活性碳纖維有機(jī)廢氣回收技術(shù)在清潔生產(chǎn)中的運(yùn)用

王承賓

摘? 要：有機(jī)廢氣具有來(lái)源廣、危害大、處理難度高等特點(diǎn)，不僅對(duì)環(huán)境造成了直接破壞，而且還會(huì)對(duì)人體健康安全帶來(lái)嚴(yán)重危害。近年來(lái)，關(guān)于有機(jī)廢氣回收處理的相關(guān)技術(shù)不斷發(fā)展，常用的技術(shù)方法有生物法、吸附法、燃燒法等幾種。其中，活性炭纖維吸附作為現(xiàn)階段應(yīng)用最廣、技術(shù)最成熟的有機(jī)廢氣回收技術(shù)，具有易于操作、可重復(fù)利用、吸附率高等優(yōu)點(diǎn)，符合當(dāng)前行業(yè)內(nèi)提倡的清潔環(huán)保理念。文章首先對(duì)有機(jī)廢氣的主要危害和當(dāng)前主流處理技術(shù)進(jìn)行了概述，隨后就活性炭纖維吸附有機(jī)廢氣的設(shè)備組成、技術(shù)要點(diǎn)等展開(kāi)了簡(jiǎn)要分析。

關(guān)鍵詞：活性炭纖維;有機(jī)廢氣;負(fù)壓抽干系統(tǒng);計(jì)量回收系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)：X701? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）16-0159-02

Abstract： Organic waste gas has the characteristics of wide source， great harm， high treatment difficulty and so on. It not only causes direct damage to the environment， but also brings serious harm to human health and safety. In recent years， the related technologies of organic waste gas recovery and treatment have been continuously developed. The commonly used technical methods are biological method， adsorption method， combustion method and so on. Among them， activated carbon fiber adsorption， as the most widely used and mature organic waste gas recovery technology at the present stage， has the advantages of easy operation， reusable， high adsorption rate and so on， which is in line with the concept of clean and environmental protection advocated in the current industry. In this paper， the main harm of organic waste gas and the current mainstream treatment technology are summarized， and then the equipment composition and technical points of activated carbon fiber adsorption of organic waste gas are briefly analyzed.

Keywords： activated carbon fiber; organic waste gas; negative pressure drying system; metering and recovery system

引言

新材料、新技術(shù)的應(yīng)用，在提高有機(jī)廢氣回收處理效率方面發(fā)揮了重要作用?；钚蕴坷w維是上世紀(jì)80年代開(kāi)始被廣泛應(yīng)用的多功能吸附材料，除了具有較強(qiáng)的吸附能力外，還具有可重復(fù)利用等特點(diǎn)，是一種綠色、清潔的理想材料在水凈化、空氣凈化等領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用。目前，以活性炭纖維作為主要材料，同時(shí)結(jié)合工業(yè)化處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)有機(jī)廢氣的自動(dòng)吸附、蒸干處理、降溫干燥、計(jì)量回收，實(shí)現(xiàn)了有機(jī)廢氣的自動(dòng)化和高效化處理，成為現(xiàn)階段治理有機(jī)廢氣污染的一種有效手段。

1 有機(jī)廢氣的危害

有機(jī)廢氣的來(lái)源廣泛，除了我們熟知的工業(yè)廢氣、汽車(chē)尾氣外，像各類(lèi)裝飾材料、油漆等揮發(fā)的氣味等，也都是有機(jī)廢氣的重要組成。從化學(xué)成分上來(lái)看，有機(jī)廢氣的主要成分包括烴類(lèi)、醛類(lèi)、芳烴類(lèi)、酯類(lèi)等。由于有機(jī)廢氣的來(lái)源廣泛、成分復(fù)雜，其危害也是多種多樣：（1）對(duì)人體健康的危害。有機(jī)廢氣會(huì)對(duì)人的眼睛、皮膚以及呼吸系統(tǒng)產(chǎn)生較為強(qiáng)烈的刺激，并且長(zhǎng)期吸入有機(jī)廢氣后，還會(huì)對(duì)中樞神經(jīng)造成危害，輕則出現(xiàn)頭暈惡心等不適癥狀，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)誘發(fā)人體細(xì)胞病變、癌變，患有白血病、惡性癌癥等重癥疾病。（2）對(duì)空氣環(huán)境的危害。有機(jī)廢氣達(dá)到一定濃度后，會(huì)引發(fā)光化學(xué)反應(yīng)，例如醛類(lèi)、苯類(lèi)氣體與大氣中的氮氧化物結(jié)合后，會(huì)形成光化學(xué)煙霧，對(duì)空氣質(zhì)量造成嚴(yán)重破壞，對(duì)植物生長(zhǎng)和人體健康危害嚴(yán)重。

