惡臭氣體治理技術(shù)研究

符芳?xì)g，符 瞰

(1.海南銳博科技有限公司，海南 ?？?570206;2.海南省環(huán)境科學(xué)研究院，海南 海口 570206)

1 引言

惡臭是大氣、水、土壤、廢棄物等物質(zhì)中的異味物質(zhì)，通過空氣介質(zhì)作用于人的嗅覺器官感知而引起不愉快感覺，并有害于人體健康的一類公害氣態(tài)污染物質(zhì)［1，2］。它是世界上嚴(yán)重的環(huán)境公害之一，因而各國都高度重視惡臭氣體的污染防治。國外在20世紀(jì)50年代末便開始惡臭氣體污染治理的研究，而我國在90年代才開始研究臭氣污染控制技術(shù)［3］。近年來，在脫臭技術(shù)領(lǐng)域，無論是工藝還是設(shè)備、科學(xué)理論還是技術(shù)實踐均取得可喜的成果。但是由于惡臭氣體給人的感覺量(惡臭強(qiáng)度)與惡臭物濃度的對數(shù)成正比，人對臭氣的感覺不能用數(shù)字來表示某種量化值，而只能通過某些判斷或描述性的詞語來表達(dá)［4］，具有較低的嗅覺閾值。這給控制惡臭污染提出了更高的要求，增加了難度，而且隨著人們生活水平和居住環(huán)境的不斷提高，人們對大氣環(huán)境質(zhì)量和大氣清潔程度的要求也不斷提高［4］，環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)也隨之日益嚴(yán)格，加快治理新技術(shù)的研究進(jìn)展更是迫在眉睫。

2 惡臭物質(zhì)的種類及危害分析

2.1 惡臭種類

惡臭污染源分布廣泛，種類繁多，成分復(fù)雜，檢測、分析難度大。惡臭物質(zhì)主要來源于化工廠、天然橡膠加工廠、塑料廠、飼料加工廠、畜禽養(yǎng)殖場、石油化工、垃圾處理廠、污水處理廠等場所。從物質(zhì)結(jié)構(gòu)角度可將其分為5大類。臭味氣體分類以及一些常見的惡臭污染物的性質(zhì)分別如表1、表2所示［5］。

表1 臭味氣體主要種類

表2 一些常見的惡臭污染物的性質(zhì)

2.2 惡臭危害

惡臭物質(zhì)對人的危害是多方面的，首先給人的感覺是不適、心情不愉快，繼而對人的呼吸系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、精神狀態(tài)等均產(chǎn)生危害。經(jīng)常接觸惡臭，會使人感到煩躁不安，思想不集中，工作效率低，判斷力和記憶力下降，影響大腦的思維活動。還會導(dǎo)致頭痛、頭暈、惡心、嘔吐、食欲不振等癥狀發(fā)生，甚至還會對皮膚、黏膜、眼睛等造成刺激或傷害［5］。從社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面而言，惡臭還會影響投資開發(fā)，成為抑制經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸。

3 惡臭氣體的治理技術(shù)

早期主要采用隱蔽、稀釋擴(kuò)散、燃燒等方法處理惡臭，但目前技術(shù)上比較先進(jìn)成熟的治理方法主要有紫外－臭氧(UV+O3)光解法、UV+TiO2催化氧化技術(shù)、生物法、等離子體分解法、活性氧氧化法等。

3.1 紫外－臭氧(UV+O3)光解法

紫外－臭氧(UV+O3)光解法是將臭氧與紫外光輻射相結(jié)合的一種高級氧化過程。試驗表明:將紫外光輻射與臭氧相結(jié)合，能使氧化速度提高10～104倍。其聯(lián)合作用機(jī)理分為以下幾步:紫外光輻射下，有機(jī)物的鍵發(fā)生斷裂而直接分解;紫外光輻射下，水中臭氧分解成更強(qiáng)氧化能力的羥基自由基·OH，·OH自由基能與水中的有機(jī)污染物進(jìn)行反應(yīng)，提高水中有機(jī)物的氧化速度;紫外光輻射使有機(jī)物外層電子處于激發(fā)態(tài)，提高分子的自由能，使有機(jī)物分子活化，從而易于在氧化劑臭氧的作用下氧化分解。

惡臭氣體被收集輸送到UV+O3光解凈化設(shè)備后，在紫外光輻照下，使廢氣物質(zhì)分子的能態(tài)由低能態(tài)被激發(fā)至高能態(tài)，在高能UV光束與凈化設(shè)備內(nèi)所產(chǎn)生的臭氧對惡臭成分進(jìn)行協(xié)同分解氧化反應(yīng)下，能在極短的時間內(nèi)發(fā)生一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，使惡臭氣體物質(zhì)最終降解轉(zhuǎn)化成低分子化合物、水和二氧化碳。它的作用效果不僅超過單獨臭氧和單獨紫外線的作用，甚至超過兩者的疊加。

