（环境科学专业论文）介质阻挡放电降解恶臭气体的研究.pdf

介质阻挡放电降解悲臭气体的研究 复巳大学碗十论文 i 原子。二硫化碳分子除了和等离子体中的高能电子、自由基等作用，还可以吸 收】+ 所发射的1 8 3 r i m 紫外光直接解离，也可以吸收1 2 发射的3 4 2 n m 紫外光成激 发态而解离。 此外还进行了i 区为k r + b r 2 双等离子体降解二硫化碳的研究。结果表明， k r b r 2 - - i 0 5 紫外灯对二硫化碳降解效果最好。3 m s 气体流速，7 5 0 0 v 外施电 压条件下，k r b r 2 = i 0 5 紫外灯可以使二硫化碳降解率增加近3 0 。分析k r + b r 2 双等离子体降解机理得出，i 区心b f 准分子紫外光的峰值波长为2 0 7 n m ，光 子能量5 9 9 e v ，大于c s 2 的c s 键键能。当k 鹏r 2 小于1 0 1 时，由于气压较低 相对容易激发，气体吸收k r b r * 准分子紫外辐射后降低介质阻挡放电的击穿电 压，这使得低电压下二硫化碳的降解率也有明显增加。但是当k r b r 2 大于1 0 0 1 后，准分子的激发消耗了等离子体能量，双等离子体在低电压下降解率反而下降， 高电压下由于单个电子能量增大，对c s 2 降解率提高。 关键词：介质阻挡放电：等离子体；恶臭气体；双等离子体 中图分类号：x 5 1 2 ；x 1 3 1 1 ：x 5 0 5 介质阻挡放电降解恶臭气体的研究复口人学硕士论文 a b s t r a c t a st h eo d o rp o l l u t i o nb e c o m e sm o r ea n dm o r es e r i o u s ，t h ed e g r a d a t i o no fm a l o d o r g a si sa nu r g e n tt a s ki nw a s t eg a st r e a t m e n t i no r d e rt of r e do u tm o r ee f f i c i e n t d i s p o s a lt e c h n o l o g y ，t r e a t m e n to fr e p r e s e n t a t i v eo d o rg a si nf l o w i n gc o n d i t i o nw a s c a r r i e do u tb ym e a n so f d i e l e c t r i cb a r r i e rd i s c h a r g e ( d b d ) t e c h n o l o g y t h er e s u l ts h o w e dt h a td b dc a ne f f e c t i v e l yr e m o v eo n eo ft h er e p r e s e n t a t i v e h y d r o c a r b o no d o rs p e c i e s s t y r e n e t h er e m o v a le f f i c i e n c yi sa r o u n d9 0 u n d e rt h e v o l t a g eo f9 0 0 0 v , g a sf l o w i n g r a t eb e l o w2 m s ，s t y r e n e si n i t i a lc o n c e n t r a t i o n 2 0 0 m g m 。；a l s o7 0 r e m o v a le f f i c i e n c ye a r lb ea c h i e v e da tt h ef l o wr a t eo f3 m st h e g a sp h a s ea n dp o l y m e r i z e dp r o d u c t so fs t y r e n ew e r ed e t e c t e db yf t i ra n dg c m s r e s u l t ss h o w sn o to n l yc 0 2 ，c oa n dh 2 0a r ed e t e c t e di ng a sp h a s eb u ta l s os m a l l a m o u n to fb e n z e n e ，t o l u e n e ，b e n z a l d e h y d e ，p h e n o la r e p r o d u c e d t h em a i n p o l y m e r i z e dp r o d u c t sa r ea l s op h e n y ls u b s t a n c e s r e s e a r c ho nd b dd e g r a d a t i o no ft h er e p r e s e n t a t i v es u l f - o d o r a n t sd i m e t h y l d i s u l f i d es h o w st h a tu n d e rt h e v o l t a g eo f9 0 0 0 v , f l o wr a t el m s ，t h er e m o v a l e f f i c i e n c yo fd i m e t h y ld i s u l f i d ec a na r r i v e6 5 w i t hi n i t i a lc o n c e n t r a t i o n l 0 0m g m 。 