催化型吸附活性炭除臭技術的原理
1 前言
自70年代中期開始，由于城市污水處理廠臭味氣體濃度低, 主要采用的除臭方法為吸附法，常用的吸附劑有非浸漬活性炭、浸漬活性炭和微生物多孔物三大類[1]。這些吸附劑雖然都具有一定程度的臭味去除能力，但都不可避免地存在著某些缺點，如：非浸漬活性炭去除H2S能力低，壽命短；浸漬活性炭去除有機物能力低，且極易產生放熱反應而增加活性炭床層著火的可能性。生物除臭系統存在占地面積較大，投資較高的缺點。為此，人們一直致力于各種吸附劑及吸附設備技術的改良研究，在九十年代中期，美國卡爾岡炭素公司研制并生產了吸附技術先進的臭味控制系統——系列催化型活性炭及吸附設備，該系列臭味控制系統已被應用在美國污水處理廠的除臭領域，除臭效果得到各方的肯定。
2 催化型活性炭的技術原理
催化型活性炭是一種新型的吸附劑，能較好地吸附臭味中的有機物和H2S。 其主要技術原理為：
（1）催化型活性炭未被化學劑浸漬，與化學浸漬炭相比，具有較大的目標化合物吸附空間，故吸附有機物氣體的能力明顯增大。
（2）催化型活性炭是煙煤基帶增強催化能力的粒狀活性炭，促進氧化反應能力特別強，在吸附過程中，催化型活性炭將H2S與氧都吸附在其表面上，發生氧化作用生成90%以上的H2SO4和少量的H2SO3和S（如表1）。
表1 催化型活性炭氧化反應式及生成物比例表
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（3）催化型活性炭吸附臭味氣體后，90%以上的生成物——H2SO4極易于吸附且易溶于水，基于這種特性，當催化型活性炭吸附飽和后，可通過，溶解生成物H2SO4并將其排出炭床而達到再生的目的，使炭床恢復吸附能力，也就是說，催化型活性炭床有可反復水洗再生，反復用于吸附，壽命長的優點，另外，由于配套除臭設備專為提高吸附效率和為水洗再生提供方便而設計，故水洗是在線進行的，操作簡便，節省人力。
3 催化型活性炭的性能參數
經多次在污水處理廠現場測定，在現場H2S濃度通常不超過20ppm的條件下，對非浸漬活性炭、浸漬活性炭和催化型活性炭的性能進行了比較（見表2）。
表2 非浸漬活性炭、浸漬活性炭和催化型活性炭的特性比較表
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表2數據表明，催化型活性炭的去除能力為0.055 （g H2S/cm3活性炭）比非浸漬活性炭的高出0.04（g H2S/cm3活性炭），而接近于浸漬炭產品的0.06 （g H2S/cm3活性炭）。
4 催化型活性炭除臭系統介紹
4.1 催化型活性炭除臭系統的種類
目前，由美國卡爾岡炭素公司設計生產的催化型活性炭除臭系統有四種類型：泰坦臭味控制系統、鳳凰臭味控制系統、高流量凡特臭味控制系統和凡特PE除臭設備。
（1）泰坦臭味控制系統能有效處理H2S濃度<10 ppm的低濃度氣體和帶臭味有機物如甲硫醇和二甲基二硫醚。其突破了活性炭吸附器的傳統設計，采用徑向流吸附技術，與傳統深床層除臭設備相比，體積小，吸附速度快，處理能力高，H2S去除率達99.9%。非常適合去除流量大的臭味氣體，如市政污水泵站、污水提升泵站、污水處理廠中的格柵池、淤泥澄清池、帶式壓濾機室等的臭味。
（2）鳳凰臭味控制系統適合處理流量大、H2S濃度為<50ppm的臭味氣體，鳳凰系統的工作原理是由多個裝有催化型活性炭的徑向流淺床層炭罐組成，這些炭罐一層一層的分開排列在立式反應室中，臭氣從上到下通過裝有徑流式炭罐的立式反應室，當氣體通過徑流式炭層時，H2S 經催化轉變成H2SO4 ，處理過的氣流通過內置分布管向上流動經出口全部排出，在水再生階段，疏松吸附的易溶于水的H2SO4 被水洗掉，活性炭恢復吸附H2S 的能力，該系統的分層式設計使當一個反應室被水再生時，其它反應室可以繼續處理臭氣，整個系統可以連續操作。設備材質為聚丙烯和聚乙烯等防腐材料，均可長期抵擋H2S腐蝕，且已經過防紫外線處理，適于室外安裝。
