噴淋工藝處理PVC塑料生產廢氣

秦文淑，李金成

（1. 廣東輕工職業技術學院，廣東 廣州 510300；2. 深圳市聚源生物化工有限公司，廣東 深圳 518049）

技術應用

噴淋工藝處理PVC塑料生產廢氣

秦文淑1，李金成2

（1. 廣東輕工職業技術學院，廣東 廣州 510300；2. 深圳市聚源生物化工有限公司，廣東 深圳 518049）

采用噴淋工藝處理PVC塑料生產廢氣，將專利的吸收液與改型的噴淋塔相結合，在中試成功的基礎上進行了實際工業化應用。應用結果表明：采用該工藝處理某PVC塑料生產企業的生產廢氣，吸收液在噴淋塔循環液中所占體積分數為15%時，廢氣中各污染物指標的去除率達85%以上，對于難處理的苯系物也能較好地去除；處理后廢氣中各污染物指標的含量滿足GB 14554—1993《惡臭污染物排放標準》和DB 44/27—2001《大氣污染物排放限值》的要求；該工藝裝置運行費用較低，僅為電費和少量藥劑費用，吸收液可循環使用，設備保養及維護簡單，可滿足市場需求。

PVC塑料；致癌物；噴淋工藝；廢氣處理；吸收液

聚氯乙烯（PVC）粉末在加工成PVC塑料制品的過程中，通常會添加增塑劑、穩定劑、抗老化劑等一些有毒輔助材料來增強其耐熱性、韌性、延展性等［1-2］。這些有毒的添加劑和助劑在生產過程中滲出并氣化到空氣中，不僅影響人的生理機能，還大幅增加了致癌率。PVC塑料生產廢氣和粉塵種類復雜多變，其有害成分主要為鄰苯二甲酸二辛酯（DEHP）、鄰苯二甲酸二丁酯（DBP）、鄰苯二甲酸、己二酸酯、環氧化合物、氯代烴、硬脂酸、β-二酮和氯化氫等。

目前，傳統的有機廢氣處理方法主要有4種：低溫等離子體法、靜電吸附法、活性炭吸附法和噴淋吸收法［3］。低溫等離子體法在處理低含量VOCs方面具有獨特作用［4］，對鏈狀烴及其衍生物具有較好的處理效果，但對于環狀烴及其衍生物的處理效果不理想，尤其是對芳香族類有機物［5-7］，且設備與運行成本高。靜電吸附法對粉塵等顆粒物的去除效果較好，但對高濃度有機廢氣的處理效果相對較差，且設備與運行成本較高，維護程序復雜［8-9］。活性炭吸附法對有機廢氣的去除效果較好，但活性炭易達吸附飽和［10-11］，無論是更換還是解吸，成本都較高。噴淋吸收法設備簡單，維護方便，運行成本較低，但傳統的噴淋吸收法存在兩大弊端，一是噴淋設備自身缺陷，導致廢氣與循環液接觸時間太短；二是循環液的吸收效果有限。

對于中小型企業，在廢氣治理方面的預算有限，面對高額的設備投資及運行成本，這些企業往往顯得力不從心。本工作采用噴淋工藝處理PVC塑料生產廢氣，將專利的吸收液與改型的噴淋塔相結合，取得了較好的處理效果，且設備簡單、維護方便、運行費用低，可滿足市場需求。

1 試驗部分

1.1 噴淋工藝的流程和設備

為了確保處理效果，使廢氣中的極性和非極性有機成分均被充分吸收，本工藝采用兩臺自主設計的改型的噴淋塔串聯使用。風機安置于兩塔之間，以防止其被油性氣體污染腐蝕，同時保證抽風效果。通過（聚丙烯）PP管道集中收集的PVC塑料生產廢氣首先進入1#噴淋塔，在極性吸收液的作用下吸收極性有機分子，進行除油、除煙塵凈化處理；處理后的廢氣經過風機進入2#噴淋塔，在非極性吸收液的作用下吸收非極性有機分子，進行除異味凈化處理，最終達標排放。

噴淋塔是藥劑噴淋處理工藝中的關鍵設備。針對PVC塑料生產廢氣，設計采用PP材質的噴淋塔。噴淋塔內部由隔層隔開［12-13］。圓柱體塔身共分為4層：最底層為循環液槽；向上第2～4層為填料層，每層填充大量PP材質的環保球（多面體空心球），以增大比表面積；第3和第4層亦為噴淋層，每層裝有大量的噴頭，循環泵將最底層的循環液抽至第3和第4層，由噴頭高速向下噴出，向下噴淋出的循環液與向上流動的廢氣在環保球上充分接觸，并發生吸附。噴淋塔頂的部錐體結構中亦填充有大量的環保球，作為除霧層使用。綜合考慮處理成本和廢氣凈化效率，廢氣在塔內的停留時間確定為3～4 s。根據廢氣量的大小及廢氣成分的復雜程度，確定噴淋塔的尺寸規格。一般來說，對于2×104～6×104m3/h的廢氣量，采用內徑2.0～3.5 m、高3.5～5.2 m的噴淋塔。

