CN101773782A

CN101773782A - 一种含c2h6s的废气的acf/o3协同氧化处理方法

Info

Publication number: CN101773782A
Application number: CN200910155227A
Authority: CN
Inventors: 宋爽; 杨岳平; 屠锦军; 何志桥
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2009-12-10
Filing date: 2009-12-10
Publication date: 2010-07-14

Abstract

本发明提供了一种含C₂H₆S的废气的ACF/O₃协同氧化处理方法，所述方法包括：将含C₂H₆S的废气与O₃混合后，混合气体在相对湿度5％～70％、温度293K～403K条件下通过活性炭纤维吸附装置，对C₂H₆S进行吸附处理；所述废气中C₂H₆S初始浓度为100～1000ppmv，废气与O₃按150～200∶1体积流量比进行混合。本发明的有益效果主要体现在：处理效率高，设备简单、易操作及后处理简单等优点，在污水厂(站)处理有机恶臭气体(特别是低浓度情况下)具有非常巨大的实际意义和广阔的市场开发前景。

Description

一种含C2H6S的废气的ACF/O3协同氧化处理方法

(一)技术领域

本发明涉及一种污水处理厂(站)的含C₂H₆S的废气的ACF/O₃协同氧化处理方法。

(二)背景技术

随着社会经济的发展和人类环保意识的增强，人们对大气环境质量提出了更高的要求，对因恶臭所带来的污染也更加敏感，因此，污水处理厂(站)恶臭气体的治理日益受到关注，其恶臭气体的主要发生单体是曝气池、格栅井、储泥池、污泥浓缩池及污泥脱水机房等，主要以硫化氢(H₂S)、甲硫醇(CH₃SH)、氨(NH₃)、甲硫醚(C₂H₆S)、二甲基二硫(C₂H₆S₂)、三甲氨(C₃H₉N)等六种气态污染物为主。

恶臭有机废气的常规处理工艺包括：吸收法、催化燃烧法、生物处理法、吸附法、氧化法、等离子法等。活性炭吸附法已广泛地用于恶臭废气的处理，普通活性炭吸附机理主要是物理吸附但吸附容量很小，故脱除率不高。吸收法对于中高浓度的废气有较好的脱除效率，当废气浓度较低时，其脱除效率明显降低，易产生二次污染。催化燃烧法主要用于高浓度气体的处理，虽然脱臭较为彻底，但高温燃烧时会产生大量的氮氧化物，且能耗大。等离子法也会产生一定量的氮氧化物；生物处理法的缺点是当废气浓度过低或过高时，微生物的生长受到抑制，生物降解效果下降，故对浓度的变化适应性较差，除臭也不彻底。氧化法可分为液相氧化与气相氧化。液相氧化法与吸收法联用，采用氧化型吸收剂(如H₂O₂、HNO₃、KMnO₄、NaClO等)将恶臭有机废气氧化为酸、醚等中间产物，因此比单纯吸收法更为有效；气相氧化则采用气态氧化剂(如O₂、O₃)在气相中进行氧化。研究及工程应用表明，当污染物浓度很低时，氧化法的效率明显降低，为了获得较高的脱臭效果而增加氧化剂的投加量，则可能产生氧化剂二次污染。为提高氧化效率，采用催化氧化技术在常温常压下将有害有味气体分解成无害无味物质。

综上所述，虽然吸收法、燃烧法、生物法、氧化法、吸附法等均可用于恶臭有机废气的处理，在工程上也有一定的应用，但每种方法均有一定的局限性和适用范围。对于污水处理厂(站)恶臭废气，因其嗅觉阈值低，处理要求高，难度极大，采用单一技术难以达到处理要求，需采用协同处理工艺。

常用的协同工艺有吸收/吸附法、生物/吸附法、吸附/氧化法等。这三种工艺中，吸附/氧化法对于低浓度的污水处理厂(站)恶臭废气的处理具有明显的优势。吸附法适用于低浓度废气的脱除，而氧化法则可以将污染物较彻底地分解，避免了二次污染的产生，其研究主要以活性炭为吸附剂，氧化剂主要有空气中的氧及O₃。主要研究包括：以活性炭为载体对炼油厂含硫废气脱臭处理；将活性炭吸附与碱性吸收、空气催化氧化相结合；将活性炭吸附与催化燃烧相结合，以降低能耗及燃烧装置的规模。

