氣旋吸收與濕式靜電耦合主體工藝在塑膠發(fā)泡廢氣處理中的應(yīng)用研究

葉雪梅，葉少靈，潘燕高

（深圳市金創(chuàng)環(huán)保工程有限公司，廣東 深圳 518000）

引言

2021年11月，《中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于深入打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)的意見(jiàn)》提出了深入打好“藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”的口號(hào)，推進(jìn)VOCs和氮氧化物協(xié)同減排。廣東省環(huán)境廳發(fā)布《廣東省環(huán)境空氣質(zhì)量持續(xù)改善行動(dòng)計(jì)劃（2021-2025年）》（征求意見(jiàn)稿），提出“實(shí)行全過(guò)程管控，實(shí)施VOCs深度減排治理行動(dòng)”。深圳市生態(tài)環(huán)境局發(fā)布的《深圳生態(tài)環(huán)境保護(hù)的“十四五”規(guī)劃和“深圳藍(lán)”可持續(xù)行動(dòng)計(jì)劃》指出，需要加強(qiáng)工業(yè)污染治理及加強(qiáng)治理技術(shù)研發(fā)。

合成樹(shù)脂工業(yè)是揮發(fā)性有機(jī)污染物排放的重點(diǎn)行業(yè)，其中塑料制造企業(yè)的發(fā)泡成型工藝環(huán)節(jié)對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物的產(chǎn)生貢獻(xiàn)很大[1]。有效提高該生產(chǎn)廢氣的處理效率，完善工藝選型和參數(shù)優(yōu)化，強(qiáng)化多污染物的協(xié)同去除，有利于對(duì)塑膠發(fā)泡廢氣的嚴(yán)格治理和規(guī)范化管理，減少該類企業(yè)生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的污染。

1 工程概況

1.1 基本情況

本項(xiàng)目主要處理對(duì)象為生產(chǎn)車(chē)間塑膠發(fā)泡廢氣，發(fā)泡工序的原輔材料多為顆粒狀和粉末狀，廢氣中含大量顆粒物等大氣污染物[2]，同時(shí)塑料粒子通過(guò)受熱加工，會(huì)產(chǎn)生揮發(fā)性有機(jī)污染物，主要為非甲烷總烴、一氧化碳、氮氧化物和二氧化硫。本項(xiàng)目采用氣旋吸收與濕式靜電耦合主體工藝處理廢氣，設(shè)計(jì)處理風(fēng)量為45 000 m3/h。

1.2 排放標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)行業(yè)要求和項(xiàng)目實(shí)際的環(huán)評(píng)批復(fù)要求，發(fā)泡廢氣處理后各污染物排放標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 有組織廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)限值

1.3 輔助設(shè)施建設(shè)

本項(xiàng)目輔助設(shè)施建設(shè)主要包括：車(chē)間集氣裝置、風(fēng)管、控制系統(tǒng)和設(shè)備基礎(chǔ)等。車(chē)間集氣裝置主要為車(chē)間工位的廢氣收集集氣罩，累計(jì)有10個(gè)集氣罩，單個(gè)尺寸為2 000×1 000×800 mm，罩口吸入風(fēng)速為0.6 m/s；風(fēng)管采用直徑1 m的PP焊接管；控制系統(tǒng)采用智能控制，兼具遠(yuǎn)程設(shè)備運(yùn)行監(jiān)視和人工應(yīng)急控制功能；設(shè)備基礎(chǔ)采用鋼混結(jié)構(gòu)澆筑制作。

2 材料與方法

2.1 工藝設(shè)備

本項(xiàng)目廢氣處理工藝采用氣旋吸收與濕式靜電耦合主體工藝，主要設(shè)備有高效氣旋混動(dòng)噴淋塔、臥式噴淋塔、雙級(jí)濕式靜電反應(yīng)器和常規(guī)活性炭吸附箱，所有設(shè)備均采用SUS304制作，具體設(shè)備參數(shù)如下。

高效氣旋混動(dòng)噴淋塔：凈尺寸為5.0×3.0×4.0（H）m；分別配套Φ1.5 m加藥桶和7.5 kW循環(huán)水泵。

臥式噴淋塔：凈尺寸為7.0×2.7×3.0（H）m；分別配套7.5×0.6×0.8（H）m水箱和7.5 kW循環(huán)水泵。

雙級(jí)濕式靜電反應(yīng)器：凈尺寸為8.0×3.0×6.0（H）m，配套放電管200條，單條管尺寸直徑為0.3×2.8 m；循環(huán)水泵為5.5 kW；整體運(yùn)行功率為40 kW。

