硫酸銨鎂蒸發(fā)不凝氣除臭新工藝

黃小紅,高文遠(yuǎn),張 翠,顧秋月,朱利民

(中國(guó)輕工業(yè)長(zhǎng)沙工程有限公司,湖南 長(zhǎng)沙 410114)

惡臭物質(zhì)的來源分布廣泛,目前人們發(fā)現(xiàn)的環(huán)境惡臭物質(zhì)已達(dá)數(shù)萬種,單憑人的嗅覺能感知的就有4 000多種,包括生活源和工業(yè)源。生活源指的是來源于人們生活中的惡臭物質(zhì),如公共廁所、污水和垃圾處理廠、衛(wèi)生間等產(chǎn)生的惡臭;工業(yè)源是指來源于工業(yè)生產(chǎn)中的惡臭,如農(nóng)藥廠、糞便處理廠、制藥廠、涂料廠、畜牧場(chǎng)、化工廠、養(yǎng)殖廠、煉焦廠、屠宰場(chǎng)、污水處理廠等,按化學(xué)組成成分進(jìn)行分類,常見的惡臭物質(zhì)一般可以分為五大類:(1)硫系化合物,如硫化氫、二氧化硫、二硫化碳、硫醇類、硫醚類;(2)含氮的化合物,如胺、氨、酰胺、吲哚類;(3)鹵素及衍生物,如氯氣、鹵代烴;(4)烴類,如烷烴、烯烴、炔烴、芳香烴;(5)含氧的有機(jī)物,如醇、酚、醛、酮、有機(jī)酸等。其中典型的惡臭氣體包括硫化氫、硫醇、二胺及氨等。

1 除臭工藝介紹

氣體除臭技術(shù)主要來源于污水處理技術(shù)領(lǐng)域,污水處理廠的臭氣收集和處理國(guó)外運(yùn)用較多,而在國(guó)內(nèi),大型污水廠將臭氣收集和處理的并不多見。

究其原因,主要是國(guó)外的除臭裝置價(jià)格貴、初裝成本和運(yùn)行、維修成本都高;而國(guó)內(nèi)的廢氣除臭技術(shù)起步晚,成熟的產(chǎn)品不多,在除臭問題上,面臨的是國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)經(jīng)濟(jì)承受能力的尷尬問題,解決問題的辦法是除臭技術(shù)和設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化。而惡臭氣體凈化技術(shù)按照去除機(jī)理可以分為生物法、吸附法、化學(xué)吸收法、燃燒法和低溫等離子法。

1.1 生物法除臭[1]

生物法除臭原理見圖1。生物法除臭是在水、氧氣和微生物同時(shí)存在的條件下,利用微生物的自身代謝活動(dòng)將惡臭氣體氧化分解為無毒無害的物質(zhì)及菌體自身的細(xì)胞質(zhì),最終達(dá)到凈化惡臭氣體的目的。通常情況下,生物法脫臭包括下述三個(gè)過程:(1)惡臭氣體進(jìn)入水中,然后溶解,即臭氣由氣相進(jìn)入液相;(2)惡臭成分溶于水后進(jìn)入微生物體內(nèi),然后微生物將其吸收、吸附;(3)進(jìn)入到微生物細(xì)胞后的惡臭氣體將會(huì)被微生物作為其自身代謝的營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)而分解、利用。其中,過程(1)符合亨利定律。惡臭成分不同,所生成的分解物質(zhì)也有所不同。

圖1 生物法除臭過程示意圖

生物法除臭的優(yōu)點(diǎn):設(shè)備簡(jiǎn)單,投資費(fèi)用低;在處理過程中,無需人為添加催化劑或吸附劑,因而工程運(yùn)行起來成本較低;處理較徹底,不會(huì)產(chǎn)生二次污染;可以篩選菌種進(jìn)行培養(yǎng)馴化使其處理特定種類的臭氣,可以提高去除效率;營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用率高。

1.2 吸附法[2]

吸附法應(yīng)用最廣泛的就是活性炭吸附法,工作原理是使惡臭氣體通過活性炭層,利用活性炭能吸附臭氣中致臭物質(zhì),達(dá)到脫臭的目的;主要適用去除硫化氫和硫醇(氨和銨)等物質(zhì)。為了有效地脫臭,通常利用各種不同性質(zhì)的活性炭,在吸附塔內(nèi)設(shè)置吸附酸性物質(zhì)的活性炭,吸附堿性物質(zhì)的活性炭和吸附中性物質(zhì)的活性炭,臭氣和各種活性炭接觸后,排出吸附塔?；钚蕴课椒ㄅc化學(xué)法相比較,具有較高的效率,但活性炭有飽和期限,超過這一期限,就必須更換活性炭。這種方法常用于低濃度的臭氣和脫臭的后處理。用此方法去除臭味需要大量的活性炭,構(gòu)筑物占地面積大,處理效率較低,運(yùn)行成本較高。