中試時采用內徑1.0 m、高3.0 m的兩臺噴淋塔串聯處理風量為6 000 m3/h的廣州宏仁企業集團宏信三廠PVC塑料生產廢氣。中試設備照片見圖1，從右至左依次為1#噴淋塔、風機、2#噴淋塔。

圖1 中試設備照片

1.2 吸收液的選擇

噴淋塔所用吸收液為本課題組調配的專利產品——JYSW-01型極性吸收液和JYSW-02型非極性吸收液。這兩種吸收液是采用先進的萃取技術從純天然玉米中提取糖苷類活性物質，再加入羧酸鈉鹽類作為表面活性劑制成的。該吸收液可與水以任意比例互溶，在氣-液對流界面通過分子間作用力與有機分子迅速發生多種物理化學過程，對芳香族類有機物具有獨特的處理能力。

1#噴淋塔循環液中添加JYSW-01型極性吸收液，2#噴淋塔循環液中添加JYSW-02型非極性吸收液。進入循環液中的有機物比水輕，懸浮于循環液的表面。其中：與空氣接觸部分被氧化并聚集，可以固體形態撈出，用來做植物肥料；另一部分在內部經長時間生化反應被降解。循環液不需更換，并能自動補水，只需定期補加相應吸收液即可。

1.3 分析方法

噴淋工藝裝置運行一周后，采用北京檢測儀器有限公司生產的CD-2H型恒流大氣采樣器對1#噴淋塔進氣口（處理前）和2#噴淋塔出氣口（處理后）的廢氣進行采樣。

采用活性炭吸附—二硫化碳解吸氣相色譜法［14］測定苯、甲苯和二甲苯的質量濃度；采用氣相色譜法［15］測定總VOCs和非甲烷總烴的質量濃度；采用北京北信未來電子科技中心生產的HJ05-LB-4110型煙塵測試儀測定顆粒物質量濃度；采用三點比較式臭袋法［16］測定臭氣濃度。根據測定結果計算各污染物的去除率。

2 結果與討論

2.1 吸收液添加量的確定

吸收液添加量指JYSW-01或JYSW-02型吸收液在各自噴淋塔循環液中所占的體積分數，二者的添加比例相同。吸收液添加量對污染物去除率的影響見圖2，污染物去除率指各污染物指標的平均去除率。由圖2可見：當吸收液的添加量不低于5%時，去除率可達60%以上；當吸收液添加量不低于15%時，去除率可達90%以上；繼續增加吸收液添加量，去除率增幅趨緩。綜合考慮成本及污染物去除率，選擇吸收液添加量為15%～20%較適宜。

圖2 吸收液添加量對污染物去除率的影響

表1 中試處理效果

2.2 中試處理效果

在吸收液添加量為20%（即JYSW-01和JYSW-02型吸收液分別占各自噴淋塔循環液總體積的20%）的條件下，中試處理效果見表1。其中，臭氣濃度執行GB 14554—1993《惡臭污染物排放標準》［17］，其他項目執行廣東省地方標準DB 44/27—2001《大氣污染物排放限值》［18］第二時段二級限值。由表1可見：廢氣凈化處理效果較好，苯系物的去除率達90%以上，總VOCs的去除率為91.3%，非甲烷總烴的去除率為91.1%，顆粒物的去除率為93.5%，臭氣的去除率為91.7%；廢氣中各污染物指標的去除率均達90%以上，處理后廢氣中各污染物指標的含量滿足上述標準的要求。

3 應用實例

3.1 總體工藝設計

廣州宏信塑膠工業有限公司，主要生產銷售PVC硬質膠布、半硬質膠布、電鍍膠布、塑料薄膜和管材等，是全球單一產能較高的硬質膠布大廠。該公司現有4條生產線，每條生產線產生的廢氣量為60 000 m3/h，廢氣成分較復雜，主要含有二噁英、氯苯、DBP、鄰苯二甲酸二乙酯、鄰苯二甲酸、己二酸酯、環氧化合物、氯代烴、酮類等。受該司委托，深圳市聚源生物化工有限公司采用本噴淋工藝及其專利吸收液產品對該廢氣進行治理。研究人員經過現場考察，反復論證，最終設計采用4套噴淋工藝裝置分別對該公司的4條PVC塑料生產線產生的廢氣進行處理，處理后的廢氣統一收集到一個排放口排放，排放口距離地面垂直高度為32 m。每套裝置設計處理風量為65 000 m3/h，采用內徑3.5 m、高5.2 m的噴淋塔設備。

該設計綜合考慮工藝技術、設備材料、投資經濟性等因素，以較少的投資取得較大的社會、環境和經濟效益；采用技術成熟、先進可靠的工藝和處理效果好的設備，確保環保設施運行正常；按現有場地條件考慮設計，整個工程具有布局合理、占地空間小、外形結構美觀、投資小等特點；以設備為主，工藝簡單合理，設備使用壽命長，維護簡單、方便，且處理效果穩定，確保處理后廢氣達標排放。

