有機(jī)廢氣顆粒物預(yù)處理技術(shù)的應(yīng)用研究

王騰驕，孫永嘉，徐遵主

(南京大學(xué)環(huán)境規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院股份公司，江蘇 南京 210093)

工業(yè)企業(yè)排放的揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)廢氣中含有顆粒物是一個(gè)較為普遍的現(xiàn)象，比如：噴漆廢氣、印刷廢氣、機(jī)加工油霧廢氣、化工行業(yè)反應(yīng)釜投料廢氣等，這類(lèi)廢氣中VOCs、顆粒物等污染物共同存在。顆粒物的存在直接影響VOCs廢氣處理系統(tǒng)的正常運(yùn)行，導(dǎo)致VOCs去除效率下降、系統(tǒng)故障等問(wèn)題，因此，在有機(jī)廢氣治理工程設(shè)計(jì)中應(yīng)重點(diǎn)考慮顆粒物的預(yù)處理。

顆粒物預(yù)處理技術(shù)即在有機(jī)廢氣中含有顆粒物時(shí)，在VOCs凈化系統(tǒng)前先凈化去除有機(jī)廢氣中顆粒物的技術(shù)。目的是使預(yù)處理后的有機(jī)廢氣顆粒物濃度明顯降低，對(duì)VOCs凈化系統(tǒng)基本不產(chǎn)生影響。本文分析了顆粒物對(duì)常規(guī)VOCs處理系統(tǒng)的影響，綜述了目前較為成熟的顆粒物預(yù)處理技術(shù)，并分析了各方法的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍，最后論述了增設(shè)顆粒物預(yù)處理系統(tǒng)后對(duì)VOCs處理系統(tǒng)的影響。

1 顆粒物對(duì)VOCs處理系統(tǒng)的影響分析

目前較為成熟的VOCs治理工藝有：吸附法、吸收法、冷凝法、膜分離法、催化燃燒法、熱力燃燒法、光催化法以及活性炭吸附脫附-催化燃燒、沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮+蓄熱焚燒等，其中顆粒物主要對(duì)吸附法、催化燃燒法、熱力燃燒法、光催化法等影響較大，目前國(guó)家已有相關(guān)技術(shù)規(guī)范，明確規(guī)定采用吸附法、催化燃燒法、蓄熱焚燒法時(shí)，有機(jī)廢氣中的顆粒物濃度限值，具體如表1所示。

表1 VOCs治理工藝進(jìn)口顆粒物濃度限值要求

因此本文主要分析顆粒物對(duì)吸附法、催化燃燒法、蓄熱焚燒法的影響。

吸附法中吸附劑往往選取具有較大比表面積的多孔材料，比如顆粒物活性炭、蜂窩活性炭、活性炭纖維(ACF)、沸石轉(zhuǎn)輪、分子篩、石墨烯等[4]。當(dāng)廢氣中含有顆粒物時(shí)，顆粒物會(huì)積聚在吸附劑表面造成吸附失效，降低吸附劑對(duì)VOCs的吸附效率，并使系統(tǒng)流阻大幅增加。若未及時(shí)更換吸附劑或有效去除吸附劑上積聚的粉塵，可能會(huì)導(dǎo)致電機(jī)燒毀等故障，系統(tǒng)最終無(wú)法正常運(yùn)行。

催化劑是催化燃燒器的核心構(gòu)件，直接影響催化燃燒系統(tǒng)的成功與否。含塵有機(jī)廢氣中的顆粒物會(huì)在催化劑表面或孔道內(nèi)堆積，使催化劑的活性中心減少，造成催化劑失活，降低VOCs的去除效率[5-6]。此外，顆粒物會(huì)粘附在換熱器內(nèi)表面，降低換熱效率，同時(shí)也會(huì)增加設(shè)備阻力。

含塵有機(jī)廢氣中的顆粒物對(duì)蓄熱焚燒系統(tǒng)造成最大的危害是顆粒物蓄積在蓄熱床層內(nèi)，導(dǎo)致蓄熱床堵塞，增加設(shè)備阻力[7]。此外顆粒物還有可能進(jìn)入蓄熱燃燒爐燃燒室內(nèi)，進(jìn)入火焰檢測(cè)器管路內(nèi)，造成火焰檢測(cè)不靈敏等情況[8]。

