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【摘 要】 含硫恶臭气体因其嗅觉阈值低、涉及的行业广泛、毒性大而备受关注。主要的代表物为硫化氢、二硫化碳、硫醇、硫醚等。介绍了含硫恶臭气体的常规处理方法,如物理法,燃烧法、吸收法、吸附法等化学方法,还有近年来发展较快的光催化氧化技术、等离子体技术、生物脱臭技术、无极紫外辐射技术等新兴处理技术。对各种处理方法和技术的未来发展趋势进行了展望。
【关键词】 含硫废气;处理方法;新技术
近年来,随着科技的进步,社会的经济发展及人们生活水平的提高,对周边环境舒适性的要求也相应提高,而恶臭气体由于其嗅觉阈值较低,引起了人们的注意,被列入七种典型环境公害之一[1](大气污染、水质污染、土壤污染、噪声、土地下沉、振动、恶臭)。我国对于它的治理起步较晚,但是由于恶臭气体在工业高速发展的今天已严重影响了人民的生活质量和身体健康,治理恶臭气体已被列入城市发展规划中,与水污染﹑大气污染同等重要、亟待解决。
1 火电厂含硫废气的来源及危害
一切刺激嗅觉器官引起人们不愉快及损害生活质量的气体物质都可称为恶臭气体,其中的含硫恶臭气体因其嗅觉阈值低、涉及的行业广泛、毒性大而备受关注。
1.1火电厂含硫废气的来源
燃煤电厂的废气主要来源于锅炉燃烧产生的烟气、气力输灰系统中间灰库排气和煤场产生的含尘废气,以及煤场、原煤破碎及煤输送所产生的煤尘。其中,锅炉燃烧产生的烟气量和其所含的污染物排放量远远大于其他废气,这是污染治理的重点。锅炉燃烧产生的烟气中的污染物有飞灰、SO2、NOx、CO、CO2、少量的氟化物和氯化物。其中SO2气体常见的处理方法包括在燃烧前使燃料脱硫,或是經燃烧后从烟道气中脱硫。本文主要介绍SO2气体产生后的处理方法。
1.2火电厂含硫废气的危害
火电厂产生的含硫废气中大部分是以二氧化硫气体的形式存在。同时伴有少量硫化氢等含硫废气。
二氧化硫(化学式:SO2)是最常见的硫氧化物。无色气体,有强烈刺激性气味。大气主要污染物之一。火山爆发时会喷出该气体,在许多工业过程中也会产生二氧化硫。由于煤和石油通常都含有硫化合物,因此燃烧时会生成二氧化硫。当二氧化硫溶于水中,会形成亚硫酸(酸雨的主要成分)。若把SO2进一步氧化,通常在催化剂如二氧化氮的存在下,便会生成硫酸。这就是对使用这些燃料作为能源的环境效果的担心的原因之一。
含硫废气给人以不适的感觉,使人心情不愉快而且对于人体的多种生理系统产生明显的生理效应进而影响身体健康,较高浓度的恶臭气体还可以使接触者呼吸困难发生肺水肿甚至死亡:
(1)危害循环系统:硫化氢是一种很强烈的神经毒物,其毒性与氰酸气体相当,硫化氢气体从呼吸道侵入人体阻碍氧的输送,造成体内缺氧,破坏循环系统的正常运行。
(2)危害神经系统:长期接触低浓度恶臭气体的毒害,可导致人体慢性中毒,CS2是多亲和性毒物,粘胶纤维、玻璃纸厂的工人受二硫化碳的长期毒害会导致其神经系统受损,出现头晕、头痛、失眠甚至肢体麻木等现象[4-5];长期接触低浓度硫化氢,则会引起神经衰弱综合症和植物神经功能紊乱等疾病。
(3)危害消化系统:经常接触含硫恶臭气体(如硫化氢的臭鸡蛋味)会使人食欲不振、恶心,严重的甚至厌食造成消化系统的退化。
(4)危害人体裸露器官:含硫恶臭气体还会对眼睛、皮肤等裸露的器官造成伤害,接触高浓度硫化氢气体会使眼结膜发生水肿和角膜溃疡[6]。
2 含硫废气的处理技术
目前常用的处理含硫废气的技术方法主要分为物理法和化学法。
2.1物理法
物理法处理恶臭气体中最为常见的方法是掩蔽法和稀释扩散法。
掩蔽法通常是采用更加强烈的芳香气味或者其他另人愉快的气味与臭气掺合,以掩蔽臭气或者改变臭气的性质,达到缓和气味的效果,使气味变得令人接受,如空气清新剂的使用[7]。掩蔽法实质是一种感觉消臭的方法,效果是因人而异的,而且因其成本高,适用于小空间、持续时间相对较短的恶臭气体,一般仅用于生活源的恶臭气体处理,如公共厕所点檀香。
稀释扩散法是将臭味的气体由烟囱排出向大气扩散,以保证下风向和臭气发生源附近工作和生活的人不受恶臭的危害。