吸附裝置大體可分為固定床式、移動(dòng)式和流動(dòng)床式三種,而按吸附劑的再生方式又可分為非再生型、取出再生型和反復(fù)洗脫型三種。另外,吸附分為物理吸附和化學(xué)吸附,而實(shí)際上是指物理—化學(xué)吸附,廢氣中通常含有酸性、堿性和中性的惡臭物質(zhì),只用物理吸附不可能達(dá)到應(yīng)有的脫臭效果。常見惡臭物質(zhì)與吸附劑的主要反應(yīng)見表1。

表1 常見惡臭物質(zhì)與吸附劑的主要反應(yīng)

1.3 化學(xué)吸收法

吸收法可分為化學(xué)吸收和物理吸收,在物理吸收中,氣體組分在吸收劑中只是單純物理溶解過程。在化學(xué)吸收中,由于吸收質(zhì)在液相中與反應(yīng)組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng),降低了液相中純吸收質(zhì)含量,因而增加了吸收過程推動(dòng)力,從而提高了吸收速率。同時(shí),由于溶液表面上被吸收組分的平衡分壓大為降低,增大了吸收劑的吸收能力,使氣體中吸收質(zhì)含量進(jìn)一步降低,達(dá)到使氣體進(jìn)一步凈化之目的。該工藝一般用在預(yù)處理,操作簡(jiǎn)單,維護(hù)成本較低,因此應(yīng)用廣泛。

化學(xué)反應(yīng)法除臭是通過廢氣與吸收液在填料床接觸實(shí)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)達(dá)到凈化目的,清洗液中可加入酸、堿和氧化劑等化學(xué)藥劑,去除如NH3、H2S和硫醇類物質(zhì)以及難分解的脂肪酸等。采用根據(jù)pH值控制的加藥泵自動(dòng)投加化學(xué)藥劑。化學(xué)法針對(duì)特別的廢氣成分去除率效率很高,但對(duì)難溶性廢氣處理效果差,一般運(yùn)行費(fèi)用高、需專人操作、會(huì)造成二次污染。

1.4 燃燒法

亦稱為熱氧化法、熱力燃燒法,是利用燃?xì)饣蛉加偷容o助燃料燃燒放出的熱量將混合氣體加熱到一定溫度(700 ℃～800 ℃),駐留一定的時(shí)間(0.3 s～0.5 s),使可燃的有害物質(zhì)進(jìn)行高溫分解變?yōu)闊o害物質(zhì)。該工藝適用于氣量大、濃度高的廢氣處理,其相對(duì)投資大,運(yùn)行、維護(hù)成本高。

常見的催化燃燒是將含有有機(jī)污染物的廢氣,在催化劑鉑、鈀的作用下, 可以在較低的溫度下將廢氣中的有機(jī)污染物氧化成二氧化碳和水。是一種較為理想的通過催化反應(yīng)(無明火)處理有機(jī)污染物的方法,具有適用范圍廣、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、凈化效率高、節(jié)能、無二次污染等優(yōu)點(diǎn),已在國(guó)內(nèi)外廣為使用,去除效果較好。但不能直接燃燒低濃度的有機(jī)廢氣和波動(dòng)濃度較大的廢氣。缺點(diǎn)是催化床層溫控不佳時(shí)有發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)。

