光氧催化技術(shù)應(yīng)用于定型機(jī)有機(jī)廢氣處理研究

章文斌，王玲玲，曹曉涵，楊明憲，顧汝科

（江蘇省常州環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，江蘇常州213000）

紡織染整行業(yè)一直是我國(guó)的傳統(tǒng)行業(yè)，在定型過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的揮發(fā)性有機(jī)廢氣。隨著工業(yè)廢氣污染物排放要求，定型企業(yè)幾乎都已經(jīng)安裝了廢氣處理設(shè)施，也能達(dá)標(biāo)排放[1?2]。

現(xiàn)階段主流的定型機(jī)有機(jī)廢氣治理技術(shù)“熱能回收一水噴淋洗滌一靜電除油”[3]，此技術(shù)雖能讓廢氣達(dá)標(biāo)排放，但實(shí)際中仍有定機(jī)器廢氣投訴案件發(fā)生，投訴問(wèn)題大多為有“臭味”。環(huán)保管理人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后發(fā)現(xiàn)確實(shí)有一股燒焦味，但是經(jīng)環(huán)境監(jiān)測(cè)人員監(jiān)測(cè)后各項(xiàng)指標(biāo)都符合相應(yīng)的排放標(biāo)準(zhǔn)。究其原因?yàn)榧徔椨∪径ㄐ瓦^(guò)程中添加了大量的有機(jī)助劑，廢氣中含有大量油霧，但含油量很低且?guī)в袗撼粑?，其主要成分為醛酮類、酸醇酯類、雜環(huán)芳香族類等。[4]這些惡臭廢氣經(jīng)處理后雖達(dá)標(biāo)排放卻不能完全被傳統(tǒng)廢氣處理設(shè)施所吸收，若被人體直接吸入，將對(duì)人體有不可逆的傷害。[5?6]若在此基礎(chǔ)上加上光氧催化處理設(shè)施后卻能使“民標(biāo)”也達(dá)標(biāo)。通過(guò)對(duì)某企業(yè)兩套定型機(jī)廢氣處理裝置改造前后排氣筒的跟蹤監(jiān)測(cè)，分析此技術(shù)的實(shí)用性。

1 材料與方法

1.1 定型機(jī)

該企業(yè)為門幅2.2m/10箱型定型機(jī)，額定廢氣量為10000Nm3/h。從定型機(jī)底部吸入空氣，定型溫度一般控制在160～200℃（根據(jù)不同類型的布料而定），定型結(jié)束后排出的廢氣溫度降低到140～180℃左右。溫度較高的有機(jī)廢氣通過(guò)換熱器回收熱能，將新鮮空氣經(jīng)換熱器換熱至110℃左右再次進(jìn)入到定型機(jī)內(nèi)參與定型，換熱后的有機(jī)廢氣溫度降至80℃進(jìn)入廢氣處理設(shè)施內(nèi)。

在此定型過(guò)程中，將產(chǎn)生由油、顆粒物結(jié)合態(tài)的有機(jī)廢氣，不同織物的性質(zhì)和前道處理工序決定了有機(jī)成分，顆粒物來(lái)自于織物上的可燃粉塵及纖維。[7]

1.2 原廢氣處理系統(tǒng)

定型機(jī)有機(jī)廢氣換熱后從底部進(jìn)入濕式靜電吸收塔，吸收塔從上至下分別為高壓靜電吸附、填料噴淋、油水分離池，工藝圖見圖1。廢氣先經(jīng)填料水噴淋吸收，廢氣降溫同時(shí)部分有機(jī)廢氣、煙塵、油霧被水霧捕集。水霧流入油水分離池，利用循環(huán)泵將分離池凈化后的水循環(huán)噴淋與清洗。廢氣繼續(xù)上升進(jìn)入高壓靜電吸附裝置，被吸附的油污經(jīng)導(dǎo)流板流入油水分離池，最后溫度約為40℃廢氣經(jīng)吸收塔頂部通過(guò)主風(fēng)機(jī)排入大氣。油水分離池中分離廢纖維油脂，以油污的形式回收利用，無(wú)廢水外排。

圖1 濕式靜電吸收塔工藝圖

1.3 新增光氧催化設(shè)備

在吸收塔后端加裝一臺(tái)光氧催化設(shè)備，該設(shè)備按照按單臺(tái)定型機(jī)風(fēng)量10000m3/h來(lái)設(shè)計(jì)，殼體為不銹鋼材質(zhì)，尺寸為4000*1000*1000mm，燈管60根，二氧化鈦光觸媒3塊。其除臭技術(shù)原理為:

（1）特定波段（253.7nm)的紫外線對(duì)惡臭氣體的分子鏈進(jìn)行分解，將大分子結(jié)構(gòu)打碎變成小分子結(jié)構(gòu)。

（2）利用紫外線光束分解空氣中的氧分子產(chǎn)生游離氧，因游離氧所攜正負(fù)電子不平衡所以需與氧分子結(jié)合，進(jìn)而產(chǎn)生臭氧，UV+O2→O?+O*（活性氧），O+O2→O3（臭氧）。惡臭氣體通進(jìn)入高效光解氧化模塊的反應(yīng)腔后，高能紫外線光束及臭氧對(duì)惡臭氣體進(jìn)行協(xié)同分解氧化反應(yīng)，使惡臭氣體物質(zhì)降解轉(zhuǎn)化成低分子化合物、水和二氧化碳。[8?10]

