工业污泥脱水恶臭气体的UV光解净化

2017年08月30日

当前环境不断恶化工业污泥作为一种危险废物高含水率造成后续处理困难实现其减量化、资源化、无害化具有重要意义。工业污泥的减量化一般采用自然干化法、机械脱水法和热干化法。其中热干化法效果最优应用范围最广但这一过程会排放出成分复杂NH3、H2S、VOCs为主的大量恶臭气体严重影响厂区及周边环境质量。Gomez-Rico等研究了不同温度下热干化污泥释放的挥发性有机物成分实验表明VOCs产率最高为甲苯、三甲苯、二甲基二硫醚、二甲基三硫醚等脂肪烃、芳香烃和卤代烃。这些无机、有机恶臭废气在令人不悦的同时极大地损害人体健康污染环境。当前一般采用燃烧、吸附吸收等传统工艺治理污泥干化废气处理效果不理想且二次污染严重。UV光解作为高级氧化技术的一种在高能光子、臭氧分子和自由基共同作用下使废气快速达到有效脱臭以及分解VOCs。本实验中的钢铁厂工业污泥与传统污泥不同干化产生有气味废气中氨、硫化氢等无机化合物占少数大多数的气味物质是有机物产生的这一特点突出了UV光解的优势。

1、实验部分

1.1实验样品及仪器

实验室阶段宝钢发展有限公司提供的实验工业污泥呈黑色臭味极强。紫外光解仪器采用4.5kW

高效UV实验设备光源强度为160W高压汞灯波长>170nm。通过水浴装置在电磁炉上加热使污泥脱水。气体温度为70℃90℃。便携式手提风机控制挥发臭气风速为1m/s。泵吸式硫化氢H2S检测仪GT901),泵吸式氨气NH3检测仪GT901),VOC检测仪PGM-7300 miniRAE lite华瑞

现场阶段废气源为广东某钢铁厂工业污泥干化设备后接喷淋洗涤塔排放的尾气废气温度为50℃在正常脱水条件下废气流速为6m/s废气量为5000m3/h主要成分为NH3、H2S、非甲烷总烃等其他恶臭物质。

1.2实验方法

工业污泥分别采用水浴加热和直接加热的方法烘干产生模拟脱水后废气用管道收集废气接入

4.5kW高效UV实验设备后经风机排放。模拟废气原始浓度和净化后浓度均在出风口检测。

现场污泥烘干产生的废气成分浓度均在风机口测量。

2、结果与讨论

2.1实验污泥脱水废气

UV光解设备未开启时工业污泥水浴加热烘干散发出浓烈恶臭味初始VOCs浓度达到18.6ppmNH3浓度为2ppm。在开启不同功率的UV光解设备的条件下试验污泥烘干产生的废气VOCs浓度变化情况如图1所示。UV光解设备不同功率的开启时间间隔为5min开启第一组灯管后NH3浓度已低于仪器检测下限表明NH3基本被完全降解VOCs浓度降低了30%恶臭气味改善较大。当开启三组灯管后VOCs浓度未见明显变化维持在5.4ppm左右虽伴有一定臭氧味但基本无污泥臭味废气VOCs净化率为71.3%。为了限定实验环境的臭氧产生量没有继续加大UV光解设备的能量输出净化效率的极限在实际污泥脱水现场进行了检测与记录。

UV设备功率对试验污泥脱水废气VOCs浓度的影响

在开启4组灯管的UV光解设备时,VOCs浓度未有明显降低,这是由于实验污泥烘干过程中产生了大量水蒸气,一方面影响了UV光的透射效率,另一方面由于水分子的光捕获,降低了氧气分子形成臭氧的几率,造成降解达到定值。综上所述,实验污泥脱水废气的最佳UV光解设备功率为开启三组灯管。

2.2实际污泥脱水废气

在工业污泥烘干脱水现场UV光解设备未开启时排出废气中VOCs初始浓度达到870ppmNH3浓度

15ppmH2S浓度为10ppm散发出强烈令人不悦的恶臭味。为得出最大的净化效果在不考虑臭氧产生量的情况下使用足够大功率的UV光解设备。在UV光解设备开启后三种污染指标的浓度均低于仪器检测下限表明NH3、H2S和VOCs基本被完全降解。刺激性恶臭气味处理效果明显说明经过UV光解设备能高效地将该类废气净化处理排放浓度明显优于国家相应排放标准。

2.3光解途径分析

UV光解设备涉及几项发明和实用新型专利技术其中UV光子能量可达704 kJ/mol波长大于170nm。恶臭废气分别从以下三个途径被光解

(1)高能紫外光直接将NH3、H2S、VOCs等臭气分子的化合键破裂形成游离态的原子C*、H*、S*、N*、O*等或官能团[C-O]*等),逐步将臭气小分子裂解。

(2)废气中的O2分子吸收UV光子的能量成为游离的[O]原子O2分子反应形成O3UV光与O3的协同作用下与被裂解成游离态原子或官能团的NH3、H2S、VOCs等臭气分子发生氧化还原反应实现净化。

(3)UV光子与废气中H2O、O2分子等物质形成化学活性极高的超氧自由基·O和羟基自由基·OH),能够迅速将废气中的有机分子深度氧化。

3、结论

采用高能UV紫外线光解设备对工业污泥烘干废气进行了除臭分解的实验研究研究了UV紫外线光解设备以及不同实验类型对恶臭气体降解效率的影响。

(1)在各实验污泥脱水条件下在富余微量臭氧的前提下UV高效光解设备对各指标净化效率均能达到70%以上实际工况下由于不考虑臭氧的富余情况只要UV光解设备提供的能量足够能将几乎所有的NH3、H2S、VOCs等臭气分子裂解掉。

(2)UV光解技术的核心在于高能UV光子、O3分子以及各种自由基对无机臭气中氨气、硫化氢和有机气体胺类、硫醚/醇类、苯类等VOCs气体的作用对当前污水处理厂、化工生产等方面产生的废气治理提供了现实依据。

来源:上海冬翼光电有限公司

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