高效惡臭廢氣處理

1.1惡臭有機(jī)廢氣處理的概述

1.1.1:惡臭有機(jī)廢氣的定義

惡臭氣體污染是指一切刺激嗅覺器官引起人們不愉快及損害生活環(huán)境的氣體物質(zhì)。

它作為一種典型的環(huán)境公害已為世界各國所公認(rèn)，不少發(fā)達(dá)國家將其作為一種單列公害進(jìn)行研究，并專項(xiàng)立法實(shí)施防治。國外對惡臭污染的治理工作也開展較早，在日本及歐美的多個(gè)工業(yè)領(lǐng)域中，采用如固定床式活性炭吸附脫臭等技術(shù)已有一定歷史。

近年來，我國也開始重視對惡臭的監(jiān)測與防治，制訂了部分惡臭化合物的排放標(biāo)準(zhǔn)（GB 14554-93）和配套的分析方法，惡臭污染的防治目標(biāo)之一就是要達(dá)到GB14554-93規(guī)定的惡臭物質(zhì)（氨、三甲胺、硫化氫、甲硫氫、甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫、二硫化碳和苯乙烯等）排放標(biāo)準(zhǔn)，最終目的是要消除惡臭，創(chuàng)造一個(gè)無臭的工作、生活環(huán)境。

臭味能被人感知是由于其具有高揮發(fā)性及親水親脂性。惡臭物質(zhì)的致臭原因主要是由于含有特征發(fā)臭基團(tuán)。含發(fā)臭基團(tuán)的氣體分子與嗅覺細(xì)胞作用，經(jīng)嗅覺神經(jīng)向腦部神經(jīng)傳遞信息，從而完成對氣味的鑒別。

1.1.2:惡臭有機(jī)廢氣的分類

瓦德麥克分類法依據(jù)氣味物質(zhì)的結(jié)構(gòu)及人對氣味物質(zhì)的感覺特征將氣味物分為9類：醚類、芳香類、花類或香脂類、琥珀類、韭菜或大蒜類、焦臭、山羊臭、不快臭、催吐臭。

地球上存在的200多萬種化合物中，1/ 5具有氣味，約有1萬種為重要的惡臭物質(zhì)。按化學(xué)組成可分成以下5類。

(1)：含硫的化合物，如硫化氫、二氧化硫、硫醇、硫醚類等；

(2)：含氮的化合物，如胺、氨、酸胺、吲哚[1]類等；

(3)：鹵素及衍生物，如鹵代烴等；

(4)：氧的有機(jī)物，如醇、酚、醛、酮、酸、酯等；

(5)：烴類，如烷、烯、炔烴以及芳香烴等。

除硫化氫和氨外，惡臭物質(zhì)大都為有機(jī)物。這些有機(jī)物具有沸點(diǎn)低、揮發(fā)性強(qiáng)的特征，我們又稱其為揮發(fā)性有機(jī)化合物。

揮發(fā)性有機(jī)物(Volatile Organic Compounds,VOCs)是對一大類物質(zhì)的統(tǒng)稱，通常是指沸點(diǎn)在50℃至260℃之間、室溫下飽和蒸汽壓超過71Pa的有機(jī)物，由于VOCs種類繁多，導(dǎo)致?lián)]發(fā)性有機(jī)廢氣的類型也多種多樣，組成復(fù)雜。有機(jī)廢氣中經(jīng)常碰到的VOCs有烴類（烷烴、烯烴和芳烴）、酮類、酯類、醇類、酚類、胺類、氰類等。

1.2惡臭廢氣及揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）的危害

1.2.1:惡臭廢氣的危害

有些惡臭物質(zhì)隨廢水、廢渣進(jìn)入水體后，不僅使水散發(fā)出臭味，而且使魚類等水生生物也發(fā)出惡臭而不能食用。有些惡臭物質(zhì)還與環(huán)境中的化合物結(jié)合造成嚴(yán)重的二次污染。惡臭物質(zhì)分布廣、影響大，它除了刺激人的嗅覺器官使人覺得不愉快外，還對人的呼吸系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)和精神產(chǎn)生不利影響，高濃度情況下會導(dǎo)致急性中毒甚至死亡。這表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

