王曉鵬

（東風(fēng)本田汽車零部件有限公司廣東惠州516085)

UV與噴淋技術(shù)在處理鑄造臭氣中的應(yīng)用

王曉鵬

（東風(fēng)本田汽車零部件有限公司廣東惠州516085)

目前,國內(nèi)鑄造多為濕砂型鑄造,生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量的惡臭氣體，由于惡臭氣體成分復(fù)雜，當(dāng)前不少企業(yè)在治理方面存在諸多難題。通過應(yīng)用實(shí)例介紹一種高效、低成本的處理工藝。此工藝通過末端集中收集的方式將惡臭氣體導(dǎo)入密閉的高能UV光解裝置，之后再通過進(jìn)一步的噴淋處理后，惡臭氣體的綜合表現(xiàn)指標(biāo)“臭氣濃度”的平均去除率達(dá)到85.1%。其運(yùn)行結(jié)果表明，此工藝可大幅削減臭味，達(dá)到徹底凈化的目的，從而減少對(duì)周邊環(huán)境的污染，降低企業(yè)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，且年運(yùn)行成本低。

鑄造;惡臭氣體;UV與噴淋

某濕砂型鑄造工廠兩套惡臭氣體凈化裝置，均采用UV(Ultravilot Rays)，即紫外線)與噴淋相結(jié)合的處理方法，均獲得很好的處理效果，此方案已在該公司得到成功運(yùn)用。

惡臭氣體，是指一切刺激嗅覺器官引起人們不愉快及損壞生活環(huán)境的氣體[1]。鑄造工業(yè)在生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生多種多樣的惡臭氣體，其特點(diǎn)是產(chǎn)生量較大，成分復(fù)雜。鑄造廠多數(shù)設(shè)在偏遠(yuǎn)工業(yè)區(qū)，遠(yuǎn)離居民區(qū)，但經(jīng)濟(jì)的發(fā)展促進(jìn)城鎮(zhèn)化加速，打破了原有城市規(guī)劃和工業(yè)布局，工業(yè)區(qū)周邊逐漸形成居民區(qū)，新建高檔公寓，甚至是別墅等。而工廠排放的惡臭氣體會(huì)大大降低居民區(qū)的生活環(huán)境質(zhì)量，漸漸導(dǎo)致工廠和居民的矛盾激化，投訴問題愈顯嚴(yán)峻。因此，鑄造企業(yè)在尋求發(fā)展的同時(shí)，如何解決污染所帶來的投訴問題已是諸多企業(yè)正在探索的課題。

1　鑄造惡臭氣體的產(chǎn)生及組成

目前國內(nèi)的鑄造工藝均采用粘土濕砂型，即以粘土和適量的水為型砂的主要粘結(jié)劑，制成砂型后直接在濕態(tài)下合型和澆注。粘土濕砂型鑄造在生產(chǎn)過程會(huì)加入酚醛樹脂、硬脂酸鈣、烏洛托品、淀粉、膨潤土以及煤粉等原料，原料在高溫條件下會(huì)分解出各種氣體，由于溫度從1500℃下降到常溫這個(gè)跨度大，產(chǎn)生的惡臭氣體成分很復(fù)雜，無機(jī)及有機(jī)氣體均有，經(jīng)檢測(cè)分析，主要成分有氨氣、二氧化硫、硫化氫、油脂類、醛類、酚類以及烴類。這些惡臭物除了硫化氫、氨氣和二氧化硫外，絕大多數(shù)都為有機(jī)物。

2　常見惡臭氣體的處理技術(shù)

鑄造惡臭氣體的治理相對(duì)于一般的空氣污染治理來說，難度更大。目前國內(nèi)比較常用的處理鑄造惡臭氣體的方法有：燃燒法、活性炭吸附法、生物分解法和等離子法等。

