恶臭污染分析及防治技术

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1、恶臭污染分析及防治技术王令 丁忠浩(武汉科技大学 武汉430081)摘 要 恶臭是一种感觉公害,其产生的嗅觉危害人的身体健康和生活的安宁舒适。阐述了恶臭来源、 分类,提出了分析和防治方法,重点介绍了适于自动化控制的光、 电化学技术。关键词 恶臭 分析方法 防治技术 电解 光催化 纳米TiO2Analyses on Malodor Pollution and the Preventive Techniques for itWang Ling Ding Zhonghao( Wuhan University of Science and Technology Wuhan430081)Abstract

2、 Malodor is a kind of social pollution that can be felt by human sense organ. Its harmfulness affects humans health and the qualityof peoples life as well. In this paper , the origin , classification ,analytical methods and various treatment techniques for malodor are re2viewd , and some emphases ar

3、e put on the electrolyzation and photocatalytic oxidation techniques which adapt to automation control.K eywords malodor analytical method preventive techniques electrolyzation photocatalytic oxidation Nano - TiO2恶臭是7种典型公害之一(大气污染、 水质污染、 土壤污染、 噪声、 振动、 土地下沉、 恶臭)。恶臭污染是指能引起人们嗅觉器官多种多样臭感的物质对环境的污染。恶臭物质种类繁多

4、,影响范围大,是主要的扰民污染,严重危害人体健康和生活的安宁与舒适1,须引起足够的重视。1 恶臭来源、 分类和对人体造成的影响1.1 恶臭的来源及分类恶臭源分为天然来源及人工来源。天然来源包括不流动的湖沟沼泽中,各种水草、 藻类分解代谢产生的甲基硫、 甲基硫醇等;动物尸体与植物残骸等腐败分解放出的硫化氢、氨等腐败性臭气。人工来源包括工业源和生活源,其主要来源及恶臭味性质(鼻腔上部嗅觉细胞伸出的嗅觉神经进入嗅球,经两条通路传入大脑的嗅觉中枢,从而分辨恶臭物质的性质和种类)见表1。1.2 恶臭的影响恶臭对人体的危害主要表现在以下几个方面:(1)危害神经系统。长期受低浓度恶臭物质刺激,首先使嗅觉丧失

5、,继而导致大脑皮层兴奋与抑制过程的调节功能失调。有的恶臭物质,如硫化氢不仅有异臭,同时对神经系统产生毒副作用。(2)危害呼吸系统。嗅到臭气时,反射性地抑制吸气,妨碍正常呼吸功能。(3)危害循环系统。如氨等刺激性臭气,使血压先下降表1 恶臭物质来源和臭味性质物质名称主要来源臭味性质硫化氢牛皮纸浆、 炼油、 炼焦、 石化、 煤气、 粪 便、 硫化碳的生产或加工腐蛋臭硫醇类牛皮纸浆、 炼油、 煤气、 制药、 农药、 合成 树脂、 合成纤维、 橡胶烂葱头臭硫醚类牛皮纸浆、 炼油、 农药、 垃圾、 生活污水 下水道蒜臭氨氮肥、 硝酸、 炼焦、 粪便、 肉类加工、 家畜 饲养尿臭、 刺激臭 胺类水产加工、

6、 畜产加工、 皮革、 骨胶、 油脂 化工粪臭吲哚类粪便、 生活污水、 炼焦、 肉类腐烂、 屠宰 牲畜刺激臭硝基化合 物染料、 炸药刺激臭烃类炼油、 炼焦、 石油化工、 电石、 化肥、 内燃 机排气、 油漆、 油墨、 印刷刺激臭醛类炼油、 石油化工、 医药、 内燃机排气、 垃 圾、 铸造剌激臭脂肪酸类石油化工、 油脂加工、 皮革制造、 合成洗 涤剂、 酿造、 制药、 粪便剌激臭醇类石油化工、 油脂加工、 皮革制造、 肥皂、 合成材料、 酿造、 林产加工剌激臭酚类溶剂、 涂料、 油脂工业、 石油化工、 合成 材料、 照相软片刺激臭酯类合成纤维、 合成树脂、 涂料、 粘合剂香水臭、 刺激臭 含卤素

