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

張盛至，謝 蓓

（1.山東優(yōu)納特環(huán)境科技有限公司，山東 濟(jì)南 250000；2.浙江建安檢測(cè)研究院有限公司，浙江 杭州 310000）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的不斷提升，人們的生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識(shí)不斷增強(qiáng)，對(duì)企業(yè)環(huán)保工作也提出了更高要求。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，活性碳纖維有機(jī)廢氣回收技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛，尤其是在清潔生產(chǎn)過(guò)程中更是發(fā)揮著重要作用?；诖?，本文結(jié)合活性碳纖維有機(jī)廢氣回收技術(shù)在清潔生產(chǎn)中的應(yīng)用實(shí)踐，深入分析了該技術(shù)的具體應(yīng)用情況。

1 有機(jī)廢氣的危害

有機(jī)廢氣對(duì)人體健康的危害包括：有害氣體達(dá)到一定濃度時(shí)，會(huì)對(duì)人體造成傷害，例如苯和甲醛在常溫下是一種無(wú)色、有刺激性氣味的氣體，其在空氣中濃度達(dá)到一定程度會(huì)對(duì)人的皮膚產(chǎn)生刺激并引發(fā)皮炎等癥狀。苯是一種有毒物質(zhì)，會(huì)使人中毒死亡；甲醛具有很強(qiáng)的刺激性和毒性，會(huì)對(duì)人體造成危害，苯和甲醛都會(huì)導(dǎo)致人體血液循環(huán)障礙，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致死亡。

有機(jī)廢氣對(duì)大氣環(huán)境的影響包括：有害氣體進(jìn)入大氣后會(huì)對(duì)大氣環(huán)境造成嚴(yán)重污染。例如，隨著工業(yè)生產(chǎn)排放廢氣中有害物質(zhì)的增多，會(huì)導(dǎo)致空氣質(zhì)量下降，大量有害氣體會(huì)加速臭氧層的破壞，從而導(dǎo)致紫外線強(qiáng)度增強(qiáng)。紫外線強(qiáng)度過(guò)強(qiáng)時(shí)會(huì)對(duì)人的皮膚產(chǎn)生強(qiáng)烈刺激，容易引起皮膚病等癥狀；紫外線直接照射到地表，會(huì)對(duì)地表植物造成傷害。大量有毒有害物質(zhì)進(jìn)入土壤中會(huì)加速土壤板結(jié)，導(dǎo)致植物生長(zhǎng)緩慢、甚至死亡，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致土壤無(wú)法正常使用，破壞生態(tài)環(huán)境[1]。

2 有機(jī)廢氣處理設(shè)備的組成

有機(jī)廢氣處理設(shè)備主要包括兩部分：吸附床和催化燃燒裝置。吸附床的作用是將廢氣吸附在吸附劑上，而催化燃燒裝置則是將廢氣在催化劑作用下分解為無(wú)害的物質(zhì)，同時(shí)釋放出能量。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括風(fēng)機(jī)、吸附床、管道等部分。

2.1 吸附床

吸附床主要由蜂窩活性炭制成，具有較高的孔隙率和比表面積?；钚蕴坷w維具有發(fā)達(dá)的微孔結(jié)構(gòu)，使其可以吸附低濃度、高粘度的有機(jī)廢氣。同時(shí)，它還具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，可以有效防止顆粒物進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)部，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備造成破壞。

2.2 催化 燃燒裝置

催化燃燒裝置主要由電加熱裝置和催化燃燒爐組成。電加熱裝置是由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)電加熱棒工作，并通過(guò)電加熱棒進(jìn)行連續(xù)加熱，使催化燃燒爐內(nèi)的溫度達(dá)到燃燒溫度；催化燃燒爐內(nèi)的高溫廢氣通過(guò)風(fēng)機(jī)負(fù)壓引送到催化燃燒裝置內(nèi)進(jìn)行處理，從而使廢氣得到有效凈化。