2 有機(jī)廢氣常用處理技術(shù)

（1）燃燒法。自1952年倫敦光化學(xué)煙霧事件后，人們對(duì)于有機(jī)廢氣治理的重視程度開(kāi)始提升，燃燒法就是早期回收處理有機(jī)廢氣的常用方法之一。有機(jī)廢氣大多具有可燃性，并且結(jié)合其化學(xué)成分，充分燃燒后主要產(chǎn)物為CO2和H2O，相對(duì)而言產(chǎn)物清潔，這也是燃燒法的適用基礎(chǔ)。根據(jù)有機(jī)廢氣濃度和主要成分的不同，可以分為直接燃燒法（高濃度、易燃的有機(jī)廢氣）、催化燃燒法（低濃度、可燃的有機(jī)廢氣）兩種。但是燃燒法也有其不足，例如燃燒不徹底會(huì)導(dǎo)致排放的氣體仍然具有污染性，而且對(duì)設(shè)備要求較嚴(yán)格，成本較高。（2）生物法。生物法凈化有機(jī)廢氣，是近年來(lái)興起的一種新技術(shù)，其原理是用富含有機(jī)生物的活性污泥或土壤等，吸附空氣中的有機(jī)廢氣。目前，一種高效的生物膜滴濾塔得到了推廣應(yīng)用，在提高有機(jī)廢氣回收效率方面發(fā)揮了一定的價(jià)值。生物法處理有機(jī)廢氣，雖然也符合綠色清潔要求，但是也存在不足，例如回收效率相對(duì)較低，還有就是具有較強(qiáng)的選擇性，通常只針對(duì)少數(shù)幾種廢氣成分有良好的吸收效果。而有機(jī)廢氣成分復(fù)雜，這也造成了生物法回收有機(jī)廢氣的局限性。（3）吸附法。吸附法是現(xiàn)階段來(lái)看較為成熟的一種有機(jī)廢氣回收技術(shù)，對(duì)于低濃度的有機(jī)廢氣也可以取得良好的吸附效果，并且能夠與燃燒法等聯(lián)合使用。其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：適應(yīng)性強(qiáng)，對(duì)于有機(jī)廢氣幾乎沒(méi)有選擇性，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同種類(lèi)有機(jī)廢氣的吸收。成本較低，當(dāng)前吸附法所用的吸附材料以活性炭或活性炭纖維等為主，相比于其他有機(jī)廢氣回收方法，在材料成本上有一定優(yōu)勢(shì)。最后，可回收、循環(huán)利用，活性炭纖維在吸附有機(jī)廢氣后，通過(guò)高溫蒸汽等一系列操作，可以脫雜后重新使用，符合綠色清潔的技術(shù)理念。