活性炭纤维(ACF)是另一种更为优越的吸附剂，与活性炭相比，ACF具有更好的吸附性能。其吸附能力比粒状活性碳大几倍到几十倍，吸附速度极快，吸附速率高出2～3个数量级，脱附速率也很快。国内外虽然对ACF处理恶臭废气方面的研究十分活跃，但主要集中于对单一吸附工艺的研究，鲜见污水厂(站)C₂H₆S臭气的ACF/O₃协同氧化处理的报道。ACF与O₃催化氧化技术可以形成协同效应，为污水处理厂(站)恶臭有机废气的污染控制提供了新的可能趋势。

(三)发明内容

本发明要解决现有技术的不足，提供一种吸附效率高、能有效去除污水处理厂(站)恶臭有机废气的ACF与O₃协同氧化技术。

本发明采用的技术方案是：

一种含C₂H₆S的废气的ACF/O₃协同氧化处理方法，所述方法包括：将含C₂H₆S的废气与O₃混合后，混合气体在相对湿度5％～70％、温度293K～403K条件下通过活性炭纤维吸附装置，对C₂H₆S进行吸附处理；所述废气中C₂H₆S初始浓度为100～1000ppmv，废气与O₃按150～200∶1体积流量比进行混合。

ACF单丝直径为10μm～30μm，既是吸附剂也是催化剂，恶臭污染物首先吸附到ACF表面，同时ACF作为催化剂催化O₃分解产生强氧化剂以降解低浓度恶臭有机气体。其基本原理为：反应过程中首先ACF吸附C₂H₆S和水蒸汽使之表面富集，然后O₃由于ACF的催化作用引发链反应，生成^·OH等自由基，由于^·OH基团非常活泼，氧化能力仅次于氟，且该基团具有高电负性(亲电性)，其电子亲和能为569.3kJ，容易进攻高电子云密度点。因此，ACF与O₃两者联用起到了协同作用，实现了对恶臭气体的有效去除。

所述吸附处理优选在相对湿度5％～10％、温度343K～373K条件下进行。

所述吸附处理更有选在在相对湿度5％、温度343K条件下进行。

优选的，所述废气中C₂H₆S初始浓度为100ppmv。所述废气与O₃体积流量之比为1000∶6。

本发明以C₂H₆S为代表性恶臭污染物，并以高纯氮为负载气体，流量为1L/min，O₃由氧气通过臭氧发生器产生，C₂H₆S与水蒸汽通过氮气负载跟O₃在缓冲瓶中充分混合后经过加热器后通至ACF吸附段(所用ACF的质量为0.4g)，通过控制恶臭气体初始浓度(100～1000ppmv)、相对湿度(5～70％)和温度(293～403K)等参数来确定去除恶臭气体的最佳条件。检测方法：C₂H₆S由气相色谱仪-氢火焰离子化检测器(GC-FID)在线检测，得到ACF吸附C₂H₆S的穿透时间和吸附等温线。

本发明的有益效果主要体现在：处理效率高，设备简单、易操作及后处理简单等优点，在污水厂(站)处理有机恶臭气体(特别是低浓度情况下)具有非常巨大的实际意义和广阔的市场开发前景。

(四)附图说明

图1为本发明的模拟实验装置示意图；

图2为ACF/O₃协同氧化工程实际应用流程图。

(五)具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：

实施例1：

ACF/O₃协同处理方法：采用图1所述实验装置，以高纯氮为负载气体，流量为1L/min，O₃由氧气通过臭氧发生器(爱康CHYF-3A)产生，流量为6mL/min，C₂H₆S与水蒸汽通过氮气负载(C₂H₆S初始浓度100ppmv)跟O₃在缓冲瓶中充分混合后经过加热器后通至ACF吸附柱(所用ACF的质量为0.4g)，柱外设有程序控温仪，在相对湿度5％、温度343K条件下进行吸附处理。检测方法：C₂H₆S由气相色谱仪-氢火焰离子化检测器(GC-FID)在线检测，得到ACF吸附C₂H₆S的穿透时间和吸附等温线。

