活性炭-浮石“強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合”除廢氣

刁睿稼

報(bào)紙、書籍等各類印刷品的生產(chǎn)都離不開印刷業(yè)，其印刷過(guò)程產(chǎn)生的廢氣中一般含有乙酸乙酯、膠水、油墨、正丙酯和丁酮等揮發(fā)性有機(jī)污染物，在化工業(yè)有機(jī)廢氣中所占比例不容小覷。

吸附/脫附與催化氧化法聯(lián)用是處理印刷行業(yè)有機(jī)廢氣的有效方法，蜂窩活性炭、沸石、有機(jī)樹脂、浮石等都是吸附有機(jī)廢氣的優(yōu)良材料。在升高吸附材料溫度的情況下，被吸附的廢氣又被釋放，即脫附。脫附的廢氣在催化劑的作用下，于280℃ ～320℃ 引入催化燃燒裝置燃燒，被分解為二氧化碳和水。而燃燒及加溫所產(chǎn)生的熱量又被用于吸附材料的脫附再生，使吸附的廢氣不斷地被脫附，之后達(dá)標(biāo)排放。

在溫感智能控制器（PLC）的控制下，在設(shè)定的溫度下，啟、閉催化燃燒裝置和對(duì)應(yīng)的進(jìn)、出氣閥門，往復(fù)循環(huán)中實(shí)現(xiàn)印刷廢氣的達(dá)標(biāo)排放。具體工藝流程見(jiàn)圖1。

實(shí)際應(yīng)用中，蜂窩活性炭和沸石轉(zhuǎn)輪都是被采用得最多的吸附單元，二者均有不足之處：蜂窩活性炭有高溫燃燒的風(fēng)險(xiǎn)，脫附溫度不能過(guò)高，但脫附不徹底會(huì)降低其使用壽命;沸石轉(zhuǎn)輪處理效果穩(wěn)定，使用壽命長(zhǎng)但成本較高，且對(duì)過(guò)濾的氣體選擇性強(qiáng)，相應(yīng)設(shè)備的一次性投資對(duì)中小型印刷企業(yè)來(lái)說(shuō)較大。

我針對(duì)上海某印刷企業(yè)原有的活性炭吸附/脫附-催化氧化有機(jī)廢氣處理工藝進(jìn)行了改進(jìn)。

為使廢氣處理效果更加穩(wěn)定，減少活性炭的使用量，降低處理成本和增強(qiáng)吸附材料的耐用性，經(jīng)過(guò)反復(fù)篩選，我選定浮石作為活性炭的替換材料進(jìn)行廢氣處理。

一、實(shí)驗(yàn)材料

有機(jī)廢氣來(lái)自上海市某鋁箔彩印公司的印刷機(jī)和復(fù)合機(jī)廢氣，在1臺(tái)印刷機(jī)和3臺(tái)復(fù)合機(jī)正常工作的情況下，平均廢氣量為36 000m3/h。

原有機(jī)廢氣吸附/脫附材料為蜂窩活性炭，該活性炭10cm見(jiàn)方，其內(nèi)貫穿1.5mm見(jiàn)方的40×40個(gè)吸附微孔，每塊蜂窩活性炭吸附面積約為0.964m2。2個(gè)活性炭箱各放置6層，每層有400塊蜂窩活性炭。

浮石采用2cm～3cm的土耳其浮石，在蜂窩活性炭層的第3層增加1層約10cm厚的浮石。采用2個(gè)中間長(zhǎng)、寬各為2 000mm見(jiàn)方、上下有4塊梯形材料收縮成進(jìn)、出口的橄欖型碳鋼材料碳箱。用鋁材方形風(fēng)管收集廢氣。用DCO-有機(jī)氣體催化燃燒裝置作為廢氣燃燒和脫附時(shí)的熱源，處理脫附風(fēng)量為2 500m3/h，加熱溫度為280℃～320℃ 。

二、實(shí)驗(yàn)方法

1.選擇不同的脫附溫度，測(cè)試現(xiàn)有蜂窩活性炭在80℃～120℃ 脫附8h后，首次吸附廢氣后排放口的非甲烷總烴濃度，經(jīng)對(duì)比分析，確定試驗(yàn)脫附溫度。

2.每隔2h對(duì)經(jīng)蜂窩活性炭吸附后的排放口廢氣進(jìn)行取樣測(cè)試，記錄其非甲烷總烴濃度變化情況。

3.分別在蜂窩活性炭的上、下層空間先后加裝第1個(gè)和第2個(gè)10cm厚的浮石層，在完成8h脫附、啟動(dòng)對(duì)廢氣的吸附時(shí)，每隔2h分別測(cè)試其廢氣排放的濃度變化情況。將此結(jié)果與蜂窩活性炭的吸附濃度變化進(jìn)行比較。