3 活性炭纖維有機(jī)廢氣回收裝置

3.1 基本組成

（1）預(yù)處理系統(tǒng)。為了提高活性炭纖維吸附效率和循環(huán)使用價(jià)值，在進(jìn)行有機(jī)廢氣回收處理時(shí)，需要先進(jìn)行預(yù)處理工作，目的是將有機(jī)廢氣中夾雜的一些灰塵或其他顆粒雜物清理干凈，避免這些雜物堵塞活性炭纖維內(nèi)部的納米孔。另外，大量的實(shí)踐證明高溫環(huán)境下活性炭纖維對(duì)于有機(jī)廢氣的吸收效果會(huì)變差，因此預(yù)處理系統(tǒng)還具有溫度調(diào)節(jié)功能，將有機(jī)廢氣的溫度恒定控制在10-30℃之間，既可以避免有機(jī)廢氣揮發(fā)，又可以提高回收效果。預(yù)處理裝置中的核心設(shè)備是高效過(guò)濾器，主要除雜物質(zhì)是水溶性的堿液。經(jīng)過(guò)預(yù)處理并且經(jīng)過(guò)裝置檢測(cè)合格后，利用吸附器將有機(jī)廢氣吸入下一系統(tǒng)。（2）吸附系統(tǒng)。廢氣進(jìn)入吸附器，在壓力差的作用下，有機(jī)物被吸附到活性碳纖維的微孔中，活性碳纖維吸附飽和后進(jìn)行再生。廢氣經(jīng)碳纖維吸附器后進(jìn)行潔凈排氣。吸附器由自動(dòng)控制系統(tǒng)控制，自動(dòng)切換交替進(jìn)行吸附、再生過(guò)程，從而在任何時(shí)刻都至少有1臺(tái)吸附器做一級(jí)吸附，1臺(tái)吸附器做脫附干燥再生，保證了吸附系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行和連續(xù)處理能力。如果有條件，還可以提供1臺(tái)備用吸附機(jī)，確保了整個(gè)運(yùn)作流程的完整性和持續(xù)性。吸附系統(tǒng)中的過(guò)濾裝置也要定期清洗，以保證吸附效果。（3）蒸氣脫附系統(tǒng)。通過(guò)自力式減壓閥減壓后輸出壓力穩(wěn)定的蒸氣，將吸附在活性碳纖維床層上的有機(jī)物脫附下來(lái)，同時(shí)依靠蒸氣的吹掃，將含有水蒸汽和有機(jī)蒸氣的混合蒸氣吹出，送入回收系統(tǒng)。該系統(tǒng)對(duì)溫度條件有一定的要求，保持合適且相對(duì)恒定的溫度，是提高蒸氣脫附處理效果的必要前提。通常來(lái)說(shuō)，蒸氣脫附過(guò)程的吸附器溫度應(yīng)在100℃～105℃，溫度太高說(shuō)明裝置運(yùn)行不正常，超過(guò)高溫設(shè)定值報(bào)警停車(chē)，應(yīng)及時(shí)檢查處理裝置問(wèn)題;溫度太低說(shuō)明蒸氣不足或流量太低，無(wú)法對(duì)吸附器進(jìn)行有效脫附。（4）負(fù)壓抽干系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)上一系統(tǒng)處理后的有機(jī)廢氣，在壓力作用下經(jīng)過(guò)密封管道，進(jìn)入到負(fù)壓抽干系統(tǒng)，完成下一階段的處理。當(dāng)有機(jī)廢氣全部進(jìn)入負(fù)壓抽干系統(tǒng)后，系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉冷凝器出氣管道和出液管道上的閥門(mén)，啟動(dòng)漩渦氣泵，將吸附器中的蒸氣或有機(jī)物吸入冷凝器冷凝，氣體再通過(guò)氣液分離器排氣管道進(jìn)入前段工藝重新處理。抽負(fù)壓程序?qū)⒏街谔祭w維表面的水分也被抽出，縮短干燥時(shí)間。負(fù)壓抽干過(guò)程中，吸附器排放閥門(mén)關(guān)閉，抽干風(fēng)機(jī)抽吸附器密閉空間的氣體，使吸附器內(nèi)的壓力降低，蒸氣和有機(jī)物的飽和蒸氣壓降低，有利于水和有機(jī)物從碳纖維表面脫附。（5）干燥降溫系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)負(fù)壓抽干操作后，活性炭纖維的溫度一般會(huì)上升至50℃-70℃，同時(shí)內(nèi)部濕度也達(dá)到了80%左右，這種條件下活性炭纖維的吸附效果也會(huì)大打折扣。通過(guò)干燥降溫系統(tǒng)，使用吹風(fēng)機(jī)吹出冷空氣，這部分空氣需要提前進(jìn)行凈化處理，采用旋轉(zhuǎn)方式對(duì)活性炭纖維進(jìn)行降溫、除濕吹掃。直到活性炭纖維的濕度降低至10%以下、溫度降低至10℃左右。對(duì)于干燥降溫系統(tǒng)的過(guò)濾裝置，要定期進(jìn)行清洗處理，這是因?yàn)楦稍镞^(guò)濾器會(huì)將活性炭纖維上的一些雜質(zhì)截留，長(zhǎng)期以后在過(guò)濾網(wǎng)上有大量灰塵、雜質(zhì)，清掃后可以保證凈化效果。（6）計(jì)量回收系統(tǒng)。計(jì)量回收系統(tǒng)由冷凝器、分離裝置和冷卻器等組成。經(jīng)脫附的含有水蒸汽和有機(jī)蒸氣的混合氣體經(jīng)過(guò)冷凝后變成混合液體，流入特別設(shè)計(jì)的分離裝置，吸附器底部流出的冷凝液經(jīng)冷卻器后也流入分離裝置，使不溶于水的有機(jī)物和水分離;分離出來(lái)的有機(jī)物通過(guò)自流進(jìn)入計(jì)量槽后回收利用。分層后的廢水排入污水管道。除此之外，計(jì)量回收系統(tǒng)還能夠自動(dòng)對(duì)完成系統(tǒng)化處理的氣體進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并將監(jiān)測(cè)結(jié)果與預(yù)處理系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)對(duì)比差值可以直觀的掌握該處理系統(tǒng)對(duì)有機(jī)廢氣的回收率。通常情況下，嚴(yán)格按照這套流程進(jìn)行有機(jī)廢氣回收處理，回收率基本維持在80%以上，如果預(yù)處理有機(jī)廢氣濃度較高，回收率可以達(dá)到90%以上。

