硫酸铵镁蒸发不凝气除臭新工艺

2023-05-16黄小红高文远顾秋月朱利民

盐科学与化工 2023年5期

黄小红,高文远,张翠,顾秋月,朱利民

(中国轻工业长沙工程有限公司,湖南长沙 410114)

恶臭物质的来源分布广泛,目前人们发现的环境恶臭物质已达数万种,单凭人的嗅觉能感知的就有4 000多种,包括生活源和工业源。生活源指的是来源于人们生活中的恶臭物质,如公共厕所、污水和垃圾处理厂、卫生间等产生的恶臭;工业源是指来源于工业生产中的恶臭,如农药厂、粪便处理厂、制药厂、涂料厂、畜牧场、化工厂、养殖厂、炼焦厂、屠宰场、污水处理厂等,按化学组成成分进行分类,常见的恶臭物质一般可以分为五大类:(1)硫系化合物,如硫化氢、二氧化硫、二硫化碳、硫醇类、硫醚类;(2)含氮的化合物,如胺、氨、酰胺、吲哚类;(3)卤素及衍生物,如氯气、卤代烃;(4)烃类,如烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃;(5)含氧的有机物,如醇、酚、醛、酮、有机酸等。其中典型的恶臭气体包括硫化氢、硫醇、二胺及氨等。

1 除臭工艺介绍

气体除臭技术主要来源于污水处理技术领域,污水处理厂的臭气收集和处理国外运用较多,而在国内,大型污水厂将臭气收集和处理的并不多见。

究其原因,主要是国外的除臭装置价格贵、初装成本和运行、维修成本都高;而国内的废气除臭技术起步晚,成熟的产品不多,在除臭问题上,面临的是国家排放标准和企业经济承受能力的尴尬问题,解决问题的办法是除臭技术和设备的国产化。而恶臭气体净化技术按照去除机理可以分为生物法、吸附法、化学吸收法、燃烧法和低温等离子法。

1.1 生物法除臭[1]

生物法除臭原理见图1。生物法除臭是在水、氧气和微生物同时存在的条件下,利用微生物的自身代谢活动将恶臭气体氧化分解为无毒无害的物质及菌体自身的细胞质,最终达到净化恶臭气体的目的。通常情况下,生物法脱臭包括下述三个过程:(1)恶臭气体进入水中,然后溶解,即臭气由气相进入液相;(2)恶臭成分溶于水后进入微生物体内,然后微生物将其吸收、吸附;(3)进入到微生物细胞后的恶臭气体将会被微生物作为其自身代谢的营养基质而分解、利用。其中,过程(1)符合亨利定律。恶臭成分不同,所生成的分解物质也有所不同。

图1 生物法除臭过程示意图

生物法除臭的优点:设备简单,投资费用低;在处理过程中,无需人为添加催化剂或吸附剂,因而工程运行起来成本较低;处理较彻底,不会产生二次污染;可以筛选菌种进行培养驯化使其处理特定种类的臭气,可以提高去除效率;营养物质的利用率高。

1.2 吸附法[2]

吸附法应用最广泛的就是活性炭吸附法,工作原理是使恶臭气体通过活性炭层,利用活性炭能吸附臭气中致臭物质,达到脱臭的目的;主要适用去除硫化氢和硫醇(氨和铵)等物质。为了有效地脱臭,通常利用各种不同性质的活性炭,在吸附塔内设置吸附酸性物质的活性炭,吸附碱性物质的活性炭和吸附中性物质的活性炭,臭气和各种活性炭接触后,排出吸附塔。活性炭吸附法与化学法相比较,具有较高的效率,但活性炭有饱和期限,超过这一期限,就必须更换活性炭。这种方法常用于低浓度的臭气和脱臭的后处理。用此方法去除臭味需要大量的活性炭,构筑物占地面积大,处理效率较低,运行成本较高。

吸附装置大体可分为固定床式、移动式和流动床式三种,而按吸附剂的再生方式又可分为非再生型、取出再生型和反复洗脱型三种。另外,吸附分为物理吸附和化学吸附,而实际上是指物理—化学吸附,废气中通常含有酸性、碱性和中性的恶臭物质,只用物理吸附不可能达到应有的脱臭效果。常见恶臭物质与吸附剂的主要反应见表1。