2.3 風(fēng)機(jī)

在有機(jī)廢氣處理設(shè)備中，風(fēng)機(jī)作為主要?jiǎng)恿?lái)源，可以將吸附床內(nèi)部廢氣集中排出，實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的氣體凈化。同時(shí)，通過(guò)風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的負(fù)壓可以將吸附床內(nèi)部產(chǎn)生的熱量排出系統(tǒng)并將熱量回收到系統(tǒng)中，從而降低有機(jī)廢氣處理設(shè)備的能量消耗。此外，其還能在一定程度上防止吸附床內(nèi)溫度過(guò)高而導(dǎo)致活性炭纖維吸附作用減弱。

2.4 管道

管道主要由法蘭連接管道、閥門、彎頭等部分組成。當(dāng)有機(jī)廢氣處理設(shè)備工作時(shí)，由于工作環(huán)境溫度較高、濕度較大等原因會(huì)導(dǎo)致有機(jī)廢氣處理設(shè)備中產(chǎn)生冷凝水以及腐蝕性物質(zhì)。為了避免這些問(wèn)題對(duì)設(shè)備造成影響和損壞，必須使用具有良好耐腐蝕性能、不易產(chǎn)生冷凝水和腐蝕性物質(zhì)的管道。如果有機(jī)廢氣處理設(shè)備需要排放有機(jī)廢氣，就需要通過(guò)管道將有機(jī)廢氣集中到一起排入大氣中。有機(jī)廢氣處理設(shè)備工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定濃度的有機(jī)廢氣，這些有機(jī)物會(huì)在管道內(nèi)部?jī)?chǔ)存一段時(shí)間后，在重力作用下流向集氣箱。由于有機(jī)廢氣處理設(shè)備工作環(huán)境溫度較高，有機(jī)廢氣處理設(shè)備內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生一定溫度差。有機(jī)廢氣處理設(shè)備內(nèi)部溫度升高或外界溫度降低，都會(huì)使吸附床內(nèi)部產(chǎn)生冷凝水或腐蝕性物質(zhì)，相關(guān)人員必須采取一定措施避免這類問(wèn)題，在這種情況下需要在管道內(nèi)部設(shè)置止回閥和脫水器等裝置來(lái)避免有機(jī)廢氣進(jìn)入系統(tǒng)中并造成危害[2]。

3 有機(jī)廢氣常用處理技術(shù)

3.1 吸收法

吸收法是利用某些物質(zhì)與廢氣中的溶質(zhì)或氣體發(fā)生反應(yīng)，生成難溶物質(zhì)，并將廢氣中的有害成分吸收而達(dá)到凈化目的。該法分為物理吸收法和化學(xué)吸收法。物理吸收是利用某些物質(zhì)與氣體中的溶解物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而達(dá)到凈化廢氣的目的；化學(xué)吸收是利用某些物質(zhì)具有的特殊性質(zhì)，使氣體中的有毒、有害成分與之發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而達(dá)到凈化氣體的目的。在我國(guó)，用物理吸收法凈化有機(jī)廢氣已有幾十年的歷史，尤其是80年代以后得到了迅速發(fā)展，主要包括空氣噴淋洗滌法、加熱分解法、化學(xué)吸收法、膜分離技術(shù)、等離子體凈化技術(shù)等。

3.1.1 空氣噴淋法

其原理是利用高溫（一般為150～200 ℃）空氣，使其與具有一定噴射高度的噴嘴及吸收塔內(nèi)壁接觸而發(fā)生反應(yīng)，生成氣液兩相。廢氣在噴射過(guò)程中攜帶的大量液體霧滴可以對(duì)廢氣起到洗滌作用，以達(dá)到凈化目的。其優(yōu)點(diǎn)是凈化效率高，一般可達(dá)95%～99%，且不會(huì)發(fā)生結(jié)垢和堵塞問(wèn)題，不產(chǎn)生二次污染；缺點(diǎn)是設(shè)備造價(jià)高，處理效率低。

