工业污泥脱水恶臭气体的UV光解净化



工业污泥脱水
恶臭气体的UV光解净化

汤 帆1，佟永祥2，任 雁1，谢 锄1，刘荣芬1

（1.深圳市天浩洋环保科技股份有限公司，广东 深圳 518109；2.宝钢发展有限公司，上海 201900）

摘 要:采用高效UV光解设备对工业污泥烘干脱水过程中产生的有机恶臭废气进行净化处理。VOCs、NH3、H2S初始浓度分别为870ppm、15ppm、10ppm，处理后接近完全降解。结果表明，经过UV光解后，恶臭废气净化效率达99%，完全脱臭；这一实例将UV光解设备在生活污水除臭领域的应用拓展到工业污泥的废气治理，具有极强的工程实际指导作用。

关键词:工业污泥脱水；UV光解技术；臭气净化；净化率

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（以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[1]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[2]、吸附吸收[3]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THY-4.5kW高效UV实验设备（深圳市某环保公司提供），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THY-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

在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18.6ppm，NH3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，这是由于在实验污泥烘干过程中产生了大量水蒸汽，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870ppm，NH3浓度为15ppm，H2S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

该UV光解设备涉及几项发明和实用新型专利技术[4-7]，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[8]，形成游离态的原子（如C*、H*、S*、N*、O*等）或官能团（如[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，与O2分子反应形成O3，在UV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[9]， 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[10]。

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。

参考文献：

[1]F. GomezRico M, Fullana & R. Font A. Volatile organic compounds released from thermal drying of sewage sludge.[J]. Water Pollution IX Ninth International Conference on Water Pollution Modelling Monitoring & Management Alicante, 2008.

[2]张灵辉，苏达根.水泥窑处置污泥烘干废气污染与防治[J].水泥技术，2011（6）.

[3]张鹏. CaO 处理污泥干化臭气的实验研究[D].西安建筑科技大学，2012.

[4]深圳市天浩洋环保科技有限公司.恶臭气体及工业烟气光解净化处理方法和设备[P].中国发明专利，200710075448.X， 2011-4-27.

[5]深圳市天浩洋环保科技有限公司.一种污泥干化产生恶臭气体UV光解净化设备[P].中国实用新型专利，201420594164.7，2015-04-01.

[6]深圳市天浩洋环保科技有限公司.高浓度恶臭气体及工业废气净化处理设备[P].中国实用新型专利，200920206306.7，2010-11-17.

[7]深圳市天浩洋环保科技有限公司.移动式恶臭气体UV光解净化装置[P].中国实用新型专利, 201420656102.4，2015-04-01.

[8]李梦龙.化学数据速查手册[K].北京：化学工业出版社，2004.

[9]刘娟，张彭义，余刚，等.气相正己烷的光催化及臭氧/光催化降解动力学[J].环境科学，2004， 25（1）：35-39.

[10]周灵浚，岩枫，成卓韦，等.真空紫外光解乙苯废气的工艺特性及转化机制研究[J].环境污染与防治，2014，36（6）：13-19.

动态槽式堆肥系统、单层SACT系统、双层SACT系统进行经济性比较（见下表）。

UV Photolysis Purification of Malodor Waste Gas Generated from Industry Sludge Dewater

TANG Fan1,TONG Yong-xiang2, REN Yan1, XIE Chu1, LIU Rong-fen1

(1.Shenzhen THY Environmental Protection Technology Co., Ltd, Shenzhen 518109;

2.Baosteel Development Co., Ltd, Shanghai 201900, China)

Abstract:The paper adopts UV efficient photolysis equipment to deeply purify the malodor organic gas generated from the industrial sludge dewater. The initial concentrations of VOCs, NH3and H2S were respectively 870ppm, 15ppm and 10ppm, which were basically degraded after processing. The result shows that purification efficiency reaches at 99% after UV photolysis and completely deodorization. With a strong guidance for engineering practice, this case brings the UV photolysis equipment in application of domestic sewage deodorization to the waste gas treatment of the industrial sludge.

Keywords:industrial sludge dehydration; UV photolysis technology; malodor gas purification; purification rate

文章编号:1006-5377（2015）09-0049-03

文献标志码:A

中图分类号:X703