工業污泥脫水惡臭氣體的UV光解凈化

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工業污泥脫水
惡臭氣體的UV光解凈化

湯 帆1，佟永祥2，任 雁1，謝 鋤1，劉榮芬1

（1.深圳市天浩洋環保科技股份有限公司，廣東 深圳 518109；2.寶鋼發展有限公司，上海 201900）

摘 要:采用高效UV光解設備對工業污泥烘干脫水過程中產生的有機惡臭廢氣進行凈化處理。VOCs、NH3、H2S初始濃度分別為870ppm、15ppm、10ppm，處理后接近完全降解。結果表明，經過UV光解后，惡臭廢氣凈化效率達99%，完全脫臭；這一實例將UV光解設備在生活污水除臭領域的應用拓展到工業污泥的廢氣治理，具有極強的工程實際指導作用。

關鍵詞:工業污泥脫水；UV光解技術；臭氣凈化；凈化率

當前環境不斷惡化，工業污泥作為一種危險廢物，高含水率造成后續處理困難，實現其減量化、資源化、無害化具有重要意義。工業污泥的減量化一般采用自然干化法、機械脫水法和熱干化法。其中熱干化法效果最優，應用范圍最廣，但這一過程會排放出成分復雜（以NH3、H2S、VOCs為主）的大量惡臭氣體，嚴重影響廠區及周邊環境質量。Gomez-Rico等[1]研究了不同溫度下熱干化污泥釋放的揮發性有機物成分，實驗表明VOCs產率最高為甲苯、三甲苯、二甲基二硫醚、二甲基三硫醚等脂肪烴、芳香烴和鹵代烴。這些無機、有機惡臭廢氣在令人不悅的同時，極大地損害人體健康，污染環境。當前一般采用燃燒[2]、吸附吸收[3]等傳統工藝治理污泥干化廢氣，處理效果不理想且二次污染嚴重。UV光解作為高級氧化技術的一種，在高能光子、臭氧分子和自由基共同作用下，使廢氣快速達到有效脫臭以及分解VOCs。本實驗中的鋼鐵廠工業污泥與傳統污泥不同，干化產生有氣味廢氣中氨、硫化氫等無機化合物占少數；大多數的氣味物質是有機物產生的，這一特點突出了UV光解的優勢。

1　實驗部分

1.1 實驗樣品及儀器

實驗室階段：寶鋼發展有限公司提供的實驗工業污泥，呈黑色，臭味極強。紫外光解儀器采用THY-4.5kW高效UV實驗設備（深圳市某環保公司提供），光源強度為160W高壓汞燈，波長>170nm。通過水浴裝置在電磁爐上加熱使污泥脫水。氣體溫度為70℃～90℃。便攜式手提風機控制揮發臭氣風速為1m/s。泵吸式硫化氫H2S檢測儀（GT901），泵吸式氨氣NH3檢測儀（GT901），VOC檢測儀PGM-7300 miniRAE lite（華瑞）。

現場階段：廢氣源為廣東某鋼鐵廠工業污泥干化設備后接噴淋洗滌塔排放的尾氣，廢氣溫度為50℃，在正常脫水條件下廢氣流速為6m/s，廢氣量為5000m3/h，主要成分為NH3、H2S、非甲烷總烴等其他惡臭物質。

1.2 實驗方法

工業污泥分別采用水浴加熱和直接加熱的方法烘干，產生模擬脫水后廢氣，用管道收集廢氣接入THY-4.5kW高效UV實驗設備，后經風機排放。模擬廢氣原始濃度和凈化后濃度均在出風口檢測。

現場污泥烘干產生的廢氣成分濃度均在風機口測量。

2　結果與討論

2.1 實驗污泥脫水廢氣

在UV光解設備未開啟時，工業污泥水浴加熱烘干散發出濃烈惡臭味，初始VOCs濃度達到18.6ppm，NH3濃度為2ppm。在開啟不同功率的UV光解設備的條件下，試驗污泥烘干產生的廢氣VOCs濃度變化情況如圖1所示。UV光解設備不同功率的開啟時間間隔為5min，開啟第一組燈管后，NH3濃度已低于儀器檢測下限，表明NH3基本被完全降解；VOCs濃度降低了30%，惡臭氣味改善較大。當開啟三組燈管后，VOCs濃度未見明顯變化，維持在5.4ppm左右，雖伴有一定臭氧味，但基本無污泥臭味，廢氣VOCs凈化率為71.3%。為了限定實驗環境的臭氧產生量，沒有繼續加大UV光解設備的能量輸出，凈化效率的極限在實際污泥脫水現場進行了檢測與記錄。

