許 穎

(上海建科環(huán)境技術(shù)有限公司，上海 200032)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)重，VOCs作為主要大氣污染物，也是PM2.5和臭氧的前體物，已被納入重點(diǎn)治理對(duì)象之一?；钚蕴课綕饪s-冷凝回收工藝作為一項(xiàng)主要的VOCs治理工藝，目前已廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、化工等行業(yè)，主要用于溶劑回收[1]和污染治理。該工藝不產(chǎn)生明火，適用于低風(fēng)量、高濃度廢氣的溶劑回收，以及化工防爆場(chǎng)所，具有運(yùn)行穩(wěn)定，安全性高，吸附與脫附再生可實(shí)現(xiàn)循環(huán)操作[2]，吸附劑使用周期長(zhǎng)，凈化效果好、維護(hù)簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)。

1 廢氣來(lái)源

改企業(yè)主要從事聚氨酯、塑料、橡膠等合成材料以及金屬表面涂飾產(chǎn)品的生產(chǎn)制造該，廢氣來(lái)源于甲類生產(chǎn)車間，主要污染物色粉、固體樹(shù)脂、醋酸丁酸纖維素投料產(chǎn)生粉塵廢氣，溶劑投料、攪拌產(chǎn)生有機(jī)廢氣以及清洗產(chǎn)生的有機(jī)廢氣。主要成分為乙酸丁酯、乙酸乙酯、丁酮、乙苯、二甲苯、苯系物等，產(chǎn)生濃度約168 mg/m3。濃度偏高且處于甲類防爆區(qū)域內(nèi)，是該廢氣處理的難點(diǎn)。廢氣成分及排放標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 廢氣成分及排放標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Waste gas composition and emission standard

2 工藝選擇

現(xiàn)階段VOCs 治理技術(shù)按VOCs 成分的歸宿可分為破壞性技術(shù)與回收性技術(shù)2 類[3]。破壞性技術(shù)主要有燃燒技術(shù)(直接燃燒、蓄熱燃燒與催化燃燒)、生物技術(shù)(生物濾池、生物滴濾與生物洗滌)、低溫等離子技術(shù)與光催化氧化技術(shù)[4-5]；回收性技術(shù)主要有吸收技術(shù)、吸附技術(shù)、冷凝技術(shù)與膜技術(shù)[6]。由于本項(xiàng)目廢氣風(fēng)量中等，污染物排放量大，且處于甲類防爆區(qū)不允許有產(chǎn)生明火的裝置，結(jié)合處理效率、投資成本等綜合考慮，選用活性炭+蒸汽脫附+冷凝回收的組合工藝進(jìn)行治理，工藝流程如圖1所示。

圖1 活性炭吸附蒸汽脫附冷凝回收工藝流程圖Fig.1 Activated carbon adsorption steam desorption condensation recovery process flow chart

3 工藝說(shuō)明及設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 工藝說(shuō)明

含塵量大的廢氣采用脈沖式袋式除塵器進(jìn)行處理，去除廢氣中的粉塵顆粒，將顆粒物濃度降低到15 mg/m3以下。經(jīng)過(guò)除塵的投料廢氣再與其他工藝段收集的VOCs廢氣進(jìn)行混合，經(jīng)過(guò)三級(jí)過(guò)濾進(jìn)行進(jìn)一步的凈化，以確保進(jìn)入吸附區(qū)域的廢氣中顆粒物小于1 mg/m3，目的是保證活性炭不被堵塞和污染，造成吸附效果差。