表1 常见恶臭物质与吸附剂的主要反应

1.3 化学吸收法

吸收法可分为化学吸收和物理吸收,在物理吸收中,气体组分在吸收剂中只是单纯物理溶解过程。在化学吸收中,由于吸收质在液相中与反应组分发生化学反应,降低了液相中纯吸收质含量,因而增加了吸收过程推动力,从而提高了吸收速率。同时,由于溶液表面上被吸收组分的平衡分压大为降低,增大了吸收剂的吸收能力,使气体中吸收质含量进一步降低,达到使气体进一步净化之目的。该工艺一般用在预处理,操作简单,维护成本较低,因此应用广泛。

化学反应法除臭是通过废气与吸收液在填料床接触实现化学反应达到净化目的,清洗液中可加入酸、碱和氧化剂等化学药剂,去除如NH3、H2S和硫醇类物质以及难分解的脂肪酸等。采用根据pH值控制的加药泵自动投加化学药剂。化学法针对特别的废气成分去除率效率很高,但对难溶性废气处理效果差,一般运行费用高、需专人操作、会造成二次污染。

1.4 燃烧法

亦称为热氧化法、热力燃烧法,是利用燃气或燃油等辅助燃料燃烧放出的热量将混合气体加热到一定温度(700 ℃～800 ℃),驻留一定的时间(0.3 s～0.5 s),使可燃的有害物质进行高温分解变为无害物质。该工艺适用于气量大、浓度高的废气处理,其相对投资大,运行、维护成本高。

常见的催化燃烧是将含有有机污染物的废气,在催化剂铂、钯的作用下, 可以在较低的温度下将废气中的有机污染物氧化成二氧化碳和水。是一种较为理想的通过催化反应(无明火)处理有机污染物的方法,具有适用范围广、结构简单、净化效率高、节能、无二次污染等优点,已在国内外广为使用,去除效果较好。但不能直接燃烧低浓度的有机废气和波动浓度较大的废气。缺点是催化床层温控不佳时有发生爆炸的危险。

2 硫酸铵镁蒸发不凝气的分析

目前对硫酸铵镁废水的处理通常采用MVR蒸发结晶工艺回收其中的硫酸镁和硫酸铵资源,但是在硫酸铵镁蒸发结晶过程中,由于除油工艺不彻底,导致蒸发结晶过程不断富集,在蒸发器、结晶器和稠厚器中产生大量的泡沫油和结焦物,影响设备稳定运行,排放的蒸发不凝气含有大量的恶臭气味,不仅严重影响周边居民生活环境,还危害厂区及周边人体健康。因此有必要针对硫酸铵镁蒸发不凝气中臭气物质的成分和臭气强度,选择合适的除臭工艺,设置经济有效的除臭系统。而根据硫酸铵镁蒸发不凝气的产生过程分析,其含有的臭气物质可能包括煤油中杂质成分硫化物(硫醇)以及硫酸铵高温蒸发分解产生的NH3、SO2等。

3 除臭工艺的选择

针对上述传统的几种除臭工艺,文章提出了高密度介质阻挡放电技术新工艺。

介质阻挡放电是一种获得高气压下低温等离子体的放电方法,这种放电产生于两个电极之间。介质阻挡放电可以在0.1 Pa～10 105 Pa的气压下进行,具有辉光放电的大空间均匀放电和电晕放电的高气压运行的特点。整个放电是由许多在空间和时间上随机分布的微放电构成,这些微放电的持续时间很短,一般在10 ns量级。介质层对此类放电有两个主要作用:一是限制微放电中带电粒子的运动,使微放电成为一个个短促的脉冲;二是让微放电均匀稳定地分布在整个面状电极之间,防止火花放电。介质阻挡放电由于电极不直接与放电气体发生接触,从而避免了电极的腐蚀问题。

介质阻挡放电过程中,电子从电场中获得能量,通过碰撞将能量转化为污染物分子的内能或动能,这些获得能量的分子被激发或发生电离形成活性基团,同时空气中的氧气和水分在高能电子的作用下也可产生大量的新生态氢、臭氧和羟基氧等活性基团,这些活性基团相互碰撞后便引发了一系列复杂的物理、化学反应。从等离子体的活性基团组成可以看出,等离子体内部富含极高化学活性的粒子,如电子、离子、自由基和激发态分子等。废气中的污染物质与这些具有较高能量的活性基团发生反应,最终转化为CO2和H2O等物质,从而达到净化废气的目的。