目前,一些中小火力发电厂常用物理稀释法处理气体,这种方法最大的好处是节省资金,但治标不治本,不能有效的去除污染物,不能根除废气,在检测时降低浓度,而废气仍存在于大气中。
2.2化学法
传统的化学方法处理恶臭气体主要分为燃烧法、吸收法、吸附法等。目前电厂应用最广泛的就是化学法处理废气。
2.2.1燃烧法
现阶段处理含硫废气主要使用的燃烧法有直接燃烧法和催化燃烧法。将恶臭气体直接点燃通过燃烧的方法使其降解或者在催化剂的作用下加热进行催化燃烧降解污染物以达到脱硫除臭的目的。此法适用于有机含硫废气,利用有机含硫恶臭物质的可燃性,主要在排出的恶臭气体浓度高、气量小、气体温度高的情况下使用[8]。
2.2.2吸附法
吸附法就是指利用吸附剂吸附的方法来达到除去臭气的目的。目前国内外学者主要采用的吸附剂为活性炭:宋庆锋等人利用活性炭纤维吸附去除硫化氢气体有很好的去除效果;曾华星[9]和王亚宁[10]分别利用活性炭和树脂作为吸附剂处理二硫化碳气体并达到了很好的效果。此法适合净化低浓度的含硫废气。
2.2.3吸收法
吸收法顾名思义,就是将含硫废气通入水溶液中使其溶解以达到消除恶臭气体的目的。根据水溶液的性质不同,可分为水吸收法、酸吸收法、碱吸收法等。本法主要是根据不同含硫废气的自身性质来区分用哪种方法。例如硫化氢是酸性气体,可以用碱溶液作为吸收剂进行吸收去除,也因此该方法存在废水的二次污染问题,可联合其它方法配合使用。 3 新兴含硫废气的处理方法与技术
物理法和传统化学法处理含硫废气存在其本身的局限性:物理法是一种治标不治本的方法,旨在缓和或分散恶臭气体达不到根除的目的;传统的化学法存在条件局限性,并且会引入其他化学物质造成二次污染,达不到彻底清除污染物的效果。
当前,国内外学者都致力于开发出新型有效的处理方法的研究。
3.1光催化氧化技术
化学氧化法是工业治理恶臭气体最常见也是最有效的技术之一。其中的高级氧化技术(advanced oxidation processes,AOP)是目前发展较快的处理含硫废气的研究方法之一。光催化氧化即是属于此研究范畴。
光催化氧化[11-12]是利用半导体催化剂(例如TiO2)在紫外光的辐射下产生价带空穴。光生空穴有很强的得电子能力,能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使两者同时进行。间接氧化时,光生空穴与催化剂表面吸附的H2O或OH-离子反应生成氧化能力极强的羟基自由基·OH。污染物在强氧化剂的作用下最终被氧化成为H2O、CO2等小分子无害物质。
3.2等离子体技术
近年来等离子体技术处理恶臭气体也日益受到大家的关注和重视。等离子體氧化也是高级氧化技术的一种。侯健等人用介质阻挡放电(DBD)低温等离子体技术降解H2S和CS2得到了很好的处理效果。等离子体处理含硫废气有高效率、低能耗、使用范围广、处理量大、操作简单等优点,可在今后很长的时间里得到广泛的使用。
3.3无极紫外辐射技术
无极紫外辐射技术是近年来逐渐兴起的降解污染物的方法之一,之前主要用在水相污染物的去除上。无极紫外辐射技术的原理在于,利用微波发生器发出的微波辐射激发无极灯内的填充物质产生紫外光,污染物分子在光照下分解以此达到降解污染物的目的。夏兰艳等人将其应用在气相污染物的处理上,并且有效的降解了硫化氢和二硫化碳等含硫废气。
4 结论与期望
(1)现有的成熟的处理含硫废气的方法存在很多方面的不足,需要进一步改进,提高降解效率,如活性炭吸附法就要提高吸附剂的利用效率,增加活性炭反复使用的次数。
(2)新兴的处理技术很多还处于实验室研究阶段,应加快研究速度,尽快研制出成熟的理论基础以用到实际中去,如无极紫外辐射这种新兴的处理技术,不需要加入其他化学试剂,大大降低了产生二次污染的几率,今后可以推广到工业生产中广泛使用。
(3)结合现有技术,开发出具有创新意义的新处理技术,弥补现有的处理方法技术上的缺陷,研制出高效率、低能耗、无二次污染的新方法。
(4)现有的处理技术在工艺上可以联合使用,取长补短,达到令人满意的降解效果。
参考文献:
1.徐华成,徐晓军,翁娜娜,王凯.恶臭气体的净化处理方法[J].山东轻工业学院学报,2007,21(2):87-94.