w h e nt h ef l o wr a t ei s3 m s ，t h er e m o v a le f f i c i e n c yo f8 0 m g m ad i m e t h y ld i s u l f i d ec a l l b em a i n t a i n e da t6 0 ，w h i l e1 0 0 m g m 。c a no n l ya c q u i r e4 5 t h em a i ng a sp h a s e d p r o d u c t sa r ec 0 2a n ds 0 2 ，a sw e l la sas m a l la m o u n to fs 0 3b yf t i ra n a l y z e r t h e a v e r a g ed e c o m p o s i t i o nr a t ec o n s t a n ti s 1 6x1 0 l s w - 1b ym e a n so fm a t e r i a l b a l a n c ee q u a t i o n t h eo p t i m i z e dd e c o m p o s i t i o nr a t ec o n s t a n ti sa t t a i n e du n d e rt h e v o l t a g e7 5 0 0 v ( p w = 1 0 6 2 5 ) ，f l o wr a t e3 m s ( 2 7l s 1 ) ，i n i t i a lc o n c e n t r a t i o n8 0 m g m ， w i 山k i = 2 6 1 1 0 l s 。w - 。 r e s e a r c ho nd b dd e g r a d a t i o no f t h er e p r e s e n t a t i v en i t r i c o d o r a n t sa m m o n i as h o w s t h a tu n d e rt h ev o l t a g eo f 9 0 0 0v ，w i t ht h ef l o wr a t eb e l o w2 m s ，t h er e m o v a le f f i c i e n c y o fa m m o n i ac a na r r i v e8 0 w i t hi n i t i a lc o n c e n t r a t i o n l 2 5m g m 3 ，w h i l eo n l v3 0 r e m o v a le f f i c i e n c vc a nb eo b r a i n e dw i t hi n i t i a lc o n c e n t r a t i o no f2 5 0 m g m 3u n d e rt h e 3 r r g sf l o wr a t e t h em a i nw h i t es e d i m e n t so nt h ep i p ea r en h 4 n 0 3a n a l y z e db yi o n c h r o m a t o g r a m t h eo p t i m i z e de n e r g yy i e l di s u n d e r9 0 0 0 v v o l t a g e ，3 m sf l o wr a t e ， t h ee n e r g yy i e l do fa m m o n i ai s4 8 3 9 ( k w h ) 。1w i t hi n i t i a lc o n c e n 订a f i o no f3 r n s ； w h i l e2 5 0 m g m 。a m m o n i a ，t h eo p t i m i z e de n e r g yy i e l di s8 3 9g ( k w h ) 。w h i c hi s u n d e r9 0 0 0 v v o l t a g e ，f l o w r a t e2 m s w ea l s os t u d i e dt h ed o u b l ep l a s m a st e c h n o l o g yf o rd e g r a d a t i o no fc s 2w i t hk r + i 2 奔矮驻搂驶电酶解恶舆气# 曲研究复避大学颈圭论文 遗la r e a r e s e ts h o w st h a t6 0 0 0 vv o l t a g e 。