（3）惡臭氣體在催化劑（TiO2)的作用下，高能紫外線光束及臭氧對(duì)惡臭氣體進(jìn)行協(xié)同分解氧化反應(yīng)，使惡臭氣體物質(zhì)降解轉(zhuǎn)化成低分子化合物、CO2和H2O等無(wú)機(jī)物。[11?13]

1.4 監(jiān)測(cè)方案

2018年8月、12月對(duì)該企業(yè)1號(hào)、2號(hào)定型機(jī)（未改造前）的排氣筒進(jìn)行有組織監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)指標(biāo)分別為非甲烷總烴、臭氣濃度。非甲烷總烴監(jiān)測(cè)頻次為1小時(shí)內(nèi)等間隔取4個(gè)樣品，臭氣濃度為1小時(shí)內(nèi)取瞬時(shí)樣，均以小時(shí)濃度均值進(jìn)行評(píng)價(jià)；在2019年3月、4月、9月在對(duì)已完成光氧催化改造后的排氣筒以同樣的方式進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)。最終通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)分析改造前后有機(jī)廢氣處理的效果。

1.5 監(jiān)測(cè)依據(jù)與儀器

廢氣監(jiān)測(cè)依據(jù)為《固定污染源排氣中顆粒物測(cè)定與氣態(tài)污染物采樣方法》（GB/T 16157?1996），采樣儀器為嶗應(yīng)3012H型自動(dòng)煙塵（氣）測(cè)試儀、嶗應(yīng)3072型智能雙路煙氣采樣器、真空箱氣袋采樣器、玻璃針筒。非甲烷總烴分析方法為《固定污染源廢氣總烴、甲烷和非甲烷總烴的測(cè)定氣相色譜法》（HJ 38?2017），分析儀器為Entech7032AB?L自動(dòng)氣體進(jìn)樣器，Agilent 7820A氣相色譜儀（FID檢測(cè)器）；臭氣濃度分析方法為《空氣質(zhì)量惡臭的測(cè)定 三點(diǎn)比較式臭袋法》（GB/T 14675?1993），分析由2名配氣員和6名嗅辨員完成。

1.6 評(píng)價(jià)依據(jù)

廢氣目前尚無(wú)定型機(jī)有機(jī)廢氣的排放標(biāo)準(zhǔn)，只有少數(shù)地方制定了當(dāng)?shù)氐男袠I(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)。如浙江省“染整行業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)”（DB33/962?2015），紹興縣“印染行業(yè)整理排放限值”（DB330621/T001）。鑒于此情況，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行該企業(yè)環(huán)評(píng)中的要求，非甲烷總烴根據(jù)排氣筒高度執(zhí)行GB16297?1996《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》表2中的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，臭氣濃度根據(jù)排氣筒高度執(zhí)行GB14554?93《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中表2的標(biāo)準(zhǔn)值。

2 結(jié)果與分析

2018年8月、12月（未進(jìn)行光氧催化改造前）的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示1號(hào)定型機(jī)兩次非甲烷總烴小時(shí)均值分別為3.63mg/m3、3.38mg/m3，2號(hào)定型機(jī)分別為2.84mg/m3、2.40mg/m3；而2019年3、4、9月的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，1、2號(hào)定型機(jī)非甲烷總烴小時(shí)均值較前兩次明顯下降，變化趨勢(shì)見圖2。雖然非甲烷總烴小時(shí)均值濃度明顯下降，但是改造之前濃度就比較低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足GB16297?1996《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》表2中二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)120mg/m3。

圖2 非甲烷總烴監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析圖

2018年8月（未進(jìn)行光氧催化改造前）的臭氣濃度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示1號(hào)為132，2號(hào)為550（單位為無(wú)量綱），臭氣濃度排放符合GB14554?93《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》表2標(biāo)準(zhǔn)（排氣筒高度15m，標(biāo)準(zhǔn)值為2000）。增加光氧催化裝置之后，2019年4月、9月的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，1號(hào)分別為72、54，2號(hào)為97、72，較改造之前，1號(hào)定型機(jī)廢氣臭氣濃度下降分別為45.5%、59.1%，2號(hào)定型機(jī)廢氣臭氣濃度下降分別為82.4%、86.9%。雖然未改造之前，臭氣濃度達(dá)標(biāo)，但是有明顯的異味，加裝光氧催化裝置后，臭氣濃度明顯下降至100以下，現(xiàn)場(chǎng)已無(wú)臭味，變化趨勢(shì)見圖3。

圖3 臭氣濃度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析圖

3 結(jié)語(yǔ)

原定型有機(jī)廢氣治理設(shè)施濕式靜電處理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上新增光氧催化裝置，較改造之前，1號(hào)、2號(hào)定型機(jī)排氣筒非甲烷總烴濃度較加裝前平均下降68.7%和51.9%，濃臭氣濃度較加裝前1號(hào)定型機(jī)廢氣臭氣濃度下降分別為45.5%、59.1%，2號(hào)定型機(jī)廢氣臭氣濃度下降分別為82.4%、86.9%。雖然在未改造之前，非甲烷總烴已達(dá)《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB16297?1996）表2中的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，臭氣濃已達(dá)《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB14554?93）中表2的標(biāo)準(zhǔn)值，但是現(xiàn)場(chǎng)有明顯的“燒焦”異味，有無(wú)組織臭氣超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)。在加裝光氧催化裝置后，臭氣濃度值下降明顯，濃度低至100（單位無(wú)量綱）以下，已聞不到異味。最后，定型機(jī)有機(jī)廢氣在傳統(tǒng)濕式靜電處理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加裝光氧催化裝置可進(jìn)一步降低臭氣濃度，對(duì)異味處理有一定的實(shí)用性。