（环境科学专业论文）内置式微波无极紫外灯处理气态污染物的研究.pdf

复旦大学博士学位论文摘要 ( 4 ) 石英内置式微波无极碘灯：采用石英内置式微波无极碘灯( 充碘量为 5 3 m g l ) 降解h 2 s ，降解率基本低于5 0 ，低于同等条件下微波无极汞灯的处理 效果。在h 2 s 停留时间1 8 s 的条件下，进气浓度7 3 m g m 3 时，降解率为6 4 ；进气 浓度5 7 5 m g m 3 时，降解率为2 1 。其原因可能是充碘量较少，提供的光子量不 足；而且无极碘灯的发热效应可能影响了h 2 s 的降解。在采用充碘量为2 1 2 m g l 的石英内置式微波无极碘灯进行实验时，甚至发现无极碘灯因过热导致熄灭的问 题频繁出现。因此，后续对微波无极碘灯的发热效应进行了专题研究。 ( 5 ) 微波无极碘灯发热效应和谐振反应区构造优化：通过谐振反应区构造 优化和降解h 2 s 的实验研究，研究了石英内置式微波无极碘灯发热效应的相关 规律，在控制灯管温度和提高降解率等方面给出了有力的基础数据。实验得到下 列主要结论：1 ) 延长谐振腔的长度，将无极灯外置有利，将反应区管道由平放 调整为竖直放置，都将有利于散热。2 ) 微波无极碘灯激发放电时产生大量的热 使灯管温度升高，进而可影响微波无极碘灯对h 2 s 的降解率。3 ) 微波无极碘灯 在谐振腔内位于不同位置，发热量有所差别。例如，无极碘灯的一端置于谐振腔 外9c m 被激发放电时，与完全置于谐振腔内部相比，灯管温度降低了约1 0 ， 同时光解h 2 s 的效率明显提高。4 ) 光解h 2 s 放出的反应热对灯管温度有一定的 影响。h 2 s 进气浓度为1 6 8m g m 3 时，灯管温度比无h 2 s 时升高了约1 2 4 ； 进气浓度升高到5 6 7m g m 3 时，温度差提高到1 7 5 。但是和实验过程中总的 温升相比，该反应热的影响并不显著。 ( 6 ) 对流内置式微波无极碘灯：研制了内部气体可循环的内对流无极碘灯和 对流内置式谐振反应区构造，避免了散热慢引发的灯管熄灭问题，同时提高了气 体处理能力。将谐振腔竖直放置可以利用重力引发灯管内部1 2 分子和k r 分子的分 子间运动，促进灯管的进一步激发，也可提高灯管降解废气的能力。 采用新型对流内置式微波无极碘灯装置处理h 2 s ，在当气体停留时间为1 2 s ， 输入功率为2 0 0 w ，h 2 s 进气浓度为9 7 m g m 3 时，h 2 s 的降解率可以达到7 1 。 相较于外置式和石英内置式的微波无极碘灯，在降解效率和能量利用效率上都有 显著提高；与前述石英内置式微波无极汞灯降解h 2 s 的实验结果相比，在避免了 微波无极汞灯的二次污染的同时，得到相差不多的降解效率。 采用新型对流内置式微波无极碘灯装置处理c s 2 实验，结果表明，当c s 2 停留时间为1 2 s ，输入功率为2 0 0 w ，进气浓度为1 4 8 0 m g m 3 时，其降解率可以 达到9 6 。与前述外置式微波无极汞灯( 碘灯) 降解c s 2 的实验结果相比，在降 解效率和能量利用效率上都有显著提高。 复旦大学博士学位论文 摘要 关键词：微波，微波无极紫外灯，微波无极碘灯，微波无极汞灯，h 2 s ，c s 2 ，乙 酸丁酯，微波无极紫外灯温度 中图分类号：x 5 1 l 3 复旦大学博士学位论文摘要 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，an e wt y p eo fm i c r o w a v ed i s c h a r g ee l e c t r o d e l e s sl a m p ( m d e l ) a s u v l i g h ts o u r c e sh a v eb e e ng r a d u a l l yd e v e l o p e d t r e a t m e n to fp o l l u t a n t sw i t hm d e l h a sb e c o m ear e s e a r c hh o t s p o t t h e r ea r ed o z e n so fr e s e a r c hp a p e r si nt h a tr e g a r d ，b u t m o s ta r ei n v o l v e di na q u e o u sp h a s e ，f o rn o tm a n yr e p o r t so fg a s e o u sp o l l u t a n t s t h e r e s e a r c hg r o u pib e l o n g e di sf i r s tt od e a lg a s e o u sp o l l u t a n t sw i t hm i c r o w a v ed i s c h a r g e l a m pd e v i c ei nt h ew o r l d t h ed e v i c ew a s a ne x t e m a le l e c t r o d e l e s sl a m ps t r u c t u r e ( i e e x t e r i o rm i c r o w a v ed i s c h a r g ee l e c t r o d e l e s sl a m p s ，e m d e l s ) ，i nt h ed e v i c eo n l ya p a r t o fl a m pi si n s e r t e di n t or e s o n a n tc a v i t y , a n dm i c r o w a v ee n e r g yw i