复合高压脉冲等离子除臭工艺在焦化废水臭气治理中的应用

刘崇惠，郭炎鹏，方 洲，张灿朋

（杭州卓天科技有限公司，浙江 杭州310018）

焦化厂在生产过程中会产生大量的难降解废水，其成分复杂并且具有一定毒性，富含酚、氰、油、氨及大量有机物，是典型的工业有机废水。焦化废水在处理过程中会产生氨、硫化氢、挥发性有机废气（VOCs）等恶臭物质，且VOCs中含有的苯系物和卤代烃等有致癌风险[1-4]，其他胺类、硫醚和硫醇类物质具有极低的嗅阈值[5]，尽管其浓度很低，却能产生强烈的恶臭气味。因此需要对焦化废水处理工艺中各环节产生的臭气进行收集并集中处理，以改善工作环境，减少环境污染，实现达标排放。

山西某焦化公司是一家大型煤化工企业，年产100万t焦炭，采用A2/O法处理焦化废水，产生的臭气采用常规净化工艺处理，很难满足现行排放标准的要求。因此，该公司于2019年8月进行了焦化废水除臭改造，采用复合高压脉冲等离子除臭工艺处理焦化废水产生的臭气，现介绍如下，可供同类装置臭气治理借鉴。

1 除臭工艺

1.1 臭气来源及工艺选择

山西某焦化公司废水处理过程中产生的臭气主要来源于混凝沉淀池、混凝反应池、好氧池、缺氧池、厌氧池、污泥井、污泥浓缩池、隔油池、混合反应池、气浮池和事故调节池等，根据现场各池体尺寸及产生的废气浓度，按照相关规范计算出废气总量约为17 000 m3/h。为确保系统风量充足和长期有效运行，最终在实际工程中按废气总量20 000 m3/h设计。

考虑到废气成分复杂多样，且化学性质较为稳定，采用常规的净化工艺或单一的处理技术很难满足现行的高标准排放要求，基于行业内同类工程案例及试验研究，为确保此类废气的达标排放，需采用多种有效处理技术协同作用，因此，该公司除臭系统选用“预洗塔+高压脉冲等离子+碱性洗涤塔”的组合除臭工艺，经处理后废气排放达到生态环境部2018年12月3日发布的《恶臭污染物排放标准》（征求意见稿）中新建污染源恶臭污染物15 m烟囱排放标准及新建污染源恶臭污染物周界浓度排放限值的规定。

1.2 工艺流程

除臭系统工艺流程示意图见图1。首先，前端收集的焦化废水臭气在主风机的动力作用下进入预处理洗涤塔，主要去除颗粒杂质和易溶解于水的醇类、部分醛类和部分有机酸类等物质，并利用喷淋作用给废气充分加湿，因为湿润的环境有利于后续产生强氧化性的·OH。然后，臭气进入脉冲放电等离子体净化装置，在高压脉冲放电的作用下，产生大量活性自由基、等离子态物质和污染物断链后的中间产物，加之前端经过预处理洗涤塔加湿的废气中含有的大量水分，在离子放电过程中可提供强氧化性的·OH，这些物质之间发生一系列复杂的光化学反应。经离子净化装置处理后的废气进入碱性洗涤塔内，等离子体净化工艺中产生的废气中间产物，主要含有大量酸性物质，在碱洗作用下被反应、吸收和溶解。在经过上述一系列处理后，废气中大部分有害成分得到净化处理，最后废气通入除雾器中，可除去大量水分，提高后续引风机的工作效率和使用寿命。最终经上述一系列设备净化后的废气在烟囱出口达标排放。

图1 除臭系统工艺流程示意图

1.3 除臭原理

1.3.1 预洗塔原理

经收集后的废气首先进入预处理洗涤塔，在洗涤过程中，废气中大量的可溶性污染物及颗粒物溶入水中，可为后续治理单元改良工况、减轻负荷。

1.3.2 脉冲等离子原理

废气中除了硫化氢和氨气外，还含有部分有异味的挥发性有机物，且这类有机物水溶性较差，通过简单的喷淋洗涤不能完全去除。该工程采用自主研发的脉冲放电等离子体设备，通过控制频率和放电电压来调节脉冲放电过程，使等离子体内部产生富含极高化学活性的粒子，如电子、离子、自由基和激发态分子等。脉冲放电等离子体产生的高能电子在迁移过程中与废气中的组分碰撞，将有机物分解成小分子物质，同时废气中的O2和H2O分解产生大量的·OH、O·等活性自由基，再次与分解的有机小分子物质反应，最终净化废气中大部分恶臭成分。研究表明，在常温常压下，该方法处理效率较高[6]。

