紫外光催化氧化在污水处理厂除臭工程中的应用.pdf

紫外光催化氧化在污水处理厂除臭工程中的应用 钟菲杨靖蔡周祥 佛山市顺德区顺环市政工程设备有限公司，广东 佛山 528300 摘要 通过采用合适的构筑物加盖形式， 设计合理的换气次数， 采用自行研制的紫外光催化氧化设备处理广东某污水 处理厂产生的恶臭气体， 运行结果表明 该设备具有除臭效率高、 操作简单、 阻力小及不产生二次污染的优良性能; 该 工艺对产生恶臭的物质均能达标排放， 且占地少， 投资省， 适合用于城镇污水处理厂除臭工程， 具有良好的经济效益和 广阔的发展前景。 关键词 恶臭;换气次数;加盖形式;紫外光催化氧化 APPLICATION OF ULTRAVIOLET CATALYTIC OXIDATION FOR ODOR TREATMENT IN WASTEWATER TREATMENT PLANT Zhong FeiYang JingCai Zhouxiang Foshan Shunde District Shunhuan Municipal Engineering Facilities Co． ，Ltd，Foshan 528300，China AbstractThe odors produced from a wastewater treatment plant in Guangdong were treated by adopting appropriate cover and designing reasonable air changes and adopting ultraviolet catalytic oxidation equipment． The run result show that the ultraviolet catalytic oxidation equipment has high deodorization efficiency，simple operation，small resistance and does not produce secondary pollution; the matters producing odors in this process can meet discharging standard，and occupies less space，saves investment，which is suitable to use in the urban sewage treatment plant deodorant engineering，and has good economic benefit and broad development prospects． Keywordsodor;air changes;cover ;ultraviolet catalytic oxidation 污水处理厂污水、 污泥在处理过程中会产生大量 的恶臭气体， 这些恶臭气体将会严重影响周围居民的 正常生活， 由此引发的环境污染问题也越来越多。因 此， 如何消除污水处理厂的臭味已成为重要的环境 问题。 1污水厂臭气来源和浓度 1. 1臭气来源及种类 污水处理厂恶臭发生源主要构筑物有粗格栅、 沉 砂池、 曝气池、 生物反应池、 储泥池 污泥浓缩池 ， 主 要建筑物有进水提升泵房、 脱水机房及污泥堆场 ［1］。 不同的处理设施及过程会产生各种不同的恶臭气体。 污水处理厂的进水提升泵房产生的主要臭气为 H2S， 初沉池污泥厌氧消化过程中产生的臭气以 H2S 及其 他含硫气体为主， 污泥硷化稳定过程中会产生氨气和 其他易挥发物质。垃圾堆肥过程中会产生氨气、 胺、 含硫化合物、 脂肪酸、 芳香族和二甲基硫等臭气。好 氧消化及污泥风干过程可能产生很少量的硫化氢， 但 主要以硫醇和二甲基硫气体为主 ［2］。 1. 2臭气成分及浓度 污水处理工艺过程中产生的恶臭气体主要由碳、 氢和硫元素组成 ［3］， 其种类与污水性质有关。席劲 瑛等选取 H2S 和 NH3作为污水处理厂典型恶臭污染 物， 通 过 连 续 监 测 和 对 比， 得 出 H2S 浓 度 为 0 ～ 9. 0 mg/m3， NH3浓度为0 ～ 0. 6 mg/m3［4］。 广东三水安洁污水处理厂日处理污水800 m3 ， 污 水来自氨纶厂的工业废水和生活污水。臭气主要来 源于调节池、 缺氧池、 接触氧化池和污泥池， 主要恶臭 物质浓度设计值为 臭气浓度 气味值 为1 000， H2S 原始设计浓度为1. 50 mg/m3， NH3原始设计浓度为 0. 6 mg/m3。 2恶臭气体加盖 罩 收集系统 2. 