l lb e t r a n s m i t t e dt oi n s p i r el a m po nt h eo t h e rs i d eo ft h el a m p ，t h e nu l t r a v i o l e tl i g h ti s p r o d u c e dt ot r e a tt h ep o l l u t e dg a s b e c a u s et h el a m pi s n o tf u l l ys t i m u l a t e d ，t h e d e g r a d a t i o nr a t eo fg a s e o u sp o l l u t a n t si sn o th i g h t h e r e f o r e ，t h i ss t u d yd e v e l o p e da n e wt y p eo fl a m pb u i l t - i ns t r u c t u r e 伍e i n t e r i o rm i c r o w a v ed i s c h a r g ee l e c t r o d e l e s s l a m p s ，i m d e l s ) t oo v e r c o m et h ed r a w b a c k so fe x t e r n a ll a m ps t r u c t u r e ，s t i l lf o r d e a l i n gw i t hg a s e o u sp o l l u t a n t s i nt h i ss t u d y , t h eo p t i m i z a t i o np r o c e s so fi n t e r i o rl a m pc o n s t r u c t i o ne x p a n d e d ，a n d h 2 s ，c s 2 ，e t h y la c e t a t ea r eu s e da st h et r e a t e do b j e c t s ，a n dan e wt y p eo fb u i l t i n c o n v e c t i o ni m d e ld e v i c e su l t i m a t e l yd e v e l o p e dt oa c h i e v ec o m p l e t e l ye f f i c i e n t h a n d l i n go fd y n a m i cg a sf l o wo fp o l l u t a n t si nt h er e s o n a n tc a v i t y , a n dt os o m ee x t e n t a l l e v i a t e dt h en e g a t i v ei m p a c to ft h e r m a le f f e c t sw i t hi n t e r i o rm i c r o w a v ed i s c h a r g e e l e c t r o d e l e s si o d i n el a m p ( i m d e l - 1 2 ) ，w h i c hg r e a t l yi m p r o v e st h et r e a t m e n ta n d e n e r g y u s ee f f i c i e n c yo fv a r i o u sg a s e o u sp o l l u t a n t sc o n t r o l i n g t h i ss t u d yc a r r i e do u ti n n o v a t i v ew o r ki nt h ef o l l o w i n ga r e a s ： ( 1 ) p a r a m e t e ro p t i m i z a t i o no fm i c r o w a v ed i s c h a r g ee l e c t r o d e l e s sl a m p t h ep r e l i m i n a r yp e r f o r m a n c eo ff o u re x c i m e r l a m p w a sa n a l y z e d ，i n c l u d i n g i m d e l - 1 2a n di m d e l h ga n di m d e l - b r 2a n di m d e l s e t h ef u r t h e rs t u d ya b o u t m i c r o w a v ei m d e l 1 2w a sd o n e ，i n c l u d i n gt h eb u f f e rs u b s t a n c et h et y p eo fr e s e a r c h ， t h er a t i oo fl i g h t - e m i t t i n gm a t e r i a la n dt h eb u f f e rm a t e r i a l ( 2 ) m d e l - i zd i r e c t l yi nt h er e s o n a n tc a v i t y ： a s i m p l eb u i l t - i ni m d e l - - 1 2d e v i c ew a sd e v e l o p e dt ot r e a tl o wc o n c e n t r a t i o no fb u t y l 4 复旦大学博士学位论文 摘要 a c e t a t