3 m sf l o wr a t e 。3 5 0t o r tk r e l 2d o u b l e p l a s m ac a ni n c r e a s et h er e m o v a le f f i c i e n c yo fc s 2w i t hi n i t i a lc o n c e n t r a t i o no f10 0 嘴抽b y3 0 ，w h i l e2 0 0t o r tk r + 1 2o n l yi n c r e a s e d2 0 i no r d c rt om a i n t a i n6 0 r e m o v a le f f i c i e n c y , 3 5 0t o r rk r + 1 2d o u b l ep l a s t t l ae a r lr e d u c et h ev o l t a g ef r o m9 0 0 0 v t o6 0 0 0 vw h i c hw i l ls a v e3 0 0 0 ve n e r g y s t u d y i n go nt h ed e c o m p o s i t i o nm e c h a n i s m w ef i n dt h a tt h ee x c i m e rk r l 8p r o b r e a k i n gp r o d u c e sa c t i v a t e dl + a t o m i * e m i t ss p e c t r a w i t hp e a ka t18 3 n ma n d2 0 6 r a no nt r a n s i t i n gt og r o u n ds t a t e ，a sw e l la s3 4 2 n m s p e c t m mo ft h ee x c i m e r1 2 r a d i a t i o n + s oc s 2c a l ln o to l f l yr e a c tw i t hh i 曲一o c t a j l e e l e c t r o n ，r a d i c a l sa n do t h e ra c t i v es u b s t a n c e si np l a s m ab u ta l s oa b s o r b1 8 3 n r nv u v e m i t t e db yi t od i r e c t l yd e c o m p o s e d , o r3 4 2 r m au vw h i c he m i t t e db y1 2 t ob e i n s p i r e d p l a s m aa n de x c i m e ru v c a nc o m b i n et o g e t h e rt od e g r a d ec s 2 w ea l s os t u d i e dt h ed o u b l ep l a s m a st e c h n o l o g yf o rd e g r a d a t i n go fc s 2w i mk r + b r 2 趣ia r e a r e s u l ts h o w st h a t7 5 0 0 vv o l t a g e ，3 m sf l o wr a t e ，k r b r 2 = i 0 5d o u b l e p l a s m ac a ni n c r e a s ec s 2d e g x a d a t i o ne f t i c i e n c yb y3 0 w h i c hs h o w st h eo p t i m i z e d e f f e c t s t u d y i n go nt h ed e c o m p o s i t i o nm e c h a n i s mw ef i n dt h a tt h ee x c i m e rk r b r p e a ks p e c t r u mi s2 0 7 m nw h o s ep h o t o ne n e r g yi s5 9 9 e v , g r e a t e rt h a nt h es - c sb o n d e n e r g y w h e nk r l b r 2p r e s s u r ei sb e l o w1 0 1 ，t h ee x c i m e ri sr e l a t i v e l ye a s i e rt ob e e x c k e dw h i c ha c c e l e r a t e se l e c t r i cp a r t i c l e st b r m a t i o na n dr e d u c e st h eb r e a k d o w n v o l t a g ei nd b d r e a c t o r o nt h ec o n t r a r y , w h e nk r b r 2p r e s s u r ej sa b o v e1 0 0 1 ，t h