UV 光催化聯合活性吸附處理煤化工污水廢氣效果探究

趙 媛

（晉控煤業金鼎活性炭山西有限公司，山西 大同 037001）

0 引言

在煤化工生產過程中，因其自身原材料和工藝的客觀因素限制，其極易產生大量的污水和廢氣，這些污水和廢氣必須經過必要的環保處理后方可進行排放[1]。從目前的經驗來看，以往采用的凈化沉淀過濾等方式效果較為有限，難以滿足當前環保的實際需要。為有效突破上述局限問題，就應當采用各種新技術方法，并對其進行整合，以提高煤化工污水廢氣的處理效果[2]。目前基于UV 光催化和吸附處理的復合型污水廢氣處理技術模式較具可行性，可以此為基礎做進一步探究。

1 項目概況

某煤化工企業主營業務為各種精細化工產品生產，由于其主營業務的特殊性，其在生產過程中耗費的水資源較為突出，并產生了大量廢水。為實現對廢水的處理效果最大化，以往該企業主要應用常規的污水凈化沉淀過濾方式進行污染物處理，其取得了一定的凈化效果。但在凈化過程中，也同時產生了較多的揮發性氣體，特別是氨和硫化氫兩類氣體的含量偏高，近期的抽樣測試顯示，當前該企業排放的廢氣中，平均氨質量濃度為6.1 mg/m3，平均硫化氫質量濃度為9.3 mg/m3，兩項指標均顯著超出排放標準，需要對此問題進行針對性處理。就此，企業經研究后決定，采用UV 光催化和吸附相結合的方式進行處理，基本流程如圖1 所示。

圖1 本次煤化工廢氣處理工藝流程圖

如圖所示，在該方案模式下，其主要工藝流程如下：在污水處理過程中產生的廢氣進入洗滌塔進行凈化處理；初步凈化后的廢氣進入UV 光催化模塊中，在光催化作用下，大部分有機物均得到富集和處理；處理后廢氣中殘存的異味雜質進入活性炭中得到吸附，以除去異味，達到排放標準；達到排放標準后的氣體經過引風機，引入煙囪內進行外排。

2 主要工藝流程要點

2.1 洗滌塔洗滌

結合實際需要，并參考以往的大量研究文獻后，本次采用酸堿洗滌法進行洗滌，并創建兩級洗滌塔。在洗滌塔中，具體操作流程如下：在洗滌塔運行過程中，控制廢氣通過裝有填料的洗滌塔進行凈化過濾，并使用噴淋系統，將藥劑溶液不斷噴灑至填料頂部，而后藥劑溶液受到重力影響，自上而下覆蓋所有填料，以實現廢氣與藥劑的充分反應[3]。同時在該洗滌塔中，藥劑溶液為循環使用模式，通過化學傳感器對洗滌塔內反應環境中的pH 值進行實時監測，并根據監測結果自動補充藥劑，確保洗滌塔的長期平穩運行[4]。

在第一級洗滌塔中，主要作用是對硫化氫氣體的充分吸收，因此該洗滌塔配備裝有強氧化劑和堿性藥劑的循環水槽，水槽上方設置進氣口和布氣裝置，以提升廢氣與藥劑的反應效率，在氣體的流動過程中，氣體經過裝有聚丙烯拉西環材料的填料層，確保反應發生在填料層，提升氣相與液相之間的反應效率，該階段主要反應為硫化氫與氫氧化鈉之間的反應，最終生成相對穩定的硫化鈉，以除去硫化氫氣體。

在第二級洗滌塔中，主要作用是對氨氣的充分吸收。因此在二級洗滌塔下側的循環水槽內加入濃度為3 mol/L 的硫酸溶液，其基本運行流程與第一級洗滌塔相同，以此實現對氨氣的吸收，將其轉化為相對穩定的硫酸銨。

2.2 UV 光催化處理

在經過洗滌塔處理后，氨氣和硫化氫氣體得到了充分處理，但此時的處理后廢氣中仍然含有一定量的污染性有機物，需要對此做進一步處理，因此本環節采用UV 光催化處理技術，其核心部分為新型高效揮發性有機物（VOCs）治理技術，在該項技術下，應用高效催化劑進行處理。該催化劑的制備工藝流程如下：稱取一定量的十六烷基三甲基氯化銨（C19H42ClN），加入適量去離子水攪拌溶解，記作A 溶液；其次稱取一定量的磷鎢酸，加入適量去離子水攪拌溶解后記作B溶液。而后將B 溶液緩慢加入到A 溶液中，在25 ℃下攪拌1 h，反應結束后使用去離子水進行多次洗滌和抽濾，并將抽濾洗滌后的物質置于80 ℃下的真空干燥箱中進行干燥，即可得到催化劑。