e i nt h ec o n d i t i o no fr e t e n tt i m e1 3 3 sa n di n l e tc o n c e n t r a t i o n1 5 m g m ，t h e d e g r a d a t i o nr a t eo fb u t y la c e t a t er e a c h7 8 ，b u ta st h er e t e n tt i m eo f3 3 s ，t h e d e g r a d a t i o nr a t ef a l lt o4 8 i na d d i t i o n ，t h ee x p e r i m e n tf o u n dt h a tt h es i m p l eb u i l t i n i m d e l 一1 2d e v i c eh a ds o m ed e f e c t ss u c ha sc o r r o s i o n ，h i g he n e r g yc o n s u m p t i o n t h e r e f o r e ，t h ef o l l o w - u pe x p e r i m e n t ，t h ei m p l eb u i l t - i ni m d e l 1 2d e v i c ea r en o tu s e d ， a n db u t y la c e t a t en o ta st h et r e a t m e n to b j e c t ( 3 ) i m d e l h gi nt h eq u a r t zt u b e ： an e wb u i l t i n t u b ei m d e l h gd e v i c ew a sd e v e l o p e dt ot r e a th 2 sa n dd a t aw a s g a t h e r e df o rn e x te x p e r i m e n t sw i t hm i c r o w a v ed i s c h a r g ee l e c t r o d e l e s si o d i n el a m p e x p e r i m e n t ss h o wt h a tt h eh 2 sd e g r a d a t i o nr a t eo fi m d e l - h g c a ni n c r e a s e db y13 o rm o r et h a ne m d e l h g ，a n de n e r g ye f f i c i e n c yh a sb e e nf u r t h e ri m p r o v e d i nt h e c o n d i t i o no fr e t e n tt i m e1 5 sa n di n l e tc o n c e n t r a t i o n7 9 m g m 3 , t h eh 2 sd e g r a d a t i o n r a t ew a s91 ，e yo f5 8 2m g k w h ；w h e nt h eh 2 si n l e tc o n c e n t r a t i o ni n c r e a s e dt o 2 4 6m g m ，t h ed e g r a d a t i o nr a t ew a s5 7 ，e yo f11 5 6m g k w h ( 4 ) i m d e l - 1 2i nt h eq u a r t zt u b e ： t h ee x p e r i m e n ts t u d yo ft h eh 2 sd e g r a d a t i o nw i t hb u i l t - - i n - t u b ei m d e l - 1 2d e v i c ew a s c a r r i e do u t w h e ni m d e l 一1 2 5 3 m g lw a su s e d ，b e c a u s et h ea m o u n to fp h o t o n sw a s n o te n o u g hd u et oi o d i n ed e f i c i e n c ya n dt h eh e a t i n gm a y b ea f f e c t e dt h ed e g r a d a t i o n r a t eo fh 2 s ，s ot h eh 2 sd e g r a d a t i o nr a t er e m a i n e dl e s st h a n5 0 w h e ni m d e l - 1 2 21 2 m g lw a su s e d ，e x p e r i m e n t sf o u n do u tt h ep r o b l e mo ff r e q u e n to v e r h e a t i n g t h e r e f o r e ，t h ef o l l o w u pe x p e r i m e n tf o c u s e do nh e a t i n ge f f e c to fl m d e l - 1 2 ( 5 ) h e a t i n ge f f e c to fb u i l t - i n - t u b ei m d e l 一1 2 ： t h er e l e v a n tl a w so fh e a t i n ge f f e c ta b o u ti m d e l 一1 2 w a ss t u d i e d ，a n ds ot h