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強(qiáng)氧催化氧化技術(shù)在塑料廢氣治理中的應(yīng)用
塑料以其質(zhì)輕、強(qiáng)度高、易于加工、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，在人們?nèi)粘Ｉ钪袕V泛應(yīng)用。塑料制品的產(chǎn)量及消耗量也逐年增加。2014年1—9月，我國(guó)塑料制品行業(yè)累計(jì)完成產(chǎn)量5339.5萬(wàn)t，同比增長(zhǎng)7.8%。然而，在塑料行業(yè)快速發(fā)展的同時(shí)，塑料生產(chǎn)加工過(guò)程中產(chǎn)生的環(huán)境污染問(wèn)題也日漸嚴(yán)重。
塑料在高溫條件下受熱熔融后，一方面塑料聚合物受熱揮發(fā)出的游離烴類單體，另一方面各種塑料添加助劑受熱分解揮發(fā)產(chǎn)生有機(jī)污染物。塑料廢氣為含煙塵的高溫惡臭廢氣。目前，塑料廢氣治理技術(shù)有過(guò)濾法、吸收法、吸附法、低溫等離子體法、燃燒法、催化法等。催化法包括光催化氧化、臭氧催化氧化等技術(shù)，具有二次污染少、安全可靠、處理效率穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的新興技術(shù)。目前，強(qiáng)氧催化氧化技術(shù)在塑料廢氣治理中的應(yīng)用尚未有文獻(xiàn)報(bào)道。
塑料產(chǎn)業(yè)是浙江沿海城市臺(tái)州市的民營(yíng)經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)，塑料加工制造給當(dāng)?shù)貛?lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。臺(tái)州市椒江區(qū)有上百家廢塑料造粒加工企業(yè)。由于歷史原因，這些塑料企業(yè)處于居住-工業(yè)混雜區(qū)。塑料造粒產(chǎn)生的大量刺鼻惡臭廢氣，嚴(yán)重影響了周邊的環(huán)境空氣質(zhì)量，干擾周邊居民的生活和工作。廠區(qū)周邊居民投訴不斷。我們創(chuàng)造性地將強(qiáng)氧催化氧化技術(shù)，應(yīng)用于臺(tái)州市椒江區(qū)塑料造粒企業(yè)的廢氣治理工程中。本文以其中一家塑料造粒企業(yè)為代表，綜合論述強(qiáng)氧催化氧化技術(shù)治理塑料造粒惡臭廢氣的可行性。
1示范工程應(yīng)用
1.1工藝思路及路線
1.1.1廢氣源及廢氣特性分析
示范工程企業(yè)是一家從事聚丙烯(PP)塑料粒子生產(chǎn)的企業(yè)。塑料廢氣污染物主要來(lái)源于塑料基料及輔料的混合料因受熱熔融而揮發(fā)或分解的化合物塑料廢氣為明顯可見(jiàn)的煙塵，高溫，有刺激性惡臭，眼睛及呼吸道有明顯刺激感。塑料廢氣的主要成分為丙烯、苯系物等烴類，以及油脂、煙塵等物質(zhì)。采集造粒線出氣口處廢氣，經(jīng)測(cè)定，塑料廢氣的平均臭氣濃度為5000(無(wú)量綱)左右。
1.1.2工藝路線
塑料廢氣為明顯可見(jiàn)的煙塵，高溫，有刺激性惡臭。為*解決塑料廢氣惡臭擾民問(wèn)題，塑料惡臭廢氣需要被有效收集并*凈化處理，進(jìn)行深度治理。針對(duì)塑料造粒廢氣的特性，示范工程選擇采用“濕式噴淋吸收預(yù)處理+強(qiáng)氧催化氧化除臭”組合工藝。濕式噴淋吸收預(yù)處理對(duì)塑料廢氣進(jìn)行了降溫、塵預(yù)處理，以防止高溫降低強(qiáng)氧催化氧化效率，煙塵堵塞催化填料層。
示范工程在塑料造粒機(jī)的各臭氣產(chǎn)生點(diǎn)位置處設(shè)置集氣罩，收集塑料廢氣，風(fēng)機(jī)負(fù)壓引風(fēng)。收集得到的塑料廢氣通入強(qiáng)氧催化氧化處理系統(tǒng)。廢氣首先進(jìn)入一級(jí)濕式噴淋吸收預(yù)處理罐，經(jīng)降溫除塵后，進(jìn)入多級(jí)強(qiáng)氧催化氧化反應(yīng)罐，zui后凈化尾氣通過(guò)5m排氣筒低空排放(當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門要求)。具體工藝流程見(jiàn)圖1。
1.1.3工藝原理
強(qiáng)氧催化氧化有機(jī)污染物的過(guò)程中，臭氧在有催化劑存在的情況下，可分解產(chǎn)生具有較高氧化還原電位的OH˙自由基。臭氧分子與催化劑表面含氧基團(tuán)通過(guò)氫鍵、靜電作用力等形成五元環(huán)，然后通過(guò)電子轉(zhuǎn)移的方式分解形成OH˙自由基。OH˙是一種氧化能力很強(qiáng)的自由基，具有較高的氧化還原電位，能迅速氧化廢水中的污染物而幾乎沒(méi)有選擇性。O3分子在高溫條件下容易轉(zhuǎn)化成O2，且煙氣中含塵，易堵塞催化反應(yīng)罐中的填料，因此，塑料廢氣需要進(jìn)行降溫除塵預(yù)處理。本工程采用一級(jí)水噴淋進(jìn)行預(yù)處理。經(jīng)預(yù)處理的廢氣，進(jìn)入強(qiáng)氧催化氧化反應(yīng)系統(tǒng)。強(qiáng)氧催化氧化的關(guān)鍵處理介質(zhì)是高濃度改性強(qiáng)氧水。反應(yīng)過(guò)程分為兩個(gè)階段：吸收接觸階段和催化氧化階段。
