恶臭气体治理技术研究

符芳欢，符 瞰

(1.海南锐博科技有限公司，海南 海口 570206;2.海南省环境科学研究院，海南 海口 570206)

1 引言

恶臭是大气、水、土壤、废弃物等物质中的异味物质，通过空气介质作用于人的嗅觉器官感知而引起不愉快感觉，并有害于人体健康的一类公害气态污染物质［1，2］。它是世界上严重的环境公害之一，因而各国都高度重视恶臭气体的污染防治。国外在20世纪50年代末便开始恶臭气体污染治理的研究，而我国在90年代才开始研究臭气污染控制技术［3］。近年来，在脱臭技术领域，无论是工艺还是设备、科学理论还是技术实践均取得可喜的成果。但是由于恶臭气体给人的感觉量(恶臭强度)与恶臭物浓度的对数成正比，人对臭气的感觉不能用数字来表示某种量化值，而只能通过某些判断或描述性的词语来表达［4］，具有较低的嗅觉阈值。这给控制恶臭污染提出了更高的要求，增加了难度，而且随着人们生活水平和居住环境的不断提高，人们对大气环境质量和大气清洁程度的要求也不断提高［4］，环境保护标准也随之日益严格，加快治理新技术的研究进展更是迫在眉睫。

2 恶臭物质的种类及危害分析

2.1 恶臭种类

恶臭污染源分布广泛，种类繁多，成分复杂，检测、分析难度大。恶臭物质主要来源于化工厂、天然橡胶加工厂、塑料厂、饲料加工厂、畜禽养殖场、石油化工、垃圾处理厂、污水处理厂等场所。从物质结构角度可将其分为5大类。臭味气体分类以及一些常见的恶臭污染物的性质分别如表1、表2所示［5］。

表1 臭味气体主要种类

表2 一些常见的恶臭污染物的性质

2.2 恶臭危害

恶臭物质对人的危害是多方面的，首先给人的感觉是不适、心情不愉快，继而对人的呼吸系统、循环系统、消化系统、精神状态等均产生危害。经常接触恶臭，会使人感到烦躁不安，思想不集中，工作效率低，判断力和记忆力下降，影响大脑的思维活动。还会导致头痛、头晕、恶心、呕吐、食欲不振等症状发生，甚至还会对皮肤、黏膜、眼睛等造成刺激或伤害［5］。从社会经济发展方面而言，恶臭还会影响投资开发，成为抑制经济发展的瓶颈。

3 恶臭气体的治理技术

早期主要采用隐蔽、稀释扩散、燃烧等方法处理恶臭，但目前技术上比较先进成熟的治理方法主要有紫外－臭氧(UV+O3)光解法、UV+TiO2催化氧化技术、生物法、等离子体分解法、活性氧氧化法等。

3.1 紫外－臭氧(UV+O3)光解法

紫外－臭氧(UV+O3)光解法是将臭氧与紫外光辐射相结合的一种高级氧化过程。试验表明:将紫外光辐射与臭氧相结合，能使氧化速度提高10～104倍。其联合作用机理分为以下几步:紫外光辐射下，有机物的键发生断裂而直接分解;紫外光辐射下，水中臭氧分解成更强氧化能力的羟基自由基·OH，·OH自由基能与水中的有机污染物进行反应，提高水中有机物的氧化速度;紫外光辐射使有机物外层电子处于激发态，提高分子的自由能，使有机物分子活化，从而易于在氧化剂臭氧的作用下氧化分解。

恶臭气体被收集输送到UV+O3光解净化设备后，在紫外光辐照下，使废气物质分子的能态由低能态被激发至高能态，在高能UV光束与净化设备内所产生的臭氧对恶臭成分进行协同分解氧化反应下，能在极短的时间内发生一系列复杂的化学反应，使恶臭气体物质最终降解转化成低分子化合物、水和二氧化碳。它的作用效果不仅超过单独臭氧和单独紫外线的作用，甚至超过两者的叠加。

3.2 UV+TiO2催化氧化技术

UV+TiO2催化氧化技术原理是光触媒TiO2在紫外线UV的照射下被激活，发生光催化反应，使H2O生成·OH自由基，然后·OH自由基将污染物氧化成CO2和H2O。二氧化钛是一种催化剂，只要有合适的光，反应就不会停止。可采用普通的荧光灯为光源来消除恶臭和非常低浓度的污染物。主要优点为工程投资少、运行费用省、废气停留时间短、高效、稳定、反应彻底、无二次污染。

3.3 生物法

生物法是近几十年发展起来的一种新的废气治理技术。其利用经过驯化后的微生物将恶臭物质氧化分解为无臭的CO2和H2O等物质或其他易回收物，从而达到脱臭的目的［5］。生物净化臭味气体的过程有以下三步:①废气首先与水(液相)接触，由于有机污染物在气相和液相的浓度差以及有机物溶于液相的溶解性能，使得有机污染物从气相进入液相;②进入液相或固体表面生物层的臭味物质被微生物吸收或吸附;③进入微生物细胞的有机物在微生物代谢过程中作为能源和营养物质被分解、转化成无害的化合物。一般不含氮的有机物分解的最终产物为CO2;含氮物被微生物分解时，经氨化作用释放出氨，氨又可被另外一类微生物的硝化作用最终氧化成硝酸;含硫物质经微生物分解放出硫化氢，硫化氢又可被另外一类微生物的硫化作用氧化成硫酸。产生的代谢物一部分溶入液相，一部分(如CO2)散发到大气，另一部分则作为微生物细胞代谢的能源或者合成微生物自身的细胞物质。臭味气体在经过上述过程中不断被转化、减少，从而被净化。