2.金谷大.化纤行业废气的污染及治理[J].环境保护,1994,15(10):19-21.
3.贝晓萍,潘理黎,郑飞燕.玻璃纸生产废气中的CS2和H2S的治理[J].化工环保,2006,26(6):480-482.
4.李晶玉,杨颖,王红艳,李威.51例低浓度二硫化碳中毒神经传导速度与皮肤交感反射监测分析[J].当代医学,2010,16(2):53-54.
5.马纪英,张威文,季佳佳.二硫化碳对雄性大鼠性激素的影响及维生素E的拮抗作用[J].毒理学杂志,2010,24(2):135-137.
6.姜怡娇,宁平.硫化氢废气净化进展[J].云南环境科学,2002,21(3):40-44.
7.邹凯旋,张勇强.恶臭污染现状与处理技术[J].现代农业科技,2007,11:203-205.
8.陶大钧,朱本兴,袭姻英.含硫恶臭物质的鉴别和净化技术[J].江苏环境科技,1994,4:18-22.
9.曾华星.南昌大学活性炭吸附法降解CS2[D].江西:南昌大学,2006.
10.王亚宁,熊春华,王槐三.树脂吸附法去除水及空气中的CS2[J].化工环保,2006,26(3):174-177.
11.洪伟,古国榜,吴志伟.光催化氧化法治理恶臭污染的工程应用[J].环境工程,2002,20(6):40-42.
【关键词】 含硫废气;处理方法;新技术
近年来,随着科技的进步,社会的经济发展及人们生活水平的提高,对周边环境舒适性的要求也相应提高,而恶臭气体由于其嗅觉阈值较低,引起了人们的注意,被列入七种典型环境公害之一[1](大气污染、水质污染、土壤污染、噪声、土地下沉、振动、恶臭)。我国对于它的治理起步较晚,但是由于恶臭气体在工业高速发展的今天已严重影响了人民的生活质量和身体健康,治理恶臭气体已被列入城市发展规划中,与水污染﹑大气污染同等重要、亟待解决。
1 火电厂含硫废气的来源及危害
一切刺激嗅觉器官引起人们不愉快及损害生活质量的气体物质都可称为恶臭气体,其中的含硫恶臭气体因其嗅觉阈值低、涉及的行业广泛、毒性大而备受关注。
1.1火电厂含硫废气的来源
燃煤电厂的废气主要来源于锅炉燃烧产生的烟气、气力输灰系统中间灰库排气和煤场产生的含尘废气,以及煤场、原煤破碎及煤输送所产生的煤尘。其中,锅炉燃烧产生的烟气量和其所含的污染物排放量远远大于其他废气,这是污染治理的重点。锅炉燃烧产生的烟气中的污染物有飞灰、SO2、NOx、CO、CO2、少量的氟化物和氯化物。其中SO2气体常见的处理方法包括在燃烧前使燃料脱硫,或是經燃烧后从烟道气中脱硫。本文主要介绍SO2气体产生后的处理方法。
1.2火电厂含硫废气的危害
火电厂产生的含硫废气中大部分是以二氧化硫气体的形式存在。同时伴有少量硫化氢等含硫废气。
二氧化硫(化学式:SO2)是最常见的硫氧化物。无色气体,有强烈刺激性气味。大气主要污染物之一。火山爆发时会喷出该气体,在许多工业过程中也会产生二氧化硫。由于煤和石油通常都含有硫化合物,因此燃烧时会生成二氧化硫。当二氧化硫溶于水中,会形成亚硫酸(酸雨的主要成分)。若把SO2进一步氧化,通常在催化剂如二氧化氮的存在下,便会生成硫酸。这就是对使用这些燃料作为能源的环境效果的担心的原因之一。
含硫废气给人以不适的感觉,使人心情不愉快而且对于人体的多种生理系统产生明显的生理效应进而影响身体健康,较高浓度的恶臭气体还可以使接触者呼吸困难发生肺水肿甚至死亡:
(1)危害循环系统:硫化氢是一种很强烈的神经毒物,其毒性与氰酸气体相当,硫化氢气体从呼吸道侵入人体阻碍氧的输送,造成体内缺氧,破坏循环系统的正常运行。
(2)危害神经系统:长期接触低浓度恶臭气体的毒害,可导致人体慢性中毒,CS2是多亲和性毒物,粘胶纤维、玻璃纸厂的工人受二硫化碳的长期毒害会导致其神经系统受损,出现头晕、头痛、失眠甚至肢体麻木等现象[4-5];长期接触低浓度硫化氢,则会引起神经衰弱综合症和植物神经功能紊乱等疾病。
(3)危害消化系统:经常接触含硫恶臭气体(如硫化氢的臭鸡蛋味)会使人食欲不振、恶心,严重的甚至厌食造成消化系统的退化。
(4)危害人体裸露器官:含硫恶臭气体还会对眼睛、皮肤等裸露的器官造成伤害,接触高浓度硫化氢气体会使眼结膜发生水肿和角膜溃疡[6]。
2 含硫废气的处理技术
目前常用的处理含硫废气的技术方法主要分为物理法和化学法。
2.1物理法
物理法处理恶臭气体中最为常见的方法是掩蔽法和稀释扩散法。
掩蔽法通常是采用更加强烈的芳香气味或者其他另人愉快的气味与臭气掺合,以掩蔽臭气或者改变臭气的性质,达到缓和气味的效果,使气味变得令人接受,如空气清新剂的使用[7]。掩蔽法实质是一种感觉消臭的方法,效果是因人而异的,而且因其成本高,适用于小空间、持续时间相对较短的恶臭气体,一般仅用于生活源的恶臭气体处理,如公共厕所点檀香。
稀释扩散法是将臭味的气体由烟囱排出向大气扩散,以保证下风向和臭气发生源附近工作和生活的人不受恶臭的危害。
目前,一些中小火力发电厂常用物理稀释法处理气体,这种方法最大的好处是节省资金,但治标不治本,不能有效的去除污染物,不能根除废气,在检测时降低浓度,而废气仍存在于大气中。
2.2化学法
传统的化学方法处理恶臭气体主要分为燃烧法、吸收法、吸附法等。目前电厂应用最广泛的就是化学法处理废气。
2.2.1燃烧法
现阶段处理含硫废气主要使用的燃烧法有直接燃烧法和催化燃烧法。将恶臭气体直接点燃通过燃烧的方法使其降解或者在催化剂的作用下加热进行催化燃烧降解污染物以达到脱硫除臭的目的。此法适用于有机含硫废气,利用有机含硫恶臭物质的可燃性,主要在排出的恶臭气体浓度高、气量小、气体温度高的情况下使用[8]。
2.2.2吸附法
吸附法就是指利用吸附剂吸附的方法来达到除去臭气的目的。目前国内外学者主要采用的吸附剂为活性炭:宋庆锋等人利用活性炭纤维吸附去除硫化氢气体有很好的去除效果;曾华星[9]和王亚宁[10]分别利用活性炭和树脂作为吸附剂处理二硫化碳气体并达到了很好的效果。此法适合净化低浓度的含硫废气。
2.2.3吸收法
吸收法顾名思义,就是将含硫废气通入水溶液中使其溶解以达到消除恶臭气体的目的。根据水溶液的性质不同,可分为水吸收法、酸吸收法、碱吸收法等。本法主要是根据不同含硫废气的自身性质来区分用哪种方法。例如硫化氢是酸性气体,可以用碱溶液作为吸收剂进行吸收去除,也因此该方法存在废水的二次污染问题,可联合其它方法配合使用。 3 新兴含硫废气的处理方法与技术
物理法和传统化学法处理含硫废气存在其本身的局限性:物理法是一种治标不治本的方法,旨在缓和或分散恶臭气体达不到根除的目的;传统的化学法存在条件局限性,并且会引入其他化学物质造成二次污染,达不到彻底清除污染物的效果。
当前,国内外学者都致力于开发出新型有效的处理方法的研究。
3.1光催化氧化技术
化学氧化法是工业治理恶臭气体最常见也是最有效的技术之一。其中的高级氧化技术(advanced oxidation processes,AOP)是目前发展较快的处理含硫废气的研究方法之一。光催化氧化即是属于此研究范畴。
