碱液喷淋在污水处理废气治理中的应用与影响

摘要：针对某制药厂污水处置废气,设计了"喷淋预处置+干式过滤+吸附浓缩+催化氧化"的处置系统,研究了摘用碱液喷淋预处置时对往除效力和系统平安的影响。成果表白:碱液喷淋预处置对废气中H2S有较着的往除效验,并能有用增进H2S在活性炭概况的吸附;喷淋进程自己对废气中的VOCs有必然的往除能力,对VOCs在活性炭样品上的吸附机能影响不年夜;碱液喷淋还对催化剂硫中毒有必然的按捺感化。尝试前提下,喷淋液p H最好节制点在9.5~10之间,既可有用节制污染物排放,又可包管活性炭起燃温度知足平安运行要求。

为知足日趋进步的环保要求，我国城市和产业污水处置举措措施的笼盖率不竭进步。水处置举措措施在运行进程中会发生年夜量恶臭废气，其首要成份一是H2S和氨等无机化合物，二是各类醇、有机酸及醛等挥发性有机物( VOCs) ，若处置不妥会对情况质量和人平易近糊口发生不成轻忽的影响。为包管杰出的保存空间及人们身体健康，有用节制污水处置废气污染成为亟待解决的题目。

今朝污水处置废气处置手艺成长较快、种类繁多，按照其根基道理加以分类，首要有化学氧化法、物理分手法、生物法、光( 催化) 氧化法等。此中，组合工艺“吸附浓缩+ 催化氧化结合工艺”具有运行温度低、处置速度快、处置量年夜，且不发生二次污染等长处，是今朝最具利用远景的污水处置废气处置工艺之一。

当摘用该工艺往除污水处置厂废气时，为了下降后续处置工艺的处置压力，需要初步往除气相中的H2S 酸性气体和蔼溶胶类物资，此时可摘用碱液喷淋吸取的预处置体例。但碱液喷淋进程自己会将部门碱液及水份引进处置系统，不成避免的会对吸附及催化氧化等后续处置单位发生影响。但今朝将碱液喷淋工艺作为废气治理的前处置挑选时，对喷淋进程自己的处置效验存眷较多，而关于喷淋预处置对后续处置单位的影响研究较少。

文章针对某制药厂污水处置废气，设计了“碱液喷淋预处置+ 干式过滤+ 吸附浓缩+ 催化燃烧”的处置系统，对摘用碱液喷淋预处置时对全部处置系统的影响进行了研究，以期为工程上相干废气治理工艺的挑选和设计供给参考根据。

1 尝试材料与方式

1. 1 工艺流程及装备

该污水处置站摘用的处置工艺为“电化学+生化处置”，废气首要来历为集水池、调剂池、沉淀池、水解酸化池、生化池修建物，首要成份为挥发性有机物( 包罗非甲烷总烃、有机硫化物等) 、甲烷、硫化氢等。废气中硫化氢浓度约为17～22mg /m3，挥发性有机物( VOCs) 浓度约为34 ～45 mg /m3。按照《城镇污水处置厂臭气处置手艺规程》运算，肯定废气处置风量为10000m3/h。废气处置工艺流程，见图1。

工艺发生的废气第一经负压搜集后经由过程管道输送至预处置系统。该系统首要装备为化学喷淋吸取塔及其配套的碱液加药系统、吸取液轮回泵和除雾器等; 随后摘用二级干式过滤进一步往除废气中的粉尘及粘性物资。颠末预处置后的废气进进活性碳吸附浓缩及催化燃烧工艺。吸附剂摘用通俗市售煤质蜂窝状活性炭，装填量为1m3/箱。尝试所用喷淋塔摘用逆流轮回式; UPVC 材质，塔内设聚丙烯鲍尔环填料，塔顶设除雾器; 液气比为1，空塔风速V=2m/s。

1.2 尝试方式

尝试摘用持续流尝试和批处置尝试相连系的方式进行。将氢氧化钠溶于水制得尝试所用吸取液，摘用2mol /L 氢氧化钠溶液和2mol /L 硫酸溶液对吸取液pH值进行调剂。为包管吸取液的pH值稳固，插手必然量的NaCO3作为缓冲剂。

废气中H2S、VOCs的浓度数据别离由GASTiger6000挥发性有机物光离子化检测仪和硫化氢气体检测仪测定。吸附剂概况pH摘用ASTM尺度方式D3838测定。