（3）高流量凡特臭味控制系統適合安裝在空間小的市政臭污水收集系統，其處理流量少、要求占地面積小，安裝使用方便，只需接上電和水，打開開關，除臭系統就開始運行，能有效處理濃度為10～15ppmH2S 氣體和帶臭味有機物如甲硫醇和二甲基二硫醚。若與酸洗系列設備組合，也可去除氨味和其它異味。
（4）凡特PE除臭設備是理想的小型除臭設備，適合處理空氣量<330m3/h、含有機物為主的低濃度臭味氣體，在廁所臭氣、實驗室有機廢氣和油罐廢氣處理等均取得較好的效果。
4.2 催化型活性炭除臭系統的組成
催化型活性炭除臭系統基本組成為進風管、引風機、催化型活性炭除臭設備、排氣管和水洗炭床管路系統，工藝過程如下：
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5 催化型活性炭除臭系統的技術應用
5.1 催化型活性炭除臭系統在美國的應用狀況
自1994年以來，催化型活性炭除臭系統開始被廣泛應用于美國的市政設施中，例如：Altoona 廢水處理廠、Aurora 污水處理廠、東海灣泵站、Escambia泵站、芝加哥東部地區公廁、Wheaton 地區公廁、Fairfax 污水處理廠等等的臭味去除。上述用戶均對催化型活性炭除臭系統的除臭效果感到滿意，認為是值得依賴的、可替代傳統除臭設備的高效除臭系統。到目前為止，已有約1000套的催化型活性炭除臭系統在美國投入應用， 而且正受到越來越多的除臭用戶的青睞。
5.2 催化型活性炭除臭系統在我國的應用前景分析
5.2.1 除臭控制系統的總需求增大
多年來，我國污水處理廠的臭氣污染都沒有采取治理措施，直到1993年7月19日國家環保局頒布了《惡臭污染物排放標準》（GB-14554-93）后，臭氣的污染控制問題才開始引起人們的重視，但至今為止，已采取臭氣污染治理設施的單位很少。2000年全國設市城市達到近700個，建制鎮達到近2萬多個，全國城鎮人口達4億左右，城市化水平約為35%。預計2010年，全國設市城市達到近1000個，建制鎮達到近2.5萬多個，全國城鎮人口達6億左右，城市化水平約為45%[2]。隨著我國城市化進程加快，城市人口的逐步增長、城市面積的不斷擴張，必然引起污水處理量的增加，帶動污水處理廠處理容量擴大，除臭系統的總需求量隨之增大,而使用先進的除臭系統----催化型活性炭除臭系統更是我國現代化發展的需要。
②近年來，我國污水處理廠的氣味控制均采用傳統的吸附設備為主，有一定的除臭效果，但不穩定，而且吸附劑吸附飽和后再生操作麻煩，因此造成運行費用高，并且，再生液和耗竭的吸附劑對環境會造成二次污染。催化型活性炭除臭系統則在同類的吸附系統中具有領先水平，除臭效率高，設備占地面積小，安裝簡單，吸附劑可連續水洗再生反復使用，從而使成本降低，操作簡便，不造成二次污染，這些都將會促使催化型活性炭除臭系統在除臭領域中占據了相當重要的位置，并形成一種勢不可擋的趨勢，因而在我國有廣闊的應用前景。
6、催化型活性炭的現場試驗情況
自2003年3月至6月，我公司在廣州獵德污水廠生物反應池現場連續做了催化型活性炭吸附效果試驗(見表3)。
表3 試驗結果對比
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試驗結果表明，在進口濃度波動的條件下，采用催化型活性炭吸附法的H2S平均去除率為100%，且除臭效果穩定。
2003年6月在該試驗裝置活性炭減量后顯示吸附飽和的情況下，對其用自來水再生16小時，再生出水PH值由最初的酸性逐步升至中性，表明H2S被轉化為H2SO4和H2SO3。再生后繼續試驗，H2S出口濃度仍為0.0ppm，表明該活性炭用自來水再生后吸附能力仍然良好。
7 結論
催化型活性炭除臭系統是對傳統技術的更新改進產品，在同類的除臭設備中具有先進性，在未來的城市化高速發展進程中，其處理效率高、占地面積小、全自動化、維修量少等優點很適合我國國情，特別對于城市污水處理廠、垃圾處理廠、環衛處理站等更具現實意義。
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