关于硫化氢废气处理新方法研究

2019-08-28杨振宇上海同济环保咨询有限公司

节能与环保 2019年7期

文_杨振宇上海同济环保咨询有限公司

随着工业化的发展，产生了大量的工业废气排放，如果处理不当则会造成一定污染。现阶段，人们的环保意识越来越强，针对这些废气已经有了一些常见的废气处理方法，而一些新方法也在不断地研发中。

1 硫化氢废气的危害

硫化氢是一种污染程度较高的废气，其密度比空气略大，当浓度超过1.5mg/m3时就会发出浓烈的臭鸡蛋味道，如果浓度再提升200倍，就会麻痹人的嗅觉神经，使人的嗅觉失灵。硫化氢是一种有毒物质，当人类从呼吸道将硫化氢气体吸入时，很可能会发生中毒情况，低浓度的硫化氢会导致人的眼睛刺痛、流泪，也可能会呕吐，出现肺炎、肺水肿等问题。当人吸入高浓度的硫化氢时，后果会更加严重，有可能昏迷甚至窒息死亡。另外，硫化氢的急性中毒还会留下后遗症，出现智力减退，头疼等一系列的问题。在目前社会中，食品工业、石油精炼、垃圾处理、造纸等众多工业生产都会产生硫化氢废气，尤其一些工业集中的地区，更是会产生大量的较高浓度的硫化氢废气，所以更要针对这些集中工业区，对硫化氢废气进行科学高效的处理，以免其对人类安全及生态环境带来危害。

2 硫化氢废气处理的一些新技术

2.1 化学吸收法

2.1.1 硫化氢的化学吸收

目前我国最常使用的硫化氢废气处理方法就是吸收法，工厂根据化学原理采取化学吸收法来处理硫化氢废气，工作人员在安装好废气处理系统之后，可以将大量硫化氢气体通过管道导入到大型吸收剂设备，之后在吸收剂中处理硫化氢的各个组分，使其发生化学反应。具体使用的是常压加热下再生的方式进行化学吸收，这种方式对于硫化氢废气的吸收率会高于物理溶剂。因为硫化氢是可溶于水的，呈酸性的水溶液在吸收之后所得到的吸收液会有再生问题，因此施工人员可以选择氢氧化钠等强碱溶液，或者是氨基酸盐、磷酸盐、酚盐这些pH值在9～11之间的强碱弱酸盐溶液进行缓冲的。另外，二甘油胺、二甘醇胺等一些弱碱性的水溶液也可作为吸收剂，对硫化氢废气进行吸收处理。

2.1.2 化学吸收法溶液的选择

在利用乙醇胺溶液进行化学吸收的时候，乙醇胺会和酸性气体发生反应，就会生成盐类物质，其在高温下会解收，而在低温下会吸收，这样就可以有效除去硫化氢废气中的酸性气体。因为乙醇胺溶液价格不贵，处理方式优点显著，稳定性好且反应快速，在处理之后也容易回收，所以在废气处理施工中可以得到广泛使用。另外，工厂也尝试选用氨水进行化学吸收，这种操作较为简单，因为氨水价格低廉，工厂即在上海市就地取材。另外，虽然碳酸碱盐溶液作为吸收剂进行化学吸收可以对硫化氢中的酸性气体进行中和，但是在吸收过程中碳酸氨会演变为碳酸氢钠溶液，会影响到吸收效率，所以该项目未使用碳酸碱盐溶液。

2.2 物理吸收法

物理吸收法是选取吸收剂对硫化氢废气进行处理的方式，一般情况下需要选择有机溶剂进行操作，可以有选择性地吸收硫化氢废气，且操作流程较为简单。因为物理吸收法对溶剂有较高的要求，所以工作人员选择溶剂较为慎重，要考虑到以下几点要求，第一，溶剂的蒸汽压不可过高，否则会使溶剂挥发，造成溶剂浪费和丢失。第二，尽量选择成本较低的溶剂，这样可以节约资金。第三，选择的溶剂必须具有较低的黏性以及吸湿性。第四，所选溶剂不要有腐蚀性。因为硫化氢气体在溶剂之中的溶解速度要比在水中快很多，所以可选择碳酸丙烯酷、磷酸三定酷、甲醇等有机溶剂，均能产生很好地吸收效果。

