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)生化學反應(yīng)（芬頓催化氧化反應(yīng)）得到的一種強氧化劑—羥基自由基（HO·）。該氧化劑的電極電勢為2.80 EV，遠高于氯氣、次氯酸鈉、二氧化氯、臭氧的電極電勢（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)過處理就排放到大氣中，會造成惡臭污染，令人難于接受。為此在惡臭氣體治理裝置上進行了有關(guān)的試驗和研究，并取得了成功。

1 惡臭治理的反應(yīng)機理

芬頓試劑的化學反應(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 試驗樣品

樣品的來源是，東莞市富之源飼料蛋白開發(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，用真空泵作為動力從車間的排放管道中抽取排放的尾氣進入到反應(yīng)塔。其工藝流程如圖1所示，現(xiàn)場試驗如圖2所示。

圖1 工藝示意圖

圖2 現(xiàn)場試驗照片

2.2.2 材料

材料主要是藥劑，25%質(zhì)量分數(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 試驗的流程

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

2.4 測試記錄表

詳細數(shù)據(jù)見表1。

表1 測試記錄表

基本參數(shù)說明：廢氣處理量7.2 m3/h（已經(jīng)校對）；測試時間7 h；96%的氫氧化鈉消耗總量為85 g；雙氧水濃度為30%。

2.5 測試報告

在整個測試過程，總共測試了4個工況，臭氣濃度采樣13組（每組各測進出口各一個）、VOCs濃度采樣9組（每組各測進出口各一個）。藥劑消耗量詳見表2。進出口臭氣濃度及去除率詳見表3。

表2 藥劑消耗匯總表

表3 測試進出口臭氣濃度、VOCs濃度及去除率

3 結(jié)論與討論

通過試驗數(shù)據(jù)分析比較，得出如下結(jié)論：

可行性：證實采用芬頓工藝治理該廢氣是可行的。

進口廢氣性質(zhì)：臭氣濃度均在10 000（無量綱）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）。

存在問題：在測試過程中發(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，控制上自動化程度低，建議在此基礎(chǔ)上進行中試試驗，采用真實的運行工況并采用自動控制模式進行控制進氣以及藥劑的投加，這樣就可以得到更為真實、準確的工程控制參數(shù)。