhì),最終達到凈化惡臭氣體的目的。通常情況下,生物法脫臭包括下述三個過程:(1)惡臭氣體進入水中,然后溶解,即臭氣由氣相進入液相;(2)惡臭成分溶于水后進入微生物體內(nèi),然后微生物將其吸收、吸附;(3)進入到微生物細胞后的惡臭氣體將會被微生物作為其自身代謝的營養(yǎng)基質(zhì)而分解、利用。其中,過程(1)符合亨利定律。惡臭成分不同,所生成的分解物質(zhì)也有所不同。

圖1 生物法除臭過程示意圖

生物法除臭的優(yōu)點:設(shè)備簡單,投資費用低;在處理過程中,無需人為添加催化劑或吸附劑,因而工程運行起來成本較低;處理較徹底,不會產(chǎn)生二次污染;可以篩選菌種進行培養(yǎng)馴化使其處理特定種類的臭氣,可以提高去除效率;營養(yǎng)物質(zhì)的利用率高。

1.2 吸附法[2]

吸附法應用最廣泛的就是活性炭吸附法,工作原理是使惡臭氣體通過活性炭層,利用活性炭能吸附臭氣中致臭物質(zhì),達到脫臭的目的;主要適用去除硫化氫和硫醇(氨和銨)等物質(zhì)。為了有效地脫臭,通常利用各種不同性質(zhì)的活性炭,在吸附塔內(nèi)設(shè)置吸附酸性物質(zhì)的活性炭,吸附堿性物質(zhì)的活性炭和吸附中性物質(zhì)的活性炭,臭氣和各種活性炭接觸后,排出吸附塔。活性炭吸附法與化學法相比較,具有較高的效率,但活性炭有飽和期限,超過這一期限,就必須更換活性炭。這種方法常用于低濃度的臭氣和脫臭的后處理。用此方法去除臭味需要大量的活性炭,構(gòu)筑物占地面積大,處理效率較低,運行成本較高。

吸附裝置大體可分為固定床式、移動式和流動床式三種,而按吸附劑的再生方式又可分為非再生型、取出再生型和反復洗脫型三種。另外,吸附分為物理吸附和化學吸附,而實際上是指物理—化學吸附,廢氣中通常含有酸性、堿性和中性的惡臭物質(zhì),只用物理吸附不可能達到應有的脫臭效果。常見惡臭物質(zhì)與吸附劑的主要反應見表1。

表1 常見惡臭物質(zhì)與吸附劑的主要反應

1.3 化學吸收法

吸收法可分為化學吸收和物理吸收,在物理吸收中,氣體組分在吸收劑中只是單純物理溶解過程。在化學吸收中,由于吸收質(zhì)在液相中與反應組分發(fā)生化學反應,降低了液相中純吸收質(zhì)含量,因而增加了吸收過程推動力,從而提高了吸收速率。同時,由于溶液表面上被吸收組分的平衡分壓大為降低,增大了吸收劑的吸收能力,使氣體中吸收質(zhì)含量進一步降低,達到使氣體進一步凈化之目的。該工藝一般用在預處理,操作簡單,維護成本較低,因此應用廣泛。

化學反應法除臭是通過廢氣與吸收液在填料床接觸實現(xiàn)化學反應達到凈化目的,清洗液中可加入酸、堿和氧化劑等化學藥劑,去除如NH3、H2S和硫醇類物質(zhì)以及難分解的脂肪酸等。采用根據(jù)pH值控制的加藥泵自動投加化學藥劑?；瘜W法針對特別的廢氣成分去除率效率很高,但對難溶性廢氣處理效果差,一般運行費用高、需專人操作、會造成二次污染。

1.4 燃燒法

亦稱為熱氧化法、熱力燃燒法,是利用燃氣或燃油等輔助燃料燃燒放出的熱量將混合氣體加熱到一定溫度(700 ℃～800 ℃),駐留一定的時間(0.3 s～0.5 s),使可燃的有害物質(zhì)進行高溫分解變?yōu)闊o害物質(zhì)。該工藝適用于氣量大、濃度高的廢氣處理,其相對投資大,運行、維護成本高。

常見的催化燃燒是將含有有機污染物的廢氣,在催化劑鉑、鈀的作用下, 可以在較低的溫度下將廢氣中的有機污染物氧化成二氧化碳和水。是一種較為理想的通過催化反應(無明火)處理有機污染物的方法,具有適用范圍廣、結(jié)構(gòu)簡單、凈化效率高、節(jié)能、無二次污染等優(yōu)點,已在國內(nèi)外廣為使用,去除效果較好。但不能直接燃燒低濃度的有機廢氣和波動濃度較大的廢氣。缺點是催化床層溫控不佳時有發(fā)生爆炸的危險。

