硫化氢污染控制技术研究进展及其对空气质量的影响

硫化氢污染控制技术研究进展及其对空气质量的影响

赵小军

唐山三友远达纤维有限公司

摘要：硫化氢是硫的氢化物，化学式为H2S，它是一种无色、有臭鸡蛋味的剧毒气体，具有强烈的酸性和还原性，能与多种金属和非金属反应，生成不溶于水的硫化物，硫化氢在自然界和工业中广泛存在，是一种重要的化学原料和环境污染物。 基于此，文章对硫化氢污染控制技术研究进展及其对空气质量的影响进行了深入研究。

关键词：硫化氢；污染控制技术；研究进展；空气质量影响

尽管硫化氢有着广泛的用途，但其作为一种有害的环境污染物和人体毒素,会对空气、水体、土壤和生物都有不利的影响，降低空气质量，造成恶臭和腐蚀。同时，污染水体，降低水的溶氧量，破坏水生生态，渗入土壤，改变土壤的酸碱度，影响植物的生长，甚至对人体和动物造成中毒和伤害，损害呼吸系统、神经系统、心脏等器官的功能。因此，对硫化氢的排放和处理应该严格控制和监测，以保护环境和健康。

1 硫化氢的来源

硫化氢（H2S）主要来源于含硫物质的分解和还原作用，在自然界中，硫化氢可以由含硫的有机物质在厌氧条件下被微生物分解产生，如沼泽、河流、湖泊、海洋、火山喷发、矿泉等[1]。在工业中，硫化氢可以由含硫的矿物或燃料在高温或酸性条件下分解或还原产生，如金属冶炼、煤焦化、石油开采和提炼、天然气净化、制革、制纸、制糖等。此外，硫化氢也可以通过人工合成的方法制得，如用稀酸与金属硫化物反应，或用水与金属亚硫酸盐反应等。硫化氢是一种易燃的酸性气体，在标准状态下，其相对密度为1.19（空气为1），熔点为-85.5℃，沸点为-60.4℃，临界温度为100.4℃，临界压力为90.06×105帕，它能溶于水和乙醇等有机溶剂，溶于水时形成弱酸性的氢硫酸溶液。硫化氢的自燃点为260℃，与空气混合时能形成爆炸性混合物，其爆炸极限为4%～44%（体积），既能与多种离子起化学作用，生成不溶于水的硫化物，能使铜、银等金属表面变黑，还能与浓硝酸、发烟硫酸或其他强氧化剂剧烈反应，发生爆炸，且在加热时会分解为氢和硫。

2 硫化氢污染控制技术的研究现状

2.1吸收法

吸收法主要是利用水或其他溶剂（如碱液、醇胺等）吸收硫化氢，将其转化为亚硫酸盐、硫酸盐或单质硫等产品，适用于高浓度、高压的硫化氢废气，可以回收利用硫资源，但也存在溶剂消耗大、设备腐蚀严重、运行成本高等缺点。

2.2分解法

分解法主要是利用高温或微波等方式分解硫化氢为单质硫和氢气，适用于低浓度、低压的硫化氢废气，可以实现无污染排放，但也存在能耗高、设备复杂、操作难度大等缺点。

2.3吸附法

吸附法主要是利用活性炭、分子筛、金属催化剂等多孔性物质吸附硫化氢，再通过再生或焚烧等方式处理吸附剂，该方法适用于低浓度、低压的硫化氢废气，可以实现连续操作，但也存在吸附剂寿命短、再生难度大、处理效率低等缺点。

2.4氧化法

氧化法主要是利用空气或富氧等氧化剂将硫化氢氧化为单质硫或二氧化硫等产品，该方法又可以分为干法和湿法。其中，干法是在固定床或流动床反应器中进行催化或非催化的氧化反应；湿法是在液相中进行催化或非催化的氧化反应，方法适用于中低浓度、中低压的硫化氢废气，可以实现高效率的脱硫和回收，但也存在反应温度高、催化剂活性下降、二次污染风险等缺点。

2.5生物法

生物法是利用微生物（如细菌、真菌等）将硫化氢转化为单质硫或硫酸盐等产品，分为固定床法和悬浮床法。其中，固定床法是在填充有微生物载体的反应器中进行生物脱；悬浮床法是在含有微生物悬浮液的反应器中进行生物脱硫，适用于低浓度、常温常压的硫化氢废气，可以实现低能耗、低污染、低成本的脱硫，但也存在微生物活性不稳、反应速度慢、运行控制难等缺点。

