生物—光催化工藝在污泥臭氣處理中的應用

張俊霞

摘 要：污泥產生的氣體其組成成分較為復雜，具有高毒性、大氣量，排放持續時間長等特點。引起惡臭的主要物質有硫化氫、氨氣等無機物和一些有機化合物，如甲基硫醇，其中氨濃度最高，其次是硫化氫，甲硫醇氣味強度最大。不僅對金屬設備、污泥排放管道和儀表具有很強的腐蝕性，而且對污泥周圍居民具有極大的健康危害，因此惡臭氣體的處理顯得非常重要。本文以污泥中轉站為例，利用生物-光催化聯用工藝對其進行臭氣處理，結果表明氣味濃度明顯降低，顯著改善了周圍的空氣質量。

關鍵詞：生物-光催化聯用工藝；污泥臭氣；應用

0 引言

污泥由有機殘骸，細菌，無機粒子和膠體復雜的非均質體，含水量高，含有大量高濃度的污染物，因此在污泥處理過程中，一些不穩定的物質產生化學反應，導致惡臭氣體釋放出來，導致嚴重的氣味污染，導致一系列的社會問題。

1 污泥臭氣的特點及成分

污泥臭氣具有成分復雜、毒性強、氣量大、排放持續性長的特點，該類臭氣成分可以分為4類：第一，含硫化合物，如硫化氫、硫醇類、硫醚類和噬吩類等；第二，含氮化合物，如氨、胺類、酞胺類以及吲哚類等；第三，烴類化合物，如烷烴、烯烴、炔烴以及芳香烴等；第四，含氧有機物，如醇、醛、酮、酚以及有機酸等，其中影響最大的臭氣有氨氣、硫化氫、甲硫醇、丙硫醇、甲基硫等。

2 污泥臭氣處理工藝分析

2.1 單一工藝

在淤泥臭氣處理方面，人們試圖用焚燒法、生物法、光催化作用、低溫等離子體等方法，其中，生物法是一種最常用的氣味凈化技術。生物除臭的常用的方法包括土壤處理、生物過濾和除臭。使用生物法這種方法去處理淤泥臭氣具有低投資和運營成本，凈化效果好，方便操作和維護等優點，在發達國家已廣泛應用于低濃度處理惡臭氣體；焚燒法所需的設備龐大，基建投資大，且容易產生二次污染；光催化過程和低溫等離子體廢氣凈化技術在最近幾年由于污泥氣味復雜的構成物質，在廢氣處理過程中經常遇到以下問題：單一使用低溫等離子體技術耗能較高、降解不完全，而且很難控制臭氧排放；因為一些導致惡臭的物質難以降解，使用單一光催化過程的方法將污泥氣味濃度降低效果不明顯；通過使用紫外線光催化去處理污泥氣味，但是效果不穩定而且難以處理高濃度的臭空氣氣體。

2.2 組合工藝

為了克服單一的除臭方式在氣味處理中的缺陷，目前國內外學者在研究過程中發現：低溫等離子體光催化法與低溫等離子體生物方法去除惡臭氣體，顯示出強大的協同效應。（1）低溫等離子體光催化方法。低溫等離子體會釋放二氧化鈦所必須的紫外線，在紫外線的影響下，光催化劑可以有選擇地與等離子體產生中間副產品反應，并得到有效的降解物質。因此，低溫等離子體與光催化聯合可以產生更好的除臭效果，并能有效地抑制中間產品的形成。目前，這種方式被廣泛地應用在氮氧化物的去除和除臭。（2）低溫等離子體生物方法。結合等離子體和生物處理技術使用大量活性粒子的等離子體，對有毒、有害污染物直接分解和去除，使用等離子體的生物學方法分解產品和氣味可以將有毒物質降解成無害的物質，從而減少生物除臭裝置和等離子體生成的副產物，避免污染的二次發生。它不僅可以降低等離子體電能消耗，還可以控制有害副產物的形成，提高了惡臭氣體處理的投入與產出的比率。采用低溫等離子體-生物法處理H2S惡臭氣體，H2S的去除效率比單獨使用等離子體提高了83.4%～90.1%，而且可有效消除等離子體氧化H2S產生的SO2等二次污染物。目前對低溫等離子法與光催化或生物法聯用工藝研究較多，已經有大量成功的科研及工程應用案例，而對于光催化-生物聯用工藝實際工程應用的報道較少。本文介紹了一個生物法聯用光催化技術在脫水污泥臭氣處理中的工程應用，希望為同行業提供一些技術參考。