由于本項(xiàng)目廢氣濃度較低，且廢氣排放間斷，本方案擬采用活性炭吸附-蒸汽脫附并冷凝回收的組合工藝進(jìn)行治理。運(yùn)行時(shí)，廢氣由活性炭箱體下部進(jìn)入，其中的VOCs被顆粒活性炭吸附下來(lái)，凈化后的氣體從吸附箱上部排出。吸附在顆粒活性炭上的VOCs等有機(jī)物用水蒸氣進(jìn)行解吸。水蒸氣由箱上部進(jìn)入，穿過(guò)顆粒活性炭床層，將被吸附的組分解吸出來(lái)并帶入冷凝器，本項(xiàng)目采用兩級(jí)冷凝，一級(jí)冷凝冷源采用廠區(qū)循環(huán)冷卻水，二級(jí)冷源采用冷水機(jī)機(jī)組產(chǎn)生的0～5 ℃冷水。解吸氣體被冷凝下來(lái)流入分層槽；在分層槽內(nèi)，有機(jī)物和水靠重力自動(dòng)分離，上層得到的成份，予以回收，或者作為危廢處理。下層的化學(xué)污水排放到污水管道，進(jìn)入廠區(qū)污水站進(jìn)行處理。顆粒活性炭完成脫附并經(jīng)新鮮空氣干燥后，可重新進(jìn)行VOC吸附。

3.2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

采用柱狀顆?；钚蕴?，吸附容量大，吸附效果較好，并且相比于活性炭纖維具有更長(zhǎng)的壽命，可重復(fù)再生次數(shù)多。

為保證較好的吸附效率并盡量降低設(shè)備壓力損失，遵循《吸附法工業(yè)有機(jī)廢氣治理工程技術(shù)規(guī)范》(HJ2026-2013)中要求：顆?；钚蕴康倪^(guò)濾風(fēng)速于不宜高于0.6 m/s，本工程設(shè)計(jì)碳層過(guò)濾風(fēng)速為0.5 m/s。為減少碳罐占地面積，采用立式徑向吸附罐。

廢氣總風(fēng)量為19000 m3/h，廢氣平均濃度約為168 mg/m3，主要成分為乙酸丁酯、乙酸乙酯、丁酮、乙苯、二甲苯、苯系物等，由于總風(fēng)量不大，本工程采用兩個(gè)碳罐，一吸一脫。整套系統(tǒng)包含預(yù)處理系統(tǒng)、活性炭吸附系統(tǒng)、蒸汽脫附系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、冷凝系統(tǒng)、冷凝液分離處置系統(tǒng)等。

活性炭的裝填量是關(guān)鍵，與吸附脫附周期密切有關(guān)，并影響吸附效果。理論上來(lái)說(shuō)裝填量越多，精華效率越好，但裝填量越多設(shè)備投資越大，且脫附所需蒸汽量越大，運(yùn)行費(fèi)用越高。本次活性炭裝填量為1.6噸，吸附容量約15%，污染物年產(chǎn)生總量為6.7噸，若去除效率為90%，則每年活性炭最少需要脫附次數(shù)為26次，平均每次脫附所需蒸汽量為960 kg。若一年脫附次數(shù)加倍，則可減少每次脫附消耗的蒸汽量。

表2 廢氣處理裝置參數(shù)Table 2 Parameters of waste gas treatment device

4 處理效果

該工程產(chǎn)生的粉塵污染物主要通過(guò)脈沖布袋除塵器去除較粗顆粒，再經(jīng)過(guò)三級(jí)過(guò)濾器去除細(xì)微顆粒，粉塵總?cè)コ?0%以上。影響粉塵去除效率的因素主要是進(jìn)口濃度、濕度等，由于該生產(chǎn)工藝恒定，粉塵濃度在投料時(shí)達(dá)到峰值，檢測(cè)其峰值時(shí)的進(jìn)出口濃度，若達(dá)標(biāo)，則該設(shè)備運(yùn)行效果達(dá)標(biāo)。

VOCs主要通過(guò)活性炭吸附去除，其出口濃度是判斷吸附脫附切換周期的關(guān)鍵點(diǎn)，可檢測(cè)其脫附開(kāi)始前設(shè)備的出口濃度，若達(dá)標(biāo)，則該設(shè)備運(yùn)行效果達(dá)標(biāo)。經(jīng)過(guò)調(diào)試運(yùn)行，整套設(shè)備符合設(shè)計(jì)要求，達(dá)到了理想的運(yùn)行效果，表3是選取關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)的進(jìn)出口濃度檢測(cè)數(shù)據(jù)。