2.1生物分解法

生物除臭技術(shù)是借鑒生物污水處理技術(shù)的原理，利用微生物將臭味中的污染物生物氧化、降解為無害或低害物質(zhì)的過程[2]。

2.2活性炭吸附法

活性炭是運(yùn)用碳粒表面毛細(xì)孔的吸附力,將惡臭氣體(或雜質(zhì))吸附,從而起到凈化的作用。

2.3等離子法

等離子體凈化技術(shù)就是利用高頻高壓的電場(chǎng)，將空氣中的氧分子和其它分子電離產(chǎn)生出電子、離子、自由基和中性粒子等小分子，這些等離子通過進(jìn)入需分解的臭氣分子內(nèi)部，打開分子鏈，破壞臭氣分子結(jié)構(gòu)，從而將有害物轉(zhuǎn)化為無害物的方法[3]。

2.4燃燒法

燃燒法是利用高溫，通常需達(dá)到1000℃到1200℃，在充足的氧氣條件下對(duì)有機(jī)高分子，惡臭氣體分子進(jìn)行燃燒氧化，最后生成簡(jiǎn)單的低分子氧化物如CO2、NOx等，最終達(dá)到凈化廢氣的效果。

以上四種方法較為常用，技術(shù)成熟，但在長(zhǎng)期使用中也暴露不少缺點(diǎn)。生物分解法需要使微生物保持高的活性，為之創(chuàng)造一個(gè)良好的生存條件，比如：適宜的濕度、pH值、溫度和營養(yǎng)成分等，異常將導(dǎo)致微生物死亡，須重新培養(yǎng)，運(yùn)行條件苛刻；活性炭吸收法對(duì)于大流量的惡臭廢氣很快就會(huì)達(dá)到飽和，失去吸附活性，且高溫、高濕和細(xì)小的粉塵均會(huì)快速使活性炭失去效果，頻繁更換耗時(shí)、耗力、耗財(cái)；等離子法不適合用于大流量鑄造廢氣，惡劣的環(huán)境對(duì)設(shè)備設(shè)計(jì)和質(zhì)量要求高，投資大，維護(hù)保養(yǎng)難度大，而且存在火災(zāi)隱患；燃燒法的缺點(diǎn)是投資成本大，運(yùn)行、維護(hù)費(fèi)用極高，且需要一系列配套的預(yù)處理和后處理設(shè)施。

總算所述，鑄造廠產(chǎn)生的惡臭氣體需要一種更為高效、安全，投資和運(yùn)行成本較低的技術(shù)工藝，與以上四種方法相比，UV與噴淋相結(jié)合的組合式技術(shù)具有更高的穩(wěn)定性和高效性。

3　UV與噴淋處理技術(shù)

紫外線（英文簡(jiǎn)稱UV），UV是高級(jí)氧化技術(shù)的一種。根據(jù)Einstein光化當(dāng)量定律，當(dāng)光照射到惡臭氣體分子時(shí)，光子的能量大于惡臭分子的化學(xué)鍵能時(shí)，便會(huì)引起光解反應(yīng)，其化學(xué)鍵被打斷，即分子被分解。

圖1　UV光解氧化法原理

根據(jù)波長(zhǎng)λ與能量E的關(guān)系式：E=1240/λ，可知能量與波長(zhǎng)成反比關(guān)系，即波長(zhǎng)越短，光子能量越大。λ＜400nm為紫外光，E＞300.1kJ/mol，當(dāng)波長(zhǎng)λ=184.9nm時(shí)，其光子能量E=670.6 kJ/mol，該波段的紫外線能量當(dāng)級(jí)都比大多數(shù)惡臭氣體分子的結(jié)合能，所以可被裂解呈游離態(tài)的離子。且波長(zhǎng)在200nm以下紫外線能分解氧氣O2分子，最終形成臭氧O3。臭氧對(duì)惡臭氣體及其它異味氣體有強(qiáng)氧化效果，最終達(dá)到除臭的效果。

