工業(yè)污泥脫水惡臭氣體的UV光解凈化

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工業(yè)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(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，廣東 深圳 518109；2.寶鋼發(fā)展有限公司，上海 201900）

摘 要:采用高效UV光解設(shè)備對(duì)工業(yè)污泥烘干脫水過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)惡臭廢氣進(jìn)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(jié)果表明，經(jīng)過(guò)UV光解后，惡臭廢氣凈化效率達(dá)99%，完全脫臭；這一實(shí)例將UV光解設(shè)備在生活污水除臭領(lǐng)域的應(yīng)用拓展到工業(yè)污泥的廢氣治理，具有極強(qiáng)的工程實(shí)際指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞:工業(yè)污泥脫水；UV光解技術(shù)；臭氣凈化；凈化率

當(dāng)前環(huán)境不斷惡化，工業(yè)污泥作為一種危險(xiǎn)廢物，高含水率造成后續(xù)處理困難，實(shí)現(xiàn)其減量化、資源化、無(wú)害化具有重要意義。工業(yè)污泥的減量化一般采用自然干化法、機(jī)械脫水法和熱干化法。其中熱干化法效果最優(yōu)，應(yīng)用范圍最廣，但這一過(guò)程會(huì)排放出成分復(fù)雜（以NH3、H2S、VOCs為主）的大量惡臭氣體，嚴(yán)重影響廠(chǎng)區(qū)及周邊環(huán)境質(zhì)量。Gomez-Rico等[1]研究了不同溫度下熱干化污泥釋放的揮發(fā)性有機(jī)物成分，實(shí)驗(yàn)表明VOCs產(chǎn)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(wú)機(jī)、有機(jī)惡臭廢氣在令人不悅的同時(shí)，極大地?fù)p害人體健康，污染環(huán)境。當(dāng)前一般采用燃燒[2]、吸附吸收[3]等傳統(tǒng)工藝治理污泥干化廢氣，處理效果不理想且二次污染嚴(yán)重。UV光解作為高級(jí)氧化技術(shù)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(dá)到有效脫臭以及分解VOCs。本實(shí)驗(yàn)中的鋼鐵廠(chǎng)工業(yè)污泥與傳統(tǒng)污泥不同，干化產(chǎn)生有氣味廢氣中氨、硫化氫等無(wú)機(jī)化合物占少數(shù)；大多數(shù)的氣味物質(zhì)是有機(jī)物產(chǎn)生的，這一特點(diǎn)突出了UV光解的優(yōu)勢(shì)。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)樣品及儀器

實(shí)驗(yàn)室階段：寶鋼發(fā)展有限公司提供的實(shí)驗(yàn)工業(yè)污泥，呈黑色，臭味極強(qiáng)。紫外光解儀器采用THY-4.5kW高效UV實(shí)驗(yàn)設(shè)備（深圳市某環(huán)保公司提供），光源強(qiáng)度為160W高壓汞燈，波長(zhǎng)>170nm。通過(guò)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(fēng)機(jī)控制揮發(fā)臭氣風(fēng)速為1m/s。泵吸式硫化氫H2S檢測(cè)儀（GT901），泵吸式氨氣NH3檢測(cè)儀（GT901），VOC檢測(cè)儀PGM-7300 miniRAE lite（華瑞）。

現(xiàn)場(chǎng)階段：廢氣源為廣東某鋼鐵廠(chǎng)工業(yè)污泥干化設(shè)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(zhì)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

工業(yè)污泥分別采用水浴加熱和直接加熱的方法烘干，產(chǎn)生模擬脫水后廢氣，用管道收集廢氣接入THY-4.5kW高效UV實(shí)驗(yàn)設(shè)備，后經(jīng)風(fēng)機(jī)排放。模擬廢氣原始濃度和凈化后濃度均在出風(fēng)口檢測(cè)。

