關(guān)于活性炭吸附法處理有機(jī)廢氣的實(shí)際應(yīng)用探究

蘇 新

（安徽皖欣環(huán)境工程有限公司，安徽 合肥 230601）

改革開放以來，我國重點(diǎn)發(fā)展工業(yè)生產(chǎn)，這為社會經(jīng)濟(jì)的增長提供了主要發(fā)展動力。但在持續(xù)推進(jìn)工業(yè)化的過程中，逐漸出現(xiàn)了一些亟待解決的環(huán)境問題，如不加以處理，將會對整體生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重影響，其中，最明顯的問題是在工業(yè)生產(chǎn)過程中有機(jī)廢氣的排放問題。這種有害氣體不僅會對大氣環(huán)境造成污染，同時也對人們的身體健康造成了威脅。因此，本文將結(jié)合有機(jī)廢氣在治理過程中使用活性炭吸附的基本原理進(jìn)行闡述，進(jìn)而研究相關(guān)處理技術(shù)的應(yīng)用，以此為工業(yè)化進(jìn)程的可持續(xù)發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。

1 活性炭吸附簡述

在工業(yè)化生產(chǎn)過程中，大多數(shù)的工廠都處于機(jī)械生產(chǎn)狀態(tài)，因此，在這過程中產(chǎn)生的有機(jī)廢氣可使用活性炭吸附技術(shù)進(jìn)行處理，一般情況下會使用柱狀活性炭進(jìn)行凈化。而柱狀活性炭主要是由木炭與無煙煤制成，在經(jīng)過相對較為復(fù)雜的脫水、碳化、干燥以及碳化物活化過程后，形成能夠凈化有機(jī)廢氣的活性炭。但同時，也要對活性炭的基礎(chǔ)質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)，以保障在后續(xù)處理有機(jī)廢氣的過程中確保凈化質(zhì)量。因此，對于活性炭的質(zhì)量指標(biāo)主要是考察活性炭的孔容積、比表面積、填充密度以及四氯化碳吸附值、pH值、強(qiáng)度等。

在實(shí)際處理工業(yè)有機(jī)廢氣過程中，經(jīng)常使用的活性炭大多數(shù)會呈現(xiàn)出顆粒狀或蜂窩狀，這是由于活性炭的基本屬性是有孔隙的多孔結(jié)構(gòu)，且自身的表面積相對較大[1]決定的。因此，在應(yīng)用活性炭進(jìn)行廢氣處理時，有機(jī)廢氣在經(jīng)過活性炭的較大表面積后，能夠?qū)崿F(xiàn)充分接觸，進(jìn)而在活性炭孔隙攔截的作用下，將廢氣中的污染物質(zhì)進(jìn)行阻截，最終實(shí)現(xiàn)對排放的氣體進(jìn)行高效凈化。在實(shí)際應(yīng)用中，該技術(shù)存在著兩種不同的吸附過程，分別為化學(xué)吸附與物理吸附。其中，化學(xué)吸附主要是通過活性炭表面的吸附劑與有機(jī)廢氣中的物質(zhì)分子之間產(chǎn)生的強(qiáng)烈化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而產(chǎn)生放熱過程，由此完成有機(jī)廢氣的處理。而物理吸附方式則是通過活性炭表面的吸附因子與有機(jī)廢氣之間產(chǎn)生的，即被吸附分子形成物理狀態(tài)下的靜電摩擦力，或者是由范德華引力所引起的摩擦吸附狀態(tài)，從而在這一放熱過程當(dāng)中達(dá)到不可逆的吸附效果。

2 有機(jī)廢氣的處理

2.1 有機(jī)廢氣的來源與危害

有機(jī)廢氣主要是指在工業(yè)生產(chǎn)過程中排放的可揮發(fā)的有機(jī)化合物，其處于20 ℃左右，壓力值為101.3 kPa，蒸汽壓能夠達(dá)到0.1 mmHg/13.3 Pa，且大多數(shù)有機(jī)廢氣的沸點(diǎn)都在260 ℃以下。而常見的在工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的有機(jī)廢氣以醇類、烴類、酮類、胺類為主。且大多數(shù)是在印刷、噴漆或是化工、石化等生產(chǎn)過程中，由各種有機(jī)溶劑的揮發(fā)產(chǎn)生的有機(jī)廢氣?，F(xiàn)階段，我國的石油化工、制藥、汽車以及包裝、印刷等行業(yè)排放有機(jī)廢氣的數(shù)量相對較多[2]。有機(jī)廢氣不僅會對空氣造成污染，同時，對人們的身體健康也會造成威脅。由于在大多數(shù)有機(jī)廢氣中存在著各種刺激性的污染物質(zhì)，因此，往往會造成人體中樞神經(jīng)系統(tǒng)受到刺激，或是對人體皮膚表面黏膜產(chǎn)生影響。此外，大多數(shù)的有機(jī)廢氣都會表現(xiàn)出不同程度的毒性與刺激性，或是特殊氣味等，甚至?xí)?dǎo)致癌癥病發(fā)，或引發(fā)人體不適造成各種疾病，由此降低人體的免疫力。