(1)危害呼吸系統(tǒng)：人們聞到惡臭，對呼吸產(chǎn)生反射性抑制，甚至憋氣，妨礙正常呼吸功能。

(2)危害血液循環(huán)系統(tǒng)：隨呼吸變化，會出現(xiàn)脈搏和血壓變化。如氨會使血壓出現(xiàn)先下降后上升現(xiàn)象。

(3)危害消化系統(tǒng)：人經(jīng)常接觸惡臭，會使人產(chǎn)生厭食、惡心，甚至嘔吐，

進(jìn)而發(fā)展到消化功能減退。

(4)危害內(nèi)分泌系統(tǒng)：經(jīng)常受惡臭刺激，會使人的內(nèi)分泌系統(tǒng)功能紊亂，影響機(jī)體代謝。

(5)危害神經(jīng)系統(tǒng)：惡臭的刺激，會使嗅覺疲勞甚至喪失?！熬寐劜恢涑簟弊詈髸?dǎo)致大腦皮層興奮和抑制的調(diào)節(jié)功能失調(diào)。

(6)影響精神狀態(tài)：惡臭使人煩躁不安，思想不集中，工作效率降低，判斷力和記憶力下降，影響大腦的思維活動。

(7)引起各類中毒：大多數(shù)中毒癥狀表現(xiàn)為呼吸道疾病，且多為積累性。在高濃度污染物突然作用下，有時(shí)可能造成急性中毒，甚至死亡。一些有機(jī)物接觸皮膚，可引起皮膚病，有些有機(jī)污染物具有致癌性，如氯乙烯、聚氯乙烯，尤其是一些稠環(huán)化合物，如苯并芘等。   

(8)遺傳性中毒：一些有機(jī)物，如二噁英還會遺傳等。

(9)造成雌性動物子宮癌變畸形等。

(10)造成兒童的免疫能力、智力和運(yùn)動能力的永久性障礙，比如多動癥、癡

呆、免疫功能低下等。

(11)雌性化中毒：如二噁英中毒會使雄性動物雌性化，喪失生殖功能，精子數(shù)減少、精子質(zhì)量下降、睪丸發(fā)育中斷、永久性性功能障礙、性別的自我認(rèn)知障礙等。

(12)造成胎兒致畸、致癌、致突變，引起發(fā)育初期胎兒的死亡、器官結(jié)構(gòu)的破壞以及對器官的永久性傷害，或發(fā)育遲緩、生殖缺陷。

   隨著工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，惡臭污染亦日益嚴(yán)重，而國內(nèi)許多行業(yè)產(chǎn)生的惡臭氣體幾乎未經(jīng)處理就直接排放到大氣中。隨著人們環(huán)保意識及對生活質(zhì)量要求的不斷提高，迫切需要對惡臭污染予以堅(jiān)決治理。

1.2.2: 揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）的危害

（1）大多數(shù)VOCs有毒、有惡臭，一部分有致癌性，如氯乙烯、苯、多環(huán)芳烴、甲醛等；

   (2)多數(shù)VOCs易燃易爆，對生產(chǎn)企業(yè)存在不安全性；

   (3)在陽光照射下，大氣中的氮氧化合物、碳?xì)浠衔锱c氧化劑發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，生成光化學(xué)煙霧，產(chǎn)生的二次污染對人類健康造成更大的危害；

（4）鹵烴類VOCs可破壞臭氧層，如氯氟碳化物（CFCs）；

(5)揮發(fā)性有機(jī)化合物中的芳香烴（如：二甲苯、甲苯等）及含氧碳?xì)浠衔铮ㄈ纾阂掖?、酮、酯等）由于揮發(fā)性較大，易擴(kuò)散在大氣中，嚴(yán)重污染環(huán)境和影響人體健康。

此外，VOCs的污染范圍不僅僅局限在一個(gè)城市或國家內(nèi)，隨著它的擴(kuò)散和遷移，可引起包括酸雨、臭氧層破壞、大氣變暖等全球環(huán)境問題，具有跨國性和全球性。因此，VOCs被視為繼粉塵之后的第二大類量大面廣的大氣污染物，VOCs的凈化治理也逐漸成為了大氣污染治理中非常重要的一部分。

1.3惡臭廢氣及揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）的來源

1.3.1惡臭廢氣的來源

惡臭物質(zhì)的來源相當(dāng)廣泛，主要可分為動植物體泌污染源、生活污染源及工業(yè)污染源三類。動植物體泌污染源主要指腳臭、腋臭、口臭等。生活污染源主要來自廁所、衛(wèi)生間、垃圾桶、下水道等地方。工業(yè)污染源是惡臭污染發(fā)生的最主要來源。污水處理廠、肉產(chǎn)品加工廠、造紙廠及石油化工企業(yè)都會產(chǎn)生嚴(yán)重惡臭。

從表可看出，硫系惡臭物質(zhì)涉及的行業(yè)廣泛，在各種惡臭物質(zhì)污染中影響是最大的。含硫化合物的主要致臭成分是硫化氫、甲硫醇、甲硫醚及二甲基二硫化物，它們統(tǒng)稱為總還原硫化物(TRS)。這些氣體嗅閾值極低，即使?jié)舛仁窃?0?9數(shù)量級，也會由呼吸器官明顯感覺出來，加之具有極大的毒性，是不容忽視的一類必須予以消除的惡臭污染物。