e e x c i m e re x c i t a t i o nc o n s n v i l e sp l a s m ae n e r g y , s oc & r e m o v a le f f i c i e n c yr e d u c e s8 tl o w v o l t a g ew h i l ei n c r e a s e sa st h er i s i n gv o l t a g e k e yw o r d s ：d i e l e c t r i cb a r r i e rd i s c h a r g e ；p l a s m a ；o d o rg a s ；d o u b l ep l a s m a ； p a c s ：x 5 1 2 ；x 1 3 1 1 ；x 5 0 5 介质阻挡放电降解恶臭气体的研究 复旦大学硕士论文 第一章前言 近年来，随着社会的发展，人们生活水平的提高和环保意识的增强，人们对 生活环境的质量要求越来越高，恶臭污染问题己受到各国的广泛关注和重视。在 发达国家，人们对恶臭污染的投诉比例越来越高。如美国恶臭事件约占大气污染 事件的6 0 。同样在日本，1 9 8 1 年恶臭诉讼案占所有公害诉讼案的2 3 9 ，1 9 9 5 年4 月至1 9 9 6 年3 月的一项调查报告表明，在各种公害的诉讼案件中，恶臭仅 次于噪声位居第二n 在我国，随着经济的高速发展，城市化进程的不断加快， 原有的城市规划、工业结构和工业布局不合理，加上新兴的污水处理厂和垃圾填 埋场等市政设旌引发的恶臭污染事件日益增多，人们对恶臭污染的投诉比例也越 来越多。我国南京市、九江市、北海市都发生了大面积的、对居民生活环境产生 严重影响的恶臭污染事件【2 1 ，受到政府、社会以及人民的广泛关注。通过对城市 居民投诉分析可以认为，目前我国城镇正处于恶臭污染的高发期。 1 1 恶臭及恶臭污染 。 1 1 1 恶臭物质分类及组成 地球上目前已知的大约2 0 0 万种气态化合物中，具有气昧的约4 0 万种之多， 其中约有一万种为重要的恶臭物质，凭人的嗅觉即能感觉到的有4 0 0 0 多种 i 。 中华人民共和国国家标准恶臭污染排放标准( g b 1 4 5 5 4 9 3 ) 中这样定义恶臭 污染物质：一切刺激嗅觉器官引起人们不愉快及损坏生活环境的气体物质。感觉 臭味的一个总的先决条件就是其化学物质显示出高挥发性及亲水性和亲脂性。恶 臭物质的致臭原因主要是由于含有特征发臭基团，如含硫化合物中的硫基( = s ) 、 巯基( - s h ) 、硫氰基( - s c h ) ，含氧化合物中的羟基、醛基、羰基，含氮化合物 中的氮氢基以及烃类化合物中的碳氢基等。含发臭基团的气体分子与嗅觉细胞作 用，经嗅觉神经向脑部神经传递信息，从而完成对气味的鉴别。按照化学组成恶 臭物质可以分为以下5 类1 4 j ： 含硫的化合物：如甲硫醇、二甲硫醚、二甲二硫醚、硫化氢、二硫化碳等； 含氮化化合物：如氨、三甲胺、酰胺、吲哚类等； 烃类：如苯乙烯、烷烃、炔烃、芳香烃等； 卤素及衍生物：如卤代烃等； 含氧有机物：如醇、酚、醛、酮、酸、酯等。 介质阻挡放电降解恶臭气体的研究 复旦大学硕士论文 从以上分类中可以看出，除硫化氢、二硫化碳和氨外，这些恶臭物质大都为 有机物。按照不同的发臭基团和物质性质，可以得到如表1 1 所示的恶臭物质分 类。 表1 1 恶臭物质分类及臭味性质 分类 主要物质臭味性质 无硫化合物 硫化氢、二氧化硫、二硫化碳腐鸡蛋、刺激臭 氮化合物 二氧化氮、氨、碳酸氢铵、硫化铵刺激臭、尿臭 机 卤素及其化氯、溴、氯化氢 刺激臭 合物 物 其他臭氧、磷化氢刺激臭 烃类苯乙烯、丁烯、乙炔、丁二烯、苯、甲 刺激臭、电石臭、卫生球臭 苯、二甲苯、萘 有含硫醇类 甲硫醇、乙硫醇、丙硫醇、丁硫醇、二烂洋葱臭、烂甘蓝臭 硫 异丙硫醇、十二碳硫醇、硫杂环等 化 硫醚类二甲硫、二e o _ - 硫、二乙硫，二丙硫、 烂甘蓝臭、蒜臭 合 二丁硫、= 苯硫 物 机 含胺类一甲胺、二甲胺、三甲胺、二乙胺、乙 烂鱼臭、腐肉臭、尿臭 氮二胺 化 酰胺类二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺汗臭、尿臭 合 吲哚类吲哚，b - 甲基吲哚粪臭 物 其他吡啶、丙稀腈、硝基苯 芥子气臭 含醇和酚甲醇、丁醇、苯酚、甲酚刺激臭 氧醛 甲醛、乙醛、丙烯醛刺激臭 物 化 酮和醚丙酮、丁酮、己酮、乙醚、二苯醚汗臭、刺傲臭、尿臭 合 酸甲酸、醋酸 刺激臭 物 酯 丙烯酸乙酯、异丁烯酸甲酯香水臭、刺傲臭 卤 卤代烃甲基氯、二氯甲烷、三氯乙烷，四氯化刺傲臭 素碳、氯乙烯 衍 氯醛三氯乙醛刺激臭 生 物 2 介质阻挡放电降解恶臭气体的研究复旦大学硕士论文 1 1 2 恶臭污染的特点 ( 1 ) 测定困难恶臭污染以心理影响为主要特征，极低的浓度就可以让人产生不 快，这使得其测定非常困难。目前还难以找到一个全面评述恶臭的可检测性、强 度、厌恶度及性质的简单测定方法。在国外，恶臭的有效测定方法也是一个重要 的研究内容。 ( 2 ) 评价困难恶臭污染多为常见的、局部的无组织排放源；恶臭污染又多为短 时间、突发性的，因而难于捕捉，加之恶臭扩散方式复杂，故迄今世界上还没有 一种公认的恶臭评价方法，因而关于恶臭评价的研究也相当活跃。 ( 3 ) 治理困难通常有害气体对人产生的生理影响与浓度成正比，而恶臭给人的 感觉量( 恶臭强度) 与对人的刺激量( 恶臭物质浓度) 的对数成正比。韦伯一费 希纳( w e b e r f e c h n e r ) 公式很好地反映了这个关系： y = k l g x 式中，y 表示恶臭强度，x 式恶臭物质浓度，百万分之一。从式中我们可以 看出，初始浓度为l o o p p m 的恶臭物质即使将其去除9 0 ，人的感觉认为只去除 了5 0 。表1 2 表示了几种恶臭物质浓度和恶臭强度的对应关系。 表1 2 恶臭物质浓度和恶臭强度的对应关系( m g 1 ) 【5 l 恶臭恶臭强度 物质1 级2 级3 级4 级5 级6 级7 级 氨 0 10 61251 04 0 甲硫醇 0 0 0 0 l 0 0 0 0 7 o0 0 200 0 4o 0 1o 0 30 2 硫化氢0 0 0 0 50 0 0 6 o 0 2 0 0 6 0 2 0 7 8 甲硫醚0 0 0 0 30 0 0 30 0 0 9 00 30 10 33 二甲基二硫 00 0 0 30 0 0 30 0 0 90 0 30 1o 3 3 苯乙烯0 0 30 20 40 8242 0 乙醛0 0 0 2o 0 10 0 50 1o 511 0 三甲胺 0 0 0 0 10 0 0 10 0 0 50 0 2o 0 7o 23 通常把正常人勉强可以感觉到气味的浓度，即恶臭物质的最低嗅觉浓度称为 嗅觉阈值。一般情况下，人的嗅觉对多数恶臭物质的嗅觉阈值都在1 0 9 以下，远 远超过了分析仪器对恶臭物质的最低检出浓度( 仪器的最低检出浓度在1 0 - 6 1 0 - 9 之间) 。恶臭的阈值浓度有检知阈值浓度和确认阈值浓度两种。检知阈值是人 介质阻挡放电降解恶臭气体的研究复旦大学硕士论文 的嗅觉刚开始感觉到有某种臭味存在时的臭味物质浓度；确认阈值是人能确认臭 气种类或臭气的特点的最小臭味物质浓度。表1 3 列举了一些臭味物质的确认阈 值浓度。 物质名称阈值物质名称阈值 氨 4 6 8 乙硫醇 0 0 0 1 苯胺1 0硝基苯0 0 0 4 7 三甲胺 0 0 0 0 2 1吡啶0 0 2 l 乙醛 o 2 l 甲醛 1o 二硫化碳 0 2 1 苯乙烯( 抗反应性) 0 1 硫化氢0 0 0 0 4 7苯乙烯( 非抗反应性)0 0 4 7 甲硫醇0 0 0 2 1乙硫醚0 0 0 5 1 1 3 恶臭污染物的来源 恶臭污染源分布极广，大体可以分为工业污染源( 如造纸厂、印刷厂、炼油 厂【67 i 等) ，生活和市政设施污染源( 如厕所、卫生间、垃圾堆放场89 1 、排水设 施f l o 】，污水处理厂【1 1 12 1 、垃圾中转站f 1 314 1 、粪便处理站等) 和农牧业污染源 【”j 三大类。按照排放方式可以分为有组织排放源和无组织排放源两类。在各种 恶臭污染源中，以垃圾堆放场、垃圾箱、厕所、造纸厂、印刷厂及室内装修等最 为普遍 ”。污水处理厂也产生大量难闻的恶臭气体。 ( 1 ) 农牧业恶臭 农牧业的畜牧场、家畜饲养场、屠宰厂、水产加工厂等产生的恶臭。如粪臭、 鱼臭、腐败臭、烂果臭、野菜臭等都是农、牧、渔业生产和加工中产生的。 ( 2 ) 工业恶臭 工业生产中产生恶臭的主要部门有石油精炼厂、石油化工厂、化肥厂、农药 厂、涂漆厂、橡胶厂、制革厂等。这些部门产生的恶臭物质有硫化物、烃类、醛 类、酮类、苯类、萘类、胺类以及焦油、沥青蒸气、氨和各种有机溶剂等。其味 道五花八门，难以鉴别。 ( 3 ) 城市公共设施恶臭 城市垃圾场、污水处理厂、泵站、医院、公共厕所等公共设施产生的恶臭， 如污水臭、医药臭、消毒剂臭、粪尿臭、病院臭等。 4 介质阻挡放电降解恶臭气体的研究 复旦大学硕士论文 不同企业排放的恶臭物质是不同的，大部分企业都排放多种恶臭物质。畜禽 饲养业由于动物的粪便和尸体的腐败产生硫化氢、甲硫醇、三甲胺、氨等臭气物 质；水产加工厂的臭气主要成分是硫化氢和甲胺；石油加工企业臭气的主要成分 是硫化氢、甲硫醇、甲硫醚及烃类物质；油漆厂、印刷厂、涂料厂、粘结剂厂产 生的臭气的主要成分是烃类、酮类、醛类、醇类和酯类物质；屠宰场、粪便处理 厂臭气的主要成分是硫化氢、甲硫醇、氨等。上海市环保应急热线今年一季度的 投诉记录显示，恶臭扰民事件正呈上升趋势。造成恶臭污染的原因，一是化工企 业生产过程中产生恶臭废气排放；二是治污设施设备老化导致污染；三是人为有 意焚烧有机垃圾造成污染等。各种产生恶臭的工艺和恶臭物质见表1 4 所示。 