ed a t a g i v e s as t r o n gf o u n d a t i o nf o rc o n t r o l i n gl a m pt e m p e r a t u r ea n di n c r e a s i n gt h e d e g r a d a t i o nr a t e e x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a t1 ) t h el e n g t ho fc a v i t yr e s o n a t o r w a se x t e n d e d ，t h em e d lw a so f f s i d e df r o mt h ec e n t e rz o n e ，t h ep i p e l i n ew a sa d j u s t e d v e r t i c a l l y f r o mt h ef l a t ，a l lt h em e a s u r ew i l lb eg o o df o rh e a td i s s i p a t i o n 2 ) e l e c t r o d e l e s si o d i n el a m pe x c i t e db ym i c r o w a v ec a nr e l e a s eal a r g ea m o u n to fh e a t ， w h i c hi n c r e a s e dt h el a m pt e m p e r a t u r e a n dt h eh e a t i n ga f f e c t e dt h ed e g r a d a t i o nr a t e o fh 2 s 3 ) t h eh e a ta m o u n tw a sd i f f e r e n t ，w h e ni m d e l 1 2i nd i f f e r e n tp o s i t i o n si n t h ec a v i t y a n dt h et e m p e r a t u r er e d u c e da b o u t10 ，i f 9c mo fi m d e l - 1 2 p l a c e d o u t s i d et h er e s o n a n tc a v i t y a tt h es a m et i m e ，t h et h ed e g r a d a t i o nr a t eo fh 2 sw a s 5 复旦大学博士学位论文摘要 i n c r e a s e d 4 ) h 2 sp h o t o l y s i sr e a c t i o nh e a th a ds o m ee f f e c to nt h el a m pt e m p e r a t u r e ； t h el a m pt e m p e r a t u r ei n c r e a s e db yo n l ya b o u t5 a tt h ep r e s e n c eo fh 2 sp h o t o l y s i s r e a c t i o nh e a tw h e nt h et o t a lt r e a t e da m o u n ti n c r e a s ef r o m6 18m e d m 3t o8 6 9m g m 3 ( 5 ) b u i l t - i nc o n v e c t i o ni m d e l - 1 2 ： an e wt y p eo fb u i l t - i nc o n v e c t i o ni m d e ld e v i c e sw a su l t i m a t e l yd e v e l o p e d t h e i n t e r n a lg a so fi m d e lc a nb er e c y c l e db yc o n v e c t i o nt oc o o lt h el a m p ，s ot h e p r o b l e mo ff r e q u e n to v e r h e a t i n gw a sa v o i d e d r e s o n a t o rc a nb ep l a c e dv e r t i c a l l yt o p r o m o t et h e f u r t h e r e x c i t a t i o nl a m p ，a n du l t i m a t e l yi m p r o v et h ea b i l i t yo fg a s d e g r a d a t i o n m i c r o w a v ee l e c t r o d e l e s si o d i n el a m pf u l l yi nt h ec a v i t ya l s oi m p r o v e d t h eu t i l i z a t i o no fl a m p s u s i n gt h en e wb u i l t i nc o n v e c t i o nn u c r o w a v ee l e c t r o d e l e s sl a m pf o rt r e a t m e n to f i o d i n eh 2 s ，i nt h ec o n d i t i o no fr t1 2 sa n di n l e tc o n c e n t r a t i o n9 7 m g m 3a n di n p u t