2 顆粒物預(yù)處理技術(shù)選擇

顆粒物預(yù)處理技術(shù)從原理上可以分為干法和濕法。干法是利用慣性原理，將顆粒物攔截在過(guò)濾材料上的凈化方法，常規(guī)的干法包括過(guò)濾器(粗效過(guò)濾器、中效過(guò)濾器、高、中效過(guò)濾器、亞高效過(guò)濾器和高效過(guò)濾器)、濾筒除塵器、袋式除塵器等，重力除塵器、慣性除塵器、旋風(fēng)除塵器等除塵工藝對(duì)顆粒物去除效率較低，且投資費(fèi)用較高，不宜作為顆粒物預(yù)處理器。

濕法是利用慣性或離心力等將顆粒物攜帶入水中的凈化方法，常規(guī)的濕法包括：噴淋塔、水膜(簾)等；

不同行業(yè)產(chǎn)生的有機(jī)廢氣中的顆粒物千差萬(wàn)別，應(yīng)根據(jù)廢氣和顆粒物的性質(zhì)采取有針對(duì)性的預(yù)處理技術(shù)。選擇顆粒物預(yù)處理技術(shù)時(shí)需考慮的主要因素有：①?gòu)U氣中顆粒物粒徑范圍；②顆粒物產(chǎn)生濃度及速率；③廢氣濕度、溫度等因素；④顆粒物的性質(zhì)(黏度、比重、燃爆性等)；⑤顆粒物處理目標(biāo)濃度等。

2.1 濕法預(yù)處理技術(shù)的適用性和優(yōu)缺點(diǎn)分析

濕法顆粒物預(yù)處理技術(shù)適用于處理粒徑較大、比重較大、有黏性、易燃爆的顆粒物，以及廢氣進(jìn)口顆粒物濃度較低、去除效率不要求太高的場(chǎng)合。

優(yōu)點(diǎn)：①系統(tǒng)運(yùn)行可靠，顆粒物會(huì)沉積在設(shè)備水槽底部，噴淋水經(jīng)過(guò)濾后可循環(huán)使用，系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期運(yùn)行；②濕法經(jīng)濟(jì)性較高，投資、運(yùn)行費(fèi)用相對(duì)較低。

缺點(diǎn)：①產(chǎn)生廢水、廢渣等二次污染，易于處理；②造成廢氣含濕量較大，影響后續(xù)VOCs凈化效果。

2.2 干法預(yù)處理技術(shù)的適用性和優(yōu)缺點(diǎn)分析

干法顆粒物預(yù)處理技術(shù)適用于處理粒徑較小的顆粒物，以及顆粒物處理目標(biāo)濃度較低的場(chǎng)合。

優(yōu)點(diǎn)：①對(duì)顆粒物的去除效率較高，尤其對(duì)粒徑較小的顆粒物，其去除效率高于濕法預(yù)處理技術(shù)；②設(shè)備安裝，運(yùn)行維護(hù)較為方便。

缺點(diǎn)：①容塵量有限，需定期更換濾材，失效的濾材一般作為危險(xiǎn)廢棄物進(jìn)行處理處置，運(yùn)行費(fèi)用較濕法高；②設(shè)備阻力大。當(dāng)顆粒物去除效率要求較高時(shí)，一般考慮多級(jí)過(guò)濾組合，設(shè)備終阻力可達(dá)1000 Pa，若設(shè)備不及時(shí)更換，對(duì)系統(tǒng)影響較大。

2.3 顆粒物預(yù)處理系統(tǒng)工程實(shí)例

不同類(lèi)別有機(jī)廢氣常規(guī)的顆粒物預(yù)處理系統(tǒng)工程實(shí)例列舉如表2所示。

表2 顆粒物預(yù)處理系統(tǒng)工程實(shí)例

3 顆粒物預(yù)處理工藝對(duì)VOCs處理系統(tǒng)的影響分析

3.1 干法對(duì)VOCs處理系統(tǒng)的影響

干式預(yù)處理系統(tǒng)最大的特點(diǎn)是需要定期更換濾材，更換濾材時(shí)系統(tǒng)需停止運(yùn)行，以保證操作人員的安全，并避免濾材上的粉塵被氣流帶入VOCs處理系統(tǒng)。對(duì)于熱力焚燒、催化燃燒等VOCs處理系統(tǒng)宜持續(xù)運(yùn)行，不宜頻繁啟停，因此更換濾材會(huì)對(duì)這些系統(tǒng)產(chǎn)生沖擊，影響其穩(wěn)定運(yùn)行。因此在采用干式顆粒物預(yù)處理系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)需考慮設(shè)置備用裝置、應(yīng)急排放裝置等，減少對(duì)VOCs處理系統(tǒng)的影響。