現(xiàn)場(chǎng)污泥烘干產(chǎn)生的廢氣成分濃度均在風(fēng)機(jī)口測(cè)量。

2　結(jié)果與討論

2.1 實(shí)驗(yàn)污泥脫水廢氣

在UV光解設(shè)備未開(kāi)啟時(shí)，工業(yè)污泥水浴加熱烘干散發(fā)出濃烈惡臭味，初始VOCs濃度達(dá)到18.6ppm，NH3濃度為2ppm。在開(kāi)啟不同功率的UV光解設(shè)備的條件下，試驗(yàn)污泥烘干產(chǎn)生的廢氣VOCs濃度變化情況如圖1所示。UV光解設(shè)備不同功率的開(kāi)啟時(shí)間間隔為5min，開(kāi)啟第一組燈管后，NH3濃度已低于儀器檢測(cè)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(dāng)開(kāi)啟三組燈管后，VOCs濃度未見(jiàn)明顯變化，維持在5.4ppm左右，雖伴有一定臭氧味，但基本無(wú)污泥臭味，廢氣VOCs凈化率為71.3%。為了限定實(shí)驗(yàn)環(huán)境的臭氧產(chǎn)生量，沒(méi)有繼續(xù)加大UV光解設(shè)備的能量輸出，凈化效率的極限在實(shí)際污泥脫水現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了檢測(cè)與記錄。

UV設(shè)備功率對(duì)試驗(yàn)污泥脫水廢氣VOCs濃度的影響

在開(kāi)啟4組燈管的UV光解設(shè)備時(shí)，VOCs濃度未有明顯降低，這是由于在實(shí)驗(yàn)污泥烘干過(guò)程中產(chǎn)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(dá)到定值。綜上所述，實(shí)驗(yàn)污泥脫水廢氣的最佳UV光解設(shè)備功率為開(kāi)啟三組燈管。

2.2 實(shí)際污泥脫水廢氣

在工業(yè)污泥烘干脫水現(xiàn)場(chǎng)，UV光解設(shè)備未開(kāi)啟時(shí)，排出廢氣中VOCs初始濃度達(dá)到870ppm，NH3濃度為15ppm，H2S濃度為10ppm，散發(fā)出強(qiáng)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(chǎn)生量的情況下，使用足夠大功率的UV光解設(shè)備。在UV光解設(shè)備開(kāi)啟后，三種污染指標(biāo)的濃度均低于儀器檢測(cè)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(shuō)明經(jīng)過(guò)UV光解設(shè)備能高效地將該類(lèi)廢氣凈化處理，排放濃度明顯 優(yōu)于國(guó)家相應(yīng)排放標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 光解途徑分析

該UV光解設(shè)備涉及幾項(xiàng)發(fā)明和實(shí)用新型專(zhuān)利技術(shù)[4-7]，其中UV光子能量可達(dá)704 kJ/mol，波長(zhǎng)大于170nm。惡臭廢氣分別從以下三個(gè)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(tài)的原子（如C*、H*、S*、N*、O*等）或官能團(tuán)（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(yīng)形成O3，在UV光與O3的協(xié)同作用下，與被裂解成游離態(tài)原子或官能團(tuán)的NH3、H2S、VOCs等臭氣分子發(fā)生氧化還原反應(yīng)[9]， 實(shí)現(xiàn)凈化。

（3）UV光子與廢氣中H2O、O2分子等物質(zhì)形成化學(xué)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(jī)分子深度氧化[10]。

3　結(jié)論

采用高能UV紫外線(xiàn)光解設(shè)備對(duì)工業(yè)污泥烘干廢氣進(jìn)行了除臭分解的實(shí)驗(yàn)研究，研究了UV紫外線(xiàn)光解設(shè)備以及不同實(shí)驗(yàn)類(lèi)型對(duì)惡臭氣體降解效率的影響。

（1）在各實(shí)驗(yàn)污泥脫水條件下，在富余微量臭氧的前提下，UV高效光解設(shè)備對(duì)各指標(biāo)凈化效率均能達(dá)到70%以上，實(shí)際工況下，由于不考慮臭氧的富余情況，只要UV光解設(shè)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(shù)的核心在于高能UV光子、O3分子以及各種自由基對(duì)無(wú)機(jī)臭氣中氨氣、硫化氫和有機(jī)氣體胺類(lèi)、硫醚/醇類(lèi)、苯類(lèi)等VOCs氣體的作用，對(duì)當(dāng)前污水處理廠(chǎng)、化工生產(chǎn)等方面產(chǎn)生的廢氣治理提供了現(xiàn)實(shí)依據(jù)。

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動(dòng)態(tài)槽式堆肥系統(tǒng)、單層SACT系統(tǒng)、雙層SACT系統(tǒng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性比較（見(jiàn)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(hào):1006-5377（2015）09-0049-03

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

中圖分類(lèi)號(hào):X703