3 硫化氢污染控制技术研究进展及其对空气质量

3.1吸附催化燃烧设备的应用

近年来，我国学者研发了一种具有除臭功能的吸附催化燃烧设备，主要包括冷凝器、催化燃烧器、第一换热器、第二换热器、干式反应器、第一吸附床和排气筒；冷凝器与第一换热器连通，第一换热器与干式反应器连通，干式反应器与第一吸附床连通，第一吸附床与排气筒连通；催化燃烧器、第一换热器和第二换热器相互连通，催化燃烧器和第一换热器之间设置有第一控制阀；第二换热器与第一吸附床连通；第一换热器两端均设置有水蒸气吸附剂。针对吸附污染废气处理设备处理效果不佳的技术问题，本实用新型可以更好地吸附并处理H2S，规避饱和水蒸气对吸附剂的选择性吸附造成负面影响，且可以有效处理催化燃烧后的污染物SO2，避免造成二次污染[2]。

3.2化学药剂的实践应用

硫化氢（H2S）是城市排水管道中的常见污染物，作为一种恶臭、有毒、腐蚀性的气体，其在污水管道内的产生和释放会引发恶臭污染、导致管道大面积腐蚀破损、甚至严重威胁周边人员的安全与健康。并且，排水管网中水质、水量和生物膜特性的高度时空差异，意味着H2S的产生与释放过程是动态波动的，准确的化学药剂投加策略是平衡H

2S控制效果与运行费用的关键，但是若策略不当，过量投加的化学药剂如硝酸盐、强碱和生物抑制剂，都可能对下游的污水处理厂和受纳水体的水生生态系统带来显著威胁。基于此，我国学者研究发现采用间歇式投加硝酸盐的策略，虽然在前期能压制H2S产生，但后期反而会导致H2S产率大幅反弹，甚至远超未投加硝酸盐时的H2S污染水平。这其中的关键机制，是NO3-氧化H2S形成的S0沉积在生物膜/底泥中，在厌氧条件下形成的多硫化物Sn2-，与SO42-相比更容易被还原为H2S。同样，向排水管道中投加铁盐的实施策略也对H2S控制效果有显著影响，当FeCl3投加剂量足够大时，其沉积在生物膜/底泥中，可以对SRB的活动造成抑制，但其抑制效果取决于生物膜/底泥的厚度。考虑到大剂量投加带来的成本迅猛提升，小剂量持续投加以锁定、沉淀水中的硫化物，是更平衡的控制策略。与FeCl3相比，磁性铁基颗粒材料可以更有效地抑制生物膜和底泥的SRB活动，而且其廉价、易回收、可再生的特点，可以实现对排水管网和城市黑臭河道中H2S污染的稳定、长效控制。

2.3数学模型在排水管网H2S污染控制中的作用

H2S控制技术的有效性，取决于其实施策略的准确性，但地下排水管网的复杂性和水质水量条件的波动特征，使得最优实施策略难以确定。特别是对于DTSS这种难以实施内部探测监测的排水系统，数学模型是了解其内部产硫情况的唯一手段。为此，我国学者开发出了基于生物膜的污水管道水质数学模型（BISM），该模型可以准确模拟动态条件下的生物膜内部微生物群落结构演变和H2S在排水管网中的产生、迁移、转化与释放过程[3]。BISM模型前期已在香港东涌、屯门的市政排污干管和香港国际机场的排水管网系统中进行了验证，准确模拟了其中的H2S产生与释放过程，借助模型也发现了水质条件的改变（特别是厨余废物进入排水系统），会显著改变生物膜并增加H2S和CH4产率,在HATS 中的H2S污染控制工作中，BISM发挥了重要作用。

结语

H2S污染问题将越来越突出，对相关污染评估与控制技术的需求也将水涨船高，我国学者在这一领域经过10多年的潜心耕耘，已经积累了一系列污染评估与控制技术，未来有望继续推动相关技术的发展与应用，为我国的水污染控制工作提供助力，共同实现“绿水青山”。

参考文献

[1]韩慧铭.对有机质恶臭污染控制的微生物法研究[D].重庆大学,2018.

[2]王宝辉,张丽华,陈新萍,等.石油钻井过程硫化氢污染和化学控制技术的研究与发展[J].中国安全科学学报,1998,(03):9-12.

[3]S.M.赫森,李学新.煤气化过程污染的控制[J].城市煤气,1981,(02):61-68.