2.3 吸附法

吸附法是吸收法的一种方式，工厂处理浓度较低的废气时，可采用吸附法。具体为使用多孔隙的物质来处理硫化氢废气，一般常用的吸附剂为活性炭，分为颗粒活性炭和椰壳活性炭。在进行吸附操作之前，工作人员准备固定床吸附器作为吸附设备，先让气体流经预净化设备，之后再流进吸附床层，这样有效避免发生粉尘阻塞吸附颗粒的问题。研究表明，椰壳活性炭的脱除硫化氢的效果最好。对于相同的活性炭，水洗之后的脱硫效果比水洗之前好。同时活性炭的粒径对效率也有影响，粒径0.5～1mm时脱硫效果最佳。另外也可采用其他吸附剂，比如在处理时选用水合氧化铁作为可再生吸附剂，当水合氧化铁与硫化氢气体结合，会发生化学反应，起到脱硫的效果。温度有时可以改变吸附的性质。低温时，常以物理吸附为主，温度升高，活化分子数目增加，吸附可能转为化学吸附为主。比如活性炭吸附法的操作，在有氧情况下发挥活性炭固体脱硫剂的催化作用。活性炭表层的醌酚基会与硫化氢起氧化反应，使硫化氢变为硫，从而将硫有效吸附。

2.4 氧化法

通过氧化法可以将硫化氢氧化为单质硫，在气相中的操作流程是干法氧化法，而在液相中的操作则为湿法氧化法。其中干法氧化的典型方法是克劳斯法，这种方法主要是使用克劳斯焚烧炉对硫化氢进行焚烧，将铝矾土作为反应催化剂，这样硫化氢就可以氧化为二氧化硫，二氧化硫可以与剩余的硫化氢进行进一步的反应，生成硫磺。采用这种方式要求硫化氢的初始浓度在15%以上，这样才能满足反映需求的热量进行氧化，其中反应催化剂的使用量应设定为反应化合物的0.15%左右，反应器温度应控制在605℃以内，这样可以避免催化剂结构损坏。但是如果废弃物中存在碳氢化合物，温度则需要控制在480℃内。此方法可以回收99%左右的氧化硫，处理效果较好。与干法氧化相比，湿法氧化的操作弹性较大，在常温常压和加压下操作均可。

2.5 生物处理法

2.5.1 生物净化法

近年来，研究硫化氢废气处理方法的人越来越多，除了常用的吸收法以外，也有更多的新处理技术兴起。其中生物处理法就是近年来出现的新工艺，包括生物滤池以及生物滴滤池等。我国同济大学、昆明理工大学等一些高校使用生物滤池对硫化氢废气处理进行了研究，具体操作时硫化氢气体会先从气膜中扩散到液膜中进行溶解，之后硫化氢会受到浓度差的影响会，再次扩散，进入到生物膜之中，生物膜将会吸收其中的硫物质，硫化氢也会在微生物细胞质中进行代谢，被分解为营养物质及能源，最终成为单质硫、亚硫酸等无污染物质。运用生物法处理硫化氢废气运行费用较低，操作难度小，是未来硫化氢处理技术的发展方向之一。另外，还可以使用生物活性炭法处理硫化氢气体，这种方法可以将活性炭与微生物的处理性能融合在一起，其中的硫化氢能被吸附在活性炭之中，也可以在生物膜中进行代谢，更提高了处理效果。生物滴滤法也是新兴的硫化氢废气处理技术之一，是在生物滴滤池中填装滤料形成滤床，让过滤后的硫化氢进入生物膜，从而在生物细胞中进行代谢,具体原理同生物净化法一样，将硫化氢分解。这一方法中去除硫化氢的效率与污染物和生物降解速率有关，其与活性炭吸附中的物化吸附不同，主要是利用生物作用将硫化氢吸附并去除。在操作时，首先要准备塑料波纹板填料、粗碎石、微孔硅胶不带有吸附性的填料，然后对硫化氢进行降温和除尘的预处理，之后再依次让硫化氢通过滤床、填料层，最终净化后的气体将会从滤床排出，不同于生物滤池，生物滴滤池在整个处理过程中需要添加营养液，这是这两种工艺过程的主要区别。

2.5.2 生物处理法注意事项

生物处理法有几点事项需要注意，第一，一定要保持生物滤池具有良好的透水性和透气性，这样可以提升生物降解速率。第二，可以选择厚度在0.5～1m之间的泥炭、堆肥物质作为滤料。第三，可以通过对循环液PH值的控制来使生物滤床达成反应条件的要求，具体要在生物侧滤床上加入硝酸铵、硝酸氢钾或其他固体缓冲剂，让填料表面形成生物膜，这样之后废气从过滤床底部进入后，就会被水溶解，最终被微生物所吸收，在体内进行代谢，分解为无害的水和二氧化碳。另外，在对低浓度硫化氢进行生物净化处理时，其会受到pH值、液体喷淋量、进气负荷气体等因素的影响。例如，在进气负荷较小的情况下，微生物生物膜就可以对硫化氢进行降解，但是如果进气负荷气体不断提高，净化效率也会加快，当负荷气体达某一程度时，就会消耗掉表面的大量养分，那么填料中的生物膜所吸收的氧分就不足，也就不能有效地净化硫化氢。这就说明此生物膜已经达到极限，需要及时进行培养。

