惡臭氣體治理技術(shù)研究

符芳歡，符 瞰

(1.海南銳博科技有限公司，海南 海口 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［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)境保護標準也隨之日益嚴格，加快治理新技術(shù)的研究進展更是迫在眉睫。

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、稀釋擴散、燃燒等方法處理惡臭，但目前技術(shù)上比較先進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)合作用機理分為以下幾步:紫外光輻射下，有機物的鍵發(fā)生斷裂而直接分解;紫外光輻射下，水中臭氧分解成更強氧化能力的羥基自由基·OH，·OH自由基能與水中的有機污染物進行反應(yīng)，提高水中有機物的氧化速度;紫外光輻射使有機物外層電子處于激發(fā)態(tài)，提高分子的自由能，使有機物分子活化，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。可采用普通的熒光燈為光源來消除惡臭和非常低濃度的污染物。主要優(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，由于有機污染物在氣相和液相的濃度差以及有機物溶于液相的溶解性能，使得有機污染物從氣相進入液相;②進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進入微生物細胞的有機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胞代謝的能源或者合成微生物自身的細胞物質(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物的氧化分解來獲得營養(yǎng)物和能量，適宜于有機污染物的分解轉(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，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，臭氣中的異味污染物質(zhì)與具有較高能量的活性基團發(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)已達到實用的階段，此技術(shù)可在短時間內(nèi)進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，以及一些惡臭有機物迅速氧化分解，最終轉(zhuǎn)化為無害物［8］。

3.6 幾種先進治理技術(shù)比較

對幾種惡臭處理方法的技術(shù)、經(jīng)濟進行了簡要比較如表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行清洗。無論采用哪種方式，維護檢修率都較高，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、操作與維護復(fù)雜煩瑣、二次污染等問題，應(yīng)加快工藝改進，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)定做到達標，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。筆者認為，聯(lián)合法除臭是今后重點研發(fā)課題。

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