首先进行单独ACF吸附处理(关闭臭氧发生器)、单独O₃氧化处理(拆除ACF反应柱)和ACF和O₃协同处理(ACF/O₃)工艺的比较。三种不同工艺的处理结果见表1。由表可知，ACF/O₃工艺处理恶臭有机废气C₂H₆S明显提高了去除效率，一方面是因为ACF除吸附外还起到富集浓缩作用，增强了O₃的氧化效率，另一方面O₃使得ACF表面上的官能团发生分解产生强自由基，增加了处理效率和ACF的穿透时间。

表1：三种工艺的比较

实施例2：

采用图1所示装置，恶臭气体C₂H₆S的初始浓度分别为100、300和1000ppmv，其他同实施例1，ACF和O₃协同氧化处理结果见表2。

表2：不同C₂H₆S初始浓度的处理结果

由表可知，随着恶臭气体C₂H₆S浓度的增加相应降低去除率，而且ACF的穿透时间也相应缩短。在C₂H₆S浓度为1000ppmv时，本发明ACF和O₃协同处理工艺中ACF的穿透时间仅为4h。

实施例3：

采用图1所示装置，ACF和O₃协同工艺中采用的相对湿度分别为5％、10％、30％和70％，其他同实施例1，处理结果见表3。

表3：不同相对湿度下C₂H₆S的处理效果

由表可知，相对湿度对本发明ACF和O₃协同处理工艺中ACF的穿透时间有较大影响，随着相对湿度的增加，ACF的穿透时间相应缩短。这是因为在相对湿度较高的条件下，水蒸汽占据了ACF的活性位，整个传质区的传质速率增大，从而缩短了ACF的穿透时间。

实施例4：

采用图1所示装置，控制不同温度分别为293、343、373和403K时，其他同实施例1，ACF和O₃协同处理C₂H₆S结果见表4。

表4：不同温度下C₂H₆S的处理效果

由表可知，本发明ACF和O₃协同处理恶臭气体C₂H₆S随着温度的升高，处理效率先增加后减少。这是因为随着温度的升高，反应速率相应加快，然而温度升高的不利影响是C₂H₆S在ACF上容易脱附，且O₃的热分解会加速。

综上所述，本发明污水厂(站)C₂H₆S臭气的ACF/O₃协同氧化处理是可行并且有效的。本发明最佳反应条件为：C₂H₆S₂的初始浓度100ppmv，载气流量1L/min，O₃流量6ml/min，相对湿度5％，反应温度343K，此时C₂H₆S的穿透时间为26h，穿透前排放浓度可以完全达标。

基于以上研究，发明人设计了一套工程实际应用的方案，流程见图2。在实际10000m³/h恶臭气体处理过程中，恶臭污染物经收集后由引风机引入ACF/O₃协同氧化处理塔，同时由空气源发生的O₃也被鼓入该系统，与恶臭物质充分混合反应后经排气筒达标排放。ACF/O₃协同处理塔的设计参数为：塔内径2800mm，塔高3000mm，塔内填充活性炭纤维，填充高度约为2000mm，塔身外壁设置温度控制仪。在C₂H₆S₂的初始浓度100ppmv，废气流量10000m³/h，O₃流量60m³/h，相对湿度5％，反应温度343K条件下，C₂H₆S的穿透时间约为26h，穿透前排放浓度可以完全达标。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围的不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims

1.一种含C₂H₆S的废气的ACF/O₃协同氧化处理方法，所述方法包括：将含C₂H₆S的废气与O₃混合后，混合气体在相对湿度5％～70％、温度293K～403K条件下通过活性炭纤维吸附装置，对C₂H₆S进行吸附处理；所述废气中C₂H₆S初始浓度为100～1000ppmv，废气与O₃按150～200∶1体积流量比进行混合。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述吸附处理在相对湿度5％～10％、温度343K～373K条件下进行。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述吸附处理在相对湿度5％、温度343K条件下进行。

4.如权利要求1～3之一所述的方法，其特征在于所述废气中C₂H₆S初始浓度为100ppmv。

5.如权利要求1～3之一所述的方法，其特征在于所述废气与O₃体积流量之比为1000∶6。