3.2 工藝流程

將含有有機(jī)廢氣的空氣進(jìn)行預(yù)處理，包括溫度、濕度調(diào)節(jié)，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后開(kāi)始調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)壓力，壓力表顯示達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定壓力值后，自動(dòng)打開(kāi)閥門(mén)，在壓力差作用下降預(yù)處理后的有機(jī)廢氣吸入吸附系統(tǒng)。通過(guò)蒸氣和干燥風(fēng)處理后，在計(jì)量系統(tǒng)中將有機(jī)廢氣依次進(jìn)行冷凝、分層等處理。在整個(gè)回收流程中，由PLC程序進(jìn)行自動(dòng)化控制，減輕了人工操作壓力，對(duì)于提高有機(jī)廢氣回收效率也有明顯幫助。

3.3 技術(shù)特點(diǎn)

相比于以往的燃燒法、生物法進(jìn)行有機(jī)廢氣回收利用，該套有機(jī)廢氣回收處理系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)有：（1）吸附率高。這也是活性炭纖維在有機(jī)廢氣回收中得到推廣使用的關(guān)鍵，通過(guò)對(duì)比輸入氣體與輸出氣體，發(fā)現(xiàn)空氣中有機(jī)廢氣的含量下降了90%以上，說(shuō)明了活性炭纖維吸附有機(jī)廢氣的效果良好。（2）結(jié)構(gòu)合理，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制。各個(gè)系統(tǒng)之間使用PLC進(jìn)行自動(dòng)控制，相互合作、協(xié)調(diào)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了對(duì)有機(jī)廢氣的流水化處理。（3）能耗和成本低，材料可循環(huán)使用。活性炭纖維在使用一段時(shí)間后，可以經(jīng)過(guò)蒸干、清理后重新使用。而隨著化學(xué)材料技術(shù)的發(fā)展，活性炭纖維的造價(jià)更低，因此以活性炭纖維為主要材料的有機(jī)廢氣回收技術(shù)，成本也得到了有效控制。

4 結(jié)束語(yǔ)

有機(jī)廢氣的多重危害已經(jīng)得到了社會(huì)各界的重視，對(duì)于有機(jī)廢氣的回收處理技術(shù)也在不斷的發(fā)展。雖然目前國(guó)內(nèi)關(guān)于有機(jī)廢氣回收技術(shù)已經(jīng)比較成熟和系統(tǒng)，但是從實(shí)踐結(jié)果來(lái)看，不同技術(shù)的適用條件、回收效率和技術(shù)成本存在較大差異?；诨钚蕴坷w維的吸附法，是現(xiàn)階段對(duì)有機(jī)廢氣回收處理的常用方法，除了采用工業(yè)級(jí)處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)有機(jī)廢氣的自動(dòng)化、高效率處理外，活性炭纖維本身也是一種可循環(huán)利用的材料，無(wú)形中降低了廢氣回收技術(shù)成本。在大力倡導(dǎo)清潔綠色生產(chǎn)的背景下，活性炭纖維廢氣回收技術(shù)具有推廣應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]元麗，梁芳，何冰，等.活性碳纖維的改性技術(shù)及在水處理方面的應(yīng)用[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2017，43（11）.

[2]王甜甜，趙春玲，張倩茹，等.活性碳纖維電極電吸附去除乙酸[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2017，11（8）：4789-4796.

[3]陳水挾，許瑞梅，羅穎，等.含氮有機(jī)物對(duì)活性碳纖維還原吸附銀的影響[J].稀有金屬，2016，25（05）：328-331.

[4]李偉，姚樹(shù)勇，馬克明，等.等離子體改性技術(shù)在碳纖維/PEK-C復(fù)合材料中的應(yīng)用研究[J].高校化學(xué)工程學(xué)報(bào)，2014（3）：690-694.