醫(yī)療廢氣成分包含各類有機(jī)物和苯烴化合物，醫(yī)療廢氣治理推出一套“噴淋預(yù)處理+過(guò)濾吸附+光催化技術(shù)”。安峰對(duì)于堿液預(yù)處理效果和對(duì)工藝安全影響，進(jìn)行一個(gè)深化研究。對(duì)醫(yī)療廢氣處理過(guò)程產(chǎn)生的惡臭氣體，如何進(jìn)一步深化處理說(shuō)說(shuō)自己的思路和分析，對(duì)醫(yī)療企業(yè)采用此種工藝提供幾點(diǎn)參考。
　　
　　當(dāng)采用該工藝去除污水處理廠廢氣時(shí)，為了降低后續(xù)處理工藝的處理壓力，需要初步去除氣相中的H2S酸性氣體和氣溶膠類物質(zhì)，此時(shí)可采用堿液噴淋吸收的預(yù)處理方式。但堿液噴淋過(guò)程本身會(huì)將部分堿液及水分引入處理系統(tǒng)，不可避免的會(huì)對(duì)吸附及催化氧化等后續(xù)處理單元產(chǎn)生影響。但目前將堿液噴淋工藝作為廢氣治理的前處理選擇時(shí)，對(duì)噴淋過(guò)程本身的處理效果關(guān)注較多，而關(guān)于噴淋預(yù)處理對(duì)后續(xù)處理單元的影響研究較少。
　　
　　1實(shí)驗(yàn)材料與方法
　　
　　1.1工藝流程及設(shè)備
　　
　　該污水處理站采用的處理工藝為“電化學(xué)+生化處理”，廢氣主要來(lái)源為集水池、調(diào)節(jié)池、沉淀池、水解酸化池、生化池構(gòu)筑物，主要成分為揮發(fā)性有機(jī)物(包括非甲烷總烴、有機(jī)硫化物等)、甲烷、硫化氫等。廢氣中硫化氫濃度約為17～22mg/m3，揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)濃度約為34～45mg/m3。根據(jù)《城鎮(zhèn)污水處理廠臭氣處理技術(shù)規(guī)程》計(jì)算，確定廢氣處理風(fēng)量為10000m3/h。廢氣處理工藝流程，見(jiàn)圖1。
　　
　　工藝產(chǎn)生的廢氣首先經(jīng)負(fù)壓收集后通過(guò)管道輸送至預(yù)處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要設(shè)備為化學(xué)噴淋吸收塔及其配套的堿液加藥系統(tǒng)、吸收液循環(huán)泵和除霧器等;隨后采用二級(jí)干式過(guò)濾進(jìn)一步去除廢氣中的粉塵及粘性物質(zhì)。經(jīng)過(guò)預(yù)處理后的廢氣進(jìn)入活性碳吸附濃縮及催化燃燒工藝。吸附劑采用普通市售煤質(zhì)蜂窩狀活性炭，裝填量為1m3/箱。實(shí)驗(yàn)所用噴淋塔采用逆流循環(huán)式;UPVC材質(zhì)，塔內(nèi)設(shè)聚丙烯鮑爾環(huán)填料，塔頂設(shè)除霧器;液氣比為1，空塔風(fēng)速V=2m/s。
　　
　　
　　
　　1.2實(shí)驗(yàn)方法
　　
　　實(shí)驗(yàn)采用連續(xù)流實(shí)驗(yàn)和批處理實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法進(jìn)行。將氫氧化鈉溶于水制得實(shí)驗(yàn)所用吸收液，采用2mol/L氫氧化鈉溶液和2mol/L硫酸溶液對(duì)吸收液pH值進(jìn)行調(diào)節(jié)。為保證吸收液的pH值穩(wěn)定，加入一定量的NaCO3作為緩沖劑。
　　
