一、前言
恶臭是指一切具有令人不愉快的物质及其所发生的臭气。
恶臭从物质结构角度可将其分为五类:
1)含硫化合物,如硫化氢、甲硫醇、硫醚类等;
2)含氮化合物,如氨、胺、酰胺等;
3)卤素及其衍生物,如氯代烃等;
4)烃类,如烷、烯以及芳香烃等;
5)含氧有机物,如酚、醇、醛、酮、有机酸等。
城市污水中含有大量的含N、含S有机物,它们在厌氧条件下分解产生NH3H2S。污水输送过程中的曝气作用,使大量的NH3H2S溢出。日本曾报道,城市污水处理厂的沉淀池、曝气池、污泥浓缩池中都有不同程度的恶臭产生,有时H2S高达200mg/l500mg/l,严重污染环境。      
目前恶臭气体的主要治理技术为:
物理法(掩避法,稀释扩散法),
燃烧法(热力燃烧法,催化燃烧法),
化学氧化法(臭氧氧化法,催化氧化法,其他氧化法),
吸收法,
生物分解法(生物洗涤法,土壤过滤法,堆肥过滤法),
联合法。

 

二、吸附法
2.1  
技术原理
吸附法是利用可与污染物质进行物理结合或化学反应之物质为吸附剂,将污染成份去除。
活性碳及沸石为常用吸附剂。采用颗粒活性炭或活性炭纤维填充吸附床,使有机废气穿过吸附床时被吸附材料捕捉,而从气流中除去。
一般而言,吸附法如用于回收VOC,具适用范围大、设备稳定、操作费用低等优点;然而如果用于去除臭味及VOC,则仅适用于低浓度(<10~50 ppm),对废气中漆雾含量要求极高,压头损失大,电耗大,净化效果欠佳,总处理成本高。
2.2
主要特点
目前使用的吸附剂主要是活性炭,其次还有硅胶、活性白土、离子交换树脂等。其中活性炭至少能吸附等于自身重量1/5的苯。
优点:效果好,工艺成熟,可以回收溶剂。由于在吸附过程中,吸附质与固相平衡的气相分压很低,接近于零,这时传质推动力很大,具有很高的净化效率。因此在处理低浓度有机废气时,净化比较彻底。特别是与直接燃烧法相比,能耗低。
缺点:但是设备庞大,流程复杂,当废气中有胶粘物存在时,活性炭容易失效,此外,吸附剂的吸附与脱附应设计合理,操作得当,才能取得好的效果。
2.3
典型设备和技术指标
吸附除臭装置多采用固定吸附器,脱除率通常在90%以上,还有采用移动床吸附器的,脱除率一般为77%~99%。目前用来处理废气的吸附系统多为固定式再生床。此外,为便于更换吸附剂,亦有采用抽取式或纤维滤网式之吸附设施,此种类型吸附塔乃将吸附剂填置于可抽取式箱柜内,或制成滤网、不织布类型,操作一段期间后即予抽换。该装置优点是:设备简单,动力消耗少,脱臭效果好,可浓缩臭味物,使回收臭味物成为可能。
  
吸附设备操作条件如下:
1
、吸附室废气流速0.20.5m/s
2
、停留时间12s
3
、压损70150 mm H2O
2.4
应用领域:
吸附设备通常比较庞大,吸附法主要用于以下几个方面:
1
处理低浓度气体,处理量不宜过大
2
净化有机溶剂蒸汽,效率较高
3
处理气体流量较小时,吸附法较为灵活

三、燃烧法
燃烧法其实质是高温氧化,将臭味物质氧化为无臭无害的CO2H2O(汽),根据是否采用催化剂可分为热力燃烧与催化燃烧两种。
3.1
热力燃烧法
3.1.1
技术原理
将辅助燃料燃烧产生的高温燃气与臭气充分混合,使臭味物质在700900° C下氧化销毁。使用该法处理臭气时,要保证臭气完全氧化,部分氧化则有可能增加臭味,例如,乙醇不完全氧化可能转变为羧值。进行热力燃烧必须具备三个条件:
1     臭气物质与高温燃烧气在瞬时内进行充分的混合;

