低温等离子体处理污水厂恶臭气体的应用研究

Posted 2023-01-12 恶臭

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为控制某污水处理厂恶臭的污染，介绍了采用低温等离子体技术处理恶臭气体的技术原理和电源电压、电源频率和停留时间与降解效率的关系.用低温等离子体进行了分解特征恶臭气体氨气的试验，并从工程应用和试验研究方面说明了除臭设备的电参数、工艺流程。试验表明，增加电源电压、电源频率和停留时间可提高降解效率，但提高到一定程度后降解效率不明显；该技术在污水处理厂的运行结果表明，HS、NH。、CH。-SH这类恶臭气体的去除率分别达到81.3、88.1%、84.4.可消除恶臭气体对周围环境的影响。
0引言
污水处理厂恶臭发生源主要来自储泥池、污泥浓缩池、污泥脱水机房及曝气池和格栅井处。这些致臭物质主要分为含硫化合物(硫化氢、甲硫醇、甲基硫醚等)，含氮化合物(氨、三甲胺)，碳、氢或碳、氢、氧组成的化合物(低级醇、醛、脂肪酸)[1、2]3类。
目前常见的处理方法有水清洗、药液吸收、燃烧、臭氧氧化、吸附和生物法等，其中常用方法为活性碳吸附和生物法，这些方法存在一些不足[3-6]。低温等离子体技术已被应用于烟气脱硫脱硝、降解氟利昂类物质、治理VOC废气等研究，与其它污染治理技术相比，具有处理流程短、效率高、能耗低、适用范围广等特点[7-15]。
1低温等离子体处理恶臭的技术原理
低温等离子体中去除恶臭的最主要的反应可分为电子、离子、自由基及分子碰撞反应4种。在电极间外加高压高频交变电流，表面生成微放电，同时诱导引发高电场，此高电场促使放电空间中的自由电子加速，此时电子在该电场中将被加速而获足够的能量(1～10eV)[9，15]，并与气体分子撞击进行激发、游离、解离、结合或再结合等反应，生成许多电子、离子、介稳态粒子及自由基等强高活性物种，常见的自由基如OH、基态氧原子O(3P)、亚稳态氧原子0(1D)、HO2，这些高能、高活性物种可克服能阶的障碍，使气流中原本相当稳定的恶臭气体分子断键，促使气态反应快速进行，其部分反应式[10、11、14]为：

2低温等离子体处理恶臭的应用
2.1处理特征恶臭气体的试验研究
以氨气为特征恶臭气体利用低温等离体处理进行试验研究，为工程实际应用提供技术参数，主要考查所加电压、频率和停留时间对这些恶臭气体降解效率的影响。低温等离子体发生装置所加电压为高压脉冲电压，波形见图1。

2.2低温等离子体净化装置
低温等离子体净化恶臭装置由低温等离子体发生管组、高压电源、电气控制和附属设施4部分组成：1)低温等离子体发生管组并联一组等离子体发生管，每个管长500cm，管径2.5cm，内外表面附设不锈钢丝网作电极，有效放电区长400cm。外电极通过陡前沿、窄脉宽(ns级)的高压脉冲电晕放电，在常温常压下获得非平衡等离子体，产生大量的高能电子和0H、O(3P)、O(1D)、HO2等活性粒子[15，16]，对恶臭中有毒害污染物进行氧化、降解反应，最终转为无害物。
2)高压电源为低温等离子发生管组提供陡前沿、窄脉宽(ns级)的高压电源，电压9kV(平均场强4.5kV/cm)，f为18kHz，整个低温等离子体装置功率200W。
3)电气控制根据实际恶臭气体质量浓度调节电源电压，使低温等离子体发生管维持在电晕放电状态；发生器短路时切断电源，起到保护作用。
4)附属设施低温等离子体净化全不锈钢主体设备采用2.5mm不锈钢板折边作框架，外壳双层，分别以0.8和1.5mm厚不锈钢板作内、外面板，中间填充保温和消声材料。风机卧式安装，2O℃、湿度为65%下额定风量，总绝对效率不小于9O%。风压满足最大抽气量下有高于系统压力1O%的余量。恶臭气体通过离心风机先经过滤器去杂质和水份，再到达低温等离子体净化器和主反应室，在主反应室内降低气流速度增加分解反应时间，提高净化效率，净化后气体外排，也有部分气体循环，循环气流中含有氧化能力活性粒子送到风机入口，可预处理及稀释入口恶臭气体，流程见图4。

2.3应用效果
某污水处理厂日处理污水规模1O万m3，采用氧A1/缺氧A2/好氧O即，A/O的工艺，污泥用重力浓缩、机械脱水后外运，处理后的出水排入附近河流。经实际勘察，一般恶臭气体在逆风下向墙外扩散至约150m，顺风下向墙外扩散至约350m，恶臭气体强度可达3级，易闻到明显气味。为此，确定采用低温等离子体技术治理恶臭污染，在厂界外围建3m宽的绿化带益于对臭味的吸收。污水厂未处理恶臭气体检测结果见表1。

应用图4恶臭处理工艺8h连续运行，处理系统中气体流速保持0.7m/s，恶臭气体在反应区停留时间约1.2s，工程实施后实际处理效果见表2，表中各组分气体数据取平均值。

结果表明，硫化氢、氨气、甲硫醇、臭气浓度去除率分别为81.3、88.1、84.4、99.5，处理后的气体符合GB14554—93二级厂界标准。
3结语
利用低温等离子体处理恶臭气体是项新技术，实际工程运行结果达到目标要求，去除恶臭中的硫化氢、氨、甲硫醇、臭气等污染物的效率平均>80。该技术在常温常压下进行，能耗低，无明显的二次污染，处理工艺简单，运行成本低，可处理低浓度、高流速、大风量恶臭气体，去除效率较高。为治理恶臭污染进行了有益探索。