3.2 成本核算

該工程每套噴淋工藝裝置的總造價約為3.5×105元人民幣（處理風量不同則造價不同），包括17%的增值稅，足夠半年使用的藥劑費，運行調試費，檢測費以及一年期限的設備維護費等。每套裝置的工期為15 d，其中，材料準備和制作加工計劃3 d、現場安裝7 d、運行調試5 d。每套裝置主要包括噴淋塔2臺、風機（37 kW）1臺、化工泵（7.5 kW）2臺，以及廢氣收集系統、供排水系統、電控系統各1套。

裝置運行費用主要由電費和藥劑費組成。單套裝置總裝機容量為52 kW，每天按運行8 h計，電纜費按0.5 元/（kW·h）計，則每天的運行電費為208.0 元。半年（180天）的藥劑費為11 600.0 元，則每天的藥劑費為64.5 元。因此，單套裝置的運行費用為272.5 元/d。處理風量越低則運行費用越低，且隨著設備的運行，藥劑使用量會逐漸減少。

3.3 現場處理效果

裝置完工后，按15%的添加量添加吸收劑。裝置運行1個月后，對4套裝置處理前后的廢氣進行檢測，現場處理效果見表2。由表2可見：臭氣的去除率達86%以上，顆粒物的去除率達91%以上，總VOCs的去除率達89%以上，非甲烷總烴的去除率達87%以上，達到了預期處理效果；廢氣經處理后各污染物指標的去除率均滿足客戶要求（客戶要求為90%左右），處理后廢氣中各污染物指標的含量滿足GB 14554—1993和DB 44/27—2001的要求。

表2 現場處理效果

3.4 問題與解決方法

實際應用中主要遇到了以下幾個問題：1）添加JYSW-01型吸收液時，易引起泡沫外溢；2）1#噴淋塔耗水量較大，2#噴淋塔基本不耗水；3）2#噴淋塔循環液運行幾個月后，溶液會有輕微的刺激性氣味；4）噴淋塔內塑料材質的自動補水浮球閥經長時間運行易造成損壞。

解決方法：1）添加JYSW-01型吸收液時，應少量多次加入，當發現有泡沫外溢的趨勢時，可加入少許消泡劑；2）向1#和2#噴淋塔頂部的除霧層增添環保球；3）2#噴淋塔運行2～3個月后，可根據實際情況排去一定體積的循環液，再補水至正常位置，并補加藥劑；4）將塑料材質的自動補水浮球閥更換為不銹鋼材質。

3.5 小結

綜上所述，該工藝裝置運行費用較低，僅為電費和少量藥劑費用，性價比高。其中，單套處理裝置耗電設備為1臺風機和2臺化工泵，設備保養及維護簡單；吸收液可循環使用，循環液一般不需更換，僅需定期打撈懸浮物和補加藥劑，不會造成二次污染。

新噴淋工藝對于難處理的PVC塑料生產廢氣具有較好的處理能力，但仍存在需改進的地方：1）噴淋塔除霧層尚需完善以增強除霧效果；2）不僅對風機安裝變頻器，對于大功率水泵也應安裝變頻器，可起到節水節電作用；3）對每臺噴淋塔的頂層噴淋水管安裝球閥，適當調節此球閥，可增強除霧效果，從而達到節水的目的。

4 結論

a）新噴淋工藝在實際應用中取得了較好的廢氣處理效果。按15%的添加量添加吸收液，廢氣中各污染物指標的去除率達85%以上，對于難處理的苯系物也能較好地去除，處理效果滿足客戶要求，處理后廢氣中各污染物指標的含量滿足GB 14554—1993和DB 44/27—2001的要求。

b）該工藝裝置運行費用較低，僅為電費和少量藥劑費用，吸收液可循環使用，設備保養及維護簡單，可滿足市場需求。

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（編輯 魏京華）

Treatment of waste gas in PVC plastic production by spraying process

Qin Wenshu1，Li Jinchen2
（1. Guangdong Light Industry Technical College，Guangzhou Guangdong 510300，China；2. Shenzhen Juyuan Biological Chemical Co. Ltd.，Shenzhen Guangdong 518049，China）

The waste gas in PVC plastic production was treated by spraying process combining patented absorption liquids with modified spray towers. On the basis of successful pilot test，the process was carried on the practical industrial applications. The application results show that：The waste gas from a PVC manufacturing enterprise is treated by this process，when the volume fraction of absorption liquid to circulating liquid in spray tower is 15%，the removal rates of pollutants in the waste gas are reached above 85%，and benzenes also can be removed；The contents of pollutants in the treated waste gas meet the emission standards of GB 14554-1993 and DB 44/27-2001；The operation cost of the process unit is low （only the cost for power and a small amount of chemicals），the absorption liquids can be recycled，the equipment maintenance is simple，and the process can meet the market demand.

PVC plastic；carcinogen；spraying process；waste gas treatment；absorption liquid

X701

A

1006-1878（2016）03-0350-05

10.3969/j.issn.1006-1878.2016.03.022

2015 - 12 - 11；

2016 - 03 - 11。

秦文淑（1969—），女，湖北省黃岡市人，碩士，副教授，電話 13622754104，電郵 qinwenshu123@163.com。

廣東輕工職業技術學院科研啟動A類項目（KJ201205）。