表1是部分化學(xué)分子的結(jié)合能，可見，184.9nm的紫外光能打斷含有該化學(xué)鍵的分子。

表1　部分化學(xué)分子的結(jié)合能

查閱資料得知，當(dāng)惡臭分子量越大，UV光解效果越明顯。在184.9nm能量當(dāng)級(jí)的紫外線作用下，大多數(shù)惡臭氣體分子能被分解。

表2　部分使用余UV光解的惡臭物質(zhì)的分子量

濕砂型鑄造的覆膜砂砂中須添加酚醛樹脂，而樹脂受熱會(huì)分解出甲醛、苯酚、氨氣之類的臭氣，而這部分氣體分子可被UV光分解。

圖2　噴淋系統(tǒng)

當(dāng)然，UV光解并不能100%分解所有惡臭氣體，因?yàn)殍T造廢氣中含有20mg/m3～80mg/m3的顆粒物，這部分顆粒會(huì)阻擋UV光分解惡臭分子，且大流量的廢氣在某程度上制約了處理效率。顆粒物中的所含的煤粉體積小，附著力強(qiáng)，且?guī)в杏椭徒购?，UV技術(shù)無法解決此難題。但在實(shí)績(jī)工程中發(fā)現(xiàn)，在UV光解之后增加一套噴淋系統(tǒng)可明顯的解決此難題。

噴淋常用液體是水，水能將惡臭分子和顆粒物吸收、溶解，達(dá)到凈化的效果。為提高效果，可添加堿性物質(zhì)，吸收、取代、置換惡臭分子，改變其分子結(jié)果，使之變成無臭分子。也可添加具有微凝膠效果的藥劑，國內(nèi)外稱這種藥劑為除臭植物液。植物液包括人工合成的和天然植物提取的，藥劑分子是聚合大分子，分子間空隙大，且多數(shù)分子帶有分子電荷，可吸附比本身小的惡臭分子，宏觀表現(xiàn)為藥劑具有粘附性，可吸附惡臭分子，最終溶解于水中，快速、高效凈化廢氣。噴淋優(yōu)于噴霧，因?yàn)槟軠p少藥劑和水的浪費(fèi)，節(jié)約成本。

4　項(xiàng)目實(shí)施及運(yùn)行效果檢證

4.1系統(tǒng)介紹

某企業(yè)濕砂型鑄造車間共有兩套UV和噴淋組合式除臭系統(tǒng),主要應(yīng)用于澆注和造型線的惡臭氣體處理。該鑄造車間又2條生產(chǎn)線，年產(chǎn)能約3×104，產(chǎn)品含灰鐵和球鐵類鐵金屬鑄件。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)廢氣收集情況分階段導(dǎo)入。

兩套處理系統(tǒng)工藝原理和設(shè)計(jì)思路相同，即通過對(duì)澆注工序、造型工序、冷卻工序的廢氣集中收集，導(dǎo)入密封的高能UV裝置中，先進(jìn)行第一步凈化：分解惡臭分子；光解之后同時(shí)產(chǎn)生的臭氧本身也是一種異味物質(zhì)，雖然臭氧分子極不穩(wěn)定，常溫下其半衰減期為20min～30min，但是仍會(huì)影響惡臭氣體綜合檢測(cè)指標(biāo)“臭氣濃度”值。因此，在UV裝置之后增加噴淋裝置也是進(jìn)一步去除惡臭氣體，降低臭氣濃度。

第一套系統(tǒng)設(shè)計(jì)處理能力為68000m3/h，采用2套3.1m× 3m×1.25m的UV凈化裝置，配套Φ3m×9m的臥式旋流噴淋塔。UV裝置采用2.0mm的優(yōu)質(zhì)304#不銹鋼材料，設(shè)計(jì)200支燈管，功率150W。噴淋裝置采用3.5mm厚防腐碳鋼材質(zhì)制作。整個(gè)系統(tǒng)的控制采用PLC編程，與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)除塵風(fēng)機(jī)操作連鎖，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟動(dòng)和關(guān)閉，自動(dòng)噴淋和補(bǔ)水，異常報(bào)警等全過程自動(dòng)化，液晶實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。

