復(fù)合高壓脈沖等離子除臭工藝在焦化廢水臭氣治理中的應(yīng)用

劉崇惠，郭炎鵬，方 洲，張燦朋

（杭州卓天科技有限公司，浙江 杭州310018）

焦化廠在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的難降解廢水，其成分復(fù)雜并且具有一定毒性，富含酚、氰、油、氨及大量有機(jī)物，是典型的工業(yè)有機(jī)廢水。焦化廢水在處理過程中會產(chǎn)生氨、硫化氫、揮發(fā)性有機(jī)廢氣（VOCs）等惡臭物質(zhì)，且VOCs中含有的苯系物和鹵代烴等有致癌風(fēng)險[1-4]，其他胺類、硫醚和硫醇類物質(zhì)具有極低的嗅閾值[5]，盡管其濃度很低，卻能產(chǎn)生強(qiáng)烈的惡臭氣味。因此需要對焦化廢水處理工藝中各環(huán)節(jié)產(chǎn)生的臭氣進(jìn)行收集并集中處理，以改善工作環(huán)境，減少環(huán)境污染，實現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。

山西某焦化公司是一家大型煤化工企業(yè)，年產(chǎn)100萬t焦炭，采用A2/O法處理焦化廢水，產(chǎn)生的臭氣采用常規(guī)凈化工藝處理，很難滿足現(xiàn)行排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。因此，該公司于2019年8月進(jìn)行了焦化廢水除臭改造，采用復(fù)合高壓脈沖等離子除臭工藝處理焦化廢水產(chǎn)生的臭氣，現(xiàn)介紹如下，可供同類裝置臭氣治理借鑒。

1 除臭工藝

1.1 臭氣來源及工藝選擇

山西某焦化公司廢水處理過程中產(chǎn)生的臭氣主要來源于混凝沉淀池、混凝反應(yīng)池、好氧池、缺氧池、厭氧池、污泥井、污泥濃縮池、隔油池、混合反應(yīng)池、氣浮池和事故調(diào)節(jié)池等，根據(jù)現(xiàn)場各池體尺寸及產(chǎn)生的廢氣濃度，按照相關(guān)規(guī)范計算出廢氣總量約為17 000 m3/h。為確保系統(tǒng)風(fēng)量充足和長期有效運(yùn)行，最終在實際工程中按廢氣總量20 000 m3/h設(shè)計。

考慮到廢氣成分復(fù)雜多樣，且化學(xué)性質(zhì)較為穩(wěn)定，采用常規(guī)的凈化工藝或單一的處理技術(shù)很難滿足現(xiàn)行的高標(biāo)準(zhǔn)排放要求，基于行業(yè)內(nèi)同類工程案例及試驗研究，為確保此類廢氣的達(dá)標(biāo)排放，需采用多種有效處理技術(shù)協(xié)同作用，因此，該公司除臭系統(tǒng)選用“預(yù)洗塔+高壓脈沖等離子+堿性洗滌塔”的組合除臭工藝，經(jīng)處理后廢氣排放達(dá)到生態(tài)環(huán)境部2018年12月3日發(fā)布的《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（征求意見稿）中新建污染源惡臭污染物15 m煙囪排放標(biāo)準(zhǔn)及新建污染源惡臭污染物周界濃度排放限值的規(guī)定。

1.2 工藝流程

除臭系統(tǒng)工藝流程示意圖見圖1。首先，前端收集的焦化廢水臭氣在主風(fēng)機(jī)的動力作用下進(jìn)入預(yù)處理洗滌塔，主要去除顆粒雜質(zhì)和易溶解于水的醇類、部分醛類和部分有機(jī)酸類等物質(zhì)，并利用噴淋作用給廢氣充分加濕，因為濕潤的環(huán)境有利于后續(xù)產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的·OH。然后，臭氣進(jìn)入脈沖放電等離子體凈化裝置，在高壓脈沖放電的作用下，產(chǎn)生大量活性自由基、等離子態(tài)物質(zhì)和污染物斷鏈后的中間產(chǎn)物，加之前端經(jīng)過預(yù)處理洗滌塔加濕的廢氣中含有的大量水分，在離子放電過程中可提供強(qiáng)氧化性的·OH，這些物質(zhì)之間發(fā)生一系列復(fù)雜的光化學(xué)反應(yīng)。經(jīng)離子凈化裝置處理后的廢氣進(jìn)入堿性洗滌塔內(nèi)，等離子體凈化工藝中產(chǎn)生的廢氣中間產(chǎn)物，主要含有大量酸性物質(zhì)，在堿洗作用下被反應(yīng)、吸收和溶解。在經(jīng)過上述一系列處理后，廢氣中大部分有害成分得到凈化處理，最后廢氣通入除霧器中，可除去大量水分，提高后續(xù)引風(fēng)機(jī)的工作效率和使用壽命。最終經(jīng)上述一系列設(shè)備凈化后的廢氣在煙囪出口達(dá)標(biāo)排放。

