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煤化工污水废气处理UV光催化-活性炭法

发布时间:2024-7-8 14:29:44  中国污水处理工程网

1、概况

随着国家环保要求的日益严格,工业污水的处理工艺越来越完善,经污水处理装置处理后的污水应满足国家和地方政府的环保要求。

由于污水中存在挥发性的有机物,以及生化系统曝气过程的存在,在污水处理过程中,会产生大量的废气,尤其在煤化工污水处理过程中,各污水处理设施和设备处于敞口状态,如曝气池、沉淀池、A/O池等,在运行过程中都会逸散大量气体,这些气体以氨、硫化氢为主,此外还含有其他挥发性的有机物质。

废气逸散后,会对污水处理设施的设备、管线、水池等造成腐蚀,大大降低了设备的使用寿命,给企业的安全生产带来极大隐患。废气中的有害气体若处理不当,还会对现场作业人员的健康造成危害,对周边的大气环境造成不良影响。

目前,污水废气的处理工艺主要有化学氧化法、生物法、光催化法、物理分离法等。

本研究针对煤化工污水处理装置逸散废气的特点,采用UV光催化-物理吸附联合工艺来处理煤化工的污水废气。

本工艺具有处理速度快、处理量大、不产生二次污染等优点,对企业的安全生产和大气环境的改善有重要的现实意义,并且为煤化工行业污水废气的处理提供了参考。

2、工艺流程

煤化工行业是高耗水的行业,在使用水的过程中产生了大量的废水。废水成分较复杂,以氨、硫化氢为主,此外还含有其他挥发性的有机物质。污水处理工艺主要由预处理段、生物处理段、深度处理段及污泥处理段组成,废气主要来源为事故池、调节池、预曝气池、生化反应池(A/O)、污泥浓缩池。废气中氨浓度为4~8mg/m,硫化氢浓度为8~11mg/m,臭气浓度约为700~1200(无量纲)

废气处理工艺流程如图1所示。

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2.1 洗涤

目前,国内外常用的去除废气中硫化氢、氨类物质的方法为酸碱洗涤法,该方法投资小、运行费用低,去除氨、硫化氢等物质的效率高。

(1)将收集起来的废气竖直通过含有填料的洗涤塔进行净化。清水与药剂混合后的清液由喷淋系统喷洒到填料的顶部,流过填料后进入水箱。清洗液可循环使用,根据pH值及自动加药计量泵进行补充。

(2)第一级洗涤处理。逆流式喷淋洗涤塔的底部是一个循环水槽,槽内添加有碱性药剂和强氧化性药剂,水槽上方为进气口和布气装置,废气由塔底向上流动;塔内的中段有一层填料层,填料为聚丙烯拉西环,借助于大面积的气液接触,使从填料层下部向上流动的臭气经填料空隙与由上而下喷淋的碱性洗涤药剂充分接触反应,从而将臭气分子(主要为硫化氢等酸性成分)充分吸收,化学反应式如下:

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(3)第一级塔洗后的气体经除雾器除雾后离开喷淋塔,进入第二级液喷淋塔进行深度净化处理。逆流式喷淋洗涤塔的底部是一个循环水槽,槽内添加有酸液,水槽上方为进气口和布气装置,废气由塔底向上流动;塔内的中段有一层填料层,填料为聚丙烯拉西环,借助于大面积的气液接触,使从填料层下部向上流动的臭气经填料空隙与由上而下喷淋的清水充分接触并被吸收而去除,化学反应式如下:

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2.2 UV光催化

经洗涤塔洗涤后的废气,其中含有氨、硫化氢等水溶性污染物被有效去除,其他非水溶性的污染物进入UV光催化氧化设备,先经过除雾段(二级丝网)除雾,去除从碱洗涤塔排出的废气中的水分,经除雾后的废气进行光氧化处理。

UV光催化技术是以催化剂为核心形成的新型高效VOCs治理技术。催化剂可以高效捕获气相中的VOCs,从而实现VOCs的高效降解。

针对VOCs分子本身的物化特性以及大风量、低浓度等工况条件,强化材料对VOCs的裂解速率、矿化效率和吸附速率等性能,在实际工况条件下,通过多种催化剂的配合使用,以实现治理效果的最优化。

采用紫外光催化UV光解技术净化废气,首先应确定主要废气或恶臭物质的各化学键键能,只有键能低于UV光子能量,才能被裂解,净化效果才能得到保障。

常见化学键的键长与键能见表1

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由表1可以看出,这些键能绝大部分低于UV高效光子催化氧化设备的UV光子最高能量(704kJ/mol),所以,理论上,废气中的化合物都是能被裂解的。

废气分子只被裂解成原子、自由基是不够的,还需通过臭氧将其氧化成稳定的小分子,如CO2HO等,从而达到废气净化的目的。所以,需要有充分的氧气被高能UV光照射生成臭氧。

通过UV-D波段内的真空紫外线,促使有机废气物质通过吸收该波段的光子,而该波段的光子能量大于绝大多数的化学键键能,从而使得有机物质得以裂解;然后,再与经裂解产生的臭氧发生反应,被氧化成简单、无害、稳定的物质,如H2OCO2等。

2.3 活性炭吸附

经过以上工序的处理,废气中的大部分污染物已被除去。由于煤化工废气的成分比较复杂,因此,在UV光催化工序后,应采用蜂窝状活性炭吸附装置来作为后段的处理装置,以确保尾气达标排放。

活性炭是一种具有非极性表面、疏水性、亲有机物的吸附剂,孔隙十分丰富。蜂窝状的活性炭比颗粒状的活性炭孔隙发达,比表面积大,吸附效果更好。

最后,废气中残留极低浓度的异味组分在烟囱中经高压雾化系统喷出的植物油雾状颗粒转化成非挥发性有化合物,有效去除空间内有机废物产生的异味。

3、工程运行情况

经系统30d满负荷运行的调试,各工艺处理单元运行正常。调试结束后,连续7d对废气排放指标进行了检测。

废气处理效果见表2

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从表2可以看出,经本工艺处理后:

(1)氨浓度降至0.7~1.2mg/m

(2)硫化氢浓度降至0.037~0.048mg/m

(3)臭气浓度降至12~19(无量纲)

污水废气排放标准达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)厂界二级排放标准。

4、结语

工程实践证明,采用UV光催化-活性炭联合工艺处理煤化工污水废气的工艺路线,收集的废气经洗涤、UV光催化和活性炭吸附等工序处理后,能满足煤化工污水处理过程中废气的处理需求,各项废气排放指标均能达到排放标准。

根据装置标定和环保部门验收结果,煤化工污水处理装置配套的废气处理装置所采用的工艺技术可靠,操作简单,针对性强,运行稳定,处理后的废气能够达标排放,处理效果达到了同行业的先进水平,为处理煤化工行业污水逸散废气提供了参考方案。(来源:唐山中浩化工有限公司)

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