紫外光催化处理小型污水站恶臭气体实验研究

张体强 陈雄伟

摘要：恶臭气体是污水处理站典型环境影响之一，扰民现象严重。恶臭气体的主要成分为H2S、NH3等。通过紫外光二氧化钛催化降解污水站恶臭气体实验，较好地解决了小型污水站恶臭气体扰民问题。实验结果表明，H2S从0.14～0.388mg/m3降低到低于检出下限，NH3从0.279～1.64 mg/m3降低到低于检出下限;工艺会伴随产生O3等副产物，但随着自然扩散较快，浓度较低;未检测出CO副产物。

关键词：紫外光催化法;污水站;恶臭气体;NH3;H2S;O3

中图分类号：X701 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2020）02-00-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.02.055

Abstract：Malodorous gas is one of the typical environmental impacts caused by sewage treatment stations， which seriously disturbs people around.This problem has been well sloved by the experiment of catalyzing the degradation of malodorous gas in sewage station by ultraviolet TiO2. The main components of malodorous gas are H2S，NH3 and the like. The experimental results show that H2S decreases from 0.14～0.388 mg/m3 to below the detection limit， and NH3 also decreases from 0.279～1.64 mg/m3 to below the detection limit.The process is accompanied by the production of by-products such as O3 which would leave lower concentration with fast natural diffusion. No CO by-products were detected.

Key words：Ultraviolet light catalytic treatment;Sewage stations;Malodorous gas;NH3;H2S;O3

惡臭气体是污水站典型环境影响之一。本次研究对象为某油墨废水企业污水处理站，主要废水为印刷废水和生活污水，处理能力约300m3/d，其中印刷废水约30m3/d;该污水处理站采用全地下式结构的生化反应池进行处理。

早年为了解决废气外溢情况，污水站采用抽风机将地下池的气体集中收集后高空排放，将臭气稀释扩散。这种处理模式节约成本，但无法满足日益严苛的环保要求。当天气条件不利于臭气扩散时，污水站恶臭气体会积聚在污水站附近，导致污水站周围时常出现异味浓度过高现象，严重影响周边居民、工作人员正常工作与生活。污水站主要恶臭气体主要成分为H2S、NH3[1]。

污水站恶臭气体一般采用生物法、物理法和化学法处理。生物法主要采用生物过滤和生物洗涤法，主要用于含氨、酚等恶臭气体，对含硫气体处理效果差[2];物理法主要为吸收、吸附法，一般仅用作预处理，且最终产生废液存在二次污染[1];化学法分为催化氧化、化学吸收、燃烧等，光催化氧化因反应条件温和、成本低且无二次污染等优势，逐渐受到关注[3]。

本次研究污水站恶臭气体有几个显著的特点：水蒸气含量丰富;挥发性有机物气体浓度较低;臭味气体浓度相对较高，易让人产生不愉快感;风量相对较小等。

本次采用光降解催化氧化设备进行污水处理站恶臭气体处理。紫外光TiO2光催化氧化反应工作原理是通过光催化氧化反应净化消除挥发性还原气体。本次实验选择紫外光TiO2光催化氧化反应进行实验研究。

1 实验部分

1.1 实验设备及仪器

本次光降解催化氧化设备安装于污水处理站室内，通过风机将污水站气体引入光降解催化氧化设备，紫外光催化（TiO2）降解工艺及原理如图1、2所示，主要配件见表1所示。

1.2 检测方法

实验前后，在污水站排风管道出口预留采样口进行空气检测，检测方法见表2。后因采样法检测下限较高，无法检测到微量H2S、NH3浓度。为了进一步监测排放口H2S、NH3实际浓度，采用检测精度更高、检出下限更低的便携式监测仪器进行了多次监测，检测设备见表3。部分文献表明[4-5]，采用紫外光催化处理恶臭气体会产生O3和CO等副产品，因此实验后本次在排风管道出口预留采样口对H2S、NH3、O3、CO等四种气体浓度进行了监测，检测设备见表3。