UV設備功率對試驗污泥脫水廢氣VOCs濃度的影響

在開啟4組燈管的UV光解設備時，VOCs濃度未有明顯降低，這是由于在實驗污泥烘干過程中產生了大量水蒸汽，一方面影響了UV光的透射效率，另一方面由于水分子的光捕獲，降低了氧氣分子形成臭氧的幾率，造成降解達到定值。綜上所述，實驗污泥脫水廢氣的最佳UV光解設備功率為開啟三組燈管。

2.2 實際污泥脫水廢氣

在工業污泥烘干脫水現場，UV光解設備未開啟時，排出廢氣中VOCs初始濃度達到870ppm，NH3濃度為15ppm，H2S濃度為10ppm，散發出強烈令人不悅的惡臭味。為得出最大的凈化效果，在不考慮臭氧產生量的情況下，使用足夠大功率的UV光解設備。在UV光解設備開啟后，三種污染指標的濃度均低于儀器檢測下限，表明NH3、H2S和VOCs基本被完全降解。刺激性惡臭氣味處理效果明顯，說明經過UV光解設備能高效地將該類廢氣凈化處理，排放濃度明顯 優于國家相應排放標準。

2.3 光解途徑分析

該UV光解設備涉及幾項發明和實用新型專利技術[4-7]，其中UV光子能量可達704 kJ/mol，波長大于170nm。惡臭廢氣分別從以下三個途徑被光解：

（1）高能紫外光直接將NH3、H2S、VOCs等臭氣分子的化合鍵破裂[8]，形成游離態的原子（如C*、H*、S*、N*、O*等）或官能團（如[C-O]*等），逐步將臭氣小分子裂解。

（2）廢氣中的O2分子吸收UV光子的能量成為游離的[O]原子，與O2分子反應形成O3，在UV光與O3的協同作用下，與被裂解成游離態原子或官能團的NH3、H2S、VOCs等臭氣分子發生氧化還原反應[9]， 實現凈化。

（3）UV光子與廢氣中H2O、O2分子等物質形成化學活性極高的超氧自由基（·O）和羥基自由基（·OH），能夠迅速將廢氣中的有機分子深度氧化[10]。

3　結論

采用高能UV紫外線光解設備對工業污泥烘干廢氣進行了除臭分解的實驗研究，研究了UV紫外線光解設備以及不同實驗類型對惡臭氣體降解效率的影響。

（1）在各實驗污泥脫水條件下，在富余微量臭氧的前提下，UV高效光解設備對各指標凈化效率均能達到70%以上，實際工況下，由于不考慮臭氧的富余情況，只要UV光解設備提供的能量足夠，能將幾乎所有的NH3、H2S、VOCs等臭氣分子裂解掉。

（2）UV光解技術的核心在于高能UV光子、O3分子以及各種自由基對無機臭氣中氨氣、硫化氫和有機氣體胺類、硫醚/醇類、苯類等VOCs氣體的作用，對當前污水處理廠、化工生產等方面產生的廢氣治理提供了現實依據。

參考文獻：

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動態槽式堆肥系統、單層SACT系統、雙層SACT系統進行經濟性比較（見下表）。

UV Photolysis Purification of Malodor Waste Gas Generated from Industry Sludge Dewater

TANG Fan1,TONG Yong-xiang2, REN Yan1, XIE Chu1, LIU Rong-fen1

(1.Shenzhen THY Environmental Protection Technology Co., Ltd, Shenzhen 518109;

2.Baosteel Development Co., Ltd, Shanghai 201900, China)

Abstract:The paper adopts UV efficient photolysis equipment to deeply purify the malodor organic gas generated from the industrial sludge dewater. The initial concentrations of VOCs, NH3and H2S were respectively 870ppm, 15ppm and 10ppm, which were basically degraded after processing. The result shows that purification efficiency reaches at 99% after UV photolysis and completely deodorization. With a strong guidance for engineering practice, this case brings the UV photolysis equipment in application of domestic sewage deodorization to the waste gas treatment of the industrial sludge.

Keywords:industrial sludge dehydration; UV photolysis technology; malodor gas purification; purification rate

文章編號:1006-5377（2015）09-0049-03

文獻標志碼:A

中圖分類號:X703