1.3.3 碱性洗涤塔原理

废气经过等离子裂解、净化后，大部分污染物被彻底净化，生成CO2和H2O；一小部分污染物被裂解为小分子物质，并被氧化成醇类、醛类、有机酸类等水溶性较高的物质。由于循环碱液喷淋在填料表面形成了液相碱性膜，部分未降解完全的有机废气进入碱性洗涤塔后，被填料层内的液相碱性膜反应、吸收后，溶解于水中，使废气得到进一步净化，最后，净化后的废气经除雾器除雾后，由烟囱达标排放。

1.3.4 主要化学反应式

4.高校缺乏就业培训机制。毕业生对各种就业方面的培训缺乏，导致毕业生就业盲目、就业技巧缺乏、实践能力不足以及心理承受能力差等问题出现。虽然当前我国的高校对大学生的培养不断完善，不再基于书本上的理论知识，更重视学生如何学以致用。但即使经过学校安排的实践学习，大学就业难的现象仍普遍存在，原因是他们还缺少就业技巧、职业追求和承担重任的能力。因此，学校提供的更多全面的、有针对性的就业培训是毕业生们迫切的需求，不仅可以解决就业瓶颈，同时也能提升大学生的总体素质和能力，使他们一生受用。

除臭工艺中涉及到的主要化学反应式见式（1）～（22）：

（1）活性氧O·生成：

（2）有机物R-H2C-R′的氧化反应

完全氧化：

部分氧化：

（3）有机物的分解

脱氢（C-H键断裂）生成中间产物自由基：

分解（C-C键断裂）生成中间产物自由基：

含氧化合物的生成：

（4）硫化物的分解

（5）NH3的分解

（6）碱洗

2 主要设备及设计参数

2.1 收集系统

臭气收集系统包括各气体收集点的管网、加罩设备等。管网和密封罩均采用耐腐蚀的玻璃钢材料。管网主管道为外径Φ800 mm的管道，安装简单方便，质地轻盈，性价比合适。采用性价比较高的玻璃钢密封罩，既可密封产生臭气的池体和收集废气，又可延长使用年限、降低投资。另外，为了减少太阳暴晒对池体的影响，可在玻璃钢里面增加一层防紫外线材料。

2.2 主要设备参数

20 000 m3/h污水处理系统废气治理项目主要设备及参数见表1。

表1 20 000 m3/h污水处理系统废气治理项目主要设备及参数

3 工艺特点

3.1 预洗塔和碱洗塔工艺管线设计合理，采用先进的电气仪表监控各项指标，最前端的预洗塔可以作为阻火器，使等离子设备与前级废气收集系统隔离。预洗塔和碱洗塔内溶液通过循环泵全自动化运行，将溶液均匀喷洒到塔内填料层，废液定期排空，进入污水井，并补充新鲜溶液，从而在保证净化效果的同时，尽可能降低运行费用。

3.2 经等离子体净化、碱性洗涤净化后的气体含有大量水分，所以在系统末端设置了1台除雾器，除去尾气中的水分，减少风机的功率消耗，延长风机使用寿命。

3.3 高压脉冲等离子体技术一般适用于质量浓度低于400 mg/m3的VOCs废气治理，需提前对现场产生的臭气成分进行监测和理论计算，以确定废气中VOCs质量浓度低于400 mg/m3，可燃性成分也远低于爆炸下限。

3.4 等离子体单元内部设有热风机吹扫系统，可保持干燥并防止系统内绝缘子出现漏电放电，同时具备自动清洗功能，可定期对电极和等离子体单元内壁上的沉积物进行清扫，保证设备稳定高效运行。

3.5 高压脉冲电源配有自动熄弧系统，运行时实时监测电流和电压，一旦监测数据有异常时，自动调控电源开关，能确保设备运行时不会产生电火花。

3.6 对设备区所有管路进行外部保温及伴热保温处理，保证设备在项目所在地冬季极端低温下稳定运行。

4 处理效果

改造项目于2019年10月通过当地环保部门验收。验收时设备进口（进气量：13 500 m3/h）、排放口（排气量：15 725 m3/h）和厂界的监测数据见表2和表3。

表2 设备进口和排放口臭气成分监测情况

《恶臭污染物排放标准》（征求意见稿）中三甲胺、甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫醚、二硫化碳和苯乙烯等控制污染物的浓度未达到气相色谱仪的检出限，所以均未在进、出口废气中检出。因此，其排放量远低于排放标准。氨和硫化氢浓度检测结果达到了《恶臭污染物排放标准》（征求意见稿）中的相关排放要求，最终臭气去除率达到92.3%，且除臭系统自2019年10月以来运行半年多时间，处理效果稳定。

表3 厂界无组织排放物监测结果