2.2 有機(jī)廢氣的治理

現(xiàn)階段，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國工業(yè)在生產(chǎn)過程中，每年排放的有機(jī)廢氣含量高達(dá)300萬t。其中，在我國多個城市當(dāng)中，均出現(xiàn)空氣質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的嚴(yán)重污染現(xiàn)象，這樣的大氣污染城市在全國高達(dá)70%左右，距離《打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動計(jì)劃》遙遙無期。因此，為了有效改善如此嚴(yán)峻的大氣生態(tài)環(huán)境，治理有機(jī)廢氣刻不容緩，所以，我國的生態(tài)環(huán)境保護(hù)部門非常注重這一問題，開展了有力的治理工作?；趯τ袡C(jī)廢氣排放處理工作實(shí)施的各項(xiàng)方案、計(jì)劃，包括“十三五”有機(jī)廢氣污染防治工作方案以及重點(diǎn)工業(yè)行業(yè)治理有機(jī)廢氣排放方案等，更是在《打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動計(jì)劃》中規(guī)定了實(shí)施大氣治理工作的堅(jiān)定決心。因此，除了從工業(yè)生產(chǎn)源頭對有機(jī)廢氣的排放量進(jìn)行削減，也要在排放過程以及末端進(jìn)行有效處理。而應(yīng)用活性炭吸附方法，則是在整體控制有機(jī)廢氣排放過程中的末端治理技術(shù)，由此從收集有機(jī)廢氣開始，到處理以及運(yùn)行等各個環(huán)節(jié)，都要有效控制有機(jī)廢氣的排放量與污染物含量。我國常見的工業(yè)有機(jī)廢氣的處理方法如表1所示。

表1 工業(yè)廢氣常見的處理方式

3 應(yīng)用活性炭吸附處理有機(jī)廢氣的影響因素

3.1 吸附條件

在應(yīng)用活性炭對有機(jī)廢氣進(jìn)行吸附處理時，需要注意各種影響吸附效果的因素，且要對這些因素要進(jìn)行有效控制，避免對吸附效果造成影響。其中，最為主要的就是控制操作條件，如控制有機(jī)廢氣被吸附處理時的溫度、壓力以及相對氣流所產(chǎn)生的實(shí)際速度等。而活性炭物理吸附法適用于低溫有機(jī)廢氣的處理，其最佳的吸附條件則是在不斷增加大氣壓力的情況下，促使活性炭與有機(jī)廢氣之間能夠形成良好的吸附壓力差值[3]。但若有機(jī)廢氣的相對氣流速度過大時，則難以促使活性炭與有機(jī)廢氣的氣體分子進(jìn)行良好接觸，從而會導(dǎo)致物理吸附的吸附率相對較低。

3.2 吸附劑的性質(zhì)

活性炭吸附劑的比表面積越大，就會產(chǎn)生越強(qiáng)的吸附效果。在實(shí)際應(yīng)用中，要鑒定活性炭吸附劑的臨界值，則需要對其能夠吸附的最大分子直徑進(jìn)行分析計(jì)算，如若大于此數(shù)值，則表示廢氣中的污染物質(zhì)在過高的臨界直徑下，無法被活性炭有效吸收。目前，結(jié)合我國活性炭生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)文件中的相關(guān)規(guī)定，四氯化碳吸附值需要大于50%，比表面積每克約大于750 m2，pH值在8～10之間，填充密度大約為0.45～0.6 g/ cm3，這是活性炭吸附有機(jī)廢氣的標(biāo)準(zhǔn)能力值，在實(shí)際應(yīng)用中，使用的任何一種活性炭物質(zhì)其吸附效果都不能低于四氯化碳的吸附值。

4 活性炭吸附有機(jī)廢氣的問題研究

4.1 活性炭吸附有機(jī)廢氣應(yīng)用的設(shè)備

（1）結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)中有機(jī)廢氣的排放形式，對有機(jī)廢氣進(jìn)行吸附處理時，需用到的活性炭設(shè)備主要包括流化床、固定床等不同形式。首先，對于流化床，這種活性炭吸附裝置主要呈現(xiàn)為塔式結(jié)構(gòu)，在裝置內(nèi)設(shè)置若干層篩板，并保障篩板上的吸附劑始終呈現(xiàn)出沸騰狀態(tài)，才能對有機(jī)廢氣進(jìn)行吸附處理。而流化床吸附設(shè)備，其主要特點(diǎn)是在達(dá)到充分接觸的氣固兩相狀態(tài)下，能夠形成快速吸附效果且處理容量相對較大，該方式適用于大流量的連續(xù)性有機(jī)廢氣的排放治理。但由于流化床本身的吸附裝置設(shè)備較為復(fù)雜，因此，在吸附過程中，吸附劑產(chǎn)生的損耗相對較大。