表1 4产生恶臭物质的各种工艺过程 1 、工业生产 行业分类工艺过程 恶臭物质 石油精练工业 原油药荆洗净硫醇、硫化氢 氢化脱臭硫化氢、甲基硫醇 提炼，脱硫二甲硫、烯烃、硫化氯 油槽，废液及废弃物乙醛、酮、乙醇衍生物、甲酚 石油化学工业乙烯、醛类、丙酮、乙烯、丙烯，丁烯、丁二烯、乙基 丁醇、丁烷等生产过程醋酸、乙醛、苯乙烯等 丙烯树脂制造丙烯酸脂单体 松脂制造顺丁烯二酸、松香酸 颜料树脂制造( 树脂酸) 萜烯类 颜料制造工艺苯类、混合二甲苯、甲苯、醋酸脂 无水苯二甲酸制造萘、顺丁烯二酸、萘醌、正二甲苯 氯化乙烯树脂制造脱辛基酞酸，酞酸二丁脂 玻璃纤维硬化工艺挥发性低分子酚 绝缘树脂成品制造一氯化苯、二氯乙烷、卤代烃 屯线被覆工艺脂、酮、苯、混合二甲苯、甲苯， 乙酰等 合成橡胶生产过程异戊二烯、丙烯甲硫醇、乙硫醇， 二氯乙烷等 氮肥厂氨系物质 磷肥厂氟化氢 农药厂某些农药合成工艺乙硫醇 治药厂某些氨基酸合成工艺甲硫醇、丙烯醛，二甲二硫 润滑油再生硫化氢 钢铁厂甲酚系统和沥青系统物质 电解铝厂氟化氢 电镀厂脱脂工艺三氯乙烯、各种有机溶剂 5 介质阻挡放电降解恶臭气体的研究复旦大学硕士论文 牛皮纸浆厂 蒸煮，回收工艺过程硫化氢、甲硫酵、二甲硫 涂漆厂喷雾工艺甲苯、混合二甲苯 2 、动植物加工及腐败系统 行业分类工艺过程 恶臭物质 皮革、油脂，骨胶制造 氨、吡啶、吲哚、硫化氢、硫醇、 乙醛氨 屠宰场 兽骨、兽脂处理业胺、乙醛、氨、硫化氢、脂肪酸类 羽毛处理业硫化氢、硫醇、氨、丙烯醛 残兽处理场剖体、焚烧，掩埋氨、硫醇、硫化氢 畜产业 畜舍，污物处理设施氨态氮、挥发性胺、硫化氧、氨 淀粉厂、甜菜糖厂硫醇，硫化氢、胺 植物橡胶加工加硫工艺过程硫醇、胺 3 、公共设施及其他 行业分类工艺过程恶臭物质 垃圾处理厂储藏、搬运，焚烧，污物处理三甲基胺，甲基胺、丙基硫醇、甲 硫醇、丙基胺、氨，氯化氢 粪尿污水处理厂搬运，粪尿熟化槽硫化氢、氨、焦磷酸、硫醇、粪臭、 丙酸 1 1 4 恶臭污染物的危害 恶臭是七种典型的公害之一( 大气污染、水质污染、土壤污染、噪声、振动、 土地下沉、恶臭) 1 2 。恶臭物质一般在大气中扩散，有些会随废水、废渣排入水 体，不仅使水体发生恶臭，还会使鱼类等水生生物发出恶臭而不能食用。 恶臭对人体呼吸、消化、心血管、内分泌及神经精神系统都会造成影响，高 浓度的恶臭还可以使接触者发生肺水肿甚至死亡。恶臭污染危害常常伴随着产生 物质对人体的危害，如恶臭甲醛和苯，吸入后有极强的致癌作用。恶臭对人体的 危害主要体现在以下几个方面1 3 j ： ( 1 ) 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。 ( 2 ) 危害消化系统 经常接触恶臭物质，使人食欲不振、恶心，进而发展成为消化功能减退。 ( 3 ) 危害循环系统 如氨等刺激性臭气，使血压先下降后上升，脉搏先减退后加快；硫化氢还能 阻碍氧的输送，造成体内缺氧。 ( 4 ) 危害神经系统 6 介质阻挡放电降解恶臭气体的研究 复巳大学硕士论文 长期受低浓度恶臭物质刺激，首先使嗅觉丧失，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作用，同时对神经 系统产生毒副作用。 ( 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，例如氨和醛对眼睛有 刺激性作用，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、记忆力减退，从而使学习和工作效率降低。长 期受到恶臭的持续作用会引起嗅觉疲劳，导致嗅觉失灵。 1 1 5 恶臭污染控制方法 恶臭污染的防治目标就是要达到g b1 4 5 5 4 9 3 规定的恶臭物质排放标准，最 终目的是要消除恶臭对环境的影响。由于恶臭强度与恶臭物质对人的嗅觉的刺激 量的对数成正比，即初始浓度为1 0 0 p p m 的恶臭物质浓度降低9 0 ，臭味强度只 能减少5 0 。这也决定了防治恶臭比防治其他大气污染更加困难。 治理恶臭应先控制污染源，减少恶臭物质的散发量。目前治理恶臭气体的主 要方法有物理法、化学法和生物法3 类。下面对一些主要的脱臭方法分述如下“ 21 3 1 7 1 8 i ： 物理法 物理法又包括掩蔽法和稀释扩散法。掩蔽法通常是采用比待处理臭气成分气 味更强的芳香剂作为掩蔽剂。对臭气有掩蔽作用的物质有乙硫醇桉树油、甲基吲 哚豆香素、樟脑香水等。除了评价掩蔽剂的效果外，考虑掩蔽剂与待处理臭气的 相溶性也是至关重要的。稀释扩散法是将有臭味的气体由烟囱排向高空扩散，或 者以无臭的空气稀释，以保证在烟囱下风向和臭气发生源附近工作和生活的人们 不受恶臭的侵扰。通过烟囱排放恶臭气体必须根据当地的气象条件正确设计烟囱 的高度。 吸收法 当恶臭气体在水中或其它溶液中溶解度较大，或恶臭物质能与之发生化学反 应时，可用吸收法治理。吸收法是指将排气管的臭气通入水、海水、酸、碱等水 溶液中进行吸收，在洗气塔中进行气洗时，可采用下列方式：填充塔式、喷洒塔、 气泡塔、流动层式吸收塔等。挣l 。其优点是技术成熟运行简单，但是处理效果很 难达到人们期望标准。且不同恶臭气体需要使用不同的洗涤液，因而运行费用高， 此外还必须对排液进行处理。所以洗涤法适合与其他方法联合使用以提高脱臭效 果，达到臭气排放标准。 吸附法 7 介质阻挡放电降解恶臭气体的研究 复旦大学硕士论文 吸附法主要用于处理低浓度的恶臭气体。常用的脱臭吸附剂有活性炭、两 性离子交换树脂、活性氧化铝、硅胶、粘性白土等。各种吸附剂中，活性炭内部 空隙率和比表面积大，堆积密度小，故最常用。