3.2 UV+TiO2催化氧化技術(shù)

UV+TiO2催化氧化技術(shù)原理是光觸媒TiO2在紫外線UV的照射下被激活，發(fā)生光催化反應(yīng)，使H2O生成·OH自由基，然后·OH自由基將污染物氧化成CO2和H2O。二氧化鈦是一種催化劑，只要有合適的光，反應(yīng)就不會停止?？刹捎闷胀ǖ臒晒鉄魹楣庠磥硐龕撼艉头浅５蜐舛鹊奈廴疚铩Ｖ饕獌?yōu)點為工程投資少、運行費用省、廢氣停留時間短、高效、穩(wěn)定、反應(yīng)徹底、無二次污染。

3.3 生物法

生物法是近幾十年發(fā)展起來的一種新的廢氣治理技術(shù)。其利用經(jīng)過馴化后的微生物將惡臭物質(zhì)氧化分解為無臭的CO2和H2O等物質(zhì)或其他易回收物，從而達(dá)到脫臭的目的［5］。生物凈化臭味氣體的過程有以下三步:①廢氣首先與水(液相)接觸，由于有機(jī)污染物在氣相和液相的濃度差以及有機(jī)物溶于液相的溶解性能，使得有機(jī)污染物從氣相進(jìn)入液相;②進(jìn)入液相或固體表面生物層的臭味物質(zhì)被微生物吸收或吸附;③進(jìn)入微生物細(xì)胞的有機(jī)物在微生物代謝過程中作為能源和營養(yǎng)物質(zhì)被分解、轉(zhuǎn)化成無害的化合物。一般不含氮的有機(jī)物分解的最終產(chǎn)物為CO2;含氮物被微生物分解時，經(jīng)氨化作用釋放出氨，氨又可被另外一類微生物的硝化作用最終氧化成硝酸;含硫物質(zhì)經(jīng)微生物分解放出硫化氫，硫化氫又可被另外一類微生物的硫化作用氧化成硫酸。產(chǎn)生的代謝物一部分溶入液相，一部分(如CO2)散發(fā)到大氣，另一部分則作為微生物細(xì)胞代謝的能源或者合成微生物自身的細(xì)胞物質(zhì)。臭味氣體在經(jīng)過上述過程中不斷被轉(zhuǎn)化、減少，從而被凈化。

分解臭味物質(zhì)的微生物可分為兩大類:自養(yǎng)型和異養(yǎng)型。自養(yǎng)型微生物的生長可在沒有有機(jī)碳源和氮源的條件下，靠NH3、H2S、S和 Fe離子等的氧化獲得必要的能量，故適用于無機(jī)臭味物質(zhì)的凈化［5］。由于能量轉(zhuǎn)換過程緩慢，這些微生物的生長特別慢。異養(yǎng)型微生物則是通過對惡臭有機(jī)物的氧化分解來獲得營養(yǎng)物和能量，適宜于有機(jī)污染物的分解轉(zhuǎn)化。影響生物凈化法的工藝條件主要有溫度、供氧量和pH值。溶解氧適宜，pH值為7～8時，不同的微生物種群有其不同的適宜溫度，如表3所示［5］。

生物法的幾種凈化工藝如表4所示，該法的優(yōu)點是設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便、運行費用低、凈化效率高、不產(chǎn)生二次污染，對一些難于治理的污染物質(zhì)特別是含硫、氮的惡臭物均能很好地進(jìn)行氧化和分解［5］。

表3 不同的微生物的適宜溫度范圍

3.4 等離子體分解法

等離子體治理臭味氣體是利用產(chǎn)生的高能電子的作用，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(tuán)，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(tuán)，臭氣中的異味污染物質(zhì)與具有較高能量的活性基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)后被分解。等離子體分解難分解的氯氟烴的技術(shù)已達(dá)到實用的階段，此技術(shù)可在短時間內(nèi)進(jìn)行大量的氯氟烴等氣體的處理，并獲得成功［6，7］。

3.5 活性氧氧化法

活性氧氧化法是指在常溫常壓下，通過高壓脈沖放電將空氣中氧分子電離成臭氧(O3)、原子氧(O)、羥基自由基(·OH)等活性氧，活性氧具有極強(qiáng)的氧化能力，可將氨、硫化氫、硫醇等污染物，以及一些惡臭有機(jī)物迅速氧化分解，最終轉(zhuǎn)化為無害物［8］。

3.6 幾種先進(jìn)治理技術(shù)比較

對幾種惡臭處理方法的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)進(jìn)行了簡要比較如表5所示。