p o w e r2 0 0 w t h ed e g r a d a t i o nr a t ec a nr e a c h71 4 c o m p a r e dw i t ht h er e s u l t so ft h e b u i l t - i n - t u b ei m d e l h gd e v i c e ，t h ed e g r a d a t i o nr a t ea n de n e r g ye f f i c i e n c ya r ea l m o s t t h es a m e ，a n da v o i dt h es e c o n d a r yp o l l u t i o no fm e r c u r y c o m p a r e dw i t ht h ee x t e r n a l m i c r o w a v ee l e c t r o d e l e s sl a m p ，t h ed e g r a d a t i o nr a t ea n de n e r g ye f f i c i e n c yh a v e i m p r o v e ds i g n i f i c a n t l y u s i n gt h en e wb u i l t - i nc o n v e c t i o nm i c r o w a v ee l e c t r o d e l e s sl a m pf o rt r e a t m e n to f i o d i n ec s 2 i nt h ec o n d i t i o no fi n l e tc o n c e n t r a t i o n9 7 m g m 3a n di n p u tp o w e r2 0 0 w a n dr t1 2 s t h ed e g r a d a t i o nr a t ec a nr e a c h9 6 o c o m p a r e dw i t ht h ee x t e r n a l m i c r o w a v ee l e c t r o d e l e s s l a m p ，t h ed e g r a d a t i o nr a t e a n de n e r g ye f f i c i e n c yh a v e i m p r o v e ds i g n i f i c a n t l y k e y w o r d ：m i c r o w a v e ，m i c r o w a v ed i s c h a r g ee l e c t r o d e l e s sl a m p ，e l e c t r o d e l e s si o d i n e l a m p ，e l e c t r o d e l e s sm e r c u r yl a m p ，h 2 s ，c s 2 ，b u t y la c e t a t e ，l a m pt e m p e r a t u r e c l a s s i f i c a t i o nc o d e ：x 51 1 6 复旦大学博士学位论文第一章绪论 第一章绪论 1 1 气态污染物的分类、来源和基本性质 1 1 1 气态污染物的分类和来源 在地球上目前已知的大约2 0 0 万种气态化合物中，具有气味的有约4 0 万种， 而最常被人关注的是凭嗅觉即能感觉到的4 0 0 0 多种恶臭气态污染物【1 】。感觉臭 味的一个总的先决条件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( 一s h ) 、硫氰基( 一s c n ) ，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 2 】。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。按照化学组成具 有气味的气态污染物可以分为以下5 类3 】【4 】 5 】： 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。 气态污染物的污染源分布极广，针对有臭味的气态污染物大体可以分为工业 污染源、生活和市政设施污染源以及农牧业污染源三大类。1 ) 工业恶臭【6 】【7 】【8 】【9 】 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。2 ) 城市 公共设施恶臭【lo 】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。3 ) 农牧业恶 臭【l l 】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。 不同污染源排放的恶臭物质是不同的，大部分污染源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 复旦大学博士学位论文第一章绪论 第一章绪论 1 1 气态污染物的分类、来源和基本性质 1 1 1 气态污染物的分类和来源 在地球上目前已知的大约2 0 0 万种气态化合物中，具有气味的有约4 0 万种， 而最常被人关注的是凭嗅觉即能感觉到的4 0 0 0 多种恶臭气态污染物【1 】。感觉臭 味的一个总的先决条件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( 一s h ) 、硫氰基( 一s c n ) ，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 2 】。