1收集系统的设计 97 环境工程 2011 年 12 月第 29 卷第 6 期 理想的恶臭气体收集系统是对臭气污染源在最 小的范围内进行封闭和直接收集， 对构筑物采取加盖 罩 封闭措施。目前， 加盖除臭的结构形式主要有 以下三种 ［1］ 钢筋混凝土顶板加盖; 轻型骨架覆面加 盖， 采用彩色压型钢板、 聚酯玻璃钢、 PC 板 玻璃卡普 隆或阳光板 和夹丝 钢化 玻璃等作为覆面结构; 钢 支撑反吊膜结构加盖。 采用何种加盖 罩 形式， 需要考虑设备维护、 检 修和更换的方便; 要求盖结构轻便、 抗老化和耐腐蚀; 要求尽量采用低加盖 罩 形式， 能够减小臭气空间， 降低风量， 减少工程投资和运行费用。在该污水厂除 臭工程中， 调节池已有钢筋混凝土盖板; 缺氧池、 接触 池和污泥池采用轻型骨架覆面加盖， 覆面材料采用阳 光板。 2. 2收集系统风量的计算 本工程恶臭气体排风量根据各构筑物臭气空间 容积 和 换 气 次 数 确 定， 设 计 缺 氧 池 排 气 次 数 为 6 次 /h， 其余池体换气次数为2 次 /h; 调节池和接触 池设有曝气系统， 臭气排风量在换气次数 2 次 /h 的 基础上还需要加曝气量。本工程恶臭气体排风量取 值3 000 m3/h。 3恶臭物质的处理方法 除臭处理技术目前主要有土壤法、 生物滤池法、 化学洗涤法、 植物提取液净化法、 高能离子净化法及 紫外光催化氧化法等。其中土壤法、 生物滤池法、 高 能离子净化法等方法占地较大， 投资较大。植物提取 液净化法虽能除臭但却有一种植物提取液的特殊气 味。化学洗涤法需要使用酸、 碱及氧化剂， 且设备阻 力大， 能耗高。紫外光催化氧化技术具有反应条件温 和、 能耗低、 操作简便、 能矿化绝大多数有机物及可减 少二次污染等突出优点。故本工程选用紫外光催化 氧化设备除臭。 4紫外光催化氧化工艺 4. 1工艺原理 在 UVCY 系列紫外光催化氧化设备内， 高能紫外 线光束与空气、 TiO2反应产生臭氧、 OH 羟基自由 基 对恶臭气体进行协同分解氧化反应， 生成水和 CO2， 达标后经排风管排入大气， 整个分解氧化过程 在1 s内完成。其原理包括产生臭氧、 产生OH 羟基 自由基 和灭菌脱臭。 4. 1. 1产生臭氧 国际照明委员会 CIE 对紫外辐射给出了明确 的波段定义， 即 100 ～ 400 nm的电磁辐射为紫外线， 具体分为 3 个波段， 即 UVA、 UVB、 UVC， 其中 UVC 波 段范围为 100 ～ 280 nm。 由于 100 ～ 200 nm属真空紫 外， 在空气中很快被氧吸收， 形成臭氧。本设备紫外 线灯 采 用 低 压 汞 齐 灯， 其 特 征 波 长 为 185 nm 和 254 nm。 紫外线光束可分解空气中的氧分子产生游离 氧， 即活性氧， 因游离氧所携正负电子不平衡所以需 与氧分子结合， 进而产生臭氧， 臭氧既可以氧化分解 有机物和无机物， 与主要臭气硫化氢、 氨、 苯乙烯、 二 硫化碳、 甲硫醇等， 都可发生反应。在臭氧的作用下， 这些恶臭气体由大分子物质分解为小分子物质， 直至 矿化。 4. 1. 2产生OH 羟基自由基 半导体粒子具有能带结构， 一般由填满电子的低 能价带和空的高能导带构成， 价带和导带之间存在禁 带。纳米 TiO2受到波长小于387. 5 nm的紫外光照射 时， 当能量等于或大于禁带宽度 也称带隙， Eg ， 价 带上的电子跃迁到导带， 激发电离出电子同时产生正 电性的空穴， 形成电子 － 空穴对， 分布在表面上的空 穴将空气中的水分子氧化成OH， OH能氧化大部分 有机和无机污染物， 在光催化氧化中起着决定性的 作用。 半导体内产生的电子 － 空穴对存在分离 /被俘获 与复合的竞争， 电子与空穴复合的概率越小， 光催化 活性越高。半导体粒子尺寸越小时， 电子与空穴迁移 到表面的时间越小， 复合的概率越小; 同时粒子尺寸 越小， 比表面越大， 越有利于反应物的吸附， 从而增大 反应概率。故目前光催化反应研究绝大部分集中在 粒子尺寸极小的纳米级 10 ～ 100 nm 半导体， 甚至 量子级 1 ～ 10 nm 半导体， 是纳米材料应用的一个 重要方面。 4. 1. 3灭菌及脱臭 高能紫外光能穿透细菌、 病毒的细胞膜， 使核酸 DNA 损伤， 导致细胞失去繁殖能力， 再通过OH、 O3进行氧化反应， 彻底达到杀灭细菌的目的并脱臭。 除臭处理工艺流程见图 1。 图 1工艺流程 08 环境工程 2011 年 12 月第 29 卷第 6 期 4. 2紫外光催化氧化设备 4. 2. 