噴淋工藝處理PVC塑料生產(chǎn)廢氣

秦文淑，李金成

（1. 廣東輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 510300；2. 深圳市聚源生物化工有限公司，廣東 深圳 518049）

技術(shù)應(yīng)用

噴淋工藝處理PVC塑料生產(chǎn)廢氣

秦文淑1，李金成2

（1. 廣東輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 510300；2. 深圳市聚源生物化工有限公司，廣東 深圳 518049）

采用噴淋工藝處理PVC塑料生產(chǎn)廢氣，將專利的吸收液與改型的噴淋塔相結(jié)合，在中試成功的基礎(chǔ)上進(jìn)行了實際工業(yè)化應(yīng)用。應(yīng)用結(jié)果表明：采用該工藝處理某PVC塑料生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)廢氣，吸收液在噴淋塔循環(huán)液中所占體積分?jǐn)?shù)為15%時，廢氣中各污染物指標(biāo)的去除率達(dá)85%以上，對于難處理的苯系物也能較好地去除；處理后廢氣中各污染物指標(biāo)的含量滿足GB 14554—1993《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》和DB 44/27—2001《大氣污染物排放限值》的要求；該工藝裝置運行費用較低，僅為電費和少量藥劑費用，吸收液可循環(huán)使用，設(shè)備保養(yǎng)及維護(hù)簡單，可滿足市場需求。

PVC塑料；致癌物；噴淋工藝；廢氣處理；吸收液

聚氯乙烯（PVC）粉末在加工成PVC塑料制品的過程中，通常會添加增塑劑、穩(wěn)定劑、抗老化劑等一些有毒輔助材料來增強其耐熱性、韌性、延展性等［1-2］。這些有毒的添加劑和助劑在生產(chǎn)過程中滲出并氣化到空氣中，不僅影響人的生理機能，還大幅增加了致癌率。PVC塑料生產(chǎn)廢氣和粉塵種類復(fù)雜多變，其有害成分主要為鄰苯二甲酸二辛酯（DEHP）、鄰苯二甲酸二丁酯（DBP）、鄰苯二甲酸、己二酸酯、環(huán)氧化合物、氯代烴、硬脂酸、β-二酮和氯化氫等。

目前，傳統(tǒng)的有機廢氣處理方法主要有4種：低溫等離子體法、靜電吸附法、活性炭吸附法和噴淋吸收法［3］。低溫等離子體法在處理低含量VOCs方面具有獨特作用［4］，對鏈狀烴及其衍生物具有較好的處理效果，但對于環(huán)狀烴及其衍生物的處理效果不理想，尤其是對芳香族類有機物［5-7］，且設(shè)備與運行成本高。靜電吸附法對粉塵等顆粒物的去除效果較好，但對高濃度有機廢氣的處理效果相對較差，且設(shè)備與運行成本較高，維護(hù)程序復(fù)雜［8-9］?；钚蕴课椒▽τ袡C廢氣的去除效果較好，但活性炭易達(dá)吸附飽和［10-11］，無論是更換還是解吸，成本都較高。噴淋吸收法設(shè)備簡單，維護(hù)方便，運行成本較低，但傳統(tǒng)的噴淋吸收法存在兩大弊端，一是噴淋設(shè)備自身缺陷，導(dǎo)致廢氣與循環(huán)液接觸時間太短；二是循環(huán)液的吸收效果有限。

對于中小型企業(yè)，在廢氣治理方面的預(yù)算有限，面對高額的設(shè)備投資及運行成本，這些企業(yè)往往顯得力不從心。本工作采用噴淋工藝處理PVC塑料生產(chǎn)廢氣，將專利的吸收液與改型的噴淋塔相結(jié)合，取得了較好的處理效果，且設(shè)備簡單、維護(hù)方便、運行費用低，可滿足市場需求。

1 試驗部分

1.1 噴淋工藝的流程和設(shè)備

為了確保處理效果，使廢氣中的極性和非極性有機成分均被充分吸收，本工藝采用兩臺自主設(shè)計的改型的噴淋塔串聯(lián)使用。風(fēng)機安置于兩塔之間，以防止其被油性氣體污染腐蝕，同時保證抽風(fēng)效果。通過（聚丙烯）PP管道集中收集的PVC塑料生產(chǎn)廢氣首先進(jìn)入1#噴淋塔，在極性吸收液的作用下吸收極性有機分子，進(jìn)行除油、除煙塵凈化處理；處理后的廢氣經(jīng)過風(fēng)機進(jìn)入2#噴淋塔，在非極性吸收液的作用下吸收非極性有機分子，進(jìn)行除異味凈化處理，最終達(dá)標(biāo)排放。

