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摘要Q针Ҏ制药厂污水处理废?设计?h预处?q式qo+吔R羃+催化氧化"的处理系l?研究了采用碱液喷淋预处理时对去除效率和系l安全的影响。结果表?液h预处理对废气中H2S有明昄去除效果,q能有效促进H2S在活性炭表面的吸?hq程本n对废气中的VOCs有一定的去除能力,对VOCs在活性炭样品上的吔R性能影响不大;液hq对催化剂硫中毒有一定的抑制作用。实验条件下,h液pH值控制点?.5~10之间,既可有效控制污染物排?又可保证zL炭L温度满安全q行要求?/span>
为满x益提高的环保要求Q我国城市和工业污水处理设施的覆盖率不断提高。水处理设施在运行过E中会生大量恶臭废气,其主要成分一是H2S和}{无机化合物Q二是各c醇、有机酸及醛{?a target="_blank">挥发性有机物( VOCs) Q若处理不当会对环境质量和h民生zM生不可忽视的影响。ؓ保证良好的生存空间及Zw体健康Q有效控制污水处理废气污染成Z待解决的问题?/span>
目前污水处理废气处理技术发展较快、种cȝ多,Ҏ其基本原理加以分c,主要有化学氧化法、物理分L、生物法、光( 催化) 氧化法等。其中,l合工艺“吸附浓~? 催化氧化联合工艺”具有运行温度低、处理速度快、处理量大,且不产生二次污染{优点,是目前很具应用前景的污水处理废气处理工艺之一?/span>
当采用该工艺去除污水处理厂废气时Qؓ了降低后l处理工艺的处理压力Q需要初步去除气怸的H2S 酸性气体和气溶胶类物质Q此时可采用液h吸收的预处理方式。但液hq程本n会将部分液及水分引入处理系l,不可避免的会对吸附及催化氧化{后l处理单元生媄响。但目前碱液喷淋工Z?a target="_blank">废气ȝ的前处理选择Ӟ对喷淋过E本w的处理效果x较多Q而关于喷淋预处理对后l处理单元的影响研究较少?/span>
文章针对某制药厂污水处理废气Q设计了“碱液喷淋预处理+ q式qo+ 吔R羃+ 催化燃烧”的处理pȝQ对采用液h预处理时Ҏ个处理系l的影响q行了研IӞ以期为工E上相关废气ȝ工艺的选择和设计提供参考依据?/span>
1 实验材料与方?/span>
1. 1 工艺程及设?/span>
该污水处理站采用的处理工Zؓ“电化学+生化处理”,废气主要来源为集水池、调节池、沉淀池、水解酸化池、生化池构筑物,主要成分为挥发性有机物( 包括非甲hȝ、有机硫化物{? 、甲烗硫化氢{。废气中化氢浓度约?7?2mg /m3Q挥发性有机物( VOCs) 度Uؓ34 ?5 mg /m3。根据《城镇污水处理厂臭气处理技术规E》计,定废气处理风量?0000m3/h。废气处理工艺流E,见图1?/span>
工艺产生的废气首先经负压攉后通过道输送至预处理系l。该pȝ主要讑֤为化学喷淋吸收塔及其配套的碱液加药系l、吸收液循环泵和除雾器等; 随后采用二q式qoq一步去除废气中的粉及_性物质。经q预处理后的废气q入zL碳吔R羃及催化燃烧工艺。吸附剂采用普通市售煤质蜂H状zL炭Q装填量?m3/。实验所用喷淋塔采用逆流循环? UPVC 材质Q塔内设聚丙烯鲍环填料Q塔设除雾? 液气比ؓ1Q空塔风速V=2m/s?/span>
1.2 实验Ҏ
实验采用q箋实验和批处理实验相l合的方法进行。将氢氧化钠溶于水制得实验所用吸收液Q采?mol /L 氢氧化钠溶液?mol /L 酸溶液对吸收液pHD行调节。ؓ保证吸收液的pH值稳定,加入一定量的NaCO3作ؓ~冲剂?/span>
废气中H2S、VOCs的浓度数据分别由GASTiger6000挥发性有机物光离子化A和硫化氢气体A定。吸附剂表面pH采用ASTM标准ҎD3838定?/span>