(1)綜觀目前應(yīng)用于惡臭氣體治理的技術(shù)，生物法的凈化效果好，工藝流程簡單，能耗低，運行費用低，操作簡單，無二次污染，具有很大的優(yōu)越性，對于城市污水處理廠、天然橡膠加工廠、畜禽養(yǎng)殖廠、魚粉加工廠、食品加工廠等均具有廣闊的應(yīng)用前景。

(2)當(dāng)UV+O3光解設(shè)備所處理的臭氣濃度很高時，治理過程的能耗是比較高的，還可能會出現(xiàn)因臭氧殘留而導(dǎo)致二次污染的情況發(fā)生。

(3)光解氧化法(UV+O3光解與UV+TiO2催化氧化)處理低濃度惡臭氣體時凈化效率很高，但是用于處理黏附性氣體時，黏附性物質(zhì)會附著在紫外線燈管的表面，會使凈化效率顯著降低，此時需要更換燈管及其元器件或者拆出逐個進(jìn)行清洗。無論采用哪種方式，維護(hù)檢修率都較高，且運行費用均會明顯增加。

(4)等離子體技術(shù)處理大氣量氣體時，轉(zhuǎn)化率不高，而且能耗較高，還可能產(chǎn)生SO2、NOx、CO等有害氣體造成二次污染，這使其治理惡臭氣體在工業(yè)上的應(yīng)用受到限制。因此，等離子體技術(shù)有待于深入研究［6，9］。

表4 生物法主要的凈化工藝

表5 惡臭處理方法比較

(5)活性氧氧化法由于設(shè)備投資高、能耗高，目前未得到推廣。

4 結(jié)語

(1)應(yīng)繼續(xù)加大力度對生產(chǎn)設(shè)備與技術(shù)的研究開發(fā)，使企業(yè)能及時優(yōu)先采用能源利用效率高、污染物排放量少的清潔生產(chǎn)工藝，減少大氣污染物的產(chǎn)生。同時合理規(guī)劃，減少無組織排放。

(2)傳統(tǒng)治理惡臭氣體的方法雖然技術(shù)較為成熟，但是在不同程度上存在設(shè)備投資高、運行成本高、處理氣量小、處理濃度低、工作不穩(wěn)定、凈化效率不高、操作與維護(hù)復(fù)雜煩瑣、二次污染等問題，應(yīng)加快工藝改進(jìn)，在操作方便的基礎(chǔ)上提高除臭效率，降低投資成本與運行維護(hù)成本。

(3)應(yīng)多方面深入研究，盡快解決各種新技術(shù)目前所存在的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)缺陷的問題，加緊新技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用推廣。諸如生物法針對復(fù)雜的惡臭污染物的性質(zhì)馴化混合微生物菌種，UV+TiO2催化氧化法存在催化劑失活和難以固定、處理具有粘滯性氣體故障率與檢修率高，等離子體法能耗高、有時還會產(chǎn)生二次污染等問題的妥善解決。

(4)新技術(shù)一般在針對中低濃度臭味氣體時，采用單級處理工藝的凈化效率很高，能穩(wěn)定做到達(dá)標(biāo)，而在廢氣量大且濃度高時，要滿足人們對成分復(fù)雜的惡臭物質(zhì)的極高要求，則需要加快多級凈化法——聯(lián)合法(諸如噴淋+生物、吸收+吸附、UV光解法+吸收、生物法+吸附、化學(xué)除臭+活性炭吸附等)的研究速度。筆者認(rèn)為，聯(lián)合法除臭是今后重點研發(fā)課題。

［1］劉天齊.三廢處理工程技術(shù)手冊:廢氣卷［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

［2］李廣超.大氣污染控制技術(shù)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

［3］鄧兵杰.生物處理惡臭氣體的研究現(xiàn)狀及展望［J］.中國科技論文在線，1996(7):1～6.

［4］張 靜，張 樑.抑制城鎮(zhèn)污水處理廠惡臭氣體的產(chǎn)生和遷移［J］.環(huán)境科學(xué)與管理.2012，37(2):84～89.

［5］童志權(quán).工業(yè)廢氣凈化與利用［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

［6］汪涵，周玉瑩.惡臭氣體治理技術(shù)及其進(jìn)展［J］.煉油與化工，2010(6):11～15.

［7］馬生柏，汪斌.惡臭氣體處理技術(shù)研究進(jìn)展［J］.污染防治技術(shù)，2008(10):46～49.

［8］魏明蓉，張 華.污水廠惡臭氣體治理技術(shù)概述［J］.廣西輕工業(yè)資源與環(huán)境.2010(8):100～101.

［9］鄒克華，嚴(yán)義剛，劉 詠，等.低溫等離子體治理惡臭氣體研究進(jìn)展［J］.化工環(huán)保，2008，28(2):127 ～130.