1.3.2揮發(fā)性有機(jī)廢氣的來源

大氣中的VOCs分為天然源和人為源。通常人們關(guān)注的大氣中VOCs主要來自人為污染源：即生產(chǎn)過程的排放。這些生產(chǎn)過程包括石化廠、煉油廠及生產(chǎn)過程中大量使用有機(jī)溶劑的相關(guān)行業(yè)，如涂料生產(chǎn)、涂裝、印刷、制藥、皮革加工、樹脂加工、電器外殼噴涂等。VOCs主要來源見表2所示。

惡臭有機(jī)廢氣處理工藝

4.3.1　廢氣處理-吸收凈化法　

吸收凈化包括噴淋堿水洗、霧化洗滌、水旋式處理等。

噴淋水洗采用噴嘴組成的噴淋室，將水霧化來沖洗惡臭氣體，水過濾后重復(fù)利用效果一般。

霧化洗滌采用螺旋進(jìn)氣，在高級霧化作用下，氣液充分接觸，廢氣中的細(xì)小顆粒物、未凝固的涂料顆粒及部分惡臭及有機(jī)廢氣被吸收；

4.3.2　　廢氣處理-吸附凈化法

吸附法是目前廣泛使用的惡臭及有機(jī)廢氣處理技術(shù)，其原理是利用吸收劑的多孔結(jié)構(gòu)，將廢氣中的惡臭及有機(jī)物廢氣捕獲。吸附劑應(yīng)能滿足：比表面積和空隙率大，吸附能力強(qiáng)，具有一定的顆粒度，較好的機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，使用壽命長，價(jià)格低廉，原料來源充足。處理惡臭廢氣選用的吸附劑有活性炭、活性炭纖維、焦炭粉粒等?；钚蕴窟^濾吸附法是一種較為經(jīng)濟(jì)的方法，與其他方法比較，具有去除效率高、能耗低、工藝成熟、易于推廣的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是處理設(shè)備較大。活性炭吸附飽和后，需對飽和的炭床進(jìn)行脫附再生。

4.3.3　　廢氣處理-直接燃燒法

直接燃燒法（或?yàn)闊嵫趸┦峭ㄟ^燃燒來消除惡臭及有機(jī)物廢氣污染物的方法，是使用惡臭及有機(jī)廢氣在溫度600-800℃和滯留時(shí)間0.3-0.5S的條件下直接燃燒，變成二氧化碳和水，適用于濃度較高的有機(jī)廢氣。為降低燃料費(fèi)用，需要回收排放氣中的熱量。

直接燃燒法雖然處理的徹底干凈，但也存在安全隱患。當(dāng)有機(jī)廢氣或惡臭廢氣含量達(dá)到燃燒爆炸限值時(shí)，直接燃燒將是非常危險(xiǎn)的。此時(shí)需要稀釋有機(jī)廢氣的含量，使其不達(dá)到爆炸限值，之后在直接燃燒。

因此需要在設(shè)計(jì)或施工前期進(jìn)行小試。

4.3.4　　廢氣處理-催化燃燒法

催化燃燒法是一種類似燃燒法的方式，操作溫度較普通燃燒法低一半，通常為200-400℃，將惡臭有機(jī)物氧化成二氧化碳和水，同時(shí)發(fā)出燃燒熱。它凈化惡臭有機(jī)物是用鉑、鈀等貴重催化劑及過渡金屬氧化物催化劑來代替火焰，由于溫度降低，允許使用標(biāo)準(zhǔn)材料來代替昂貴的特殊材料，大大地降低了設(shè)備費(fèi)用和操作費(fèi)用。對于大流量、低濃度的有機(jī)廢氣、燃燒或催化燃燒處理費(fèi)用太高，不經(jīng)濟(jì)。

4.3.5　　廢氣處理-等離子電離法

等離子電離法主要是通過脈沖電暈的技術(shù)，將惡臭有機(jī)廢氣中的有機(jī)物分化成空氣中的無害物質(zhì)，適合于處理低濃度（1-1000PPM）劇毒劇臭有害氣體，操作簡單。但該技術(shù)還不夠成熟，在處理有害氣體時(shí)還是有其欠缺的地方，如不能完全徹底地把有害氣體轉(zhuǎn)化為無害氣體，副產(chǎn)品較多；且在氧等離子體下產(chǎn)生大量臭氧；能耗高；脫除效率較低等。