4.將單獨(dú)使用蜂窩活性炭吸附與使用其他組合材料物質(zhì)進(jìn)行性價(jià)比比較，便于消費(fèi)者選擇。

三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

1.脫附溫度的選擇

為了選擇合適的脫附溫度，添加浮石材料層前選擇純蜂窩活性炭，觀察不同溫度下的脫附效果變化。在綜合平衡可行的條件后，確定實(shí)驗(yàn)脫附溫度。此時(shí)，測(cè)試不同脫附溫度下，廢氣經(jīng)過(guò)蜂窩活性炭脫附8h后的非甲烷總烴排放濃度。

選擇脫附溫度為80℃ 時(shí)，濃度為39mg/m3;90℃ 時(shí)，濃度為34mg/m3;100℃ 時(shí)，濃度為30mg/m3;110℃ 時(shí)，濃度為28mg/m3;120℃ 時(shí)，濃度為27mg/m3。

實(shí)驗(yàn)表明，從80℃ 到120℃ ，蜂窩活性炭經(jīng)不同溫度脫附后，氣體中非甲烷總烴濃度由39mg/m3降為27mg/m3。這說(shuō)明在脫附時(shí)間同為8h的情況下，施加的脫附溫度越高，蜂窩活性炭脫附越干凈，再生的吸附能力就越強(qiáng)。

但考慮溫度上升到100℃ 以上所需要的持續(xù)加溫時(shí)間偏長(zhǎng)，電能消耗過(guò)多，活性炭發(fā)生燃燒的風(fēng)險(xiǎn)也增加。因此，選擇100℃ 作為后續(xù)實(shí)驗(yàn)的固定脫附溫度，并結(jié)合工廠的原有廢氣排放規(guī)律進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

2.活性炭及活性炭-浮石組合材料廢氣吸附效果比較

先對(duì)純活性炭進(jìn)行8h脫附，記錄其吸附時(shí)長(zhǎng)0～40h內(nèi)的吸附排放濃度變化。再在最上層活性炭上面增加1層約10cm厚度的浮石，進(jìn)行8h脫附。記錄組合材料開始吸附廢氣時(shí)0～40h的吸附廢氣排放濃度變化。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與純活性炭相比，增加1層浮石后，起始吸附時(shí)廢氣的排放濃度均為30mg/m3，說(shuō)明此時(shí)浮石對(duì)吸附效果沒(méi)有影響。隨著吸附時(shí)間的增加，浮石的吸附能力通過(guò)較低的廢氣排放濃度顯現(xiàn)出來(lái)。

按照上海市非甲烷總烴50mg/m3的達(dá)標(biāo)排放標(biāo)準(zhǔn)，原處理廢氣在第14小時(shí)就應(yīng)該停止吸附，將活性炭重新進(jìn)行脫附處理。但增加1層浮石后，廢氣達(dá)標(biāo)情況可以延續(xù)到大約第17小時(shí)，達(dá)標(biāo)排放時(shí)間延長(zhǎng)了3h。

按照上面實(shí)驗(yàn)的步驟，打開吸附材料罐，在活性炭的鐵篦下方上層空間內(nèi)再增加1層約10cm厚的浮石。關(guān)閉吸附材料罐后，按照增加1層時(shí)的程序?qū)?fù)合材料進(jìn)行脫附。檢測(cè)記錄到的0～40h的吸附后廢氣排放濃度變化如圖2所示。

增加2層浮石后，吸附廢氣的能力比增加1層浮石的情況有所提高，達(dá)標(biāo)排放時(shí)間由14h增加到18h。

從圖中可以看出，2種情況對(duì)排放濃度的變化影響趨勢(shì)都一樣。在增加2層浮石后，能使經(jīng)過(guò)脫附的廢氣達(dá)標(biāo)排放時(shí)間由18h增至22h。

相對(duì)于活性炭來(lái)說(shuō)，浮石材料對(duì)有機(jī)廢氣的吸附能力較低，但增加浮石作為輔助吸附材料對(duì)印刷廢氣的吸附能力有明顯的提升。增加浮石后，風(fēng)機(jī)的風(fēng)阻系數(shù)明顯增加，如何降低成本、減小風(fēng)阻，降低活性炭高溫燃燒的風(fēng)險(xiǎn)，都是今后需要進(jìn)一步探究的問(wèn)題。