由于活性炭吸附剂对于去除沸点 高于4 0 c 的恶臭组分很有效，但对低沸点的物质如h 2 s ( 4 l ) 、甲硫醇( 6 ) 、 氨( 一3 3 5 0 ) 、三甲胺( 3 ) 必须通过浸渍活性炭或注加微量其他气体才能达 到高效的去除效果f 2 0 】。在活性炭吸附法中，最好进行预处理，将待吸附的气体 中灰尘、水分、油及焦油类的物质去除。近年来，活性炭纤维( a c f ) 由于其吸 附性能高于活性碳颗粒而得到较多应用。其优点是设备简单，动力消耗少，脱臭 效果好。且由于吸附容量的限制而存在再生和更换的问题。 燃烧法 燃烧法又分为直接燃烧法、热力燃烧法和催化燃烧法。直接燃烧法适用于高 浓度恶臭气体，是在燃烧炉中用喷嘴加热恶臭气体使其温度达到着火点以上，最 终氧化为c 0 2 和h 2 0 。热力燃烧法将臭气和油或燃料混合后在高温下完全燃烧， 以达到脱臭的目的。这两种方法都具有能耗较大的问题，所以目前使用较多的是 催化燃烧的方法。使用催化剂铂、钯等只需要2 5 0 c 3 5 0 c 就可以对臭气进行 氧化和分解。我国研制的r a c 一8 0 0 1 稀土催化剂用于净化具有苯类、酯、醇类恶 臭，脱臭效率可达9 0 j 。虽然它能彻底地将污染物净化，但其投资与运行费用 十分昂贵，仅适用于较小气量与较高浓度的场合。此外恶臭气体中一般含有大量 硫化氢等，要考虑二氧化硫的生成和耐腐蚀材料的选择，尤其是对热回收器要充 分考虑，否则难以达脱臭效果。另外，硫氧化物还可以引起催化剂中毒而失去效 果。 化学氧化法 使用氯、次氯酸钙、二氧化氯、臭氧等强氧化剂，利用他们的氧化作用，使 其与臭气中致癌物质如硫化氢、甲醛、有机胺、苯乙烯、硫醇、硫醚等发生化学 反应，改变致臭物质化学特性和物理形态，从而达到脱臭目的。目前，人们应用 活性氧技术将空气中的氧分子电离成正负离子，通过通风管道散发到臭气散发点 ( 类似空气清新剂) ，该装置占地面积很小。 化学氧化法适应多组分复合臭气净化，不受高温、高湿影响。当采用臭氧和 氯氧氧化时，对氨没有氧化效果，必须联合其他的方法。此外，如果添加量调节 不当会引起弊害。臭氧氧化法因臭氧发生的能耗较高而导致运行费用高( 每产生 l k 臭氧需要耗电1 2 1 5 k w h ) 【2 i l ，而活性氧技术的活性氧保持活性时间很短， 发生装置使用寿命也较短，一般一年后需要更换，运行费用相对生物处理稍高， 同时对生物菌种有抑制作用。 光催化法 8 介质阻挡放电降解恶臭气体的研究 复旦大学硕士论文 利用二氧化钛作为催化剂的光催化氧化法对恶臭物质有较好的去除作用 【2 2 03 1 。在近4 0 年的研究发现光催化技术直接用空气中的0 2 作为氧化剂，反应条 件温和( 常温、常压) ，对几乎所有污染物均具有净化能力。常见的光催化剂多 为金属氧化物或硫化物，如n 0 2 、z n o 、z n s 、c d s 及p b s 等。但由于光腐蚀和 化学腐蚀的原因，实用性较好的有1 1 0 2 和z n o ，其中t i 0 2 使用最为广泛f 2 42 5 o 复旦大学环境科学研究所研究了利用n 0 2 光催化降解流动态条件下甲醛和甲醇 等恶臭物质，取得了较好的效果。但是由于光的能量一般较弱，不适宜于大流速、 高浓度恶臭气体的处理，所以最好是和等离子体等处理方法联用。 生物处理法 自从2 0 世纪5 0 年代r dp a n e r a y 的专利1 2 6 】利用土壤微生物处理h 2 s 废气 问世以来，各国陆续开展对微生物处理方法的研究，至2 0 世纪8 0 年代已有各类 微生物除臭装置和设备在日本、德国等相继用于石油、化工、屠宰、污水处理等 领域【2 7 j 。国内有同济大学2 8 2 9 3 0 】等也在这方面进行了研究，并取得了较好的进 展。 用于恶臭气体处理的装置，按照微生物存在方式和水分、营养的添加方式 差异可分为三类，分别为生物过滤器、生物滴滤器、生物洗涤器。其处理实质就 是利用经过驯化的微生物在新陈代谢过程将气流中恶臭物质转化为简单的无臭 物质。微生物在氧化分解恶臭物质的过程中还可以同时将恶臭物质转变为自身的 营养物质，从而得到继续繁殖【3 “。传统生物处理法采用土壤、堆肥或碎木屑作 为滤料，臭气经过风机加压后，进入气体调节塔增湿除尘，再经由生物过滤器净 化后，由地面直接排放，必要时可覆盖后通过排气筒排放。生物过滤器的生物活 性高，净化效率好，系统运行稳定，操作管理方便，但占地面积相对较大。根据 报道，采用1 5 2 o m 的高熟化肥料作为臭气处理的滤料，其负荷可达5 0 m 3 ( m 2 h ) 左右，过滤后的气体除臭率达9 0 以上；当采用优质的碎木屑，碎枝 干等填料，顶部用保湿层覆盖，其负荷可达1 0 0 2 5 0m 3 ( m z h ) 。 生物处理法由于所需设备简单，费用较低，不需要再生和后继处理，能耗 少，管理维护方便，近几年得到了广泛的应用。但是由于生化反应过程慢，因而 占地面积相对较大。此外，生物处理技术对温度及负荷变化的控制也比较困难。 等离子体法 进入8 0 年代后，将等离子体应用于处理各类污染物成为国内外研究的热门 之一。与其他污染治理技术相比，等离子体法具有处理流程短、效率高、能耗低、 适用范围广等特点p 2 1 。等离子体既可用于处理废气又可用于处理废水、固体废 弃物、污泥，甚至放射性物质等环境中有毒及难降解的物质。