UV 光催化-活性炭法處理煤化工污水廢氣的研究

李斌

（唐山中浩化工有限公司，河北 唐山 063611）

1 概 況

隨著國家環(huán)保要求的日益嚴格，工業(yè)污水的處理工藝越來越完善，經污水處理裝置處理后的污水應滿足國家和地方政府的環(huán)保要求。

由于污水中存在揮發(fā)性的有機物，以及生化系統(tǒng)曝氣過程的存在，在污水處理過程中，會產生大量的廢氣，尤其在煤化工污水處理過程中，各污水處理設施和設備處于敞口狀態(tài)，如曝氣池、沉淀池、A/O 池等，在運行過程中都會逸散大量氣體，這些氣體以氨、硫化氫為主，此外還含有其他揮發(fā)性的有機物質。

廢氣逸散后，會對污水處理設施的設備、管線、水池等造成腐蝕，大大降低了設備的使用壽命，給企業(yè)的安全生產帶來極大隱患。廢氣中的有害氣體若處理不當，還會對現(xiàn)場作業(yè)人員的健康造成危害，對周邊的大氣環(huán)境造成不良影響。

目前，污水廢氣的處理工藝主要有化學氧化法、生物法、光催化法、物理分離法等。

本研究針對煤化工污水處理裝置逸散廢氣的特點，采用UV 光催化-物理吸附聯(lián)合工藝來處理煤化工的污水廢氣。

本工藝具有處理速度快、處理量大、不產生二次污染等優(yōu)點，對企業(yè)的安全生產和大氣環(huán)境的改善有重要的現(xiàn)實意義，并且為煤化工行業(yè)污水廢氣的處理提供了參考。

2 工藝流程

煤化工行業(yè)是高耗水的行業(yè)，在使用水的過程中產生了大量的廢水。廢水成分較復雜，以氨、硫化氫為主，此外還含有其他揮發(fā)性的有機物質。

污水處理工藝主要由預處理段、生物處理段、深度處理段及污泥處理段組成，廢氣主要來源為事故池、調節(jié)池、預曝氣池、生化反應池（A/O）、污泥濃縮池。廢氣中氨濃度為4~8 mg/m3，硫化氫濃度為8 ~ 11 mg/m3，臭氣濃度約為700 ~ 1 200（無量綱）。

廢氣處理工藝流程如圖1 所示。

圖1 廢氣處理工藝流程Fig.1 Waste gas treatment process flow

2.1 洗 滌

目前，國內外常用的去除廢氣中硫化氫、氨類物質的方法為酸堿洗滌法，該方法投資小、運行費用低，去除氨、硫化氫等物質的效率高。

（1） 將收集起來的廢氣豎直通過含有填料的洗滌塔進行凈化。清水與藥劑混合后的清液由噴淋系統(tǒng)噴灑到填料的頂部，流過填料后進入水箱。清洗液可循環(huán)使用，根據(jù)pH 值及自動加藥計量泵進行補充。

（2） 第一級洗滌處理。逆流式噴淋洗滌塔的底部是一個循環(huán)水槽，槽內添加有堿性藥劑和強氧化性藥劑，水槽上方為進氣口和布氣裝置，廢氣由塔底向上流動；塔內的中段有一層填料層，填料為聚丙烯拉西環(huán)，借助于大面積的氣液接觸，使從填料層下部向上流動的臭氣經填料空隙與由上而下噴淋的堿性洗滌藥劑充分接觸反應，從而將臭氣分子（主要為硫化氫等酸性成分） 充分吸收，化學反應式如下：

（3） 第一級塔洗后的氣體經除霧器除霧后離開噴淋塔，進入第二級液噴淋塔進行深度凈化處理。逆流式噴淋洗滌塔的底部是一個循環(huán)水槽，槽內添加有酸液，水槽上方為進氣口和布氣裝置，廢氣由塔底向上流動；塔內的中段有一層填料層，填料為聚丙烯拉西環(huán)，借助于大面積的氣液接觸，使從填料層下部向上流動的臭氣經填料空隙與由上而下噴淋的清水充分接觸并被吸收而去除，化學反應式如下：