2 成果与会商

2.1 喷淋液pH 对H2S及VOCs往除效验影响

连结喷淋液温度和喷淋量不变，待工艺系统运行稳固，H2S和VOCs的初始浓度别离坚持在20和40mg /m3时，调剂喷淋液pH年夜小，检测喷淋液pH 对H2S和VOCs往除效验的影响，成果见图2。

图2可见，碱液喷淋预处置进程对废气中H2S有较着的往除效验。跟着喷淋液pH值的升高，预处置进程对H2S的往除率逐步升高，至pH9.5时，往除率到达66%。因为碱液对H2S的吸取首要受气相传质节制，进一步进步pH对往除效验影响不年夜。喷淋预处置对VOCs 也有约20%的往除能力，但受喷淋液pH影响不年夜。

摘用活性炭吸附富集+ 脱附再生工艺处置含H2S废气时，H2S易在活性炭概况氧化天生单质硫从而沉积下来，正常状况下很难经由过程脱附往除，从而影响活性炭的利用寿命和系统平安。为领会决这一题目，工程上有时需将污水站废气经均化罐均化后直接引进催化氧化系统，造成投资和运行用度的增添。颠末碱液喷淋预处置，可将废气中H2S浓度降至7mg /m3以下，经除雾和过滤系统往除水份后，可知足摘用“活性炭吸附浓缩+ 催化燃烧”工艺的要求。活性炭吸附浓缩系统按最低浓缩倍率为10运算，可将催化氧化系统设计处置量降至原先的10%，投资运行用度年夜为下降。

2.2 喷淋预处置对吸附进程的影响

对活性炭吸附浓缩系统，挑选吸附用活性炭时，常常更存眷比概况积、孔容积、孔径，较少斟酌活性炭的概况化学性质。但对H2S类的强极性、酸性物资，其吸附进程还遭到活性炭概况官能团的影响。在吸附进程中，当存在液相的NaOH时，会对活性炭概况进行改性，增添概况碱性吸附点位，从而有益于H2S的吸附转化。但响应的，这一改性进程会削减吸附剂概况非极性吸附点位的数目，晦气于VOC的吸附。为了验证喷淋预处置对吸附进程的影响，连结工艺系统其它参数不变，调剂预处置喷淋液pH，别离测定吸附箱入口浓度(c0) 和出口浓度( c) ，绘制碱液喷淋时H2S和VOCs在活性炭上的吸附曲线，成果见图3 和图4。

同时测定喷淋液中NaOH 浓度( 以pH 暗示) 与活性炭样品概况pH的之间的关系，成果见表1。

当未进行喷淋预处置时，通俗活性炭因为对H2S的吸附首要为物理吸附，吸附较慢。此时H2S 的穿透时候约为1200min，往除率可到达83%摆布，并没有表示出较强的H2S吸附能力。开启碱液喷淋后，H2S气体的穿透曲线与穿透时候都向后推延，首要缘由是碱液喷淋预处置使活性炭样品概况的碱性官能团增多，更容易吸附极性的H2S份子，这与活性炭概况pH的转变一致( 表1) 。当喷淋液pH=10时，到达最年夜吸附能力，此时H2S的穿透时候和往除率别离为1600min和90%。当喷淋液pH>10 时，因为固态物资在活性炭概况的沉积，进一步增添pH其实不能增添H2S在活性炭概况的吸附，这与Bagreev 在尝试室内的研究一致。

当吸取液pH 为酸性( pH<7) 时，H2S的穿透曲线仍向后推延，申明除概况碱度外，废气中湿度的增添一样对H2S 的往除有增进感化。按照Adib et al的研究，水份的存在是H2S份子在活性炭概况分化及硫元素氧化的关头前提。当水份不足时，活性炭对H2S 的往除遭到按捺，这也是疏水型活性炭对H2S往除效验较差的首要缘由。

从图4 可以看出，相对H2S，喷淋预处置对活性炭样品吸附VOCs的影响较小，仅在pH为5.8和11时涌现穿透曲线的少许前移。普通以为，活性炭对有机物的吸附首要分为物理吸拥护化学吸附两年夜类。物理吸附的感化力是VanderWaals力，首要是色散力，受温度、压力和概况积的年夜小影响。化学吸附首要是吸附质固体概况原子或份子有电子的转移、互换或共有，从而构成化学键( 或天生概况配位化合物) 。化学吸附的水平与吸附剂概况的概况化学基团相干。喷淋预处置经由过程改性感化造成了活性炭比概况积的削减与概况化学基团的增添，前者下降了非极性份子的吸附，尔后者有益于极性份子的吸附。在二者的配合感化下活性炭样品对VOCs的吸附机能没有较着转变。

