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催化型吸附活性炭除臭技术的原理
[ 2008/3/14 17:49:00 | By: chinesepump ]
 
催化型吸附活性炭除臭技术的原理

内容摘要 本文介绍了催化型吸附活性炭除臭技术的原理,几种催化型吸附活性炭除臭装置的构造特点及其在美国的应用状况,并通过催化型吸附活性炭在广州某污水处理厂的现场试验结果,证明该种活性炭具良好的H2S去除能力,是一种值得推广的新型除臭技术。

   1 前言

  自70年代中期开始,由于城市处理厂臭味气体浓度低, 主要采用的除臭方法为吸附法,常用的吸附剂有非浸渍活性炭、浸渍活性炭和微生物多孔物三大类[1]。这些吸附剂虽然都具有一定程度的臭味去除能力,但都不可避免地存在着某些缺点,如:非浸渍活性炭去除H2S能力低,寿命短;浸渍活性炭去除有机物能力低,且极易产生放热反应而增加活性炭床层着火的可能性。生物除臭系统存在占地面积较大,投资较高的缺点。为此,人们一直致力于各种吸附剂及吸附设备技术的改良研究,在九十年代中期,美国卡尔冈炭素公司研制并生产了吸附技术先进的臭味控制系统——系列催化型活性炭及吸附设备,该系列臭味控制系统已被应用在美国处理厂的除臭领域,除臭效果得到各方的肯定。

  2 催化型活性炭的技术原理

  催化型活性炭是一种新型的吸附剂,能较好地吸附臭味中的有机物和H2S。 其主要技术原理为:

  (1)催化型活性炭未被化学剂浸渍,与化学浸渍炭相比,具有较大的目标化合物吸附空间,故吸附有机物气体的能力明显增大。

  (2)催化型活性炭是烟煤基带增强催化能力的粒状活性炭,促进氧化反应能力特别强,在吸附过程中,催化型活性炭将H2S与氧都吸附在其表面上,发生氧化作用生成90%以上的H2SO4和少量的H2SO3和S(如表1)。

  表1 催化型活性炭氧化反应式及生成物比例表

吸 附 氧 化 反 应 式
生成物所占比例
H2S+2O2 = H2SO4
>90%
2H2S+3O2 = 2H2SO3
>5%
4H2S+O2 = 2H2S+2S+ 2H2O
<5%(其中S含量极少)

  (3)催化型活性炭吸附臭味气体后,90%以上的生成物——H2SO4极易于吸附且易溶于水,基于这种特性,当催化型活性炭吸附饱和后,可通过水洗炭床,溶解生成物H2SO4并将其排出炭床而达到再生的目的,使炭床恢复吸附能力,也就是说,催化型活性炭床有可反复水洗再生,反复用于吸附,寿命长的优点,另外,由于配套除臭设备专为提高吸附效率和为水洗再生提供方便而设计,故水洗是在线进行的,操作简便,节省人力。

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  3 催化型活性炭的性能参数

  经多次在处理厂现场测定,在现场H2S浓度通常不超过20ppm的条件下,对非浸渍活性炭、浸渍活性炭和催化型活性炭的性能进行了比较(见表2)。

  表2 非浸渍活性炭、浸渍活性炭和催化型活性炭的特性比较表

未浸渍
NaOH 浸渍
KOH 浸渍
催化型
粒子密度, mg/mL
0.52
0.55
~0.55
0.56
粒度(目)
4×6
4×6
4×6
4×6
平均颗粒直径,mm
3.6
3.6
~3.6
3.6
H2S 去除能力(g H2S/cm3活性炭)
~0.015
0.06
0.06
0.055
燃点温度(℃)
380-425
200-225
200-225
380-425
化学再生剂
50% NaOH
45% KOH
再生时间
6 天
6天
2天
处理方法
掩埋
掩埋
掩埋
返回再生或掩埋***
去除H2S 的床层寿命(天)
1.0
4.5*
4.5*
20.0**
有机物的床层寿命(天)
1.0
0.7
0.7
1.0
备注:
*: 第一次床层耗竭的媒介处理(无烧碱再生)。
 
**: 基于最少5 次有效水洗。
 
***: 根据活性炭再生条件而定。

  表2数据表明,催化型活性炭的去除能力为0.055 (g H2S/cm3活性炭)比非浸渍活性炭的高出0.04(g H2S/cm3活性炭),而接近于浸渍炭产品的0.06 (g H2S/cm3活性炭)。

  4 催化型活性炭除臭系统介绍

  4.1 催化型活性炭除臭系统的种类

  目前,由美国卡尔冈炭素公司设计生产的催化型活性炭除臭系统有四种类型:泰坦臭味控制系统、凤凰臭味控制系统、高流量凡特臭味控制系统和凡特PE除臭设备。

  (1)泰坦臭味控制系统能有效处理H2S浓度<10 ppm的低浓度气体和带臭味有机物如甲硫醇和二甲基二硫醚。其突破了活性炭吸附器的传统设计,采用径向流吸附技术,与传统深床层除臭设备相比,体积小,吸附速度快,处理能力高,H2S去除率达99.9%。非常适合去除流量大的臭味气体,如市政泵站、提升泵站、处理厂中的格栅池、淤泥澄清池、带式压滤机室等的臭味。