圖1 除臭系統(tǒng)工藝流程示意圖

1.3 除臭原理

1.3.1 預(yù)洗塔原理

經(jīng)收集后的廢氣首先進(jìn)入預(yù)處理洗滌塔，在洗滌過程中，廢氣中大量的可溶性污染物及顆粒物溶入水中，可為后續(xù)治理單元改良工況、減輕負(fù)荷。

1.3.2 脈沖等離子原理

廢氣中除了硫化氫和氨氣外，還含有部分有異味的揮發(fā)性有機(jī)物，且這類有機(jī)物水溶性較差，通過簡單的噴淋洗滌不能完全去除。該工程采用自主研發(fā)的脈沖放電等離子體設(shè)備，通過控制頻率和放電電壓來調(diào)節(jié)脈沖放電過程，使等離子體內(nèi)部產(chǎn)生富含極高化學(xué)活性的粒子，如電子、離子、自由基和激發(fā)態(tài)分子等。脈沖放電等離子體產(chǎn)生的高能電子在遷移過程中與廢氣中的組分碰撞，將有機(jī)物分解成小分子物質(zhì)，同時廢氣中的O2和H2O分解產(chǎn)生大量的·OH、O·等活性自由基，再次與分解的有機(jī)小分子物質(zhì)反應(yīng)，最終凈化廢氣中大部分惡臭成分。研究表明，在常溫常壓下，該方法處理效率較高[6]。

1.3.3 堿性洗滌塔原理

廢氣經(jīng)過等離子裂解、凈化后，大部分污染物被徹底凈化，生成CO2和H2O；一小部分污染物被裂解為小分子物質(zhì)，并被氧化成醇類、醛類、有機(jī)酸類等水溶性較高的物質(zhì)。由于循環(huán)堿液噴淋在填料表面形成了液相堿性膜，部分未降解完全的有機(jī)廢氣進(jìn)入堿性洗滌塔后，被填料層內(nèi)的液相堿性膜反應(yīng)、吸收后，溶解于水中，使廢氣得到進(jìn)一步凈化，最后，凈化后的廢氣經(jīng)除霧器除霧后，由煙囪達(dá)標(biāo)排放。

1.3.4 主要化學(xué)反應(yīng)式

4.高校缺乏就業(yè)培訓(xùn)機(jī)制。畢業(yè)生對各種就業(yè)方面的培訓(xùn)缺乏，導(dǎo)致畢業(yè)生就業(yè)盲目、就業(yè)技巧缺乏、實踐能力不足以及心理承受能力差等問題出現(xiàn)。雖然當(dāng)前我國的高校對大學(xué)生的培養(yǎng)不斷完善，不再基于書本上的理論知識，更重視學(xué)生如何學(xué)以致用。但即使經(jīng)過學(xué)校安排的實踐學(xué)習(xí)，大學(xué)就業(yè)難的現(xiàn)象仍普遍存在，原因是他們還缺少就業(yè)技巧、職業(yè)追求和承擔(dān)重任的能力。因此，學(xué)校提供的更多全面的、有針對性的就業(yè)培訓(xùn)是畢業(yè)生們迫切的需求，不僅可以解決就業(yè)瓶頸，同時也能提升大學(xué)生的總體素質(zhì)和能力，使他們一生受用。

除臭工藝中涉及到的主要化學(xué)反應(yīng)式見式（1）～（22）：

（1）活性氧O·生成：

（2）有機(jī)物R-H2C-R′的氧化反應(yīng)

完全氧化：

部分氧化：

（3）有機(jī)物的分解

脫氫（C-H鍵斷裂）生成中間產(chǎn)物自由基：

分解（C-C鍵斷裂）生成中間產(chǎn)物自由基：

含氧化合物的生成：

（4）硫化物的分解

（5）NH3的分解

（6）堿洗

2 主要設(shè)備及設(shè)計參數(shù)

