光催化氧化法治理恶臭污染的工程应用_洪伟

光催化氧化法治理恶臭污染的工程应用洪伟古国榜吴志伟(华南理工大学,广州510641)胡毅刚(上海惠罗环境工程有限公司,上海201108)摘要应用光催化氧化法对50000m3h饲料生产废气进行恶臭污染治理,具有工程投资少、运行费用省、废气停留时间短、高效稳定、反应彻底且无二次污染等特点。工程结果表明光催化氧化法对废气的预处理要求较高,除此之外运行效果还受到催化剂的固定方式的影响。在此指出如何更大程度增加催化剂的比表面积、提高其吸附作用和吸光效率从而增加催化活性,也是今后需研究的内容。关键词光催化氧化紫外光纳米TiO2恶臭1引言目前处理恶臭类废气传统的方法很多,但有易产生二次污染、运行费用高、反应器庞大等缺陷。而光催化氧化法自1988年国际上首例光催化净化装置诞生以来,该法仅应用于消除封闭或半封闭空间中微量有害气体的除臭或杀菌上,大型工程应用还未见有实例。为解决珠江三角洲某饲料厂生产废气恶臭污染周围大型别墅区的环境问题,首次应用光催化氧化法进行治理表明,该法具有工程投资少、运行费用省、占地面积小、废气停留时间短、高效、稳定等特点,为恶臭污染的治理进行了新的有益探索。2恶臭废气治理工艺设计2.1饲料生产工艺简介饲料工业的原材料根据所需要的产品的类型不同而有别,常用的原料有:豆麸、玉米粉、鱼骨、虾皮等,另外还添加一些食用香料如大蒜粉等。图1饲料工业生产工艺简图进料混合后,通入水蒸汽中温下加热造粒,工艺生产中排出的废气主要便产生于蒸汽干燥成型工段。虽然原材料的组成复杂,但是主要成分多为动植物蛋白质、脂肪、纤维和添加剂,这些成分在受到蒸煮后热解,一部分组成受热挥发,一部分组分热解为低分子物质,这些可挥发性物质混和后在干燥过程中随水分散逸到空气中,形成饲料工业的废气。由于这种废气的组分繁多,而且每种组分都有其特殊气味,多种气味混杂起来,就导致了饲料工业废气的一大特点:具有浓郁的气味(恶臭),这些臭味对人类的危害主要是感官的不适。原材料和工艺的不同,臭味的类型也不一样。经过初步分析测试,饲料工业的废气主要是蛋白质、脂肪、纤维和添加剂中的内脂化合物类、吡嗪类、呋喃类化合物和硫化物等受热挥发或分解而成。其化学组成多为各类烯烃、炔烃醇类、醛类、脂肪酸类、甲基酮类、内脂类、芳香族类化合物,还含有多种呋喃灰、咪啶类、噻吩类、吡嗪类、吡咯类化合物和含硫化合物等。2.2污染源排放状况及治理要求废气处理前排放工况:Q=50000m3h,t=40～50℃,相对湿度90%～100%,颗粒物200～500mgm3,臭气浓度=5495(无量纲),在15m高空处呈有组织排放,超标倍数1.75。治理后废气中主要恶臭污染物须满足中华人民共和国《恶臭污染物排放标准》(GB14554-93),对于15m高排气筒,其臭气排放浓度至少须低于标准值2000(无量纲),甚至更低。2.3治理工艺流程本工程工艺设计以光催化氧化单元为中心,布袋除尘单元作为前预处理。其中光源采用紫外线杀菌灯作为人工光源,纳米二氧化钛材料作为光催化剂;除尘用布袋采用防水防油布袋。具体工艺流程见图2。图2光催化氧化装置净化恶臭污染工艺流程示意图40环境工程2002年12月第20卷第6期DOI:10.13205/j.hjgc.2002.06.0122.4光催化降解有机物的原理半导体催化剂由于其能带是不连续的,价带(VB)和导带(CB)之间存在一个禁带,当用能量等于或大于禁带宽度的特定波长的紫外光照射半导体光催化剂时,其价带上的电子被激发,越过禁带进入导带,同时在价带上产生相应的空穴,即生成电子(E-)-空穴(h+)对。价带空穴是很强的氧化剂,大多数有机物的光催化降解都是直接或间接利用空穴的氧化能力。光生空穴有很强的得电子能力,使不吸光的物质也被氧化,空穴可以直接或间接氧化有机物,甚至可能同时直接或间接氧化有机物。间接氧化时,光生空穴与TiO2表面吸附的H2O或OH-离子反应生成氧化能力极强的羟基自由基·OH,反应式如下:H2O+h+※·OH+H+OH-+h+※·OH·OH氧化能力极强,对作用物几乎无选择性,使有机物氧化,最终分解为水和CO2。2.4.1脂肪族氧化机理紫外光激发光催化剂所生成的·OH先将脂肪族氧化为醇,进一步氧化为醛、酸,最后脱羧生成二氧化碳,整个过程可描述如下:R-CH2CH3※R-CH2CH2OH※RCH2CHO※RCH2COOH※R-CH3+CO2※RCH2OH※RCHO※R-COOH每降解一个碳原子,生成一个CO2,重复循环,直到脂肪族完全转化为CO2为止。2.4.2芳香族氧化机理紫外光激发光催化剂所生成的·OH和H+使苯环羟基化,生成羟基环己二烯自由基,进而开环生成已二烯二醛,再按脂肪族氧化途径降解,生成CO2和水。因此利用光催化氧化作用将接触光催化剂的水份、臭气、细菌、污物等有机成分分解