3.1.2 水噴淋洗滌法

其原理是利用廢氣和水在噴淋裝置中發(fā)生反應(yīng)而達(dá)到凈化氣體的目的。其優(yōu)點(diǎn)是凈化效率高，一般可達(dá)99%以上，且設(shè)備造價(jià)低，對(duì)含有多種有機(jī)污染物的廢氣處理效果好。

3.1.3 加熱分解法

該方法利用加熱使有機(jī)物分解而達(dá)到凈化氣體的目的。其優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單、造價(jià)低、能耗低；缺點(diǎn)是不能去除易揮發(fā)性有機(jī)物，并且由于加熱分解反應(yīng)在設(shè)備中進(jìn)行，可能引起火災(zāi)和爆炸事故，而且能耗高、效率低。

3.1.4 等離子體凈化技術(shù)

其原理是利用等離子體放電使有機(jī)廢氣中的部分污染物轉(zhuǎn)化為非電活性粒子，以達(dá)到凈化的目的。其優(yōu)點(diǎn)是對(duì)濃度較高、污染嚴(yán)重的廢氣處理效果好、能耗低、無(wú)二次污染、裝置占地面積小，但該技術(shù)設(shè)備費(fèi)用高、凈化效率較低。

3.1.5 膜分離技術(shù)

該技術(shù)利用一層半透膜從液體中分離出溶解于溶劑中的物質(zhì)，不需要添加其他輔助物質(zhì)，因此無(wú)二次污染產(chǎn)生。目前，在國(guó)內(nèi)較先進(jìn)的膜分離設(shè)備有高效離子膜型、有機(jī)聚合物膜型等，主要用于工業(yè)廢氣處理。但它對(duì)有機(jī)氣體組分要求較高，對(duì)于丙酮等沸點(diǎn)較低的廢氣處理效果差。

3.1.6 液體吸收法

該方法利用液體與氣體組分發(fā)生反應(yīng)而達(dá)到凈化目的。其優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單、造價(jià)低、占地面積??；缺點(diǎn)是不能去除易揮發(fā)性有機(jī)物，吸收液多為強(qiáng)氧化劑和強(qiáng)堿液（如氫氧化鈉），對(duì)人體和設(shè)備都有一定的腐蝕性。

3.2 生物氧化法

生物氧化法是指利用微生物將有機(jī)廢氣中的有機(jī)成分氧化成二氧化碳和水的過(guò)程。與傳統(tǒng)的處理方法相比，生物氧化法具有高效、經(jīng)濟(jì)、運(yùn)行簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。目前，生物氧化法已廣泛應(yīng)用于有機(jī)廢氣的處理，并取得了良好效果。具體工藝是利用生物填料塔將廢氣與液體混合，與生物填料結(jié)合后，在填料表面進(jìn)行微生物生長(zhǎng)代謝過(guò)程；生物廢氣通過(guò)一系列填料層，最后從出料閥排出。該技術(shù)主要利用微生物氧化分解廢氣中的有機(jī)物，使其轉(zhuǎn)化為CO2和H2O等無(wú)害物質(zhì)[3]。具體是由生物反應(yīng)器進(jìn)行氧化分解；由曝氣池進(jìn)行氣體混合；由出料閥排出，之后將其回填到反應(yīng)器中；最后將有機(jī)廢氣處理后排放。

3.3 冷凝回收法

冷凝回收法是利用冷凝器對(duì)有機(jī)廢氣進(jìn)行分離，再將其中的液體回收至罐內(nèi)，經(jīng)過(guò)再次加工后使用。一般來(lái)講，冷凝器主要應(yīng)用于回收低沸點(diǎn)有機(jī)溶劑，這類物質(zhì)一般都屬于易揮發(fā)性物質(zhì)，且沸點(diǎn)較低。將有機(jī)廢氣與水或其他溶劑進(jìn)行混合，經(jīng)熱交換后能夠?qū)崿F(xiàn)有機(jī)廢氣的冷凝分離，再將其中的液體回收至罐內(nèi)。這種方法不需要額外添加新的設(shè)備，能夠有效分離有機(jī)廢氣。但是目前這種方法還不是很成熟，主要表現(xiàn)在設(shè)備造價(jià)較高、能耗高等方面。