　　廢氣中H2S、VOCs的濃度數(shù)據(jù)分別由GASTiger6000揮發(fā)性有機(jī)物光離子化檢測(cè)儀和硫化氫氣體檢測(cè)儀測(cè)定。吸附劑表面pH采用ASTM標(biāo)準(zhǔn)方法D3838測(cè)定。
　　
　　2結(jié)果與討論
　　
　　2.1噴淋液pH對(duì)H2S及VOCs去除效果影響
　　
　　保持噴淋液溫度和噴淋量不變，待工藝系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，H2S和VOCs的初始濃度分別維持在20和40mg/m3時(shí)，調(diào)整噴淋液pH大小，檢測(cè)噴淋液pH對(duì)H2S和VOCs去除效果的影響，結(jié)果見(jiàn)圖2。
　　
　　
　　
　　圖2可見(jiàn)，堿液噴淋預(yù)處理過(guò)程對(duì)廢氣中H2S有明顯的去除效果。隨著噴淋液pH值的升高，預(yù)處理過(guò)程對(duì)H2S的去除率逐漸升高，至pH9.5時(shí)，去除率達(dá)到66%。由于堿液對(duì)H2S的吸收主要受氣相傳質(zhì)控制，進(jìn)一步提高pH對(duì)去除效果影響不大。噴淋預(yù)處理對(duì)VOCs也有約20%的去除能力，但受噴淋液pH影響不大。
　　
　　采用活性炭吸附富集+脫附再生工藝處理含H2S廢氣時(shí)，H2S易在活性炭表面氧化生成單質(zhì)硫從而沉積下來(lái)，正常狀態(tài)下很難通過(guò)脫附去除，從而影響活性炭的使用壽命和系統(tǒng)安全。為了解決這一問(wèn)題，工程上有時(shí)需將污水站廢氣經(jīng)均化罐均化后直接引入催化氧化系統(tǒng)，造成投資和運(yùn)行費(fèi)用的增加。經(jīng)過(guò)堿液噴淋預(yù)處理，可將廢氣中H2S濃度降至7mg/m3以下，經(jīng)除霧和過(guò)濾系統(tǒng)去除水分后，可滿足采用“活性炭吸附濃縮+催化燃燒”工藝的要求。活性炭吸附濃縮系統(tǒng)按最低濃縮倍率為10計(jì)算，可將催化氧化系統(tǒng)設(shè)計(jì)處理量降至原來(lái)的10%，投資運(yùn)行費(fèi)用大為降低。
　　
　　2.2噴淋預(yù)處理對(duì)吸附過(guò)程的影響
　　
　　對(duì)活性炭吸附濃縮系統(tǒng)，選擇吸附用活性炭時(shí)，往往更關(guān)注比表面積、孔容積、孔徑，較少考慮活性炭的表面化學(xué)性質(zhì)。但對(duì)于H2S類的強(qiáng)極性、酸性物質(zhì)，其吸附過(guò)程還受到活性炭表面官能團(tuán)的影響。在吸附過(guò)程中，當(dāng)存在液相的NaOH時(shí)，會(huì)對(duì)活性炭表面進(jìn)行改性，增加表面堿性吸附點(diǎn)位，從而有利于H2S的吸附轉(zhuǎn)化。但相應(yīng)的，這一改性過(guò)程會(huì)減少吸附劑表面非極性吸附點(diǎn)位的數(shù)量，不利于VOC的吸附。為了驗(yàn)證噴淋預(yù)處理對(duì)吸附過(guò)程的影響，保持工藝系統(tǒng)其它參數(shù)不變，調(diào)整預(yù)處理噴淋液pH，分別測(cè)定吸附箱進(jìn)口濃度(c0)和出口濃度(c)，繪制堿液噴淋時(shí)H2S和VOCs在活性炭上的吸附曲線，結(jié)果見(jiàn)圖3和圖4。
　　
　　同時(shí)測(cè)定噴淋液中NaOH濃度(以pH表示)與活性炭樣品表面pH的之間的關(guān)系，結(jié)果見(jiàn)表1。
　　
　　
　　