3.2 濕法對(duì)VOCs處理系統(tǒng)的影響

濕式顆粒物預(yù)處理系統(tǒng)在去除顆粒物的同時(shí)，會(huì)對(duì)廢氣的濕度、溫度、VOCs濃度產(chǎn)生影響，從而對(duì)后續(xù)VOCs處理系統(tǒng)的選擇、運(yùn)行產(chǎn)生影響。

(1)增加廢氣濕度

濕法除塵利用水的重力將逆向的廢氣中的顆粒物攜帶至水中，同時(shí)廢氣會(huì)攜帶少量水汽進(jìn)入后續(xù)VOCs處理系統(tǒng)，增大廢氣的相對(duì)濕度，主要對(duì)吸附法影響較大。

廢氣中的水分子會(huì)與VOCs形成競(jìng)爭(zhēng)吸附，研究表面，當(dāng)廢氣的相對(duì)濕度大于50%時(shí)，會(huì)明顯抑制吸附劑對(duì)VOCs的吸附[9]。因此在選擇濕法顆粒物預(yù)處理系統(tǒng)作為吸附法的顆粒物預(yù)處理技術(shù)時(shí)，還需要在濕法顆粒物預(yù)處理系統(tǒng)后增加除霧除濕裝置，降低廢氣的相對(duì)濕度。

(2)降低廢氣溫度

對(duì)于含有一定溫度的廢氣，采用濕法預(yù)處理技術(shù)，會(huì)降低廢氣的溫度。采用吸附法時(shí)，降低廢氣溫度，有利于VOCs的吸附去除。采用焚燒法時(shí)，降低廢氣溫度，會(huì)使得廢氣處理的溫差增加，導(dǎo)致輔助能源消耗量增大。

(3)可能降低VOCs濃度

若有機(jī)廢氣中存在水溶性有機(jī)物，如甲醇、丙酮等，會(huì)同時(shí)起到去除水溶性有機(jī)物的作用，降低廢氣中VOCs濃度。降低VOCs濃度可以降低吸附法、光催化氧化等系統(tǒng)的污染物處理負(fù)荷，提高系統(tǒng)對(duì)VOCs的去除效率，并降低系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用。

但對(duì)于熱力焚燒、催化燃燒等需要利用廢氣中VOCs燃燒熱值的處理工藝，廢氣中VOCs濃度的降低，會(huì)增加天然氣、電等輔助能源的用量，導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用增加。

3.3 系統(tǒng)阻力增加

無(wú)論干法還是濕法顆粒物預(yù)處理系統(tǒng)，都會(huì)增加系統(tǒng)運(yùn)行阻力，各類(lèi)顆粒物預(yù)處理系統(tǒng)的阻力值(預(yù)留一定余量)匯總?cè)绫?所示。

表3 各預(yù)處理系統(tǒng)終阻力建議值

當(dāng)采用干式多級(jí)過(guò)濾組合或濕法+干法組合時(shí)，系統(tǒng)阻力增加更為明顯。因此，在進(jìn)行VOCs處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需充分考慮顆粒物預(yù)處理系統(tǒng)增加的阻力，在設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮增加壓差計(jì)和壓差報(bào)警裝置，及時(shí)更換堵塞的濾袋或填料等，防止系統(tǒng)超壓運(yùn)行[10]。

4 結(jié) 語(yǔ)

有機(jī)廢氣中顆粒物會(huì)對(duì)VOCs凈化系統(tǒng)造成諸多不利影響，如吸附劑、蓄熱層堵塞，催化劑活性降低，換熱器換熱效率降低等，因此在VOCs治理工程設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮預(yù)處理顆粒物。顆粒物預(yù)處理技術(shù)分為濕法和干法，在實(shí)際工程應(yīng)用中，需根據(jù)具體情況選擇合適的預(yù)處理技術(shù)，同時(shí)還應(yīng)注意顆粒物預(yù)處理系統(tǒng)對(duì)后續(xù)VOCs凈化系統(tǒng)的影響，并采取相應(yīng)的解決措施，確保VOCs凈化系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行。