3 硫化氢废气处理施工方法分析

3.1 项目介绍

2018年，本单位在开展上汽大众发动机三厂废水站废气治理方案项目中，为了处理硫化氢等废气的问题，进行了废气收集和输送系统系统的搭建，下面以该项目为例进行简要分析。项目地点位于上汽大众发动机三厂厂区内，由于厂内在各废水池顶加装玻璃房，将废气引入厂房内，所以直接抽取玻璃房内的废气即可。其中废水池总尺寸36000×9000×2500mm。收集原则：在相同换气率的条件下，达到最佳的抽风效果，既保证废气不外逸，确保周围环境优良，又能保持各车间内操作区良好的通风效果，保证所需的工作条件。该项目主要采用化学洗涤+生物滤池法进行硫化氢废气处理，主要以安装PP材质管道、风阀、玻璃钢风机、洗涤塔、生物滤池及各类泵为主。

该项目中硫化氢废气处理系统采取的处理原则：

（1）在确保功能可靠、工艺成熟的前提下，综合考虑一次性投资与运行成本之间的关系，既减少工程造价，又降低运行费用。

（2）系统中选用的设备和材料均保证质量可靠、耐腐蚀、性能稳定、操作方便、维修便捷。

（3）选用低噪音设备，避免噪声污染。

（4）采用具有国内外先进水平的新技术与新材料。

3.2 硫化氢废气处理方法-生物滤池3.2.1 方法介绍

本单位针对废水站废气主要采用了化学洗涤+生物滤池的处理工艺，化学洗涤塔占地面积小、处理效率高、维修便捷，可根据气体浓度及性质添加不同的吸附溶剂，满足多成分废气处理。洗涤塔直径为1200mm，塔高为4500mm，填料层高1000mm；废气污染物的吸收过程都在填料层进行，填料层增大了传质吸收的表面积。废气和吸收液流速选在合适的范围内以防液泛。洗涤液浓度为恒定的碱液喷淋液。当出现废气浓度较高时可通过碱液应急加药泵补充洗涤液的pH值，增加洗涤效果。洗涤液的更新通过定量更新洗涤液完成。洗涤液可循环使用，以避免水资源的浪费。循环泵采用防腐材料，将液体从水箱输送到吸收塔喷嘴。喷嘴采用螺旋形，以保证液体均匀分布在填料层的顶部。吸收液受重力作用向下流动并统一收集在水箱中。

生物滤池工艺耐腐蚀、性能稳定、操作方便、维修便捷。其中生物滤池为模块式，外壳采用玻璃钢FRP制造，耐腐蚀尤其脂肪酸腐蚀，内部碳钢骨架并做防腐处理，保证池体具有足够的强度和刚度，池体的外表面抗紫外线照射，满足室外露天工作环境。生物反应段采用有机和无机混合滤料，其通透性和结构稳定性良好，具有吸附污染物和微生物生长的最佳环境，滤料配方中含有适当的养分和缓冲剂来满足适应生物处理的要求。工作人员根据现场废气的特点及相关施工场地条件情况，选用生物滤池型号ZFBF5500，处理风量为5500m3/h。系统主要包括废气收集和输送、控制柜、废气处理系统、尾气排放系统等部分。具体处理流程如图1。

3.2.2 处理过程

工作人员先将收集后的废气通过PP管道输送，通过玻璃钢风机提升压力后，送入化学洗涤塔，废气自下而上穿过填料层进行处理。为使吸收工艺达到最佳效果，洗涤塔内通过增加填料层来提高气液接触。此后，经过洗涤塔的废气进入预洗池。预洗池与生物滤池为一体化设备，位于生物滤池的前端。预洗池中装填有填料，设置循环洗涤系统，主要用于去除气体中固体污染物、调节臭气的温度和湿度。工作人员根据现场调试需要将调节了温度和湿度的臭气进入生物滤池，在其中生物把致臭污染物降解成无臭的化合物。气体首先进入到位于生物滤池底部的空气分布系统，然后缓慢地通过活性生物滤床，净化后的空气以扩散气流的形式离开滤床表面，经顶盖收集，尾气通过排风筒离地15m高空排放，实现废气的有效处理。