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。按照化学组成具 有气味的气态污染物可以分为以下5 类3 】【4 】 5 】： 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。 气态污染物的污染源分布极广，针对有臭味的气态污染物大体可以分为工业 污染源、生活和市政设施污染源以及农牧业污染源三大类。1 ) 工业恶臭【6 】【7 】【8 】【9 】 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。2 ) 城市 公共设施恶臭【lo 】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。3 ) 农牧业恶 臭【l l 】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。 不同污染源排放的恶臭物质是不同的，大部分污染源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 复旦大学博士学位论文第一章绪论 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。 本文所研究的气态污染物均属于恶臭气态污染物，包括含硫气态污染物( 硫 化氢、二硫化碳) 和有机气态污染物( 乙酸丁酯) 。 1 1 2 本研究所选含硫气态污染物的基本性质 本研究选取处理的两种还原性含硫恶臭气体为：硫化氢和二硫化碳。 ( 1 ) 硫化氢 硫化氢( h 2 s ) ，式量3 4 0 8 ，密度1 5 3 9e d m 3 ，熔点8 5 5 ，沸点一6 0 7 ，是 一种有强烈的臭蛋气味的无色气体，易溶于水和有机溶剂。硫化氢的嗅觉阈值很 低，只有0 0 0 0 5m g m 3 。现实中，石油加工、天然气、冶金、硫酸制造、矿物、 制造等工业中都有硫化氢产生，有机物腐败场所如沼泽地、阴沟、化粪池、污水 处理厂等处作业时均可有大量硫化氢逸出【l 引 n l 。 h 2 s 是一种很强烈的神经毒物，其毒性与氰酸气体相当，对人体健康的危害 极大：主要从呼吸道侵入人体而致人中毒，对粘膜亦有明显的刺激作用。人若吸 入h 2 s7 0 - 1 5 0m g m 3 ，吸2 5 m i n 后嗅觉疲劳，不再闻到臭气，变得麻木，吸 入1 - - 2h ，出现呼吸道及眼刺激症状：流泪、眼痛、畏光、视物模糊和流涕、咳 嗽、咽喉灼热；若吸入3 0 0m g m 3 ，6 8m i n 出现眼急性刺激症状，稍长时间接 触引起肺水肿；吸入7 6 0m g m 3 1 5 6 0m i n ，发生肺水肿、支气管炎、肺炎，出 现头晕、头痛、恶心、呕吐、晕倒、乏力、意识模糊等症状；若吸入1 0 0 0m g m 3 数秒之内，很快出现急性中毒，突然昏迷，导致呼吸、心跳骤停，发生闪电型死 亡。高浓度接触眼结膜会发生水肿和角膜溃疡。而低浓度长期接触，会引起神经 衰弱综合症和植物神经功能紊乱等。作为一种工业气体中的有害杂质，它的存在 还会引起各种设备和管路的腐蚀、催化剂中毒【i4 | 1 5 1 。 ( 2 ) 二硫化碳 二硫化碳( c s 2 ) 纯品为无色流动性液体，具有芳香气味，带甜味与氯仿相似； 蒸汽压5 3 3 2 l 【p 拢8 ；闪点3 0 ；熔点一1 1 0 8 ；沸点4 6 5 ；爆炸极限1 3 5 0 ； c s 2 有令人不悦的烂萝卜味，是一种恶臭气体。 c s 2 在工业上应用非常广泛【1 6 】1 6 ，常用作溶解剂及制造粘胶纤维、石蜡、玻 璃纸和四氯化碳及石油精制等。c s 2 的主要来源是化学工业的排放，约占总来源 的5 8 ；海洋对大气中c s 2 的贡献占3 8 【l 引。而c s 2 的消除主要是通过对流层 8 复旦大学博士学位论文第一章绪论 中o h 的氧化作用。 研究表明，c s 2 是有毒性的有机溶剂，对神经系统、心血管、血液、呼吸 系统和生殖系统等均有毒性1 9 1 。c s 2 在大气的化学物理过程中转化成高价态的 c o s 和s 0 2 ，进而形成在大气中化学物理过程中转化成硫酸或硫酸盐气溶胶【z o | ， 并且c o s 对太阳辐射以及平流层的臭氧损耗也具有重要影响【2 1 l 。 1 1 3 本研究所选有机气态污染物的基本性质 v o c s ( v o l a t i l eo r g a n i cc o m p o u n d s ，挥发性有机化合物) 是一类污染大气环境 的主要化合物，它主要来自于石油化工、制药、印刷、制鞋、喷漆等行业的生产 过程中。该类有机物大多具有毒性，有的己被列为致癌物，如氯乙烯、苯、多环 芳烃等，典型化合物主要有苯系物、酯类、低分子卤代烃类、醇类等。近年来， 关于v o c s 污染物的处理方法很多，但国内v o c s 处理技术的研发起步较晚，尤 其是针对室内低浓度污染物的有效处理技术和装置较为缺乏。 本研究选取处理的有机污染物为气态乙酸丁酯。酯类具有很强的芳香气味， 因此，工厂排放的酯类散发到大气中很容易被大家忽视，被认为是一种无害的气 体。近年来，来自制药厂和香料厂溶剂散发出的酯类的气味对周围居民的呼吸道 危害很严重，很多居民因此食欲和睡眠大减，己引起越来越多的居民投诉，因此 环保部门下令这些工厂必须严格治理这类废气。 乙酸丁酯( 醋酸正丁酯) 常温为液态，但挥发性极强，常温下为无色有果香气 味的液体，挥发出来的气态乙酸丁酯即为待处理对象，浓度范围0 2 0 m 扎。乙 酸丁酯微溶于水，能与醇、醚等一般有机溶剂混溶。乙酸丁酯与低级同系物相比， 乙酸丁酯难溶于水，也较难水解。但在酸或碱的作用下，水解生成乙酸和丁醇。 乙酸丁酯对中枢神经有抑制作用，吸入其蒸气对眼及上呼吸道均有强烈刺激作用， 且刺激肺胞粘膜，引起肺充血和支气管炎。 