噴淋塔是藥劑噴淋處理工藝中的關(guān)鍵設(shè)備。針對PVC塑料生產(chǎn)廢氣，設(shè)計采用PP材質(zhì)的噴淋塔。噴淋塔內(nèi)部由隔層隔開［12-13］。圓柱體塔身共分為4層：最底層為循環(huán)液槽；向上第2～4層為填料層，每層填充大量PP材質(zhì)的環(huán)保球（多面體空心球），以增大比表面積；第3和第4層亦為噴淋層，每層裝有大量的噴頭，循環(huán)泵將最底層的循環(huán)液抽至第3和第4層，由噴頭高速向下噴出，向下噴淋出的循環(huán)液與向上流動的廢氣在環(huán)保球上充分接觸，并發(fā)生吸附。噴淋塔頂?shù)牟垮F體結(jié)構(gòu)中亦填充有大量的環(huán)保球，作為除霧層使用。綜合考慮處理成本和廢氣凈化效率，廢氣在塔內(nèi)的停留時間確定為3～4 s。根據(jù)廢氣量的大小及廢氣成分的復(fù)雜程度，確定噴淋塔的尺寸規(guī)格。一般來說，對于2×104～6×104m3/h的廢氣量，采用內(nèi)徑2.0～3.5 m、高3.5～5.2 m的噴淋塔。

中試時采用內(nèi)徑1.0 m、高3.0 m的兩臺噴淋塔串聯(lián)處理風(fēng)量為6 000 m3/h的廣州宏仁企業(yè)集團(tuán)宏信三廠PVC塑料生產(chǎn)廢氣。中試設(shè)備照片見圖1，從右至左依次為1#噴淋塔、風(fēng)機、2#噴淋塔。

圖1 中試設(shè)備照片

1.2 吸收液的選擇

噴淋塔所用吸收液為本課題組調(diào)配的專利產(chǎn)品——JYSW-01型極性吸收液和JYSW-02型非極性吸收液。這兩種吸收液是采用先進(jìn)的萃取技術(shù)從純天然玉米中提取糖苷類活性物質(zhì)，再加入羧酸鈉鹽類作為表面活性劑制成的。該吸收液可與水以任意比例互溶，在氣-液對流界面通過分子間作用力與有機分子迅速發(fā)生多種物理化學(xué)過程，對芳香族類有機物具有獨特的處理能力。

1#噴淋塔循環(huán)液中添加JYSW-01型極性吸收液，2#噴淋塔循環(huán)液中添加JYSW-02型非極性吸收液。進(jìn)入循環(huán)液中的有機物比水輕，懸浮于循環(huán)液的表面。其中：與空氣接觸部分被氧化并聚集，可以固體形態(tài)撈出，用來做植物肥料；另一部分在內(nèi)部經(jīng)長時間生化反應(yīng)被降解。循環(huán)液不需更換，并能自動補水，只需定期補加相應(yīng)吸收液即可。

1.3 分析方法

噴淋工藝裝置運行一周后，采用北京檢測儀器有限公司生產(chǎn)的CD-2H型恒流大氣采樣器對1#噴淋塔進(jìn)氣口（處理前）和2#噴淋塔出氣口（處理后）的廢氣進(jìn)行采樣。

采用活性炭吸附—二硫化碳解吸氣相色譜法［14］測定苯、甲苯和二甲苯的質(zhì)量濃度；采用氣相色譜法［15］測定總VOCs和非甲烷總烴的質(zhì)量濃度；采用北京北信未來電子科技中心生產(chǎn)的HJ05-LB-4110型煙塵測試儀測定顆粒物質(zhì)量濃度；采用三點比較式臭袋法［16］測定臭氣濃度。根據(jù)測定結(jié)果計算各污染物的去除率。

2 結(jié)果與討論

2.1 吸收液添加量的確定

吸收液添加量指JYSW-01或JYSW-02型吸收液在各自噴淋塔循環(huán)液中所占的體積分?jǐn)?shù)，二者的添加比例相同。吸收液添加量對污染物去除率的影響見圖2，污染物去除率指各污染物指標(biāo)的平均去除率。由圖2可見：當(dāng)吸收液的添加量不低于5%時，去除率可達(dá)60%以上；當(dāng)吸收液添加量不低于15%時，去除率可達(dá)90%以上；繼續(xù)增加吸收液添加量，去除率增幅趨緩。綜合考慮成本及污染物去除率，選擇吸收液添加量為15%～20%較適宜。