2 硫酸銨鎂蒸發(fā)不凝氣的分析

目前對(duì)硫酸銨鎂廢水的處理通常采用MVR蒸發(fā)結(jié)晶工藝回收其中的硫酸鎂和硫酸銨資源,但是在硫酸銨鎂蒸發(fā)結(jié)晶過程中,由于除油工藝不徹底,導(dǎo)致蒸發(fā)結(jié)晶過程不斷富集,在蒸發(fā)器、結(jié)晶器和稠厚器中產(chǎn)生大量的泡沫油和結(jié)焦物,影響設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行,排放的蒸發(fā)不凝氣含有大量的惡臭氣味,不僅嚴(yán)重影響周邊居民生活環(huán)境,還危害廠區(qū)及周邊人體健康。因此有必要針對(duì)硫酸銨鎂蒸發(fā)不凝氣中臭氣物質(zhì)的成分和臭氣強(qiáng)度,選擇合適的除臭工藝,設(shè)置經(jīng)濟(jì)有效的除臭系統(tǒng)。而根據(jù)硫酸銨鎂蒸發(fā)不凝氣的產(chǎn)生過程分析,其含有的臭氣物質(zhì)可能包括煤油中雜質(zhì)成分硫化物(硫醇)以及硫酸銨高溫蒸發(fā)分解產(chǎn)生的NH3、SO2等。

3 除臭工藝的選擇

針對(duì)上述傳統(tǒng)的幾種除臭工藝,文章提出了高密度介質(zhì)阻擋放電技術(shù)新工藝。

介質(zhì)阻擋放電是一種獲得高氣壓下低溫等離子體的放電方法,這種放電產(chǎn)生于兩個(gè)電極之間。介質(zhì)阻擋放電可以在0.1 Pa～10 105 Pa的氣壓下進(jìn)行,具有輝光放電的大空間均勻放電和電暈放電的高氣壓運(yùn)行的特點(diǎn)。整個(gè)放電是由許多在空間和時(shí)間上隨機(jī)分布的微放電構(gòu)成,這些微放電的持續(xù)時(shí)間很短,一般在10 ns量級(jí)。介質(zhì)層對(duì)此類放電有兩個(gè)主要作用:一是限制微放電中帶電粒子的運(yùn)動(dòng),使微放電成為一個(gè)個(gè)短促的脈沖;二是讓微放電均勻穩(wěn)定地分布在整個(gè)面狀電極之間,防止火花放電。介質(zhì)阻擋放電由于電極不直接與放電氣體發(fā)生接觸,從而避免了電極的腐蝕問題。

介質(zhì)阻擋放電過程中,電子從電場(chǎng)中獲得能量,通過碰撞將能量轉(zhuǎn)化為污染物分子的內(nèi)能或動(dòng)能,這些獲得能量的分子被激發(fā)或發(fā)生電離形成活性基團(tuán),同時(shí)空氣中的氧氣和水分在高能電子的作用下也可產(chǎn)生大量的新生態(tài)氫、臭氧和羥基氧等活性基團(tuán),這些活性基團(tuán)相互碰撞后便引發(fā)了一系列復(fù)雜的物理、化學(xué)反應(yīng)。從等離子體的活性基團(tuán)組成可以看出,等離子體內(nèi)部富含極高化學(xué)活性的粒子,如電子、離子、自由基和激發(fā)態(tài)分子等。廢氣中的污染物質(zhì)與這些具有較高能量的活性基團(tuán)發(fā)生反應(yīng),最終轉(zhuǎn)化為CO2和H2O等物質(zhì),從而達(dá)到凈化廢氣的目的。

圖2 高密度介質(zhì)阻擋放電設(shè)備示意圖

圖3 核心設(shè)備基礎(chǔ)原理圖及等離子體照片

式中:ε1為非金屬電極的介電常數(shù);ε2為放電空間氣體的介電常數(shù);d1為非金屬電極厚度;d2為放電空厚度。

由于ε2?ε1,在合理設(shè)計(jì)時(shí),施加在透光非金屬電極上的電壓主要聚集在放電空間中,在極高電場(chǎng)的作用下產(chǎn)生具有三維紫外光線的高密度藍(lán)光等離子體(活性物質(zhì)濃度達(dá) 1 014萬億個(gè)/cm3)。

綜合比較常用治理工藝與高密度介質(zhì)阻擋放電技術(shù)工藝橫向?qū)Ρ纫姳?。

通過表2分析,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)臭氣排放情況及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況,方案擬采用高密度介質(zhì)阻擋放電除臭工藝。表3是某項(xiàng)目采用該工藝的實(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)。

表2 常用臭氣治理工藝橫向?qū)Ρ缺?/p>

表3 有組織廢氣檢測(cè)結(jié)果

4 結(jié)論

采用高密度介質(zhì)阻擋放電技術(shù),該工藝流程簡(jiǎn)單、設(shè)備投資少、運(yùn)行費(fèi)用低,處理效果良好。該項(xiàng)目的成功實(shí)施,對(duì)其他類型的惡臭廢氣有很好的推廣和借鑒意義。