污泥好氧堆肥过程中氨气和挥发性硫化物的排放特征与氨吸附分离研究

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污泥好氧堆肥过程中会排放大量的恶臭气体,主要为NH3和挥发性硫化物(VSCs,包括硫化氢、甲硫醇、甲硫醚(DMS)、二硫化碳、二甲二硫(DMDS))。不仅对场内人员构成潜在的健康风险,而且也污染了厂区周边环境空气。目前,国内外还缺少对污泥好氧堆肥过程中恶臭气体排放现场的系统研究,包括NH3和VSCs的排放通量和排放特征。此外,对于污泥好氧堆肥厂所排恶臭气体对人体的感官、健康影响的评价也缺少深入系统地研究。本文首先采用静态箱法对污泥好氧堆肥过程中恶臭气体排放进行了现场监测,监测了不同季节污泥好氧堆肥过程中NH3和5种VSCs的排放速率和物料参数变化,发现NH3的排放速率与堆肥物料的温度、p H和[NH4+]呈显著性正相关,并确定了排放量呈现随环境温度升高、通风量增加而上升的规律。研究发现,污泥好氧堆肥过程中产生的恶臭气体主要为NH3、DMDS和DMS,且排放量主要集中在堆肥前半个周期,占整个排放量的63~81%。本文也研究了好氧堆肥过程中堆肥物料的氮、硫、碳损失。本文运用了臭气强度、臭味活性值等评估方法,研究确定了好氧堆肥车间是恶臭污染最为严重的点位,其次是物料堆放场。在污泥堆肥车间,NH3达5级臭气强度;DMDS和DMS达4级臭气强度;[NH3]虽然远高于[DMS]和[DMDS],但DMS和DMDS的致臭贡献占到了总恶臭的72.12%~92.44%。本文采用“时间加权平均容许浓度”(PC-TWA)和非致癌风险评价方法进行了健康风险评估,发现堆肥车间内的NH3和DMDS会危害人体健康。本文研究了采用吸附方法将污泥好氧堆肥过程中排放出的NH3吸附分离,采用沉淀聚合-酸碱水解方法成功制备了NH3分子印迹吸附剂,探讨了NH3吸附分离的吸附容量、选择性和稳定性。研究表明,NH3相对DMS和DMDS的分离因子分别达3453(NH3/DMS)和5210(NH3/DMDS)。本文研究了吸附过程中进气浓度、湿度、进气流量、温度等因素对NH3吸附分离的影响,结果表明,NH3吸附容量可维持在5.59~7.84 mmol·g-1之间。对NH3分子印迹吸附机理的研究表明,分子印迹吸附剂与NH3的吸附作用是以化学吸附为主、包含多种氢键作用和物理协同作用。本文对NH3吸附剂组分进行优化,并运用Design-Expert软件进行响应面法-中心复合设计拟合二阶响应曲面模型优化制备工艺参数,以保证NH3吸附剂吸附功能。结果表明,当使用环境友好型的乙醇替代甲苯作致孔剂制备吸附剂时,最优条件下制备的吸附剂对NH3的吸附容量为7.20 mmol·g-1,而试剂成本降低约75%,制备时间由5.5天缩短为3天。
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