2     保持臭气所必须的焚烧温度(760° C以上);
3     保证臭气全部分解所需的停留时间(0.30.5s)。
燃烧脱臭法在燃烧时产生的热量,须通过热交换器进行废热的有效利用。
3.1.2
典型设备和技术指标
热力燃烧脱臭装置的结构,它由下列部分组成:
1
     自动控制温度的燃烧器;
2
     高温气体火焰与臭气完全混合起急剧氧化分解连续反应的有槽圆筒;
3
     沿有槽圆筒切线方向导入臭气的送风燃烧器;
4
     保持湍流混合气体完全氧化分解的滞留室及进口臭气与高温清净废气进行热交换的换热器等。
热力燃烧脱臭装置用于处理酚醛、甲苯、甲醇及其他试剂时,脱臭效率达99.98%以上的净化率时,燃烧温度需大于872°C,甚至要达982°C。其次,臭味物结构中若含有SNCl等元素,则燃烧后的产物会有硫的氧化物(SO2SO3),氮氯化物,HCl,游离氯等有害物,须结合吸收或吸附等过程进行处理,以避免二次污染。
3.2
催化燃烧法
3.2.1
技术原理
催化燃烧就是把有机废气预热到启燃温度,在催化剂的作用下降低可燃气体的燃烧温度,进行氧化分解反应。通过催化剂的表面作用,废气中的可燃气体在250~350°C温度下通过催化剂床层时,空气中的氧和可燃气体同时被吸附在催化剂的表面上,并提高了催化剂的表面活性,在接触过程中产生一系列反应,最后生成无毒、无害的二氧化碳和水(蒸发),并且释放大量的热量。

3.2.2 主要特点
一般针对于有机废气浓度高于一定阈值,且有机物闪点较低的场合。将有机废气通过催化燃烧器,起燃后靠有机物自身燃烧放出的热量维持燃烧,对于浓度较低或热值较小的有机物还必须加入助燃剂完成燃烧过程,有时易发生回火等不安全问题。
与热力燃烧法相比,催化燃烧具有氧化温度低、装置容积小、其材料及热膨胀问题容易解决、处理费用低等优点。催化燃烧的效率可达90%以上,而处理费用仅为热力燃烧的一半左右。
3.2.3
典型设备和技术指标
催化燃烧脱臭装置,由催化剂、预热燃烧器、送风机、换热器、温度控制器等组成。低温臭气经换热器间接加热后,再与由辅助燃料(气体或液体)在预热燃烧器燃烧产生的高温燃气混合进一步升温到催化反应温度后,通过催化剂床层完全氧化,净化后的废气经换热器后可直接排入大气中。
常用催化剂是镀白金系贵金属薄层的镍合金丝,以铁丝或不锈钢网作框架,通过催化剂层的气体流速为1m/s,处理可燃性气体的上限浓度为0.2%~0.7%,浓度过高时,需用空气稀释。
催化燃烧技术指标:
    
1)有机废气处理浓度: 500-12000mg/m³
    
2)启燃温度: 120-300
    
3)净化率: 95-99%
    
4)催化装置寿命: 15年左右
    
5)电机环境温度: 小于40
    
6)环境相对湿度: 小于95%

 

四、化学氧化法
4.1
技术原理
化学氧化法是采用强氧化剂如臭氧、高锰酸盐、次氯酸盐、过氯化氢等氧化恶臭物质,将其转变为无臭或弱臭物的方法。氧化过程通常在液相进行,也有在气相进行的,下面以典型臭氧氧化恶臭的气-气氧化过程作一介绍。
臭氧可被用来氧化分解含甲硫醇臭气,反应式如下
           CH3SH+2O3         SO2+CO2+2H2O
上式中的两产量CO2H2O是无臭物质,另一产物SO2虽有臭味,但它的阈值浓度为10-6,甲硫醇的阈值浓度为10-9,二者比较起来,SO2的阈值浓度要高得多,因而经臭氧分解后,臭味可大大降低。若再采用碱液吸收,则臭味可基本消除,这就是后边介绍的氧化-吸收联合法。
用臭氧氧化除臭的缺点是能耗高,每生产1kg臭氧,需耗电1215kW/h

 

五、化学洗涤法
5.1
技术原理
化学洗涤法系藉由气-液接触,使气相中之臭味成分转移至液相,并藉化学药剂与臭味成分之中和、氧化或其它化学反应去除臭味物质。可应用化学洗涤方法处理之臭味物质包括有机硫化合物、含氮化合物、有机酸、含氧碳氢化合物、含卤化物等废气。
5.2
技术特点和要求
当恶臭物在水或其他溶剂中的溶解度较大,或恶臭物能与之发生化学反应(例如酸碱中和)时,可用化学洗涤法治理。
化学洗涤法的优点是技术成熟、设备简单、运行费用低;缺点是往往难以将臭味降低到人们能接受的水平,其次还有吸收液再生问题,或可能造成二次污染的问题。
5.3
主要特点:
    