1设备简介 UVCY 紫外光催化氧化设备包括带盖板的外壳， 外壳上设置有仪表及控制系统; 外壳的前后端分别设 置有臭气进气口以及净化气出口， 进气口后面设有空 气过滤模块， 出气口前面设有活性碳纤维过滤模块; 在空气过滤模块和活性碳纤维过滤模块之间交替布 置着多个光触媒 纳米 TiO2 模块和紫外线灯模块， 每小时每立方米臭气对应的紫外线灯功率为0. 5 ～ 1 W。 4. 2. 2设备的优良性能 1 除臭效率高 恶臭废气通过本设备处理后污 染物的排放浓度和排放量均低于 GB 1455493恶 臭污染物排放标准 的各项指标要求; 2 设备占地面积小 占地及占空间只有生物处 理 如滴滤塔等 除臭设备的 1 /10; 3 操作简单， 无运动部件， 无需专人管理， 维护 费低; 4 设备阻力小于1 000 Pa， 降低系统抽气能耗; 5 除臭的同时具有高效的消毒杀菌作用; 6 不需添加任何化学品， 能自动消除多余的臭 氧， 不产生二次污染。 5除臭工程运行效果 除臭工程总投资为 23. 4 万元， 于 2010 年 3 月投 入运行， 紫外灯功率为2 880 W， 风机功率为1. 1 kW， 排风量为3 000 m3/h。 2010 年 11 月 910 日当地环境 保护监测站对除臭工程进行验收监测， 各项指标均达 到 GB189182002 表 4 二级标准。监测数据见表 1。 表 1各污染物去除效果 恶臭污染物 下风向的三面厂界 氨 / mg m － 3 硫化氢 / mg m － 3 臭气浓度 厂中心区 甲烷 / 10 － 6 最小值0. 095未检出＜ 103. 6 最大值0. 446未检出188. 86 平均值* 0. 275125. 34 标准值 二级1. 50. 05 201 000 注 *平均值为 24 组监测数据的算术平均值。 6结论 1 恶臭气体加盖收集系统的设计是除臭工程设 计的关键， 恶臭气体排风量根据各构筑物臭气空间容 积和换气次数确定， 设有曝气系统的构筑物， 其排风 量在换气次数的基础上， 尚需加上曝气量。 2 UVCY 型紫外光催化氧化除臭设备适合在城 镇污水处理厂除臭工程中使用， 具有占地面积少、 能 耗低、 操作维护简单、 效果好的优点， 具有广阔的发展 前景。 参考文献 ［1］王东． 污水处理厂构筑物加盖 罩 除臭主要结构形式探讨 ［J］． 中国给水排水， 2010， 26 24 47- 50、 54. ［2］范运湘， 侯书林． 污水、 污泥处理过程中恶臭控制技术 ［J］． 城 镇供水， 2008 6 29- 30. ［3］聂福胜． 污水行业除臭技术及其应用［J］． 环境工程， 2003， 21 2 70- 71. ［4］席劲瑛， 胡洪营， 罗彬， 等． 城市污水处理厂主要恶臭源的排放 规律研究［J］． 中国给水排水， 2006， 22 21 99- 103. 作者通信处钟菲528300广东佛山市顺德区大良凤翔路三街一号 E- mailzhongfei45 163． com 2011 － 04 － 02 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 檪檪 檪 檪檪 檪 殏 殏 殏 殏 收稿 简讯 多家环保组织联名支持“绿房子” 垃圾站。近日， 北京首个市民自费建的社区垃圾分类处理站“ 绿房子“ ， 由曾赴日考察的民 间环保人士驴屎蛋 微博 建成。全国的环保 NGO 也将加入这个解决城市垃圾围城困局的体系。达尔问自然求知社 微博 等 环保组织， 向全国环保 NGO 发出联名倡议， 号召参与这一垃圾分类体系。 驴屎蛋居住于昌平阿苏卫地区， 2009 年， 他曾带头反建阿苏卫垃圾焚烧厂项目。2010 年初， 与政府人员一起赴日考察日本 垃圾处理。今年初， 他提出对城市垃圾处理的解决方案“绿房子” 。 投入 14 万元， 经半年设备研发后， 近日， “驴屎蛋” 的首个“绿房子” 在纳帕溪谷别墅小区建成。“绿房子” 大约 20 m2， 安装有 垃圾分拣台、 脱水机、 破碎机等垃圾处理设备。 “驴屎蛋” 介绍， “绿房子” 是对要焚烧垃圾的一个“预处理” 系统， 能把“湿” 垃圾脱干， 污水会通过下水道排出。同时能把干 垃圾进行详细分类， 留下可回收的， 其他的和脱干的垃圾让环卫部门运走。7 月底， “ 绿房子“ 有望正式投入运营。可对 2000 户 居民家庭所产生的生活垃圾进行分类处理和回收利用。 依 “驴屎蛋” 设想， “绿房子” 将靠回收从垃圾中产生的废旧资源维持运营。如居民交来一些废纸、 饮料瓶等有价值废品， 将 会获得“绿房子卡” ， 现金直接刷到磁卡里， 居民可用磁卡到一些合作单位 例如超市 购物。 摘自“新京报” 18 环境工程 2011 年 12 月第 29 卷第 6 期