光催化氧化[11-12]是利用半导体催化剂(例如TiO2)在紫外光的辐射下产生价带空穴。光生空穴有很强的得电子能力,能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使两者同时进行。间接氧化时,光生空穴与催化剂表面吸附的H2O或OH-离子反应生成氧化能力极强的羟基自由基·OH。污染物在强氧化剂的作用下最终被氧化成为H2O、CO2等小分子无害物质。
3.2等离子体技术
近年来等离子体技术处理恶臭气体也日益受到大家的关注和重视。等离子體氧化也是高级氧化技术的一种。侯健等人用介质阻挡放电(DBD)低温等离子体技术降解H2S和CS2得到了很好的处理效果。等离子体处理含硫废气有高效率、低能耗、使用范围广、处理量大、操作简单等优点,可在今后很长的时间里得到广泛的使用。
3.3无极紫外辐射技术
无极紫外辐射技术是近年来逐渐兴起的降解污染物的方法之一,之前主要用在水相污染物的去除上。无极紫外辐射技术的原理在于,利用微波发生器发出的微波辐射激发无极灯内的填充物质产生紫外光,污染物分子在光照下分解以此达到降解污染物的目的。夏兰艳等人将其应用在气相污染物的处理上,并且有效的降解了硫化氢和二硫化碳等含硫废气。
4 结论与期望
(1)现有的成熟的处理含硫废气的方法存在很多方面的不足,需要进一步改进,提高降解效率,如活性炭吸附法就要提高吸附剂的利用效率,增加活性炭反复使用的次数。
(2)新兴的处理技术很多还处于实验室研究阶段,应加快研究速度,尽快研制出成熟的理论基础以用到实际中去,如无极紫外辐射这种新兴的处理技术,不需要加入其他化学试剂,大大降低了产生二次污染的几率,今后可以推广到工业生产中广泛使用。
(3)结合现有技术,开发出具有创新意义的新处理技术,弥补现有的处理方法技术上的缺陷,研制出高效率、低能耗、无二次污染的新方法。
(4)现有的处理技术在工艺上可以联合使用,取长补短,达到令人满意的降解效果。
参考文献:
1.徐华成,徐晓军,翁娜娜,王凯.恶臭气体的净化处理方法[J].山东轻工业学院学报,2007,21(2):87-94.
2.金谷大.化纤行业废气的污染及治理[J].环境保护,1994,15(10):19-21.
3.贝晓萍,潘理黎,郑飞燕.玻璃纸生产废气中的CS2和H2S的治理[J].化工环保,2006,26(6):480-482.
4.李晶玉,杨颖,王红艳,李威.51例低浓度二硫化碳中毒神经传导速度与皮肤交感反射监测分析[J].当代医学,2010,16(2):53-54.
5.马纪英,张威文,季佳佳.二硫化碳对雄性大鼠性激素的影响及维生素E的拮抗作用[J].毒理学杂志,2010,24(2):135-137.
6.姜怡娇,宁平.硫化氢废气净化进展[J].云南环境科学,2002,21(3):40-44.
7.邹凯旋,张勇强.恶臭污染现状与处理技术[J].现代农业科技,2007,11:203-205.
8.陶大钧,朱本兴,袭姻英.含硫恶臭物质的鉴别和净化技术[J].江苏环境科技,1994,4:18-22.
9.曾华星.南昌大学活性炭吸附法降解CS2[D].江西:南昌大学,2006.
10.王亚宁,熊春华,王槐三.树脂吸附法去除水及空气中的CS2[J].化工环保,2006,26(3):174-177.
11.洪伟,古国榜,吴志伟.光催化氧化法治理恶臭污染的工程应用[J].环境工程,2002,20(6):40-42.