异味处理效果大于80%,相对于生物滤池法而言要低。
    
设备结构紧凑、占地面积小。

   交叉流洗池可单独或多级组合使用,各级投加不同的药剂,可同时处理废气内不同的污染物,适合于水溶性污染物较多的场合,处理效率可达99%以上。
    
压力损失小,设备运行能耗低,加药自动控制,药耗省。
    
全自动控制,全天候工作,只需巡视。

     设备相对较多,操作管理维护工作量较生物滤池法大。
    
电耗、药耗相对生物滤池方法要高。
5.4
典型设备和技术指标
常用的吸收控制设备为填充塔,吸收液从塔顶往下流,废气向上流,臭气与吸收液充分接触而反应去除。吸收液与废气流量比例(/气比)一般为1 ~ 3 L/m3,填料高度一般为2~5m,气体空塔流速一般为0.5~1m/s。操作良好之填充塔,除臭效果可达到90%以上。常用的化学吸收剂包括下列几种:
(1)    
碱性溶液:
(2)    
酸性溶液:
(2)    
次氯酸钠溶液:
5.4
工艺流程
化学洗涤的工艺条件是:被处理的气体流量为150m3/min;吸收液为1.3%的亚硫酸钠溶液,其中甘油含量为3%(按亚硫酸钠重量计),溶液pH值为7;液/气=2L/m3。按照上述操作条件,净化后的气体中甲醛浓度均低于其阈值浓度(lμl/L),除臭效果良好。

 

六、活性氧(等离子体)法
6.1
技术原理
在绝对温度不为零的任何气体中,总存在一定程度的电离。宇宙射线或热灯丝亦可以使空气产生一定数量的初级电子,它们以一定的方式在外部激励源的电场中被加速获能,当其能量高于空气中氧分子的电离电势时,电子与分子的非弹性碰撞将导致电离而发生高能离子化过程。将电离过程控制在一定条件下即可以产生活性氧(AO),它具有电子密度高和可在常压下运行的特点。利用高压静电的特殊脉冲放电方式(活性氧发射管每秒钟发射上千亿个高能离子),产生的高密度的高能活性氧(介于氧分子和臭氧之间的一种过渡态氧)迅速与有机分子碰撞,激活有机分子,并直接将其破坏;或者高能活性氧激活空气中的氧分子产生二次活性氧,与有机分子发生一系列链式反应,并利用自身反应产生的能量维系氧化反应,而进一步氧化有机物质,生成二氧化碳和水以及其他小分子。
按理论计算活性氧的氧化能力是氧气的1000倍,直接与臭气成分发生氧化,反应可在数秒内实现。目前中、高能级的活性氧已逐渐应用于有机废气的净化治理,低能级活性氧也已应用于很多除臭工程。活性氧的生命周期在纳秒至数秒之间,由于是一种自然现象,活性氧可直接进入我们的室内环境,不会对人体产生副作用。根据原子物理原理,在活性氧作用下,只需极小的能量就能处理很大的风量,就象激光的能量原理一样,因此采用活性氧有一个很大的技术特点就是节能。
由于上述过程是在常温下进行的,因此也称为低温燃烧冷氧化过程,包括了许多种技术和作用,如过氧化氢、.OOH的催化作用和紫外线作用,这是一个极端复杂的物理过程,产生O2O2-O2+等氧簇聚集体,由于具有极强的氧化能力,因此我们称其为活性氧。利用活性氧发生装置(AOE),内装活性氧发射管,在净化过程中,可将AOE直接放入废气风道,也可以利用AOE将空气激活后从旁路通入废气风道。因此,该处理设备造成的系统阻力极小,本身的能耗亦比吸附法小的多。活性氧具有极强的氧化能力,可将三苯废气和其它烃类、醇类氧化成二氧化碳和水,而且可以在极短的时间内达到很高的处理效率。
有机物在活性氧中的氧化降解机理,一般认为反应主要有下面几个过程:
1     在高能电子作用下,强氧化性自由基OOHHO2的产生;
2     有机物分子受到高能电子碰撞被激发,及原子键断裂形成小碎片基团和原子;
3     OOHHO2于激发原子、有机物分子、破碎的基团、其他自由基等发生一系列反应,有机物分子最终被氧化降解为COCO2H2O。去除率的高低与电子能量和有机物分子结合键能的大小有关。
根据实验结果,并结合国外采用氧化法处理恶臭的数据,基本确定AOE设备处理各种恶臭组分的机理和主要产物。恶臭污染物中主要含有的气相污染物有:H2SSO2NH3VOCs(有机化合物)等,利用前后沿陡峭的脉冲高压,形成非平衡态低温等离子体,活性氧去除上述污染物的主要途径有两个:一个是在高能电子的瞬时高能量作用下,打开某些有害气体分子的化学键,使其直接分解成单质原子或无害分子;另一个是在大量高能电子、离子、激发态粒子和氧自由基、氢氧自由基(自由基因带有不成对电子而具有很强的活性)等作用下的氧化分解成无害产物。
其反应机理:
自由基产生机理
O2 + e(3.6eV)      →       •O + O
H2O + e(5.09eV)    →       •OH + H-
O + •OH             →      •HO2
气体分子分离机理
H2S + e
3.8 eV    →     H + S

 

 

 

2011年06月22日

有机废气和恶臭净化处理技术综述

一、前言恶臭是指一切具有令人不愉快的物质及其所发生的臭气。恶臭从物质结构角度可将其分为五类:(1)含硫化合物,如硫化氢、甲硫醇、硫醚类等;(2)含氮化合物,如氨、胺、酰胺等;(3)卤素及其衍生物,如氯

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