4.3.6　　廢氣處理-臭氧氧化法

臭氧是公認(rèn)的強(qiáng)氧化劑，能迅速氧化分解有機(jī)污染物。但價(jià)格昂貴，能耗高。   

臭氧高級氧化，是利用復(fù)合光子與臭氧氧化技術(shù)介個(gè)提高氧化能力的技術(shù)。臭氧在復(fù)雜的反應(yīng)過程中得到負(fù)荷光子的促進(jìn)，產(chǎn)生等多的OH+、H2O2、O3—，與揮發(fā)性有機(jī)物惡臭氣體發(fā)生一系列的反應(yīng)，有機(jī)物分子最終被氧化降解為CO2、和H2O,去除率的高低與臭氧產(chǎn)生量、濃度、復(fù)合光子能量有關(guān)。

4.3.7　廢氣處理-光催化氧化（光觸媒）法

光觸媒氧化是在外界特殊光的作用下發(fā)生催化作用，光催化氧化反應(yīng)是以半導(dǎo)體及空氣為催化劑，以光為能量，將惡臭有機(jī)物降解為CO₂和H₂O。采用的半導(dǎo)體是目前反應(yīng)效率最高的納米TiO₂光催化劑，經(jīng)過特殊處理后達(dá)到理想效果。

在光催化氧化反應(yīng)中，通過紫外光照射在納米TiO₂光催化劑上產(chǎn)生電子空穴對，與表面吸附的水分和氧氣反應(yīng)生產(chǎn)氧化性很活潑的氧氫自由基（OH-）和超氧離子自由基（O₂-、O-）。能夠把各種惡臭氣體如醛類、苯類、氨類、氮氧化物、硫化物及其他VOC有機(jī)物、無機(jī)物在光催化氧化的作用下還原成二氧化碳、水、以及其他無害物質(zhì)，同時(shí)具有除臭、消毒、殺菌的功效，由于在光催化氧化反應(yīng)過程中無任何添加劑，因此不會產(chǎn)生二次污染。

1. 光觸媒氧化適合在常溫下將廢氣中的廢臭氣體完全氧化成無害的物質(zhì)，適合處理濃度高、氣量大、穩(wěn)定性強(qiáng)的惡臭有機(jī)氣體。

2. 光催化氧化利用人工特殊紫外線燈管產(chǎn)生的真空紫外光作為能源來活化光催化劑，驅(qū)動    氧化還原反應(yīng)，而且光催化劑在反應(yīng)過程中并不消耗，利用空氣中的氧作為氧化劑，有效降解有機(jī)廢臭氣體成為光催化節(jié)約能源的最大特點(diǎn)。

3. 半導(dǎo)體光催化具有氧化性強(qiáng)的特點(diǎn)，對臭氧難以氧化的某些有機(jī)物如三氯甲烷、四氯化炭都能有效地加以分解，所以對難以降解的有機(jī)物具有特別意義，光催化的有效氧化劑是氧氫自由基（OH-）和超氧離子自由基（O₂、O-），其氧化性高于常見的臭氧、雙氧水、高錳酸鉀、次氯酸等。

4. 光催化氧化對從烴到羧酸的種類眾多有機(jī)物都有效，即使對烷子有機(jī)物如鹵代烴、染   料、含氮有機(jī)物、有機(jī)磷殺蟲劑也有很好的去除效果，只要經(jīng)過一定時(shí)間的反應(yīng)可達(dá)到完全凈化。

5. 在理論上，光催化劑的壽命是無限的，無需更換。

以下是采用不同方法處理惡臭有機(jī)氣體的技術(shù)對比。

光觸媒惡臭有機(jī)廢氣處理

        在光解催化氧化設(shè)備內(nèi)，高能紫外線光束與空氣反應(yīng)產(chǎn)生臭氧、照射Ti0₂表面形成OH（自由基）對惡臭氣體進(jìn)行協(xié)同分解氧化反應(yīng)，同時(shí)大分子惡臭氣體在紫外線作用下使其結(jié)構(gòu)鏈斷裂，并將有機(jī)惡臭氣體轉(zhuǎn)化為無臭的小分子化合物或完全礦化，生成水和二氧化碳。之后經(jīng)過排風(fēng)管引入煙囪大氣中，整個(gè)分解氧化過程在一秒中完成，其反應(yīng)過程如下：

      TiO2 + hv → h⁺ +e-             h⁺ +e^- →

     h⁺   + OH   →·OH                  h⁺   + H₂O   →OH +H+

     e^- +O₂ →O₂-                  O₂ + H+ → HO₂·

2H₂O·→O₂   +H₂O₂                  H₂O₂   + O₂   →·OH + H+ + O₂

·OH +dye →···→CO₂ +H₂O     H+ +dye →···→ CO₂ +H₂O