2 硫酸銨鎂蒸發(fā)不凝氣的分析

目前對硫酸銨鎂廢水的處理通常采用MVR蒸發(fā)結(jié)晶工藝回收其中的硫酸鎂和硫酸銨資源,但是在硫酸銨鎂蒸發(fā)結(jié)晶過程中,由于除油工藝不徹底,導致蒸發(fā)結(jié)晶過程不斷富集,在蒸發(fā)器、結(jié)晶器和稠厚器中產(chǎn)生大量的泡沫油和結(jié)焦物,影響設(shè)備穩(wěn)定運行,排放的蒸發(fā)不凝氣含有大量的惡臭氣味,不僅嚴重影響周邊居民生活環(huán)境,還危害廠區(qū)及周邊人體健康。因此有必要針對硫酸銨鎂蒸發(fā)不凝氣中臭氣物質(zhì)的成分和臭氣強度,選擇合適的除臭工藝,設(shè)置經(jīng)濟有效的除臭系統(tǒng)。而根據(jù)硫酸銨鎂蒸發(fā)不凝氣的產(chǎn)生過程分析,其含有的臭氣物質(zhì)可能包括煤油中雜質(zhì)成分硫化物(硫醇)以及硫酸銨高溫蒸發(fā)分解產(chǎn)生的NH3、SO2等。

3 除臭工藝的選擇

針對上述傳統(tǒng)的幾種除臭工藝,文章提出了高密度介質(zhì)阻擋放電技術(shù)新工藝。

介質(zhì)阻擋放電是一種獲得高氣壓下低溫等離子體的放電方法,這種放電產(chǎn)生于兩個電極之間。介質(zhì)阻擋放電可以在0.1 Pa～10 105 Pa的氣壓下進行,具有輝光放電的大空間均勻放電和電暈放電的高氣壓運行的特點。整個放電是由許多在空間和時間上隨機分布的微放電構(gòu)成,這些微放電的持續(xù)時間很短,一般在10 ns量級。介質(zhì)層對此類放電有兩個主要作用:一是限制微放電中帶電粒子的運動,使微放電成為一個個短促的脈沖;二是讓微放電均勻穩(wěn)定地分布在整個面狀電極之間,防止火花放電。介質(zhì)阻擋放電由于電極不直接與放電氣體發(fā)生接觸,從而避免了電極的腐蝕問題。

介質(zhì)阻擋放電過程中,電子從電場中獲得能量,通過碰撞將能量轉(zhuǎn)化為污染物分子的內(nèi)能或動能,這些獲得能量的分子被激發(fā)或發(fā)生電離形成活性基團,同時空氣中的氧氣和水分在高能電子的作用下也可產(chǎn)生大量的新生態(tài)氫、臭氧和羥基氧等活性基團,這些活性基團相互碰撞后便引發(fā)了一系列復雜的物理、化學反應。從等離子體的活性基團組成可以看出,等離子體內(nèi)部富含極高化學活性的粒子,如電子、離子、自由基和激發(fā)態(tài)分子等。廢氣中的污染物質(zhì)與這些具有較高能量的活性基團發(fā)生反應,最終轉(zhuǎn)化為CO2和H2O等物質(zhì),從而達到凈化廢氣的目的。

圖2 高密度介質(zhì)阻擋放電設(shè)備示意圖

圖3 核心設(shè)備基礎(chǔ)原理圖及等離子體照片

式中:ε1為非金屬電極的介電常數(shù);ε2為放電空間氣體的介電常數(shù);d1為非金屬電極厚度;d2為放電空厚度。

由于ε2?ε1,在合理設(shè)計時,施加在透光非金屬電極上的電壓主要聚集在放電空間中,在極高電場的作用下產(chǎn)生具有三維紫外光線的高密度藍光等離子體(活性物質(zhì)濃度達 1 014萬億個/cm3)。

綜合比較常用治理工藝與高密度介質(zhì)阻擋放電技術(shù)工藝橫向?qū)Ρ纫姳?。

通過表2分析,結(jié)合現(xiàn)場臭氣排放情況及現(xiàn)場試驗情況,方案擬采用高密度介質(zhì)阻擋放電除臭工藝。表3是某項目采用該工藝的實際檢測數(shù)據(jù)。

表2 常用臭氣治理工藝橫向?qū)Ρ缺?/p>

表3 有組織廢氣檢測結(jié)果

4 結(jié)論

采用高密度介質(zhì)阻擋放電技術(shù),該工藝流程簡單、設(shè)備投資少、運行費用低,處理效果良好。該項目的成功實施,對其他類型的惡臭廢氣有很好的推廣和借鑒意義。