圖2 吸收液添加量對污染物去除率的影響

表1 中試處理效果

2.2 中試處理效果

在吸收液添加量為20%（即JYSW-01和JYSW-02型吸收液分別占各自噴淋塔循環(huán)液總體積的20%）的條件下，中試處理效果見表1。其中，臭氣濃度執(zhí)行GB 14554—1993《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》［17］，其他項目執(zhí)行廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)DB 44/27—2001《大氣污染物排放限值》［18］第二時段二級限值。由表1可見：廢氣凈化處理效果較好，苯系物的去除率達(dá)90%以上，總VOCs的去除率為91.3%，非甲烷總烴的去除率為91.1%，顆粒物的去除率為93.5%，臭氣的去除率為91.7%；廢氣中各污染物指標(biāo)的去除率均達(dá)90%以上，處理后廢氣中各污染物指標(biāo)的含量滿足上述標(biāo)準(zhǔn)的要求。

3 應(yīng)用實例

3.1 總體工藝設(shè)計

廣州宏信塑膠工業(yè)有限公司，主要生產(chǎn)銷售PVC硬質(zhì)膠布、半硬質(zhì)膠布、電鍍膠布、塑料薄膜和管材等，是全球單一產(chǎn)能較高的硬質(zhì)膠布大廠。該公司現(xiàn)有4條生產(chǎn)線，每條生產(chǎn)線產(chǎn)生的廢氣量為60 000 m3/h，廢氣成分較復(fù)雜，主要含有二噁英、氯苯、DBP、鄰苯二甲酸二乙酯、鄰苯二甲酸、己二酸酯、環(huán)氧化合物、氯代烴、酮類等。受該司委托，深圳市聚源生物化工有限公司采用本噴淋工藝及其專利吸收液產(chǎn)品對該廢氣進(jìn)行治理。研究人員經(jīng)過現(xiàn)場考察，反復(fù)論證，最終設(shè)計采用4套噴淋工藝裝置分別對該公司的4條PVC塑料生產(chǎn)線產(chǎn)生的廢氣進(jìn)行處理，處理后的廢氣統(tǒng)一收集到一個排放口排放，排放口距離地面垂直高度為32 m。每套裝置設(shè)計處理風(fēng)量為65 000 m3/h，采用內(nèi)徑3.5 m、高5.2 m的噴淋塔設(shè)備。

該設(shè)計綜合考慮工藝技術(shù)、設(shè)備材料、投資經(jīng)濟(jì)性等因素，以較少的投資取得較大的社會、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益；采用技術(shù)成熟、先進(jìn)可靠的工藝和處理效果好的設(shè)備，確保環(huán)保設(shè)施運行正常；按現(xiàn)有場地條件考慮設(shè)計，整個工程具有布局合理、占地空間小、外形結(jié)構(gòu)美觀、投資小等特點；以設(shè)備為主，工藝簡單合理，設(shè)備使用壽命長，維護(hù)簡單、方便，且處理效果穩(wěn)定，確保處理后廢氣達(dá)標(biāo)排放。

3.2 成本核算

該工程每套噴淋工藝裝置的總造價約為3.5×105元人民幣（處理風(fēng)量不同則造價不同），包括17%的增值稅，足夠半年使用的藥劑費，運行調(diào)試費，檢測費以及一年期限的設(shè)備維護(hù)費等。每套裝置的工期為15 d，其中，材料準(zhǔn)備和制作加工計劃3 d、現(xiàn)場安裝7 d、運行調(diào)試5 d。每套裝置主要包括噴淋塔2臺、風(fēng)機（37 kW）1臺、化工泵（7.5 kW）2臺，以及廢氣收集系統(tǒng)、供排水系統(tǒng)、電控系統(tǒng)各1套。

裝置運行費用主要由電費和藥劑費組成。單套裝置總裝機容量為52 kW，每天按運行8 h計，電纜費按0.5 元/（kW·h）計，則每天的運行電費為208.0 元。半年（180天）的藥劑費為11 600.0 元，則每天的藥劑費為64.5 元。因此，單套裝置的運行費用為272.5 元/d。處理風(fēng)量越低則運行費用越低，且隨著設(shè)備的運行，藥劑使用量會逐漸減少。