本次制備得到的催化劑主要在紫外光條件下對相關的污染性有機物進行催化分解?；诖嗽?，研究人員對這些有機廢氣分子中的主要化學鍵鍵能進行分析，分析結果如表1 所示。

表1 廢氣中有機物分子的主要化學鍵鍵長與鍵能

根據前期的測定可知，本次所制備的UV 光催化材料所發射的光子最高能量達到704 kJ/mol，明顯高出上表中任何一種化學鍵的鍵能，因此從理論角度來講，廢氣中的化合物均能夠全部裂解。在此基礎上，廢氣還會受到UV-D 波段內真空紫外線的作用，使得裂解后的成分與臭氧分子發生反應，生成二氧化碳和水等無毒害且穩定的物質。

2.3 活性炭吸附

在經過洗滌塔和UV 光催化處理后，廢氣中的絕大多數污染成分將得到顯著處理，但由于煤化工廢氣成分的復雜性，因此在經過以上步驟處理后，仍存在一定含有異味的有機化合物和粒徑較大的顆粒物。為進一步提升廢氣排放的環保水平，研究人員增設活性炭吸附處理模塊，對上述殘余的污染物進行吸附。基于此，在本環節中，所使用的活性炭材料采用蜂窩狀的大塊顆粒碳，具體如圖2 所示。

圖2 蜂窩狀顆粒型活性炭

如圖所示，本次所選用的蜂窩狀顆粒型活性炭在結構上與常規活性炭材料存在顯著差異。具體來看，這種材料具有較大的比表面積，具有發達的孔隙結構，還有吸附性能良好、機械強度高、易反復再生、造價低等特點，在處理煤、重油燃燒生成的煙氣時，這種活性炭可以有效將有害物質吸附除去，可以應對以上幾個環節中沒能除去的硫化物、氨化物和有機物殘留，是防止廢氣中的有害成分擴散到大氣中的最后一道屏障，還能夠高效過濾廢氣中的污染物，從而有效祛除廢氣中的異味等污染成分，以此更好實現環保目標。

3 應用效果分析

在以上三個工序流程要點設計完成后，工程人員按照圖1 中的流程，將以上三個處理模塊進行整合，組建UV 光催化聯合活性炭吸附的煤化工廢氣廢水處理流程，并將其投入到實際運行當中，使之滿負荷運行30 d。在運行過程中發現，各個工藝處理單元均保持正常運行狀態。就此，對該煤化工企業正常工作時7 d 內的廢氣排放指標進行監測，監測結果如表2所示。

表2 新技術應用后的入口及出口處廢氣物質含量 單位：mg/m3

從表3 的數據可見，在應用本次UV 光催化聯合活性炭吸附的煤化工廢氣廢水處理工藝后，兩種主要廢氣成分均得到顯著降低，經初步計算后得知，氨氣平均質量濃度和硫化氫平均質量濃度分別降低了88.6%和99.6%，效果較為顯著，同時也使得兩項主要處理結果指標降低至污染物排放標準要求之內。從實際運行效果來看，該凈化工藝流程相較于常規污水廢氣處理方案，具有更為突出的優勢，簡單便捷，極大提升了煤化工企業的環保水平。

4 結語

整體來看，在本次研究中，基于某煤化工企業廢氣排放超標的現狀，提出了基于UV 光催化聯合活性炭吸附的煤化工廢氣廢水處理工藝，用于該企業的污水處理。該工藝整合了洗滌凈化、UV 光催化凈化和活性炭吸附三個主要環節。從實際處理效果來看，氨氣平均質量濃度和硫化氫平均質量濃度分別降低了88.6%和99.6%，取得了相對較優的處理效果，表明該凈化工藝流程相較于常規污水廢氣處理方案，具有更為突出的優勢，該工藝也有望在今后的煤化工企業環保建設中得到進一步的應用。