3 生物-光催化聯用工藝的應用分析

本文以某污泥碼頭污泥中轉站為例，采用生物+光催化聯合除臭工藝對所收集的臭氣進行處理，以改變污泥中轉站的操作環境和周邊的空氣質量。

3.1 生物除臭裝置和光催化裝置

生物脫臭裝置包括一個預洗滌池和生物濾池兩部分，其主要組成部分包括離心風機、水泵、塔體和碳質生物媒體填充物。其中，過濾器是不銹鋼做的。填料是無機和有機混合填料。光催化裝置主要由5部分組成的，一個預處理設備，泡沫鎳網與納米二氧化鈦、紫外線燈、電氣控制系統和設備外殼。污泥臭氣在收集系統收集后，先進到生物脫臭設備通過填料層，與填料進行接觸，生物除臭裝置排出的氣味繼續進入光催化裝置，并保持一段時間，凈化氣體通過排氣口直接排放到大氣中。

3.2 樣品采集與分析

分別在該處理裝置中設置取樣點1、取樣點2和取樣點3進行采樣）。樣品選擇容量為2.7L內表面硅烷化處理的蘇瑪罐進行采集，采樣前使用清洗系統進行清洗，抽真空至200Pa以下備用。在采樣點將蘇瑪罐打開進行瞬時采樣，采樣時間為10～30s，每次采樣設置3個平行樣，采樣結束后關好罐閥，記錄采樣有關數據，帶回實驗室進行分析。樣品成分用大氣預濃縮儀連接氣質聯用儀進行分析，聯用儀配火焰離子/質量選擇檢測器。以氦氣做載氣，氣體樣品先用HP-1毛細管柱分為2路，1路進入PLOT-Q柱，隨后進入FID檢測器；另1路經不銹鋼管線進入MSD檢測器。GC柱溫升溫程序：-50℃，保持3min，以15℃/min的速率升溫至10℃，然后以5℃/min的速率升溫至120℃，再以10℃/min的速率升溫至250℃，保持10min。C2～C3和C4～C11的VOC分別用FID和MSD檢測器識別和定量，樣品臭氣濃度根據GB/T14675-93《空氣質量惡臭測定三點比較式臭袋法》測定。

3.3 數據分析與討論

污泥臭氣中主要成分為氮化物、硫化物和揮發性有機物。本研究針對污泥中轉站臭氣采樣分析，得到相似結論。測量結果表明：這些主要成分占總臭氣總量的99.7%，其在生物段的去除率為90.0%，在光催化段的去除率為7.6%，總去除率可達97.6%。污泥臭氣中氨氣濃度最高，這是由于污泥中大量的有機成分如蛋白質等在好氧細菌的作用下產生；未檢出硫化氫可能是由于硫化氫不穩定，在樣品保存過程中已經分解；揮發性有機物供檢出39種，其中甲苯濃度最高，占總揮發性有機成分的55%。對檢測到的污泥臭氣成分進行分類。通過對比可以看出：污泥臭氣中氮化物、苯系物及酮類大部分在生物處理段被微生物降解，去除率在90%以上；紫外光催化段對烷烴類及其他成分，如酯類、醇等的去除能力明顯優于生物法，表明微生物對于低濃度烷烴、酯及醇的降解效果較差。因此，通過生物-光催化組合工藝可以彌補單一生物法的不足，不僅增強了對生物易降解物質的去除能力，而且能提高微生物難分解物質的去除效率。

根據GB14554-93《惡臭污染物排放標準》，污泥中轉站主要受控惡臭物質有氨氣、二甲基硫醚和二甲基二硫醚，這3種物質經生物段處理后都能達到二級排放標準，其中氨氣和二甲基二硫醚含量遠低于標準限值，因此經生物段處理后的臭氣濃度降低幅度可達92.5%；經生物段處理的廢氣再通過光催化裝置后，這3種致臭物質的濃度進一步降低，但仍然高于GB14554-93規定的廠界標準限值，這可能是由于二甲基硫醚去除效果不明顯，總去除率低于50%，雖然排放濃度達到了標準要求，但由于其閾值非常低，對臭氣濃度的貢獻很大；還有可能是收集污泥臭氣中存在現有標準的8種受控物以外的致臭物質，且其去除效率不高，導致臭氣濃度不達標；另外碼頭污泥臭氣的無組織排放也會導致臭氣濃度升高。

4 結語

從上面可以看出，生物-光催化技術的運用可以彌補單一生物方法的不足，它不僅可以提高生物降解物質的清除能力，同時也提高難降解物質的分解率。廢氣經過整個處理過程后達到了相應的國家排放標準，氣味的濃度下降，這個實際例子為國內淤泥廢氣處理提供了理論依據和參考依據。

參考文獻

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（作者單位：偃師市環境監測站）