分解臭味物质的微生物可分为两大类:自养型和异养型。自养型微生物的生长可在没有有机碳源和氮源的条件下，靠NH3、H2S、S和 Fe离子等的氧化获得必要的能量，故适用于无机臭味物质的净化［5］。由于能量转换过程缓慢，这些微生物的生长特别慢。异养型微生物则是通过对恶臭有机物的氧化分解来获得营养物和能量，适宜于有机污染物的分解转化。影响生物净化法的工艺条件主要有温度、供氧量和pH值。溶解氧适宜，pH值为7～8时，不同的微生物种群有其不同的适宜温度，如表3所示［5］。

生物法的几种净化工艺如表4所示，该法的优点是设备结构简单、操作简便、运行费用低、净化效率高、不产生二次污染，对一些难于治理的污染物质特别是含硫、氮的恶臭物均能很好地进行氧化和分解［5］。

表3 不同的微生物的适宜温度范围

3.4 等离子体分解法

等离子体治理臭味气体是利用产生的高能电子的作用，通过碰撞将能量转化为污染物分子的内能或动能，这些获得能量的分子被激发或发生电离形成活性基团，同时空气中的氧气和水分在高能电子的作用下也可产生大量的新生态氢、臭氧和羟基氧等活性基团，臭气中的异味污染物质与具有较高能量的活性基团发生反应后被分解。等离子体分解难分解的氯氟烃的技术已达到实用的阶段，此技术可在短时间内进行大量的氯氟烃等气体的处理，并获得成功［6，7］。

3.5 活性氧氧化法

活性氧氧化法是指在常温常压下，通过高压脉冲放电将空气中氧分子电离成臭氧(O3)、原子氧(O)、羟基自由基(·OH)等活性氧，活性氧具有极强的氧化能力，可将氨、硫化氢、硫醇等污染物，以及一些恶臭有机物迅速氧化分解，最终转化为无害物［8］。

3.6 几种先进治理技术比较

对几种恶臭处理方法的技术、经济进行了简要比较如表5所示。

(1)综观目前应用于恶臭气体治理的技术，生物法的净化效果好，工艺流程简单，能耗低，运行费用低，操作简单，无二次污染，具有很大的优越性，对于城市污水处理厂、天然橡胶加工厂、畜禽养殖厂、鱼粉加工厂、食品加工厂等均具有广阔的应用前景。

(2)当UV+O3光解设备所处理的臭气浓度很高时，治理过程的能耗是比较高的，还可能会出现因臭氧残留而导致二次污染的情况发生。

(3)光解氧化法(UV+O3光解与UV+TiO2催化氧化)处理低浓度恶臭气体时净化效率很高，但是用于处理黏附性气体时，黏附性物质会附着在紫外线灯管的表面，会使净化效率显著降低，此时需要更换灯管及其元器件或者拆出逐个进行清洗。无论采用哪种方式，维护检修率都较高，且运行费用均会明显增加。

(4)等离子体技术处理大气量气体时，转化率不高，而且能耗较高，还可能产生SO2、NOx、CO等有害气体造成二次污染，这使其治理恶臭气体在工业上的应用受到限制。因此，等离子体技术有待于深入研究［6，9］。

表4 生物法主要的净化工艺

表5 恶臭处理方法比较

(5)活性氧氧化法由于设备投资高、能耗高，目前未得到推广。

4 结语

(1)应继续加大力度对生产设备与技术的研究开发，使企业能及时优先采用能源利用效率高、污染物排放量少的清洁生产工艺，减少大气污染物的产生。同时合理规划，减少无组织排放。

(2)传统治理恶臭气体的方法虽然技术较为成熟，但是在不同程度上存在设备投资高、运行成本高、处理气量小、处理浓度低、工作不稳定、净化效率不高、操作与维护复杂烦琐、二次污染等问题，应加快工艺改进，在操作方便的基础上提高除臭效率，降低投资成本与运行维护成本。

(3)应多方面深入研究，尽快解决各种新技术目前所存在的技术和经济缺陷的问题，加紧新技术在工业领域的应用推广。诸如生物法针对复杂的恶臭污染物的性质驯化混合微生物菌种，UV+TiO2催化氧化法存在催化剂失活和难以固定、处理具有粘滞性气体故障率与检修率高，等离子体法能耗高、有时还会产生二次污染等问题的妥善解决。

(4)新技术一般在针对中低浓度臭味气体时，采用单级处理工艺的净化效率很高，能稳定做到达标，而在废气量大且浓度高时，要满足人们对成分复杂的恶臭物质的极高要求，则需要加快多级净化法——联合法(诸如喷淋+生物、吸收+吸附、UV光解法+吸收、生物法+吸附、化学除臭+活性炭吸附等)的研究速度。笔者认为，联合法除臭是今后重点研发课题。

［1］刘天齐.三废处理工程技术手册:废气卷［M］.北京:化学工业出版社，2001.

［2］李广超.大气污染控制技术［M］.北京:化学工业出版社，2001.

［3］邓兵杰.生物处理恶臭气体的研究现状及展望［J］.中国科技论文在线，1996(7):1～6.

［4］张 静，张 樑.抑制城镇污水处理厂恶臭气体的产生和迁移［J］.环境科学与管理.2012，37(2):84～89.

［5］童志权.工业废气净化与利用［M］.北京:化学工业出版社，2001.

［6］汪涵，周玉莹.恶臭气体治理技术及其进展［J］.炼油与化工，2010(6):11～15.

［7］马生柏，汪斌.恶臭气体处理技术研究进展［J］.污染防治技术，2008(10):46～49.

［8］魏明蓉，张 华.污水厂恶臭气体治理技术概述［J］.广西轻工业资源与环境.2010(8):100～101.

［9］邹克华，严义刚，刘 咏，等.低温等离子体治理恶臭气体研究进展［J］.化工环保，2008，28(2):127 ～130.