  (2)凤凰臭味控制系统适合处理流量大、H2S浓度为<50ppm的臭味气体,凤凰系统的工作原理是由多个装有催化型活性炭的径向流浅床层炭罐组成,这些炭罐一层一层的分开排列在立式反应室中,臭气从上到下通过装有径流式炭罐的立式反应室,当气体通过径流式炭层时,H2S 经催化转变成H2SO4 ,处理过的气流通过内置分布管向上流动经出口全部排出,在水再生阶段,疏松吸附的易溶于水的H2SO4 被水洗掉,活性炭恢复吸附H2S 的能力,该系统的分层式设计使当一个反应室被水再生时,其它反应室可以继续处理臭气,整个系统可以连续操作。设备材质为聚丙烯和聚乙烯等防腐材料,均可长期抵挡H2S腐蚀,且已经过防紫外线处理,适于室外安装。

  (3)高流量凡特臭味控制系统适合安装在空间小的市政臭收集系统,其处理流量少、要求占地面积小,安装使用方便,只需接上电和水,打开开关,除臭系统就开始运行,能有效处理浓度为10~15ppmH2S 气体和带臭味有机物如甲硫醇和二甲基二硫醚。若与酸洗系列设备组合,也可去除氨味和其它异味。

  (4)凡特PE除臭设备是理想的小型除臭设备,适合处理空气量<330m3/h、含有机物为主的低浓度臭味气体,在厕所臭气、实验室有机废气和油罐废气处理等均取得较好的效果。

  4.2 催化型活性炭除臭系统的组成

  催化型活性炭除臭系统基本组成为进风管、引风机、催化型活性炭除臭设备、排气管和水洗炭床管路系统,工艺过程如下:

  

  5 催化型活性炭除臭系统的技术应用

  5.1 催化型活性炭除臭系统在美国的应用状况

  自1994年以来,催化型活性炭除臭系统开始被广泛应用于美国的市政设施中,例如:Altoona 废水处理厂、Aurora 处理厂、东海湾泵站、Escambia泵站、芝加哥东部地区公厕、Wheaton 地区公厕、Fairfax 处理厂等等的臭味去除。上述用户均对催化型活性炭除臭系统的除臭效果感到满意,认为是值得依赖的、可替代传统除臭设备的高效除臭系统。到目前为止,已有约1000套的催化型活性炭除臭系统在美国投入应用, 而且正受到越来越多的除臭用户的青睐。

  5.2 催化型活性炭除臭系统在我国的应用前景分析

  5.2.1 除臭控制系统的总需求增大

  多年来,我国处理厂的臭气污染都没有采取治理措施,直到1993年7月19日国家环保局颁布了《恶臭污染物排放标准》(GB-14554-93)后,臭气的污染控制问题才开始引起人们的重视,但至今为止,已采取臭气污染治理设施的单位很少。2000年全国设市城市达到近700个,建制镇达到近2万多个,全国城镇人口达4亿左右,城市化水平约为35%。预计2010年,全国设市城市达到近1000个,建制镇达到近2.5万多个,全国城镇人口达6亿左右,城市化水平约为45%[2]。随着我国城市化进程加快,城市人口的逐步增长、城市面积的不断扩张,必然引起处理量的增加,带动处理厂处理容量扩大,除臭系统的总需求量随之增大,而使用先进的除臭系统----催化型活性炭除臭系统更是我国现代化发展的需要。

  ②近年来,我国处理厂的气味控制均采用传统的吸附设备为主,有一定的除臭效果,但不稳定,而且吸附剂吸附饱和后再生操作麻烦,因此造成运行费用高,并且,再生液和耗竭的吸附剂对环境会造成二次污染。催化型活性炭除臭系统则在同类的吸附系统中具有领先水平,除臭效率高,设备占地面积小,安装简单,吸附剂可连续水洗再生反复使用,从而使成本降低,操作简便,不造成二次污染,这些都将会促使催化型活性炭除臭系统在除臭领域中占据了相当重要的位置,并形成一种势不可挡的趋势,因而在我国有广阔的应用前景。

  6、催化型活性炭的现场试验情况

  自2003年3月至6月,我公司在广州猎德厂生物反应池现场连续做了催化型活性炭吸附效果试验(见表3)。

  表3 试验结果对比

催化型活性炭吸附法
测定条件
大气温度(℃)
15~33
实验进风口流量(m3/h)
4.2~3.85
进口浓度(ppm)
2.6~143
测定结果
平均出口浓度(ppm)
0.0
平均H2S去除率(%)
100%

  试验结果表明,在进口浓度波动的条件下,采用催化型活性炭吸附法的H2S平均去除率为100%,且除臭效果稳定。

  2003年6月在该试验装置活性炭减量后显示吸附饱和的情况下,对其用自来水再生16小时,再生出水PH值由最初的酸性逐步升至中性,表明H2S被转化为H2SO4和H2SO3。再生后继续试验,H2S出口浓度仍为0.0ppm,表明该活性炭用自来水再生后吸附能力仍然良好。

  7 结论

  催化型活性炭除臭系统是对传统技术的更新改进产品,在同类的除臭设备中具有先进性,在未来的城市化高速发展进程中,其处理效率高、占地面积小、全自动化、维修量少等优点很适合我国国情,特别对于城市处理厂、垃圾处理厂、环卫处理站等更具现实意义。

  参考文献


  1 《环保工作者实用手册》编写组. 环保工作者实用手册.冶金工业出版社.1993年.

  [2] 高立新.在市政工程中的应用.给水排水,2003年,(4):69~72页.

 

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