活性炭吸附箱：凈尺寸為4.5×2.5×2.0 m；裝填規(guī)格為100×100×50 mm的蜂窩活性炭。

2.2 工藝流程

本項(xiàng)目采用氣旋吸收與濕式靜電耦合主體工藝對(duì)發(fā)泡廢氣進(jìn)行處理，具體工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 發(fā)泡廢氣處理工藝流程圖

發(fā)泡廢氣在風(fēng)機(jī)的牽引力作用下進(jìn)入高速混流導(dǎo)筒，廢氣在離心力的作用下進(jìn)行氣液乳化反應(yīng)，后在混流液的高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，充分混合相溶，同時(shí)通過(guò)旋流離心達(dá)到氣液分離。污染物吸收分離后的氣體進(jìn)入環(huán)保填料吸附層，后進(jìn)入濕式靜電反應(yīng)器進(jìn)一步反應(yīng)凈化。當(dāng)廢氣通入時(shí)，電暈極板被水分浸潤(rùn)釋放電子，且電暈極板上的針尖放電將霧氣粉碎和細(xì)化，形成大量帶電霧滴，極大提高小分子與離子的碰撞和荷電概率，加速了帶電粒子在電場(chǎng)中的移動(dòng)，大幅度去除氣態(tài)污染物[6]。噴淋也可將溫度降低，最后通過(guò)活性炭吸附箱進(jìn)一步去除剩余有機(jī)氣體，最終通過(guò)離心風(fēng)機(jī)牽引至40 m高排氣筒達(dá)標(biāo)排放。

2.3 系統(tǒng)調(diào)試及分析

廢氣治理操作規(guī)程：通過(guò)電氣控制一鍵啟動(dòng)，程序控制首先開(kāi)啟噴淋塔循環(huán)水泵、濕式循環(huán)水泵及靜電反應(yīng)器，再啟動(dòng)引風(fēng)機(jī)，觀察循環(huán)水、靜電反應(yīng)系統(tǒng)的有序啟動(dòng)，系統(tǒng)即完成開(kāi)啟。任何一個(gè)環(huán)節(jié)異常，立即轉(zhuǎn)入手動(dòng)控制進(jìn)行調(diào)節(jié)。廢氣污染物數(shù)值分析方法均采用國(guó)標(biāo)方法。

3 運(yùn)行效果分析

經(jīng)調(diào)試正常運(yùn)行后，本項(xiàng)目對(duì)廢氣處理系統(tǒng)處理污染物的前后指標(biāo)進(jìn)行了為期20天的連續(xù)監(jiān)測(cè)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)各類污染物的進(jìn)出濃度、排放速率以及去除率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

3.1 顆粒物的去除效果

本項(xiàng)目廢氣處理系統(tǒng)對(duì)顆粒物的去除效果如圖2所示。

圖2 顆粒物去除效果圖

本項(xiàng)目顆粒物處理前折算后排放濃度為501～741 mg/m3，實(shí)測(cè)排放速率為0.77～1.26 kg/h，處理后折算后排放濃度為51～185 mg/m3，實(shí)測(cè)排放速率為0.06～0.08 kg/h，去除率為89.45%～94.95%，折合平均去除率為93.2%。高效氣旋混動(dòng)噴淋塔針對(duì)廢氣洗滌的時(shí)間更長(zhǎng)，廢氣停留時(shí)間也更長(zhǎng)，反復(fù)洗滌效果更好，徹底改善了普通噴淋塔在某些特定工況下存在的除塵不徹底等技術(shù)缺陷。且由于氣流切向進(jìn)入設(shè)備并呈橫向圓周運(yùn)動(dòng)，避免了旋流類設(shè)備縱向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致填料堵塞的問(wèn)題[7]，對(duì)顆粒物有很好的去除效果。本項(xiàng)目顆粒物折算后排放濃度達(dá)到《工業(yè)爐窯大氣污染物排放限值》（GB 9078-1996）[3]表2加熱爐 非金屬加熱爐二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值要求。