2.1 收集系統(tǒng)

臭氣收集系統(tǒng)包括各氣體收集點的管網(wǎng)、加罩設(shè)備等。管網(wǎng)和密封罩均采用耐腐蝕的玻璃鋼材料。管網(wǎng)主管道為外徑Φ800 mm的管道，安裝簡單方便，質(zhì)地輕盈，性價比合適。采用性價比較高的玻璃鋼密封罩，既可密封產(chǎn)生臭氣的池體和收集廢氣，又可延長使用年限、降低投資。另外，為了減少太陽暴曬對池體的影響，可在玻璃鋼里面增加一層防紫外線材料。

2.2 主要設(shè)備參數(shù)

20 000 m3/h污水處理系統(tǒng)廢氣治理項目主要設(shè)備及參數(shù)見表1。

表1 20 000 m3/h污水處理系統(tǒng)廢氣治理項目主要設(shè)備及參數(shù)

3 工藝特點

3.1 預(yù)洗塔和堿洗塔工藝管線設(shè)計合理，采用先進(jìn)的電氣儀表監(jiān)控各項指標(biāo)，最前端的預(yù)洗塔可以作為阻火器，使等離子設(shè)備與前級廢氣收集系統(tǒng)隔離。預(yù)洗塔和堿洗塔內(nèi)溶液通過循環(huán)泵全自動化運(yùn)行，將溶液均勻噴灑到塔內(nèi)填料層，廢液定期排空，進(jìn)入污水井，并補(bǔ)充新鮮溶液，從而在保證凈化效果的同時，盡可能降低運(yùn)行費(fèi)用。

3.2 經(jīng)等離子體凈化、堿性洗滌凈化后的氣體含有大量水分，所以在系統(tǒng)末端設(shè)置了1臺除霧器，除去尾氣中的水分，減少風(fēng)機(jī)的功率消耗，延長風(fēng)機(jī)使用壽命。

3.3 高壓脈沖等離子體技術(shù)一般適用于質(zhì)量濃度低于400 mg/m3的VOCs廢氣治理，需提前對現(xiàn)場產(chǎn)生的臭氣成分進(jìn)行監(jiān)測和理論計算，以確定廢氣中VOCs質(zhì)量濃度低于400 mg/m3，可燃性成分也遠(yuǎn)低于爆炸下限。

3.4 等離子體單元內(nèi)部設(shè)有熱風(fēng)機(jī)吹掃系統(tǒng)，可保持干燥并防止系統(tǒng)內(nèi)絕緣子出現(xiàn)漏電放電，同時具備自動清洗功能，可定期對電極和等離子體單元內(nèi)壁上的沉積物進(jìn)行清掃，保證設(shè)備穩(wěn)定高效運(yùn)行。

3.5 高壓脈沖電源配有自動熄弧系統(tǒng)，運(yùn)行時實時監(jiān)測電流和電壓，一旦監(jiān)測數(shù)據(jù)有異常時，自動調(diào)控電源開關(guān)，能確保設(shè)備運(yùn)行時不會產(chǎn)生電火花。

3.6 對設(shè)備區(qū)所有管路進(jìn)行外部保溫及伴熱保溫處理，保證設(shè)備在項目所在地冬季極端低溫下穩(wěn)定運(yùn)行。

4 處理效果

改造項目于2019年10月通過當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門驗收。驗收時設(shè)備進(jìn)口（進(jìn)氣量：13 500 m3/h）、排放口（排氣量：15 725 m3/h）和廠界的監(jiān)測數(shù)據(jù)見表2和表3。

表2 設(shè)備進(jìn)口和排放口臭氣成分監(jiān)測情況

《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（征求意見稿）中三甲胺、甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫醚、二硫化碳和苯乙烯等控制污染物的濃度未達(dá)到氣相色譜儀的檢出限，所以均未在進(jìn)、出口廢氣中檢出。因此，其排放量遠(yuǎn)低于排放標(biāo)準(zhǔn)。氨和硫化氫濃度檢測結(jié)果達(dá)到了《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（征求意見稿）中的相關(guān)排放要求，最終臭氣去除率達(dá)到92.3%，且除臭系統(tǒng)自2019年10月以來運(yùn)行半年多時間，處理效果穩(wěn)定。

表3 廠界無組織排放物監(jiān)測結(jié)果