紫外光催化處理小型污水站惡臭氣體實驗研究

張體強 陳雄偉

摘要：惡臭氣體是污水處理站典型環境影響之一，擾民現象嚴重。惡臭氣體的主要成分為H2S、NH3等。通過紫外光二氧化鈦催化降解污水站惡臭氣體實驗，較好地解決了小型污水站惡臭氣體擾民問題。實驗結果表明，H2S從0.14～0.388mg/m3降低到低于檢出下限，NH3從0.279～1.64 mg/m3降低到低于檢出下限;工藝會伴隨產生O3等副產物，但隨著自然擴散較快，濃度較低;未檢測出CO副產物。

關鍵詞：紫外光催化法;污水站;惡臭氣體;NH3;H2S;O3

中圖分類號：X701 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2020）02-00-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.02.055

Abstract：Malodorous gas is one of the typical environmental impacts caused by sewage treatment stations， which seriously disturbs people around.This problem has been well sloved by the experiment of catalyzing the degradation of malodorous gas in sewage station by ultraviolet TiO2. The main components of malodorous gas are H2S，NH3 and the like. The experimental results show that H2S decreases from 0.14～0.388 mg/m3 to below the detection limit， and NH3 also decreases from 0.279～1.64 mg/m3 to below the detection limit.The process is accompanied by the production of by-products such as O3 which would leave lower concentration with fast natural diffusion. No CO by-products were detected.

Key words：Ultraviolet light catalytic treatment;Sewage stations;Malodorous gas;NH3;H2S;O3

惡臭氣體是污水站典型環境影響之一。本次研究對象為某油墨廢水企業污水處理站，主要廢水為印刷廢水和生活污水，處理能力約300m3/d，其中印刷廢水約30m3/d;該污水處理站采用全地下式結構的生化反應池進行處理。

早年為了解決廢氣外溢情況，污水站采用抽風機將地下池的氣體集中收集后高空排放，將臭氣稀釋擴散。這種處理模式節約成本，但無法滿足日益嚴苛的環保要求。當天氣條件不利于臭氣擴散時，污水站惡臭氣體會積聚在污水站附近，導致污水站周圍時常出現異味濃度過高現象，嚴重影響周邊居民、工作人員正常工作與生活。污水站主要惡臭氣體主要成分為H2S、NH3[1]。

污水站惡臭氣體一般采用生物法、物理法和化學法處理。生物法主要采用生物過濾和生物洗滌法，主要用于含氨、酚等惡臭氣體，對含硫氣體處理效果差[2];物理法主要為吸收、吸附法，一般僅用作預處理，且最終產生廢液存在二次污染[1];化學法分為催化氧化、化學吸收、燃燒等，光催化氧化因反應條件溫和、成本低且無二次污染等優勢，逐漸受到關注[3]。

本次研究污水站惡臭氣體有幾個顯著的特點：水蒸氣含量豐富;揮發性有機物氣體濃度較低;臭味氣體濃度相對較高，易讓人產生不愉快感;風量相對較小等。

本次采用光降解催化氧化設備進行污水處理站惡臭氣體處理。紫外光TiO2光催化氧化反應工作原理是通過光催化氧化反應凈化消除揮發性還原氣體。本次實驗選擇紫外光TiO2光催化氧化反應進行實驗研究。

1 實驗部分

1.1 實驗設備及儀器

本次光降解催化氧化設備安裝于污水處理站室內，通過風機將污水站氣體引入光降解催化氧化設備，紫外光催化（TiO2）降解工藝及原理如圖1、2所示，主要配件見表1所示。

1.2 檢測方法

實驗前后，在污水站排風管道出口預留采樣口進行空氣檢測，檢測方法見表2。后因采樣法檢測下限較高，無法檢測到微量H2S、NH3濃度。為了進一步監測排放口H2S、NH3實際濃度，采用檢測精度更高、檢出下限更低的便攜式監測儀器進行了多次監測，檢測設備見表3。部分文獻表明[4-5]，采用紫外光催化處理惡臭氣體會產生O3和CO等副產品，因此實驗后本次在排風管道出口預留采樣口對H2S、NH3、O3、CO等四種氣體濃度進行了監測，檢測設備見表3。