　　當(dāng)未進(jìn)行噴淋預(yù)處理時(shí)，普通活性炭由于對(duì)H2S的吸附主要為物理吸附，吸附較慢。此時(shí)H2S的穿透時(shí)間約為1200min，去除率可達(dá)到83%左右，并沒(méi)有表現(xiàn)出較強(qiáng)的H2S吸附能力。開(kāi)啟堿液噴淋后，H2S氣體的穿透曲線與穿透時(shí)間都向后推遲，主要原因是堿液噴淋預(yù)處理使活性炭樣品表面的堿性官能團(tuán)增多，更易吸附極性的H2S分子，這與活性炭表面pH的變化一致(表1)。當(dāng)噴淋液pH=10時(shí)，達(dá)到最大吸附能力，此時(shí)H2S的穿透時(shí)間和去除率分別為1600min和90%。當(dāng)噴淋液pH>10時(shí)，由于固態(tài)物質(zhì)在活性炭表面的沉積，進(jìn)一步增加pH并不能增加H2S在活性炭表面的吸附，這與Bagreev在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的研究一致。
　　
　　當(dāng)吸收液pH為酸性(pH<7)時(shí)，H2S的穿透曲線仍向后推遲，說(shuō)明除表面堿度外，廢氣中濕度的增加同樣對(duì)H2S的去除有促進(jìn)作用。根據(jù)Adibetal的研究，水分的存在是H2S分子在活性炭表面分解及硫元素氧化的關(guān)鍵條件。當(dāng)水分不足時(shí)，活性炭對(duì)H2S的去除受到抑制，這也是疏水型活性炭對(duì)H2S去除效果較差的主要原因。
　　
　　從圖4可以看出，相對(duì)于H2S，噴淋預(yù)處理對(duì)活性炭樣品吸附VOCs的影響較小，僅在pH為5.8和11時(shí)出現(xiàn)穿透曲線的少量前移。一般認(rèn)為，活性炭對(duì)有機(jī)物的吸附主要分為物理吸附和化學(xué)吸附兩大類。物理吸附的作用力是VanderWaals力，主要是色散力，受溫度、壓力和表面積的大小影響。化學(xué)吸附主要是吸附質(zhì)固體表面原子或分子有電子的轉(zhuǎn)移、交換或共有，從而形成化學(xué)鍵(或生成表面配位化合物)。化學(xué)吸附的程度與吸附劑表面的表面化學(xué)基團(tuán)相關(guān)。噴淋預(yù)處理通過(guò)改性作用造成了活性炭比表面積的減少與表面化學(xué)基團(tuán)的增加，前者降低了非極性分子的吸附，而后者有利于極性分子的吸附。在兩者的共同作用下活性炭樣品對(duì)VOCs的吸附性能沒(méi)有明顯變化。
　　
　　2.3噴淋預(yù)處理對(duì)活性炭安全性能的影響
　　
　　活性炭具有很大的比表面積，表明吸附孔的孔壁很薄，有時(shí)甚至只有幾個(gè)原子的厚度。這種情況下，活性炭表面C與O的放熱反應(yīng)很容易受到NaOH的促進(jìn)作用影響(式(1)～式(2))，導(dǎo)致活性炭起燃溫度的降低。
　　
　　C+O2→CO2+熱量(1)
　　
　　2NaOH+CO2→NaCO3+H2O+熱量(2)
　　
　　該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)對(duì)模擬不同NaOH濃度噴淋狀態(tài)下的活性炭起燃溫度進(jìn)行了測(cè)定，并與新鮮活性炭進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)圖5。
　　
　　
　　