1)吸收接觸階段：經(jīng)預(yù)處理的廢氣從催化氧化罐底部進(jìn)入，與上部高速高壓向下噴淋的高濃度改性強(qiáng)氧水發(fā)生激烈的碰撞接觸。溶有大量O2/O3分子的強(qiáng)氧水在高壓高速下噴過(guò)程中形成氣泡。廢氣中的污染物分子“粘附”在強(qiáng)氧水的氣泡上或直接溶解于強(qiáng)氧水中，而得到凈化。未被強(qiáng)氧水吸收的污染物隨氣流繼續(xù)前進(jìn)。
2)催化氧化階段：強(qiáng)氧水中的O3分子在固定相催化填料表面分解產(chǎn)生大量OH˙。產(chǎn)生的OH˙與污染物分子發(fā)生一系列鏈?zhǔn)窖趸纸夥磻?yīng)。氧化反應(yīng)同時(shí)在液相和氣相中進(jìn)行：一部分污染物在強(qiáng)氧水中發(fā)生液相催化氧化反應(yīng);另一部分未被強(qiáng)氧水吸收的污染物與飄逸到氣相中的OH˙進(jìn)行接觸，并發(fā)生催化氧化反應(yīng)。zui終廢氣中的污染物得到充分降解，凈化尾氣外排。強(qiáng)氧水又重新恢復(fù)了“吸收接觸”能力，繼續(xù)作為循環(huán)液去吸收接觸廢氣中的污染物。吸收接觸階段和催化氧化階段幾乎是同時(shí)進(jìn)行，相互促進(jìn)，相輔相成
1.2主要設(shè)備設(shè)施及經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)
1.2.1系統(tǒng)風(fēng)量
示范工程企業(yè)共有9條塑料造粒線。每3條造粒線為一個(gè)治理單元，每個(gè)單元塑料廢氣處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)風(fēng)量為6000m3/h。因此，全廠共設(shè)置3套強(qiáng)氧催化氧化除臭系統(tǒng)，單個(gè)系統(tǒng)風(fēng)量為6000m3/h，總設(shè)計(jì)風(fēng)量為18000m3/h。
1.2.2主要設(shè)備設(shè)施
塑料廢氣強(qiáng)氧催化氧化除臭系統(tǒng)主要由預(yù)處理系統(tǒng)、強(qiáng)氧源發(fā)生系統(tǒng)、強(qiáng)氧水制備系統(tǒng)、催化氧化反應(yīng)系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等部分組成。具體設(shè)備設(shè)施情況見(jiàn)表1。
1.2.3經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)
本工程工藝經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)詳見(jiàn)表2。
1.3治理成效
示范工程的3套強(qiáng)氧催化氧化處理系統(tǒng)(單套處理風(fēng)量6000m3/h)于2014年4月中旬安裝調(diào)試成功，試運(yùn)行半年。運(yùn)行期間，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，無(wú)重大故障或檢修。2014年11月，示范工程進(jìn)行了驗(yàn)收監(jiān)測(cè)。具體檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3和表4。由表3可知，監(jiān)測(cè)期間，企業(yè)東南西北廠界的臭氣濃度均在廠界無(wú)組織監(jiān)控濃度20(無(wú)量綱)之下，廠界濃度達(dá)標(biāo)。這表明企業(yè)塑料廢氣收集處理效果良好。由表4可知，企業(yè)3套強(qiáng)氧催化氧化除臭裝置進(jìn)氣的平均臭氣濃度為1091(無(wú)量綱)，出口廢氣的平均臭氣濃度為217(無(wú)量綱)。這表明系統(tǒng)對(duì)惡臭廢氣凈化較*，能做到出口臭氣濃度在300(無(wú)量綱)以下。系統(tǒng)進(jìn)口廢氣的非甲烷總烴平均濃度為8.76mg/m3，出口廢氣非甲烷總烴的平均濃度為2.18mg/m3，系統(tǒng)非甲烷總烴的平均去除率為74.9%。
經(jīng)強(qiáng)氧催化氧化系統(tǒng)處理后，塑料廢氣的臭氣濃度平均削減了79.8%。這表明，強(qiáng)氧催化氧化除臭系統(tǒng)對(duì)低濃度塑料惡臭廢氣的去除*，能夠做到低濃惡臭廢氣的深度治理。
2推廣應(yīng)用