2 l果与讨?/span>
2.1 h液pH 对H2S及VOCs去除效果影响
保持h液温度和h量不变,待工艺系l运行稳定,H2S和VOCs的初始浓度分别维持在20?0mg /m3Ӟ调整h液pH大小Q检喷淋液pH 对H2S和VOCs去除效果的媄响,l果见图2?/span>
?可见Q碱液喷淋预处理q程对废气中H2S有明昄去除效果。随着h液pH值的升高Q预处理q程对H2S的去除率逐渐升高Q至pH9.5Ӟ去除率达?6%。由于碱液对H2S的吸收主要受气相传质控制Q进一步提高pH对去除效果媄响不大。喷淋预处理对VOCs 也有U?0%的去除能力,但受h液pH影响不大?/span>
采用zL炭吔R富集+ 脱附再生工艺处理含H2S废气ӞH2S易在zL炭表面氧化生成单质从而沉U下来,正常状态下很难通过脱附去除Q从而媄响活性炭的用寿命和pȝ安全。ؓ了解册一问题Q工E上有时需污水站废气l均化罐均化后直接引入催化氧化系l,造成投资和运行费用的增加。经q碱液喷淋预处理Q可废气中H2S度降至7mg /m3以下Q经除雾和过滤系l去除水分后Q可满采用“活性炭吔R羃+ 催化燃烧”工艺的要求。活性炭吔R羃pȝ按较低浓~倍率?0计算Q可催化氧化系l设计处理量降至原来?0%Q投资运行费用大为降低?/span>
2.2 h预处理对吔Rq程的媄?/span>
Ҏ性炭吔R羃pȝQ选择吔R用活性炭Ӟ往往更关注比表面U、孔容积、孔径,较少考虑zL炭的表面化学性质。但对于H2Scȝ强极性、酸性物质,其吸附过E还受到zL炭表面官能团的影响。在吔Rq程中,当存在液相的NaOHӞ会对zL炭表面q行Ҏ,增加表面性吸附点位,从而有利于H2S的吸附{化。但相应的,q一Ҏ过E会减少吔R剂表面非极性吸附点位的数量Q不利于VOC的吸附。ؓ了验证喷淋预处理对吸附过E的影响Q保持工艺系l其它参C变,调整预处理喷淋液pHQ分别测定吸附箱q口度(c0) 和出口浓? c) Q绘制碱液喷淋时H2S和VOCs在活性炭上的吔R曲线Q结果见? 和图4?/span>
同时定h液中NaOH 度( 以pH 表示) 与活性炭样品表面pH的之间的关系Q结果见??/span>
当未q行h预处理时Q普通活性炭׃对H2S的吸附主要ؓ物理吔RQ吸附较慢。此时H2S 的穿透时间约?200minQ去除率可达?3%左右Qƈ没有表现强的H2S吔R能力。开启碱液喷淋后QH2S气体的穿透曲U与IK时间都向后推迟Q主要原因是液h预处理ɋzL炭样品表面的碱性官能团增多Q更易吸附极性的H2S分子Q这与活性炭表面pH的变化一? ?) 。当h液pH=10Ӟ辑ֈ比较大的吔R能力Q此时H2S的穿透时间和去除率分别ؓ1600min?0%。当h液pH>10 Ӟ׃固态物质在zL炭表面的沉U,q一步增加pHq不能增加H2S在活性炭表面的吸附,q与Bagreev 在实验室内的研究一致?/span>
当吸收液pH 为酸? pH<7) ӞH2S的穿透曲U仍向后推迟Q说明除表面度外,废气中湿度的增加同样对H2S 的去除有促进作用。根据Adib et al的研IӞ水分的存在是H2S分子在活性炭表面分解及硫元素氧化的关键条件。当水分不ӞzL炭对H2S 的去除受到抑Ӟq也是疏水型zL炭对H2S去除效果较差的主要原因?/span>
从图4 可以看出Q相对于H2SQ喷淋预处理Ҏ性炭样品吔RVOCs的媄响较,仅在pH?.8?1时出现穿透曲U的量前移。一般认为,zL炭Ҏ机物的吸附主要分为物理吸附和化学吔R两大cR物理吸附的作用力是VanderWaals力,主要是色散力Q受温度、压力和表面U的大小影响。化学吸附主要是吔R质固体表面原子或分子有电子的转移、交换或共有Q从而Ş成化学键( 或生成表面配位化合物) 。化学吸附的E度与吸附剂表面的表面化学基团相兟뀂喷淋预处理通过Ҏ作用造成了活性炭比表面积的减与表面化学基团的增加,前者降低了非极性分子的吔RQ而后者有利于极性分子的吔R。在两者的共同作用下活性炭样品对VOCs的吸附性能没有明显变化?/span>