4.2運(yùn)行效果

凈化的效果除了紫外光管的波長(zhǎng)、品質(zhì)有關(guān)之外，還與惡臭氣體在處理裝置中的停留時(shí)間有關(guān)。研究表明，適當(dāng)?shù)耐Ａ魰r(shí)間的將有利于提高凈化效果。

惡臭氣體在UV處理裝置中的停留時(shí)間是1.23s，在噴淋裝置中的停留時(shí)間為3.37s，設(shè)計(jì)停留時(shí)間共4.60s，經(jīng)核算，設(shè)計(jì)能力滿足要求。經(jīng)調(diào)試后于2014年11月25日投入運(yùn)行。2015年1月15日對(duì)處理系統(tǒng)進(jìn)行效果檢證，同時(shí)委托兩家有資質(zhì)的檢測(cè)公司同一時(shí)間在處理前和處理后進(jìn)行采樣分析，分析數(shù)據(jù)如圖4和圖5。

圖3　停留時(shí)間和處理效率的關(guān)系

圖4　臭氣濃度分析

圖5　臭氣濃度分析

由圖4、圖5可見，經(jīng)過這套組合式凈化系統(tǒng)處理后，臭氣濃度最高可從3090下降至416，處理效率為81.7%～89.7%，臭氣濃度排放值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 14554-93）中的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值2000[5]。由此可見，本項(xiàng)目投入使用后，社會(huì)效益顯著。

4.3運(yùn)行成本分析比較

該套處理工藝與目前國內(nèi)常用的生物分解法對(duì)比,在運(yùn)行成本方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。暫不考慮設(shè)備保養(yǎng)費(fèi)用，單從能耗進(jìn)行比較，以10000Nm3/h惡臭氣體處理量計(jì)，在正常運(yùn)行的過程中，生物法需要至少2臺(tái)5.5kW以上的循環(huán)泵連續(xù)運(yùn)行，才能將營養(yǎng)液（或水）循環(huán)至所有微生物的填料上。在該項(xiàng)目同等的負(fù)荷下，68000m3/h的處理量則最少需要13臺(tái)5.5kW的循環(huán)泵。

計(jì)算情況為：生物分解法每年能耗：13臺(tái)×5.5kW×246天(生產(chǎn)天數(shù))×24h×0.8(開動(dòng)率)≈33.8×104kW·h

若該企業(yè)工業(yè)用電價(jià)格為0.8元/kW·h，則每年電費(fèi)：33.8× 104kW·h×0.8元/×104kW·h≈27萬元

采用UV+噴淋除臭工藝：（200支×0.15kW/支+5kW）×246天×24h×0.8≈16.5×104kW·h

每年電費(fèi)：16.5×104kW·h×0.8≈13.2萬元

噴淋所須的水使用回用水，不計(jì)算成本。

因此，采用UV與噴淋結(jié)合處理工藝每年可節(jié)約用電量17.3×104kW·h，CO2減排161t。

5　結(jié)語

采用UV與噴淋結(jié)合的除臭技術(shù)在實(shí)際工程正常運(yùn)行，可以有效治理高濃度、大風(fēng)量的濕砂型鑄造臭氣，效果顯著，臭氣平均去除率可達(dá)85.1%。該處理技術(shù)在常溫下進(jìn)行，穩(wěn)定可靠，無明顯二次污染，且運(yùn)行成本低，值得推廣和應(yīng)用。

[1]李燕莉,王令,程暉,丁忠浩.惡臭污染及危害分析[A].惡臭污染測(cè)試與控制技術(shù)[C].全國首屆惡臭污染測(cè)試與控制技術(shù)研討會(huì)論文集,2003.

[2]國家環(huán)境保護(hù)局科技標(biāo)準(zhǔn)司GB14554-93,惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[S].作者簡(jiǎn)介

王曉鵬（1984—），男，廣東揭陽人，大學(xué)本科，助理工程師，主要從事工業(yè)廢氣治理研究方面的工作。