7、有机物合成树脂、 合成橡胶、 溶剂灭火器材、 制 冷剂刺激臭4 吴信才,等.地理信息系统设计与实现.北京:电子工业出版社,20025 张卫东,等.基于GIS的重点污染源管理信息查询与分布系统设计的实现.安徽地质,2001作者简介:林英杰,男,1979年生,山东省烟台市栖霞人,2002年毕业于山东理工大学计算机科学与技术专业,现就读于华中科技大学环境科学与工程学院市政工程专业,师从陶涛教授,课题方向:水工艺新技术及GIS在给排水管网中的应用研究。(收稿日期:20040914)82工业安全与环保Industrial Safety and Environmental Protection 2005年

8、第31卷第3期 March 2005后上升,脉搏先减慢后加快,硫化氢还能阻碍氧的输送,造成体内缺氧。(4)危害消化系统。经常接触恶臭物质,使人食欲不振与恶心,进而发展成为消化功能减退。(5)其他危害。使内分泌系统的分泌功能紊乱,影响机体的代谢活动;氨和醛类对眼睛有刺激作用,引起流泪、 疼痛、 结膜炎、 角膜浮肿等。恶臭的持续作用会使人烦躁、 忧郁、 失眠、 注意力不集中、 记忆减退,从而使学习和工作效率降低。2 恶臭分析2.1 恶臭分析的特点(1)恶臭由多种性质各异的化合物组成,需作多种成分的全分析或主要成分分析;(2)各成分含量相差大,要求分析方法线性范围宽;(3)各成分检测限不同。2.2

9、恶臭分析方法按探测方式不同,分感官测试法和仪器分析法两大类。2.2.1 感官测试法通常的恶臭气体组分多,测定复杂,感官测试法因简捷、实效性强而具有相当的实用价值,是恶臭测定中一种不可缺少的手段。它又分为臭气浓度法和恶臭强度法两种。(1)臭气浓度法:该方法所表示的浓度,不同于物质的浓度,而是用臭气样品的气味稀释至检知阈的稀释倍数来表示。一般用三点比较式臭袋进行测定,即用无臭气体按310倍的梯度,逐级稀释采集的臭气样品,每级稀释的气袋与另两只充入纯净空气的无臭袋,同时交臭辨员嗅辨,看其能否正确识别,并根据总臭辨人次的平均正确率来决定是否继续稀释,再经计算求得最终的稀释倍数,即为臭气浓度。(2)恶臭

10、强度法:是根据恶臭气味的强弱,分成不同的等级,然后由臭辨员来测试分级。因国家和地区的不同,恶臭强度分级也有所不同,我国和日本采用5级分级制,美国采用8级分级制。2.2.2 仪器分析法仪器分析法可对恶臭成分进行单一组分的定性、 定量分析。由于恶臭成分大多是有机物,所以,GC、GCMS等分析法在恶臭仪器分析中占主导地位。恶臭物质的臭阈值一般都比较低,有的低至g/L级,所以,在分析前首先要对样品进行富集浓缩。通常使用的方法有低温捕集、 常温富集和反应富集等。常见恶臭物质的富集浓缩和分析方法见表2。表2 常见恶臭物质的富集浓缩和分析方法恶臭有机物种类富集浓缩方法分析方法含硫、 含氮和苯系 恶臭化合物填

11、充柱 气象谱法 分光光度法(NH3、CS2)低级脂肪酸反应富集法GC/ FID、GC/ NPD有机氯化合物低温富集法、 Tenax吸附GC/ FID、GC/ ECD醛、 酮类化合物反应捕集法分光光度法、GC、LC、IC酚类化合物反应捕集法分光光度法Tenax吸附GC/ FID醇、 酯类化合物吸附法GC3 恶臭防治技术恶臭防治技术的发展经历了一个过程,从最初的水洗法逐步发展到今天的微生物法、 活性炭吸附法、 光催化降解法2。工业化生产追求机械化生产、 自动化控制,这样可以达到高效快速的生产效果并能够节省人员及管理费用,从而能够最大限度地降低成本。相应地,作为发展中的环保事业也应同步研究、 设计、