3.3 現(xiàn)場處理效果

裝置完工后，按15%的添加量添加吸收劑。裝置運行1個月后，對4套裝置處理前后的廢氣進(jìn)行檢測，現(xiàn)場處理效果見表2。由表2可見：臭氣的去除率達(dá)86%以上，顆粒物的去除率達(dá)91%以上，總VOCs的去除率達(dá)89%以上，非甲烷總烴的去除率達(dá)87%以上，達(dá)到了預(yù)期處理效果；廢氣經(jīng)處理后各污染物指標(biāo)的去除率均滿足客戶要求（客戶要求為90%左右），處理后廢氣中各污染物指標(biāo)的含量滿足GB 14554—1993和DB 44/27—2001的要求。

表2 現(xiàn)場處理效果

3.4 問題與解決方法

實際應(yīng)用中主要遇到了以下幾個問題：1）添加JYSW-01型吸收液時，易引起泡沫外溢；2）1#噴淋塔耗水量較大，2#噴淋塔基本不耗水；3）2#噴淋塔循環(huán)液運行幾個月后，溶液會有輕微的刺激性氣味；4）噴淋塔內(nèi)塑料材質(zhì)的自動補水浮球閥經(jīng)長時間運行易造成損壞。

解決方法：1）添加JYSW-01型吸收液時，應(yīng)少量多次加入，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有泡沫外溢的趨勢時，可加入少許消泡劑；2）向1#和2#噴淋塔頂部的除霧層增添環(huán)保球；3）2#噴淋塔運行2～3個月后，可根據(jù)實際情況排去一定體積的循環(huán)液，再補水至正常位置，并補加藥劑；4）將塑料材質(zhì)的自動補水浮球閥更換為不銹鋼材質(zhì)。

3.5 小結(jié)

綜上所述，該工藝裝置運行費用較低，僅為電費和少量藥劑費用，性價比高。其中，單套處理裝置耗電設(shè)備為1臺風(fēng)機和2臺化工泵，設(shè)備保養(yǎng)及維護(hù)簡單；吸收液可循環(huán)使用，循環(huán)液一般不需更換，僅需定期打撈懸浮物和補加藥劑，不會造成二次污染。

新噴淋工藝對于難處理的PVC塑料生產(chǎn)廢氣具有較好的處理能力，但仍存在需改進(jìn)的地方：1）噴淋塔除霧層尚需完善以增強除霧效果；2）不僅對風(fēng)機安裝變頻器，對于大功率水泵也應(yīng)安裝變頻器，可起到節(jié)水節(jié)電作用；3）對每臺噴淋塔的頂層噴淋水管安裝球閥，適當(dāng)調(diào)節(jié)此球閥，可增強除霧效果，從而達(dá)到節(jié)水的目的。

4 結(jié)論

a）新噴淋工藝在實際應(yīng)用中取得了較好的廢氣處理效果。按15%的添加量添加吸收液，廢氣中各污染物指標(biāo)的去除率達(dá)85%以上，對于難處理的苯系物也能較好地去除，處理效果滿足客戶要求，處理后廢氣中各污染物指標(biāo)的含量滿足GB 14554—1993和DB 44/27—2001的要求。

b）該工藝裝置運行費用較低，僅為電費和少量藥劑費用，吸收液可循環(huán)使用，設(shè)備保養(yǎng)及維護(hù)簡單，可滿足市場需求。

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（編輯 魏京華）

Treatment of waste gas in PVC plastic production by spraying process

Qin Wenshu1，Li Jinchen2
（1. Guangdong Light Industry Technical College，Guangzhou Guangdong 510300，China；2. Shenzhen Juyuan Biological Chemical Co. Ltd.，Shenzhen Guangdong 518049，China）

The waste gas in PVC plastic production was treated by spraying process combining patented absorption liquids with modified spray towers. On the basis of successful pilot test，the process was carried on the practical industrial applications. The application results show that：The waste gas from a PVC manufacturing enterprise is treated by this process，when the volume fraction of absorption liquid to circulating liquid in spray tower is 15%，the removal rates of pollutants in the waste gas are reached above 85%，and benzenes also can be removed；The contents of pollutants in the treated waste gas meet the emission standards of GB 14554-1993 and DB 44/27-2001；The operation cost of the process unit is low （only the cost for power and a small amount of chemicals），the absorption liquids can be recycled，the equipment maintenance is simple，and the process can meet the market demand.

PVC plastic；carcinogen；spraying process；waste gas treatment；absorption liquid

X701

A

1006-1878（2016）03-0350-05

10.3969/j.issn.1006-1878.2016.03.022

2015 - 12 - 11；

2016 - 03 - 11。

秦文淑（1969—），女，湖北省黃岡市人，碩士，副教授，電話 13622754104，電郵 qinwenshu123@163.com。

廣東輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研啟動A類項目（KJ201205）。