表3 進(jìn)出口濃度檢測(cè)結(jié)果匯總表Table 3 Summary of test results of import and export concentration

該設(shè)備出口檢測(cè)濃度值表明，該項(xiàng)目粉塵、非甲烷總烴污染物排放達(dá)到上海市《涂料、油墨及其類似產(chǎn)品制造工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》DB31/881-2015的要求。

5 運(yùn)行費(fèi)用分析

系統(tǒng)耗電量的計(jì)算(按照每年運(yùn)行2000 h，電費(fèi)按照1元/度，水費(fèi)按照5元/t計(jì)算，活性炭吸附容量按照15%計(jì)算)，由于風(fēng)機(jī)變頻，按照裝機(jī)功率的80%的計(jì)算。

本系統(tǒng)活性炭裝填量為1.6 t，按照吸附容量15%估算，每次脫附消耗蒸汽量為960 kg，則脫附時(shí)間每次約3 h，每年脫附消耗如下：

電費(fèi)(脫附風(fēng)機(jī)、電加熱器、冷水機(jī)組、蒸汽發(fā)生器)：(2.2×0.8+30+18+100×2)×3 h×1元/度×26=19481元；

水消耗：每年約30 t，水費(fèi)為150元；

危險(xiǎn)廢物：?jiǎn)未蚊摳疆a(chǎn)生危險(xiǎn)廢物約0.24 t(估計(jì))，年危廢處理費(fèi)用為0.24 t×26×6000元/噸=37440元。

綜上所述，脫附系統(tǒng)每年運(yùn)行費(fèi)用57431元。

由表4可知，該套廢氣處理設(shè)備年運(yùn)行費(fèi)用約為13萬(wàn)元。

表4 活性炭吸附-蒸汽脫附-冷凝回收系統(tǒng)耗電量計(jì)算Table 4 Power consumption calculation of activated carbon adsorption steam desorption condensation recovery system

6 結(jié) 論

該系統(tǒng)經(jīng)過(guò)調(diào)試，現(xiàn)已正常運(yùn)行，調(diào)試初期出現(xiàn)幾個(gè)問(wèn)題，經(jīng)過(guò)整改后該系統(tǒng)能更穩(wěn)定運(yùn)行。通過(guò)這套系統(tǒng)的調(diào)試運(yùn)行，可從以下幾個(gè)方面給與以后的類似工程以參考：

(1)冷凝廢液的排放問(wèn)題，由于脫附過(guò)程是間斷的，冷凝液的產(chǎn)生也是間斷，冷凝廢液需要通過(guò)收集池儲(chǔ)器，再采用泵輸送至污水管路，故冷凝器設(shè)置位置應(yīng)設(shè)置在較高的地方，使廢液可以通過(guò)重力間斷的流入污水儲(chǔ)存器，經(jīng)過(guò)多次脫附后收集池蓄滿分層則可通過(guò)水泵將分離出來(lái)的污水送入污水管網(wǎng)。

(2)吸附脫附周期的會(huì)跟隨廢氣濃度的實(shí)時(shí)變化而變化，由于該廢氣濃度根據(jù)生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)的不同而變化，濃度不穩(wěn)定，因此采用固定的吸附脫附周期不能保證廢氣排放穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，可在碳罐的吸附出口管道和脫附的出口管道分別設(shè)置濃度檢測(cè)儀，當(dāng)吸附出口濃度逐漸升高達(dá)到排放限值的一半(25 mg/m3)時(shí)開(kāi)始切換到脫附模式；當(dāng)脫附出口濃度達(dá)到0 mg/m3，并且持續(xù)10分鐘為0 mg/m3，則可停止脫附，切換到干燥模式。