2.3 h预处理对zL炭安全性能的媄?/span>
zL炭h很大的比表面U,表明吔R孔的孔壁很薄Q有时甚臛_有几个原子的厚度。这U情况下Q活性炭表面C 与O 的放热反应很Ҏ受到NaOH 的促q作用媄? ? 1)~式( 2) ) Q导致活性炭L温度的降低?/span>
C+ O2→CO2 + 热量( 1)
2NaOH + CO2→NaCO3 + H2O+ 热量( 2)
该项实验Ҏ拟不同NaOH度h状态下的活性炭L温度q行了测定,q与新鲜zL炭q行了对比,l果见图5?/span>
从图5看出QNaOH的存在降低了zL炭的v燃温度。未q行h预处理时Q活性炭L温度Uؓ535 ℃,当喷淋液pH<10Ӟ可将L温度降幅控制在较的范围( < 15 ? Q对安全q行影响不大。但当喷淋液pH 增加?1ӞzL炭L温度降至495 ℃,增加了活性炭L燃烧的危险性,但仍q高于解吸时zL炭的正常运行温? 60?nbsp;110 ? 。结合图2、图3 相关数据Q喷淋液pH Dx制点?.5?0之间Q既可有效控制H2S 排放Q又可保证安全运行。ؓ了保证用安全,q应做好h塔出口及qoD늚除雾防水工作Q进一步的工作q包括研I带ȝ性能吔R剂?/span>
2.4 h预处理对催化氧化pȝ的媄?/span>
在催化氧化系l中Q硫是催化剂中毒的常见物质之一。气怸存在H2SӞH2S首先被氧化成SO2和SO3Q进一步和金属氧化物反应Ş成金属硫酸盐Q硫酸盐存留在催化剂表面易导致催化剂失活。根据文中及相关研究Q未q行液h预处理时zL炭表面的pH较低QH2S的分解及氧化受到影响Q多以分子Ş态存在,解吸时会随脱附气进入催化氧化箱造成催化剂的中毒。而采用碱液喷淋预处理后,zL炭表面pH升高QH2S在活性炭表面发生氧化反应Q或生成氧化物随废气排? pHZ性或偏酸? Q或生成单质或氧化物沉积在活性炭表面( 强碱性环?Q因而会对催化剂的用生一定的保护作用?/span>
在实验中Q当hpH ??1.5之间Ӟ无论是吸附过E还是其后的解吸及催化氧化过E,q未在尾气中出SO2Q说明硫元素在活性炭表面的氧化比较彻底且产物以单质硫Z。一般认为,单质对环境的污染要于酸或硫氧化物?/span>
随着h液pH值的q一步升高,部分金属会随着hq程中生的飞沫q入催化,金属也易造成催化剂的中毒Q可通过采用密闭性好的挡杉KQ严格隔M风机通\与解吔R机通\的方法解冟뀂实验中采取以上措施后,控制h液pH?.5?0以下Q经q近6个月的运行,未检到催化剂催化性能的降低,说明h预处理对催化氧化pȝ的媄响在可控范围内?/span>
3 l论
采用液h预处理可有效降低污水处理废气中H2S含量Q同时会促进zL炭对H2S 的吸附。喷淋预处理通过Ҏ作用造成了活性炭比表面积的减与表面化学基团的增加,前者降低了非极性分子的吔RQ而后者有利于极性分子的吔R。在两者的共同作用下活性炭样品对VOCs的吸附性能没有明显提高。碱液喷淋预处理h液的较佳pH范围?.5?0.0。此Ӟ在实验条件下QH2S的穿透时间和去除率分别ؓ1600min?0%QVOCs的吸附曲U与新鲜zL炭保持一致。在该pH范围内,l过一D|间的q行后,未检到催化剂催化性能的降低,zL炭表面pH?. 0提高?.0Q活性炭L点由535℃降?20℃,对工艺安全的影响在可接受范围内?/span>
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