乙酸丁酯在工业上主要用于喷漆、日光灯、人造革、胶片、硝化棉、树胶等 溶剂及调制香料和药物等，是一种恶臭气态污染物，在3 4 5 0 m g l 浓度下对人的 眼、鼻有相当强烈的刺激，在高浓度下会引起麻醉作用。 目前主要的治理方式是生物处理，催化燃烧和水解后再处理，但是效果都并 不理想【2 2 j 2 2 。本试验尝试将内置式微波无极紫外灯用于工业上较难处理的酯类污染 物，以期给污染物治理的研究及实际运用提供一种新的选择。 9 复旦大学博士学位论文第一章绪论 1 2 气态污染物处理技术综述 目前治理气态污染物的主要方法有物理处理法、化学处理法和生物处理法三 大类。 1 2 1 物理处理法 物理处理法包括掩蔽法和稀释扩散法【2 3 】【2 引。掩蔽法通常是采用比待处理气态 污染物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。稀释扩散法是将有臭味的气态污染物由烟囱排向 高空扩散，或者以无臭的空气稀释，以保证在烟囱下风向和气态污染物发生源附 近工作和生活的人们不受恶臭的侵扰。物理处理法对气态污染物无实际的去除效 果，因此在绝大多数场合是限制使用的。 1 2 2 生物处理法 生物处理法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【2 5 】【2 引。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有臭味的气态污染物转化为简单的无臭 物质。微生物在氧化分解气态污染物的过程中还可以同时将气态污染物转变为自 身的营养物质，从而得到继续繁殖。生物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 2 7 儿2 引。 1 2 3 化学处理法 化学法处理气态污染物包括吸附法、吸收法、燃烧法、等离子体法、化学氧 化法和光化学氧化法等。本研究采用的微波无极紫外灯处理气态污染物即属于微 波协同的光化学氧化法。各化学处理法简述如下： ( 1 ) 吸附法 吸附法主要用于处理低浓度的气态污染物。常用的吸附剂有活性炭、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。活性炭吸附剂对于去除沸点高于 4 0 * ( 2 的气态污染物很有效，但对低沸点的物质如h 2 s ( _ 4 1 ) 、甲硫醇( 6 。c ) 、 l o 复旦大学博士学位论文第一章绪论 1 2 气态污染物处理技术综述 目前治理气态污染物的主要方法有物理处理法、化学处理法和生物处理法三 大类。 1 2 1 物理处理法 物理处理法包括掩蔽法和稀释扩散法【2 3 】【2 引。掩蔽法通常是采用比待处理气态 污染物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。稀释扩散法是将有臭味的气态污染物由烟囱排向 高空扩散，或者以无臭的空气稀释，以保证在烟囱下风向和气态污染物发生源附 近工作和生活的人们不受恶臭的侵扰。物理处理法对气态污染物无实际的去除效 果，因此在绝大多数场合是限制使用的。 1 2 2 生物处理法 生物处理法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【2 5 】【2 引。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有臭味的气态污染物转化为简单的无臭 物质。微生物在氧化分解气态污染物的过程中还可以同时将气态污染物转变为自 身的营养物质，从而得到继续繁殖。生物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 2 7 儿2 引。 1 2 3 化学处理法 化学法处理气态污染物包括吸附法、吸收法、燃烧法、等离子体法、化学氧 化法和光化学氧化法等。本研究采用的微波无极紫外灯处理气态污染物即属于微 波协同的光化学氧化法。各化学处理法简述如下： ( 1 ) 吸附法 吸附法主要用于处理低浓度的气态污染物。常用的吸附剂有活性炭、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。活性炭吸附剂对于去除沸点高于 4 0 * ( 2 的气态污染物很有效，但对低沸点的物质如h 2 s ( _ 4 1 ) 、甲硫醇( 6 。c ) 、 l o 复旦大学博士学位论文第一章绪论 氨( 一3 3 5 c ) 、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【2 9 | 。吸收法的优点是设备简单，动力消耗少，脱臭效果好。缺 点是因吸附容量的限制而存在再生和更换的问题，运行成本较高。 ( 2 ) 吸收法 当气态污染物在水中或其它溶液中溶解度较大，或气态污染物能与之发生化 学反应时，可用吸收法治理。吸收法是指将排气管的气态污染物通入水、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【5 1 。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。且不同气态污染物需要使用不同的吸收液，因 而运行费用高，此外还必须对废液进行处理【2 4 1 。 ( 3 ) 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。催化燃烧是指有机物在气流中被加热，在催化床层作用下，加 快有机物化学反应( 或提高破坏效率) 的方法，催化剂的存在使有机物在热破坏时， 比直接燃烧法需要更短的保留时间和更低的温度【3 0 | 。该技术的缺点是投资与运