2.2 UV 光催化

經洗滌塔洗滌后的廢氣，其中含有氨、硫化氫等水溶性污染物被有效去除，其他非水溶性的污染物進入UV 光催化氧化設備，先經過除霧段（二級絲網(wǎng)） 除霧，去除從堿洗滌塔排出的廢氣中的水分，經除霧后的廢氣進行光氧化處理。

UV 光催化技術是以催化劑為核心形成的新型高效VOCs 治理技術。催化劑可以高效捕獲氣相中的VOCs，從而實現(xiàn)VOCs 的高效降解。

針對VOCs 分子本身的物化特性以及大風量、低濃度等工況條件，強化材料對VOCs 的裂解速率、礦化效率和吸附速率等性能，在實際工況條件下，通過多種催化劑的配合使用，以實現(xiàn)治理效果的最優(yōu)化。

采用紫外光催化UV 光解技術凈化廢氣，首先應確定主要廢氣或惡臭物質的各化學鍵鍵能，只有鍵能低于UV 光子能量，才能被裂解，凈化效果才能得到保障。

常見化學鍵的鍵長與鍵能見表1。

表1 常見化學鍵的鍵長與鍵能Table 1 Bond length and bond energy of common chemical bonds

由表1 可以看出，這些鍵能絕大部分低于UV高效光子催化氧化設備的UV 光子最高能量（704 kJ/mol），所以，理論上，廢氣中的化合物都是能被裂解的。

廢氣分子只被裂解成原子、自由基是不夠的，還需通過臭氧將其氧化成穩(wěn)定的小分子，如CO2、H2O 等，從而達到廢氣凈化的目的。所以，需要有充分的氧氣被高能UV 光照射生成臭氧。

通過UV-D 波段內的真空紫外線，促使有機廢氣物質通過吸收該波段的光子，而該波段的光子能量大于絕大多數(shù)的化學鍵鍵能，從而使得有機物質得以裂解；然后，再與經裂解產生的臭氧發(fā)生反應，被氧化成簡單、無害、穩(wěn)定的物質，如H2O和CO2等。

2.3 活性炭吸附

經過以上工序的處理，廢氣中的大部分污染物已被除去。由于煤化工廢氣的成分比較復雜，因此，在UV 光催化工序后，應采用蜂窩狀活性炭吸附裝置來作為后段的處理裝置，以確保尾氣達標排放。

活性炭是一種具有非極性表面、疏水性、親有機物的吸附劑，孔隙十分豐富。蜂窩狀的活性炭比顆粒狀的活性炭孔隙發(fā)達，比表面積大，吸附效果更好。

最后，廢氣中殘留極低濃度的異味組分在煙囪中經高壓霧化系統(tǒng)噴出的植物油霧狀顆粒轉化成非揮發(fā)性有化合物，有效去除空間內有機廢物產生的異味。

3 工程運行情況

經系統(tǒng)30 d 滿負荷運行的調試，各工藝處理單元運行正常。調試結束后，連續(xù)7 d 對廢氣排放指標進行了檢測。

廢氣處理效果見表2。

表2 廢氣處理效果Table 2 Waste gas treatment effect

從表2 可以看出，經本工藝處理后：

（1） 氨濃度降至0.7~1.2 mg/m3。

（2） 硫化氫濃度降至0.037~0.048 mg/m3。

（3） 臭氣濃度降至12~19（無量綱）。

污水廢氣排放標準達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002） 廠界二級排放標準。

4 結 語

工程實踐證明，采用UV 光催化-活性炭聯(lián)合工藝處理煤化工污水廢氣的工藝路線，收集的廢氣經洗滌、UV 光催化和活性炭吸附等工序處理后，能滿足煤化工污水處理過程中廢氣的處理需求，各項廢氣排放指標均能達到排放標準。

根據(jù)裝置標定和環(huán)保部門驗收結果，煤化工污水處理裝置配套的廢氣處理裝置所采用的工藝技術可靠，操作簡單，針對性強，運行穩(wěn)定，處理后的廢氣能夠達標排放，處理效果達到了同行業(yè)的先進水平，為處理煤化工行業(yè)污水逸散廢氣提供了參考方案。