2 結果與分析

2.1 結果

實驗前，采用采樣檢測方法對排風管道出口預留采樣口空氣進行多次檢測，檢測期間風量和結果分別見表4。實驗后，采用采樣檢測方法對排風管道出口預留采樣口空氣進行多次檢測，均未檢出H2S、NH3;隨后采用便攜式監測儀器在排風管道出口預留采樣口進行多次檢測，均未檢出H2S、NH3。同時，采用便攜式監測儀器在排風管道出口預留采樣口對O3和CO進行多次檢測，監測結果見表5。

2.2 分析

從表4和表5中可以看出，采用紫外光催化降解工藝后，惡臭氣體中H2S、NH3的凈化效果十分明顯，其中H2S從0.14～0.388 mg/m3降低到低于檢出下限，NH3從0.279～1.64 mg/m3降低到低于檢出下限，排風管道出口預留采樣口處H2S、NH3遠低于《惡臭污染物排放標準》[7]中規定的廠界標準中0.06 mg/m3和1.5 mg/m3的要求，且惡臭氣體擾民問題也隨之解決。

在實驗后，采用便攜式儀器排風管道出口預留采樣口多次采樣，檢測到O3濃度達到27～29 ppm，約53.1～57.1 mg/m3，這與周飛等[4-6]人的研究結果相一致;但在污水站周邊地區采用便攜式儀器均未檢到明顯的O3。周飛等人指出催化降解后將產生CO和O3等副產物難以控制，此次檢查中未檢測到CO。

實驗中，O3副產物的產生表明在3500 m3/h風量條件下，配置15根高能紫外燈管存在配置過量的問題，為降低副產物O3的濃度，現有工藝可以適當的減少燈管配置。由于本污水站的水量較小，水質波動較大，異味氣體濃度容易波動，適當的過量配置是保證臭氣凈化效果的合理選擇。

雖然催化光降解工藝會產生O3這種副產物;有學者認為[5]，產生的O3因具有強氧化性，能進一步參與光催化過程并增強光催化效率，且O3非常活潑，常態下當O3濃度大于1 ppm時衰減速度會隨著濃度的變高而加快[8]。因此，副產物O3將不會對周邊空氣環境造成明顯危害。

周飛等[4]人的研究還提到光催化體系不能解決空氣中的懸浮物及大的細微顆粒物問題。顆粒物有可能停留在燈管及TiO2催化網上影響催化降解效果，為避免該現象，在工藝實施時在凈化設備的進口處安裝有格柵，防止管道中的灰塵、管道鐵銹等大顆粒的進入凈化設備影響凈化效果。

3 結論

（1）經過試驗研究，紫外光二氧化鈦催化降解工藝，能夠有效降解小型污水站惡臭氣體，從根本上解決環境污染和擾民問題。

（2）惡臭氣體中有代表性的H2S從0.14～0.388 mg/m3降低到低于檢出下限，NH3從0.279～1.64 mg/m3降低到低于檢出下限。

（3）該工藝會產生O3副產物，但未檢測到CO。排風管道出口預留采樣口O3濃度達到27～29 ppm，但該氣體經過自然衰減和氣體擴散之后在污水站周邊未明顯檢測到O3氣體。

（4）目前工藝運行比較正常，在運行中為降低O3的影響可以適當減少高能紫外燈管數量來調節，但考慮到污水站污染物濃度波動的原因，高能燈管數配置適當過量是必要的選擇。

參考文獻

[1]趙士奇.氧化鈦光催化降解惡臭氣體研究[D].北京：北京化工大學，2015.

[2]徐曉軍，宮磊，楊虹.惡臭氣體生物凈化理論與技術[M].北京：化學王業出版社，2005.

[3]劉瑩昕.光催化去除揮發性有機污染物的研究進展[J].現代鹽化工，2017（5）：6-7.

[4]周飛，楊學昌，高得力.等離子體TiO2催化空氣凈化試驗研究[J].清華大學學報（自然科學版），2007，47（4）：462-465.

[5]郭睿，林昊宇，鄭紹華，等.一種低溫等離子體協同光催化的空氣凈化裝置[J].環境科學與技術，2017，40（10）：144-150.

[6]杜長明，李子明，仇榮亮，等，等離子體聯合紫外光催化凈化有機廢氣關鍵技術分析[J].環境工程學報，2016，10（10）：5782-5790.

[7]GB14554-93 惡臭污染物排放標準[S].

[8]李新禹，劉俊杰，裴晶晶，等.常溫下臭氧半衰期實驗及理論分析[J].天津大學學報，2007，40（8）：952-956.

收稿日期：2019-12-10

作者簡介：張體強（1987-），男，碩士，工程師，研究方向為環境保護與環境影響評價。