示范工程成功應(yīng)用后，強(qiáng)氧催化氧化處理技術(shù)先后在臺(tái)州地區(qū)的21家塑料造粒企業(yè)的惡臭廢氣治理中進(jìn)行了推廣應(yīng)用。這些企業(yè)涉及PP、PE、PVC、ABS、PC等各種塑料粒子的加工生產(chǎn)。21家塑料造粒企業(yè)共應(yīng)用了28套強(qiáng)氧催化氧化除臭裝置，其中3套設(shè)施的單套處理風(fēng)量為8000m3/h，4套設(shè)施的單套處理風(fēng)量為4000m3/h，其余設(shè)施的處理風(fēng)量均為6000m3/h。經(jīng)驗(yàn)收監(jiān)測(cè)，強(qiáng)氧催化氧化除臭裝置對(duì)塑料造粒廢氣的臭氣濃度zui高可削減84.8%。強(qiáng)氧催化氧化處理系統(tǒng)上馬后，21家塑料造粒企業(yè)的廠界臭氣濃度均在20(無(wú)量綱)以下，排氣筒臭氣濃度均在500或300(無(wú)量綱)以下。這充分說(shuō)明了強(qiáng)氧催化氧化除臭系統(tǒng)能夠?qū)Ω鞣N塑料造粒廢氣做到深度治理，有效地解決了惡臭廢氣對(duì)周邊居民生活和生產(chǎn)的干擾問(wèn)題。
3工藝特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)分析
強(qiáng)氧催化氧化技術(shù)處理塑料廢氣的治理工程，具有以下工藝特點(diǎn)：
1)系統(tǒng)集預(yù)處理系統(tǒng)、強(qiáng)氧源發(fā)生系統(tǒng)、強(qiáng)氧水制備系統(tǒng)、催化氧化反應(yīng)系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等于一體，布局緊湊，占地面積小。目前，系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)成套化。
2)整套系統(tǒng)的設(shè)備設(shè)施安裝在一個(gè)可以移動(dòng)的底盤中，方便安裝管理。
3)系統(tǒng)采用自動(dòng)化控制，整個(gè)系統(tǒng)操作為一鍵式操作，運(yùn)行管理方便，安全可靠。
4)塑料廢氣含有煙塵，系統(tǒng)的循環(huán)液循環(huán)一段時(shí)間后，由于雜質(zhì)的積累需要定期外排。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況看，1套6000m3/h的強(qiáng)氧催化氧化成套系統(tǒng)的小時(shí)廢液排放量為120L/h。廢液的主要污染物質(zhì)為懸浮物和COD。經(jīng)測(cè)定，廢液的COD濃度為210mg/L。因此，系統(tǒng)外排的廢液經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的沉淀處理后，可以直接接入市政污水管網(wǎng)。由此可見(jiàn)，系統(tǒng)產(chǎn)生的廢水污染易于控制，如果嚴(yán)格做到廢水納管，則不會(huì)對(duì)水環(huán)境造成明顯的影響。
5)風(fēng)機(jī)安裝在玻璃鋼隔音箱內(nèi)。系統(tǒng)運(yùn)行噪音較低，幾乎不會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成明顯影響。
6)塑料廢氣屬于低濃惡臭廢氣(臭氣濃度在2000(無(wú)量綱)以下)，凈化系統(tǒng)出口廢氣的臭氣濃度在500(無(wú)量綱)以下，且有效削減率達(dá)到75%以上。這表明強(qiáng)氧催化氧化系統(tǒng)對(duì)塑料惡臭廢氣可以做到深度處理。
7)為期半年的試運(yùn)行期間，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，無(wú)重大故障或檢修。這表明系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。
4結(jié)論
將強(qiáng)氧催化氧化除臭技術(shù)應(yīng)用于塑料廢氣的治理中。系統(tǒng)采用“濕式噴淋預(yù)處理+強(qiáng)氧催化氧化”組合工藝，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)成套化、自動(dòng)化，占地面積小，二次污染少，操作簡(jiǎn)便，運(yùn)行穩(wěn)定安全，對(duì)塑料廢氣的除臭效率較高。數(shù)十家塑料企業(yè)塑料廢氣治理的成功應(yīng)用實(shí)例，充分說(shuō)明強(qiáng)氧催化氧化廢氣處理技術(shù)能夠穩(wěn)定有效治理各種塑料廢氣。
強(qiáng)氧催化氧化廢氣處理技術(shù)中起關(guān)鍵作用是OH˙自由基。OH˙自由基可以沒(méi)有選擇性的迅速氧化分解污染物。今后，強(qiáng)氧催化氧化廢氣處理技術(shù)可嘗試在其他類型的有機(jī)廢氣如醫(yī)化廢氣、橡膠廢氣、垃圾滲濾液廢氣等治理中進(jìn)行應(yīng)用。