（2）對于活性炭固定床吸附設(shè)備，可分為兩種不同的形式，包括立式與臥式的吸附裝置。在該裝置中，可以裝載單層、雙層或者多層的吸附層，并且會應(yīng)用1 m左右厚度的固定床層，大多數(shù)是應(yīng)用到廢氣濃度相對較高的情況下，以此進(jìn)行凈化處理。而其他形式的固定床，床層厚度大約為0.5 m左右，多應(yīng)用到有機(jī)廢氣濃度相對較低的凈化工作中。其中，活性炭固定床吸附裝置的空塔氣速大約為0.6 m/s，若空塔氣速相對較小，則無法形成高速的吸附處理效果，若氣速過大，則會在吸附有機(jī)廢氣的過程中造成較大阻力進(jìn)而產(chǎn)生損失現(xiàn)象，同時，也會對吸附層所產(chǎn)生的氣流分布狀態(tài)造成影響，降低吸附效率。固定床是采取間歇操作方式，會應(yīng)用到雙塔連續(xù)生產(chǎn)裝置，因此，能夠產(chǎn)生較好的再生效果[4]。相比于流化床吸附裝置，固定床的吸附設(shè)備應(yīng)用到的吸附劑顆粒度較大，且空塔氣速相對較小，具有相對較好的吸附效果。

（3）大多數(shù)工業(yè)有機(jī)廢氣的活性炭吸附處理技術(shù)的流程如圖1所示。

圖1 活性炭吸附處理流程圖

4.2 活性炭吸附設(shè)備的應(yīng)用設(shè)計(jì)

（1）由于活性炭吸附法能夠適用于大多數(shù)的工業(yè)有機(jī)廢氣，能針對有機(jī)廢氣當(dāng)中不同的成分進(jìn)行吸附處理。因此，在完整的活性炭吸附有機(jī)廢氣處理過程中，從收集廢氣開始到預(yù)處理、到吸附系統(tǒng)、再到控制系統(tǒng)以及完成廢氣中的副產(chǎn)物處理，最后到風(fēng)氣排氣管道，集中整合在統(tǒng)一裝置中。而在這程序當(dāng)中，最重要的則是廢氣收集與預(yù)處理等吸附裝置的應(yīng)用設(shè)計(jì)。

（2）收集廢氣的系統(tǒng)裝置需要安裝在工業(yè)生產(chǎn)區(qū)當(dāng)中，其能將在工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)廢氣污染物進(jìn)行高效收集。在設(shè)備當(dāng)中，構(gòu)建了上送下抽式的凈化系統(tǒng)，保障地面風(fēng)速控制在0.3 m/s左右，以能夠形成較好的收集效果。若采用的是立式凈化廢氣收集系統(tǒng)，則需要將風(fēng)速控制在0.7 m/ s左右。其中，在整體活性炭吸附設(shè)備當(dāng)中的預(yù)處理系統(tǒng)以及操作環(huán)節(jié)，主要是對有機(jī)廢氣中的氣霧進(jìn)行去除，以此保障有機(jī)廢氣在進(jìn)入到吸附裝置后所形成的氣霧濃度低于5 mg/m3。同時，在該系統(tǒng)中，同樣需要配備配套的氣體溫度、濃度的調(diào)節(jié)設(shè)備，以滿足活性炭吸附操作流程的具體要求。在這些環(huán)節(jié)中，當(dāng)廢氣進(jìn)入到吸附床時，需要將其溫度維持在40 ℃左右，而此時的有機(jī)廢氣濃度同樣需要低于最低易爆炸成分含量的25%左右。

（3）活性炭吸附處理有機(jī)廢氣的整體過程其核心所在就是吸附裝置，這對于有機(jī)廢氣的凈化處理效果具有直接關(guān)系。首先，活性炭吸附裝置設(shè)有均勻分布的氣流裝置，并選用合適參數(shù)，如：孔隙率、表面積以及四氯化碳吸附值等強(qiáng)度參數(shù)，保證活性炭具有相對較好的吸附效果，同時確保其能夠有效吸附苯系物以及非甲烷總烴。其次，活性炭吸附器進(jìn)出口的風(fēng)管上設(shè)置壓差計(jì)，當(dāng)壓差值（一般設(shè)定值800 Pa）大于設(shè)定值時，會立即發(fā)出報(bào)警信號，此時應(yīng)立即更換活性炭。且一般活性炭吸附裝置的最佳凈化效率能夠達(dá)到80%以上。最后，副產(chǎn)物處置環(huán)節(jié)則主要是對吸附過程中有機(jī)廢氣產(chǎn)生的其他附帶污染物進(jìn)行處理，避免在整體吸附裝置中會殘存大量的廢棄物，進(jìn)而影響到后續(xù)的吸附處理效果，同時也需要定時更換吸附后的活性炭。

5 結(jié)語

現(xiàn)階段，在工業(yè)生產(chǎn)造成有機(jī)廢氣大量排放的情況下，應(yīng)用活性炭吸附處理方式能夠在一定程度上解決廢氣排放污染物超標(biāo)的問題，但在實(shí)際應(yīng)用過程中，也會相應(yīng)存在一定問題，所以，需要考慮活性炭性吸附裝置的最初設(shè)計(jì)以及影響處理效果的各種因素，并在細(xì)致、綜合的分析下，使有機(jī)廢氣達(dá)到更良好的處理效果。