3.2 非甲烷總烴的去除效果

本項(xiàng)目廢氣處理系統(tǒng)對(duì)非甲烷總烴的去除效果如圖3所示。

圖3 非甲烷總烴去除效果圖

本項(xiàng)目非甲烷總烴處理前排放濃度為26.5～38.2 mg/m3，排放速率為1.00～1.49 kg/h，處理后排放濃度為1.95～3.93 mg/m3，排放速率為0.08～0.14 kg/h，去除率為85.75%～94.09%，平均去除率為91.34%。基于活性炭的高吸附性，下一步將通過(guò)活性炭箱內(nèi)的廢氣進(jìn)行吸附處理[8]，去除大部分非甲烷總烴，從而使排放濃度達(dá)到《合成樹(shù)脂工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 31572-2015）[4]表5大氣污染物特別排放限值要求。

3.3 一氧化碳的去除效果

本項(xiàng)目廢氣處理系統(tǒng)對(duì)一氧化碳的去除效果如圖4所示。

圖4 一氧化碳去除效果圖

通過(guò)氣旋吸收與濕式靜電耦合工藝的不斷噴淋吸附，系統(tǒng)對(duì)一氧化碳的去除效果顯著。本項(xiàng)目一氧化碳處理前排放濃度為271～374 mg/m3，排放速率為10.59～14.72 kg/h，處理后排放濃度為24.8～43.7 mg/m3，排放速率為0.93～1.65 kg/h，去除率為88.12%～92.46%，折合平均去除率為90.00%。排放濃度和排放速率均達(dá)到廣東省《大氣污染物排放限值》（DB 44/27-2001）[5]表2第二時(shí)段二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值要求。

3.4 氮氧化物的去除效果

本項(xiàng)目廢氣處理系統(tǒng)對(duì)氮氧化物的去除效果如圖5所示。

圖5 氮氧化物去除效果圖

本項(xiàng)目氮氧化物處理前排放濃度為11.2～27.8 mg/m3，排放速率為0.45～1.14 kg/h，處理后排放濃度為1.8～4.3 mg/m3，排放速率為0.06～0.16 kg/h，去除率為72.07%～91.97%，平均去除率為84.24%。氣旋吸收與濕式靜電耦合工藝中的高效氣旋混動(dòng)噴淋塔對(duì)氮氧化物的吸收效果特別好，主要利用旋流液體吸收氮氧化物。處理后氮氧化物排放濃度和排放速率均達(dá)到廣東省《大氣污染物排放限值》（DB 44/27-2001）[5]表2第二時(shí)段二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值要求。

3.5 二氧化硫的去除效果

本項(xiàng)目廢氣處理系統(tǒng)對(duì)二氧化硫的去除效果如圖6所示。

圖6 二氧化硫去除效果圖

本項(xiàng)目二氧化硫處理前排放濃度為43～69 mg/m3，排放速率為1.68～2.64 kg/h，處理后排放濃度為6～11 mg/m3，排放速率為0.22～0.41 kg/h，去除率為80.51%～90.67%，平均去除率為87.07%。高效氣旋混動(dòng)噴淋塔和臥式噴淋塔通過(guò)水噴淋和氣旋混動(dòng)方式使漆霧達(dá)到分離效果，且該噴淋塔處理風(fēng)量大，杜絕了易燃易爆的隱患。廢氣在高速動(dòng)態(tài)運(yùn)行，通過(guò)氣旋裝置的作用是增大氣液接觸面積，使二氧化硫和液體充分混合且互相吸附，強(qiáng)化了二氧化硫吸收傳質(zhì)過(guò)程，從而達(dá)到凈化目的[9]。排放濃度和排放速率均達(dá)到廣東省《大氣污染物排放限值》（DB 44/27-2001）[5]表2第二時(shí)段二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值要求。

綜合各類污染物的進(jìn)出濃度、排放速率和去除率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可得出發(fā)泡廢氣經(jīng)過(guò)氣旋吸收與濕式靜電耦合主體工藝處理后，能達(dá)到表1所述的有組織廢氣執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)限值，甚至遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)限值，達(dá)到了較好的處理效果。

4 結(jié)論

綜上所述，采用氣旋吸收與濕式靜電耦合主體工藝能有效凈化塑膠發(fā)泡廢氣，處理后廢氣可穩(wěn)定排放，其中顆粒物、非甲烷總烴、一氧化碳、氮氧化物和二氧化硫的去除效率分別達(dá)到了93.20%、91.34%、90.00%、84.24%、87.07%，均符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)排放限值要求，符合《深圳生態(tài)環(huán)境保護(hù)“十四五”規(guī)劃和“深圳藍(lán)”可持續(xù)行動(dòng)計(jì)劃》指出的加強(qiáng)工業(yè)污染治理及加強(qiáng)治理技術(shù)研發(fā)的戰(zhàn)略，值得在塑膠行業(yè)進(jìn)行推廣。