4 活性碳纖維有機(jī)廢氣回收技術(shù)在清潔生產(chǎn)中的應(yīng)用分析

活性碳纖維有機(jī)廢氣回收技術(shù)主要是應(yīng)用于對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)廢氣的回收處理，并將其轉(zhuǎn)化為能源進(jìn)行使用的技術(shù)，是一種十分有效的處理方法。該技術(shù)裝備主要包括活性炭纖維、陶瓷填料、吸附裝置等。在整個(gè)回收處理過(guò)程中，活性炭纖維起到了關(guān)鍵作用，它可以吸附廢氣中的有害物質(zhì)，使之轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水等無(wú)害物質(zhì)。并且，活性炭纖維也能夠分解其中的有毒有害氣體，并轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水等無(wú)害氣體。但是要想發(fā)揮活性碳纖維有機(jī)廢氣回收技術(shù)的作用，相關(guān)人員還需要在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中不斷完善與創(chuàng)新。活性碳纖維有機(jī)廢氣回收技術(shù)還能有效處理氨、硫化物、揮發(fā)性有機(jī)物、氨氮等污染物，這些污染物在吸收了特定的活性炭纖維后，能夠被分解或轉(zhuǎn)化[4]，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)污染物的治理。

4.1 氨氣、硫化物、揮發(fā)性有機(jī)物和氨氮的回收處理

在清潔生產(chǎn)過(guò)程中，使用活性碳纖維有機(jī)廢氣回收技術(shù)對(duì)氨氣、硫化物、揮發(fā)性有機(jī)物和氨氮等進(jìn)行處理，能夠?qū)⑦@些物質(zhì)的含量降至最低，然后進(jìn)行無(wú)害化處理，避免污染環(huán)境。例如，在對(duì)氨進(jìn)行回收時(shí)，可以將氨氣在經(jīng)過(guò)一定的處理后制成氨水；污水處理廠采用活性炭纖維有機(jī)廢氣回收技術(shù)處理污水，能夠使污水中的氨氮含量降至最低，達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，氨氣、硫化物、揮發(fā)性有機(jī)物和氨氮等污染物能夠得到有效回收與處理。在整個(gè)轉(zhuǎn)化過(guò)程中，在對(duì)氨進(jìn)行吸收時(shí)可以使其轉(zhuǎn)化為無(wú)毒無(wú)害的氨水或碳酸銨；而硫化物在活性碳纖維有機(jī)廢氣回收技術(shù)中可以被轉(zhuǎn)化為硫化氫；在對(duì)硫進(jìn)行回收時(shí)可以將硫化物轉(zhuǎn)化為硫醇。

4.2 脫硫工藝廢氣的回收處理

脫硫工藝的廢氣回收處理技術(shù)主要是指利用活性炭纖維等物質(zhì)對(duì)脫硫工藝產(chǎn)生的廢氣進(jìn)行回收處理，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)脫硫工藝中產(chǎn)生的二氧化硫等有害氣體的回收和治理。這種技術(shù)主要是利用活性炭纖維和吸收液對(duì)廢氣中的二氧化硫進(jìn)行吸附，在得到吸收液后將廢氣中的二氧化硫轉(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì)[5]。該技術(shù)具有操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定、投資小等優(yōu)點(diǎn)，并且能夠?qū)Χ趸虻扔泻怏w進(jìn)行有效吸附和轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)了對(duì)二氧化硫等有害氣體的治理。此外，該技術(shù)還可以應(yīng)用于焦?fàn)t煙氣脫硫和工業(yè)廢氣脫硫中。例如，山西某焦?fàn)t煤氣脫硫工程在應(yīng)用該技術(shù)后，大大降低了二氧化硫的排放濃度和排放量。