12、 开发出便于控制管理的自动化环保技术,在众多环保技术中,光、 电化学技术最适于自动控制。这里着重介绍电解和光催化技术在恶臭处理中的应用。3.1 电解技术对恶臭的去除电解法去除恶臭是将电能转化为化学能,生成初生态的化学物质,去除污染物。NaCl + 2H2OCl2+ H2+ 2NaOHCl2+NaOHNaClO +NaCl电解生成的次氯酸钠与污水中产生恶臭的物质反应,将其氧化去除,进而消除恶臭。 恶臭去除效果与电流密度、NaCl的用量、 恶臭物质的含量、pH值等因素有关,可通过改变电极类型和电源种类来达到处理多种恶臭物质,提高处理效率的目的。南开大学张宝贵等用电解法去除农药厂排放的硫化物恶臭污水

13、,取得了很好的处理效果3,工艺流程如图1。图1 电解吸收法处理恶臭工艺流程3.2 光催化技术对恶臭的降解光催化降解有机物的原理是:利用半导体催化剂能带不连续的性质(价带和导带之间存在一个禁带) ,用能量等于或大于禁带宽度的特定波长紫外光照射半导体光催化剂,价带上的电子被激发,越过禁带进入导带,价带上产生相应的空穴,继而生成电子(E-)空穴(h+)对。空穴是很强的氧化剂,大多数有机物的光催化降解都是直接或间接利用空穴的氧化能力。空穴得电子能力很强,能同时直接或间接氧化有机物,间接氧化时,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OH2,反应式如下:H2O + h+

14、OH+ H+OH-+ h+ OHOH氧化能力极强,对作用物几乎无选择性,使有机物氧化,最终分解为H2O和CO2。3.2.1 脂肪族氧化机理紫外光激发光催化剂所生成的OH先将脂肪族氧化为醇,进一步氧化为醛、 酸,最后脱羧生成CO2,过程描述:RCH2CH3RCH2CH2OHRCH2CHORCH2COOHRCH3+ CO2RCH2OHRCHORCOOH每降解一个碳原子,生成一个CO2重复循环,直到脂肪烃完全转化为CO2。3.2.2 芳香族氧化机理92催化生成的OH和H+使苯环羟基化,生成羟基环己二烯自由基,进而开环生成己二烯二醛,再按脂肪族氧化途径降解,生成CO2和水。此外,利用光催化氧化可将细菌

15、、 污物等有机成分分解,从而具有除臭、 抗菌、 防污、 防雾的多种功效。在所有半导体催化剂中,TiO2催化活性好,且具有生物惰性和化学惰性,不会发生光腐蚀和化学腐蚀。粒径小于100 nm的TiO2称为纳米TiO2,随着粒径的超细化,其表面结构和晶体结构发生了独特改变,导致产生量子尺寸效应及表面效应等,从而使纳米TiO2与常规TiO2相比具有优异的催化性能、 光学性能、 热学性能、 电学性能等,因此用于光催化作用的半导体催化剂多为纳米TiO2材料。光催化技术具有工程投资少、 运行费用省、 占地面积小、废气停留时间短、 高效、 稳定等特点,还能和其它净化技术联用。华南理工大学的洪伟等采用过滤光催化

16、工艺对饲料工艺产生的恶臭物质进行去除,两级单元总去除率约90 % ,基本达到了控制恶臭的预期效果4,工艺流程如图2所示。图2 光催化氧化工艺处理恶臭流程3.3 其它处理恶臭的方法。其它处理恶臭的方法见表3。表3 其它恶臭处理方法方 法原 理主 要 设 备优 缺 点水清洗法利用臭气中的某些成分(如NH3、 低级脂肪酸等)易溶于水的特性,使臭气成分溶解于水中,达到脱臭目的。排风机、 洗涤塔、 喷淋泵等 适用于低浓度、 大风量的臭气; 对NH3、 低级胺类、 低级脂肪类效果明显;设备运转费用低; 对H2S、 硫醇、 高级脂肪酸类等效果差;单独使用时效果差,宜和其他方法联用药液吸收法在水中加入某种或几种药剂,针对性地去除某些臭气成分排风机、 洗涤塔、 喷淋泵、 水处理设备等 适用于低浓度、 大风量的臭气; 碱洗对H2S、脂肪酸类有效; 废水需要处理;CO2与NaOH反应使H2S