　　從圖5看出，NaOH的存在降低了活性炭的起燃溫度。未進(jìn)行噴淋預(yù)處理時(shí)，活性炭起燃溫度約為535℃，當(dāng)噴淋液pH<10時(shí)，可將起燃溫度降幅控制在較小的范圍(<15℃)，對(duì)安全運(yùn)行影響不大。但當(dāng)噴淋液pH增加至11時(shí)，活性炭起燃溫度降至495℃，增加了活性炭起火燃燒的危險(xiǎn)性，但仍遠(yuǎn)高于解吸時(shí)活性炭的正常運(yùn)行溫度(60～110℃)。結(jié)合圖2、圖3相關(guān)數(shù)據(jù)，噴淋液pH最佳控制點(diǎn)在9.5～10之間，既可有效控制H2S排放，又可保證安全運(yùn)行。為了最大限度的保證使用安全，還應(yīng)做好噴淋塔出口及過(guò)濾段的除霧防水工作，進(jìn)一步的工作還包括研究帶阻燃性能吸附劑。
　　
　　2.4噴淋預(yù)處理對(duì)催化氧化系統(tǒng)的影響
　　
　　在催化氧化系統(tǒng)中，硫是使催化劑中毒的最常見(jiàn)物質(zhì)之一。氣相中存在H2S時(shí)，H2S首先被氧化成SO2和SO3，進(jìn)一步和金屬氧化物反應(yīng)形成金屬硫酸鹽，硫酸鹽存留在催化劑表面易導(dǎo)致催化劑失活。根據(jù)文中及相關(guān)研究，未進(jìn)行堿液噴淋預(yù)處理時(shí)活性炭表面的pH較低，H2S的分解及氧化受到影響，多以分子形態(tài)存在，解吸時(shí)會(huì)隨脫附氣流進(jìn)入催化氧化箱造成催化劑的中毒。而采用堿液噴淋預(yù)處理后，活性炭表面pH升高，H2S在活性炭表面發(fā)生氧化反應(yīng)，或生成硫氧化物隨廢氣排出(pH為中性或偏酸性)，或生成單質(zhì)硫或硫氧化物沉積在活性炭表面(強(qiáng)堿性環(huán)境)，因而會(huì)對(duì)催化劑的使用產(chǎn)生一定的保護(hù)作用。
　　
　　在實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)噴液pH在8～11.5之間時(shí)，無(wú)論是吸附過(guò)程還是其后的解吸及催化氧化過(guò)程，并未在尾氣中檢測(cè)出SO2，說(shuō)明硫元素在活性炭表面的氧化比較徹底且產(chǎn)物以單質(zhì)硫?yàn)橹鳌Ｒ话阏J(rèn)為，單質(zhì)硫?qū)Νh(huán)境的污染要小于硫酸或硫氧化物。
　　
　　隨著噴淋液pH值的進(jìn)一步升高，部分堿金屬會(huì)隨著噴淋過(guò)程中產(chǎn)生的飛沫進(jìn)入催化箱，堿金屬也易造成催化劑的中毒，可通過(guò)采用密閉性好的擋板門(mén)，嚴(yán)格隔離主風(fēng)機(jī)通路與解吸風(fēng)機(jī)通路的方法解決。實(shí)驗(yàn)中采取以上措施后，控制噴淋液pH在9.5～10以下，經(jīng)過(guò)近6個(gè)月的運(yùn)行，未檢測(cè)到催化劑催化性能的降低，說(shuō)明噴淋預(yù)處理對(duì)催化氧化系統(tǒng)的影響在可控范圍內(nèi)。
　　

　　醫(yī)療廢氣成分h2s偏酸性，堿液噴淋可去除廢氣中H2S含量，而活性炭吸附是對(duì)預(yù)處理工藝的進(jìn)一步深化工藝。通過(guò)前2步對(duì)醫(yī)療廢氣處理，對(duì)廢氣中h2s去除率可以達(dá)到90%以上，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行后，未檢測(cè)到催化劑催化性能的降低，活性炭表面pH由7.0提高到9.0，活性炭起燃點(diǎn)由535℃降至520℃，對(duì)工藝安全的影響在可接受范圍內(nèi)。醫(yī)療廢氣處理采用此工藝對(duì)整個(gè)廢氣治理提供更多的可能性。