其中，低温等离子 体技术处理污染物的原理为i ”】：在外加电场的作用下，放电产生的大量携能电 9 介质阻挡放电降解恶臭气体的研究 复旦大学硕士论文 子轰击污染物分子，使其电离、解离和激发，然后便引发了一系列复杂的物理、 化学反应，使复杂大分子污染物转变成简单小分子安全物质，或使有毒有害物质 转变为无毒无害或低毒低害物质，从而使污染物得以降解去除。因其电离后产生 的电子平均能量在l 1 0 e v ，适当控制反应条件就可以使一般情况下难以实现或 速度很慢的化学反应变得迅速。 早在2 0 世纪6 0 年代美国科学工作者就开始了采用外加n h 3 的高气压平衡 等离子体化学方法脱除烟气中的s 0 2 1 3 4 1 。1 9 9 1 年s k d h a l l 等人【3 5 j y 报道了利 用介质阻挡放电( d b d ) 处理s 0 2 效果超过7 5 。我国的鞍山静电技术研究设 计院的依成武等人f 3 q 采用脉冲电晕放电等离子体法处理烟道气，进气s 0 2 质量 浓度为1 1 4 5 3 2 5 9 8 m g m 3 ，s 0 2 分解率为8 1 4 9 8 1 ，能量利用率为 1 6 1 1 9 7 k g ( k w h ) 。中国工程物理研究院1 3 ”已在四川绵阳科学城电厂自行设计 和建造了我国第一套脉冲电晕等离子体脱硫脱硝中试装置。 等离子体技术用于脱除v o c s 方面的研究始于8 0 年代末，其研究对对象包 括烷烃类、苯同系物、醛类、含氯烃类以及四氟化碳等，研究内容包括电压、浓 度、含氧量、停留时间、频率等方面 3 8 - 4 3 1 。如y a m a o t o 等人 8 l 进行了多种v o c s 包括苯、甲苯、c f c 1 1 3 在内的一系列研究。k a t s u h i r ok i n o s t u t a 等人【4 0 】研究了 纳秒级脉冲放电和填充床放电条件下，室内空气中由吸烟产生的甲烷、乙烯、一 氧化碳等的去除。国内浙江大学黄立维等人l 利用脉冲电晕放电处理低浓度甲 苯废气，在线一管式反应器中甲苯的降解率达到8 1 ，能量利用率为8 4 9 ( k w h ) 。 复旦大学侯健等人【4 5 j 采用非平衡等离子体处理含有正几烷、环几烷、苯和甲苯 四种典型的烃类废气的空气，对正几烷体积分数为o 2 6 、0 7 9 、1 3 的空气 在1 2k v 的电压下放电1 s ，正己烷的降解率分别为8 8 、8 1 8 和6 4 9 ；对含 有环己烷、苯及甲苯体积分数为o 2 6 的空气在同样的条件下放电1 s ，环己烷、 苯及甲苯的降解率分别为8 7 4 、8 1 和7 0 3 。复旦大学的于勇等人m 1 采用介 质阻挡放电降解c f 3 b r ( 哈隆1 3 0 1 ) 时，c f 3 b r ( 1 3 k p a ) 降解率达到5 5 ，而在 c f 3 b r ( 2 0 k p a ) 体系中，c f 3 b r 的降解率达到6 8 。郑光云、蒋洁敏等人4 8 j 还研 究了苯、甲苯和二甲苯的d b d 降解，并结合催化等技术进行进一步的探索。 在恶臭气体治理方面，h e l f r i t e h 49 】首先报道了利用脉冲放电等离子体在硫化 氢治理方面的实验研究，但后续报道较少。直到6 0 年代m o ob e e nc h a n g 等人，j 叫 报道了利用介质阻挡放电降解h 2 s 和n h 3 混合气体，主要分析了h 2 s 和n h 3 在等离子体中的作用机制。浙江大学聂勇等人【5 1 i 研究了使用脉冲放电等离子体 治理炼油厂恶臭气体硫化氢和乙硫醇的过程，通过改变电源输出频率、最大脉冲 峰值电压、进口浓度、处理气量和背景气体等单因素对降解的影响，再结合恶臭 气体去除率和能量密度，得出硫化氢和乙硫醇的氧化速率常数分别为o 0 4 2 和 1 0 介质阻挡放电降解恐臭气体的研究复旦大学硕士论文 0 0 3 4 l j 。复旦大学环境科学研究所扣副对含硫恶臭化合物h 2 s 和c s 2 分子进行了 d b d 放电降解，对于h 2 s ，极间电压为1 2 k v ，分压为4 k p a ( 4 v v ) 时，空气中 放电5 s 后，可以达到9 8 的去除率，其主要产物为h 2 0 和s 0 2 。二硫化碳在极 间电压为1 2 k v ，分压为2 k p a ( 2 v v ) 时，在空气中放电1 0 s 有7 5 的去除率， 其主要产物为c 0 2 、c o 和s 0 2 。在此基础上，该研究所还首次实现了将d b d 放 电的非平衡态等离子体技术，实际应用于上海第一化纤厂含硫化氢和二硫化碳尾 气的除臭工程，并通过了该厂废气治理一、= 期工程的验收，对等离子体技术用 于恶臭气体治理的工程应用有很好的指导意义。 1 2 本研究的理论意义和现实意义 由上述恶臭气体的污染现状和处理方法可知，随着工农业的高速发展和城市 化进程的迅速加快，恶臭气体的排放量大量增加。尤其随着大量的农村人1 3 涌入 城市，导致城市公共设施不堪重负，恶臭污染则越发明显。人类赖以生存的环境 进一步恶化，日益威胁到我们的正常生产和生活，因此，保护大气环境不受污染 已经成为世界性难题。由于恶臭气体具有成分复杂、变化大、阈值低，恶臭强度