芬頓催化氧化在食品惡臭廢氣治理中的應(yīng)用

鄒平洲，肖碧紅，朱西祥

（深圳市天得一環(huán)境科技有限公司，廣東 深圳 518052）

芬頓（Fenton）催化氧化是由雙氧水（H2O2）與亞鐵離子（Fe2+）按照一定比例混合，并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)（芬頓催化氧化反應(yīng)）得到的一種強(qiáng)氧化劑—羥基自由基（HO·）。該氧化劑的電極電勢(shì)為2.80 EV，遠(yuǎn)高于氯氣、次氯酸鈉、二氧化氯、臭氧的電極電勢(shì)（臭氧2.23 EV）[1]。

以大豆/菜仔為原料加工食用油，工序之一“浸出”工序，排放的氣體中惡臭廢氣主要成分為：脂肪酶、脂肪氧化酶、脂肪酸以及揮發(fā)性的醛、醇、酮類，還含有正己烷、正己醛、正己醇、已基已烯酮等。這些化合物的物化性質(zhì)活潑，具有特殊的惡臭氣味，如果不經(jīng)過(guò)處理就排放到大氣中，會(huì)造成惡臭污染，令人難于接受。為此在惡臭氣體治理裝置上進(jìn)行了有關(guān)的試驗(yàn)和研究，并取得了成功。

1 惡臭治理的反應(yīng)機(jī)理

芬頓試劑的化學(xué)反應(yīng)是以30%的雙氧水（H2O2）和七水硫酸亞鐵（FeSO4·7H2O）在酸性（pH3左右）條件下，以Fe2+為催化劑的一系列自由基（HO·）反應(yīng)。與惡臭污染物反應(yīng)機(jī)理為：

以上反應(yīng)式中，（1）～（6）是芬頓反應(yīng)生成自由基（HO·）的過(guò)程，其中，起到關(guān)鍵作用的是反應(yīng)式（1）。由于反應(yīng)式（1）是可逆的，且在酸性條件下反應(yīng)向右進(jìn)行，其有利于惡臭污染物的氧化分解。所以，在芬頓試劑反應(yīng)中需要加入少量酸性物質(zhì)。但是，如果酸度太高，反應(yīng)式（2）、（3）反應(yīng)速度會(huì)受到抑制，F(xiàn)e3+難以轉(zhuǎn)化成Fe2+，則不利于惡臭污染物的分解（7）完成。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)樣品

樣品的來(lái)源是，東莞市富之源飼料蛋白開(kāi)發(fā)有限公司的浸出車間排放的尾氣。經(jīng)取樣分析，其尾氣主要成分為脂肪酶、脂肪氧化酶、脂肪酸以及揮發(fā)性的醛、醇、酮類，以及正己烷、正己醛、正己醇、已基已烯酮、水汽及惡臭等物質(zhì)。

2.2 設(shè)備與材料

2.2.1 設(shè)備

設(shè)備是采用自制的芬頓反應(yīng)塔，用真空泵作為動(dòng)力從車間的排放管道中抽取排放的尾氣進(jìn)入到反應(yīng)塔。其工藝流程如圖1所示，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)如圖2所示。

圖1 工藝示意圖

圖2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)照片

2.2.2 材料

材料主要是藥劑，25%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的七水合硫酸亞鐵溶液和pH=3的一水合檸檬酸溶液以及雙氧水。

2.3 試驗(yàn)的流程

按1∶3的比例加入事先配好的藥品（25%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的七水合硫酸亞鐵溶液和pH=3的一水合檸檬酸溶液），然后采用蠕動(dòng)泵投加雙氧水。

2.4 測(cè)試記錄表

詳細(xì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 測(cè)試記錄表

基本參數(shù)說(shuō)明：廢氣處理量7.2 m3/h（已經(jīng)校對(duì)）；測(cè)試時(shí)間7 h；96%的氫氧化鈉消耗總量為85 g；雙氧水濃度為30%。

2.5 測(cè)試報(bào)告

在整個(gè)測(cè)試過(guò)程，總共測(cè)試了4個(gè)工況，臭氣濃度采樣13組（每組各測(cè)進(jìn)出口各一個(gè)）、VOCs濃度采樣9組（每組各測(cè)進(jìn)出口各一個(gè)）。藥劑消耗量詳見(jiàn)表2。進(jìn)出口臭氣濃度及去除率詳見(jiàn)表3。

表2 藥劑消耗匯總表

表3 測(cè)試進(jìn)出口臭氣濃度、VOCs濃度及去除率

3 結(jié)論與討論

通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析比較，得出如下結(jié)論：

可行性：證實(shí)采用芬頓工藝治理該廢氣是可行的。

進(jìn)口廢氣性質(zhì)：臭氣濃度均在10 000（無(wú)量綱）以下；VOCs濃度介于150～250 mg/m3。

耗藥量：按160 000 m3/h的廢氣量計(jì)算，在工況2的情況下（即30%雙氧水消耗量為336 L/h）下，處理效果理想；除了需要消耗30%的雙氧水外，還會(huì)消耗堿液，堿液消耗量為0.90 m3/ h（30%的氫氧化鈉溶液）。

存在問(wèn)題：在測(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)pH值下降比較厲害，從而造成了氫氧化鈉的使用量非常大。

造成pH值下降的主要原因是：廢氣本身為酸性；

次要原因是：雙氧水以及產(chǎn)物造成的。

小試設(shè)備的配套設(shè)備（諸如真空泵等）均與工程設(shè)備具有一定的差異，控制上自動(dòng)化程度低，建議在此基礎(chǔ)上進(jìn)行中試試驗(yàn)，采用真實(shí)的運(yùn)行工況并采用自動(dòng)控制模式進(jìn)行控制進(jìn)氣以及藥劑的投加，這樣就可以得到更為真實(shí)、準(zhǔn)確的工程控制參數(shù)。