2.3 喷淋预处置对活性炭平安机能的影响

活性炭具有很年夜的比概况积，表白吸附孔的孔壁很薄，有时乃至只有几个原子的厚度。这类状况下，活性炭概况C 与O 的放热反映很轻易遭到NaOH 的增进感化影响( 式( 1)～式( 2) ) ，致使活性炭起燃温度的下降。

C+ O2→CO2 + 热量( 1)

2NaOH + CO2→NaCO3 + H2O+ 热量( 2)

该项尝试对摹拟分歧NaOH浓度喷淋状况下的活性炭起燃温度进行了测定，并与新颖活性炭进行了对照，成果见图5。

从图5看出，NaOH的存在下降了活性炭的起燃温度。未进行喷淋预处置时，活性炭起燃温度约为535 ℃，当喷淋液pH<10时，可将起燃温度降幅节制在较小的范畴( < 15 ℃) ，对平安运行影响不年夜。但当喷淋液pH 增添至11时，活性炭起燃温度降至495 ℃，增添了活性炭起火燃烧的危险性，但仍远高于解吸时活性炭的正常运行温度( 60～ 110 ℃) 。连系图2、图3 相干数据，喷淋液pH 最好节制点在9.5～10之间，既可有用节制H2S 排放，又可包管平安运行。为了最年夜限度的包管利用平安，还应做好喷淋塔出口及过滤段的除雾防水工作，进一步的工作还包罗研究带阻燃机能吸附剂。

2.4 喷淋预处置对催化氧化系统的影响

在催化氧化系统中，硫是使催化剂中毒的最多见物资之一。气相中存在H2S时，H2S第一被氧化成SO2和SO3，进一步和金属氧化物反映构成金属硫酸盐，硫酸盐存留在催化剂概况易致使催化剂掉活。按照文中及相干研究，未进行碱液喷淋预处置时活性炭概况的pH较低，H2S的分化及氧化遭到影响，多以份子形状存在，解吸时会随脱附气流进进催化氧化箱造成催化剂的中毒。而摘用碱液喷淋预处置后，活性炭概况pH升高，H2S在活性炭概况产生氧化反映，或天生硫氧化物随废气排出( pH为中性或偏酸性) ，或天生单质硫或硫氧化物沉积在活性炭概况( 强碱性情况)，因此会对催化剂的利用发生必然的庇护感化。

在尝试中，当喷液pH 在8～11.5之间时，不管是吸附进程仍是厥后的解吸及催化氧化进程，并未在尾气中检测出SO2，申明硫元素在活性炭概况的氧化比力完全且产品以单质硫为主。普通以为，单质硫对情况的污染要小于硫酸或硫氧化物。

跟着喷淋液pH值的进一步升高，部门碱金属会跟着喷淋进程中发生的飞沫进进催化箱，碱金属也易造成催化剂的中毒，可经由过程摘用密闭性好的挡板门，严酷隔离主风机通路与解吸风机通路的方式解决。尝试中摘取以上办法后，节制喷淋液pH在9.5～10以下，颠末近6个月的运行，未检测来催化剂催化机能的下降，申明喷淋预处置对催化氧化系统的影响在可控范畴内。

3 结论

摘用碱液喷淋预处置可有用下降污水处置废气中H2S含量，同时会增进活性炭对H2S 的吸附。喷淋预处置经由过程改性感化造成了活性炭比概况积的削减与概况化学基团的增添，前者下降了非极性份子的吸附，尔后者有益于极性份子的吸附。在二者的配合感化下活性炭样品对VOCs的吸附机能没有较着进步。碱液喷淋预处置喷淋液的最好pH范畴为9.5～10.0。此时，在尝试前提下，H2S的穿透时候和往除率别离为1600min和90%，VOCs的吸附曲线与新颖活性炭连结一致。在该pH范畴内，颠末一段时候的运行后，未检测来催化剂催化机能的下降，活性炭概况pH由7. 0进步来9.0，活性炭起燃点由535℃降至520℃，对工艺平安的影响在可接管范畴内。

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