2 结果与分析

2.1 结果

实验前，采用采样检测方法对排风管道出口预留采样口空气进行多次检测，检测期间风量和结果分别见表4。实验后，采用采样检测方法对排风管道出口预留采样口空气进行多次检测，均未检出H2S、NH3;随后采用便携式监测仪器在排风管道出口预留采样口进行多次检测，均未检出H2S、NH3。同时，采用便携式监测仪器在排风管道出口预留采样口对O3和CO进行多次检测，监测结果见表5。

2.2 分析

从表4和表5中可以看出，采用紫外光催化降解工艺后，恶臭气体中H2S、NH3的净化效果十分明显，其中H2S从0.14～0.388 mg/m3降低到低于检出下限，NH3从0.279～1.64 mg/m3降低到低于检出下限，排风管道出口预留采样口处H2S、NH3远低于《恶臭污染物排放标准》[7]中规定的厂界标准中0.06 mg/m3和1.5 mg/m3的要求，且恶臭气体扰民问题也随之解决。

在实验后，采用便携式仪器排风管道出口预留采样口多次采样，检测到O3濃度达到27～29 ppm，约53.1～57.1 mg/m3，这与周飞等[4-6]人的研究结果相一致;但在污水站周边地区采用便携式仪器均未检到明显的O3。周飞等人指出催化降解后将产生CO和O3等副产物难以控制，此次检查中未检测到CO。

实验中，O3副产物的产生表明在3500 m3/h风量条件下，配置15根高能紫外灯管存在配置过量的问题，为降低副产物O3的浓度，现有工艺可以适当的减少灯管配置。由于本污水站的水量较小，水质波动较大，异味气体浓度容易波动，适当的过量配置是保证臭气净化效果的合理选择。

虽然催化光降解工艺会产生O3这种副产物;有学者认为[5]，产生的O3因具有强氧化性，能进一步参与光催化过程并增强光催化效率，且O3非常活泼，常态下当O3浓度大于1 ppm时衰减速度会随着浓度的变高而加快[8]。因此，副产物O3将不会对周边空气环境造成明显危害。

周飞等[4]人的研究还提到光催化体系不能解决空气中的悬浮物及大的细微颗粒物问题。颗粒物有可能停留在灯管及TiO2催化网上影响催化降解效果，为避免该现象，在工艺实施时在净化设备的进口处安装有格栅，防止管道中的灰尘、管道铁锈等大颗粒的进入净化设备影响净化效果。

3 结论

（1）经过试验研究，紫外光二氧化钛催化降解工艺，能够有效降解小型污水站恶臭气体，从根本上解决环境污染和扰民问题。

（2）恶臭气体中有代表性的H2S从0.14～0.388 mg/m3降低到低于检出下限，NH3从0.279～1.64 mg/m3降低到低于检出下限。

（3）该工艺会产生O3副产物，但未检测到CO。排风管道出口预留采样口O3浓度达到27～29 ppm，但该气体经过自然衰减和气体扩散之后在污水站周边未明显检测到O3气体。

（4）目前工艺运行比较正常，在运行中为降低O3的影响可以适当减少高能紫外灯管数量来调节，但考虑到污水站污染物浓度波动的原因，高能灯管数配置适当过量是必要的选择。

参考文献

[1]赵士奇.氧化钛光催化降解恶臭气体研究[D].北京：北京化工大学，2015.

[2]徐晓军，宫磊，杨虹.恶臭气体生物净化理论与技术[M].北京：化学王业出版社，2005.

[3]刘莹昕.光催化去除挥发性有机污染物的研究进展[J].现代盐化工，2017（5）：6-7.

[4]周飞，杨学昌，高得力.等离子体TiO2催化空气净化试验研究[J].清华大学学报（自然科学版），2007，47（4）：462-465.

[5]郭睿，林昊宇，郑绍华，等.一种低温等离子体协同光催化的空气净化装置[J].环境科学与技术，2017，40（10）：144-150.

[6]杜长明，李子明，仇荣亮，等，等离子体联合紫外光催化净化有机废气关键技术分析[J].环境工程学报，2016，10（10）：5782-5790.

[7]GB14554-93 恶臭污染物排放标准[S].

[8]李新禹，刘俊杰，裴晶晶，等.常温下臭氧半衰期实验及理论分析[J].天津大学学报，2007，40（8）：952-956.

收稿日期：2019-12-10

作者简介：张体强（1987-），男，硕士，工程师，研究方向为环境保护与环境影响评价。