利用活性炭纖維有機(jī)廢氣回收技術(shù)處理廢氣中的一些有害物質(zhì)也具有十分顯著的優(yōu)勢(shì)。例如，這種技術(shù)可以對(duì)硫、氨等有害物質(zhì)進(jìn)行吸附，從而減少空氣中硫、氨等有害物質(zhì)的含量，而且這種技術(shù)也是一種十分節(jié)能和環(huán)保的處理技術(shù)。另外，該技術(shù)在生產(chǎn)過(guò)程中不需要任何熱源或電源，其運(yùn)行成本相對(duì)較低。活性炭纖維材料具有較大的比表面積，能夠很好地吸附有機(jī)廢氣中的一些有害物質(zhì)。此外，該技術(shù)在回收處理過(guò)程中不產(chǎn)生任何熱量或熱能，有效減少了企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的能源消耗和資源浪費(fèi)問(wèn)題，因此該技術(shù)在清潔生產(chǎn)領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。

4.3 有機(jī)廢氣的吸附與凈化

活性碳纖維有機(jī)廢氣回收技術(shù)能夠有效吸附凈化工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)廢氣，并將其中的有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì)。例如，活性碳纖維能夠吸附一些有機(jī)物，而這些有機(jī)物的分子量較小，且具有很強(qiáng)的極性，根據(jù)這一特點(diǎn)，可以將其中的一些有機(jī)物過(guò)濾或分離。例如，將有機(jī)廢氣與活性炭纖維結(jié)合后，有機(jī)廢氣中的有害物質(zhì)就會(huì)被活性碳纖維吸附并牢牢鎖住，而這些有機(jī)物質(zhì)會(huì)與活性碳纖維中的一些陽(yáng)離子結(jié)合，使之轉(zhuǎn)化為水和二氧化碳等無(wú)害物質(zhì)。除此之外，活性碳纖維還能夠?qū)σ恍┯袡C(jī)物進(jìn)行深度凈化，例如，在活性碳纖維中添加一些活性炭或其他材料后，就可以將這些有害氣體進(jìn)行分解或轉(zhuǎn)化，而這一過(guò)程需要借助一定的高溫條件來(lái)實(shí)現(xiàn)。然而這種技術(shù)也有一定的局限性，因?yàn)樵摷夹g(shù)主要是在高溫條件下才能發(fā)揮作用，會(huì)造成一定的安全隱患。所以在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，相關(guān)人員還需要結(jié)合不同工廠及生產(chǎn)工藝等實(shí)際情況，對(duì)活性碳纖維有機(jī)廢氣回收技術(shù)進(jìn)行有效調(diào)整與改進(jìn)，在此基礎(chǔ)上，還需要針對(duì)具體問(wèn)題制定出相應(yīng)的處理措施，這樣才能使該技術(shù)在清潔生產(chǎn)中發(fā)揮更大作用，從而使企業(yè)獲得更多的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，有機(jī)廢氣回收技術(shù)在國(guó)內(nèi)也取得了較大進(jìn)展，但目前有機(jī)廢氣回收技術(shù)仍存在較多問(wèn)題，如成本高、凈化效率低、易受有機(jī)化合物特性變化影響、回收效果差等，針對(duì)這些問(wèn)題還需要不斷改進(jìn)和完善?；钚蕴祭w維吸附法是一種應(yīng)用非常廣泛的有機(jī)廢氣處理方法，并且隨著活性碳纖維吸附法在各行業(yè)的廣泛應(yīng)用，未來(lái)相關(guān)人員會(huì)開發(fā)出更多方法來(lái)處理各種有機(jī)廢氣。