活性炭-浮石“強強聯合”除廢氣

文上海市盧灣高級中學 刁睿稼

報紙、書籍等各類印刷品的生產都離不開印刷業，其印刷過程產生的廢氣中一般含有乙酸乙酯、膠水、油墨、正丙酯和丁酮等揮發性有機污染物，在化工業有機廢氣中所占比例不容小覷。

吸附/脫附與催化氧化法聯用是處理印刷行業有機廢氣的有效方法，蜂窩活性炭、沸石、有機樹脂、浮石等都是吸附有機廢氣的優良材料。在升高吸附材料溫度的情況下，被吸附的廢氣又被釋放，即脫附。脫附的廢氣在催化劑的作用下，于280℃～320℃引入催化燃燒裝置燃燒，被分解為二氧化碳和水。而燃燒及加溫所產生的熱量又被用于吸附材料的脫附再生，使吸附的廢氣不斷地被脫附，之后達標排放。

在溫感智能控制器（PLC）的控制下，在設定的溫度下，啟、閉催化燃燒裝置和對應的進、出氣閥門，往復循環中實現印刷廢氣的達標排放。具體工藝流程見圖1。

圖1 印刷廢氣處理工藝流程

實際應用中，蜂窩活性炭和沸石轉輪都是被采用得最多的吸附單元，二者均有不足之處：蜂窩活性炭有高溫燃燒的風險，脫附溫度不能過高，但脫附不徹底會降低其使用壽命；沸石轉輪處理效果穩定，使用壽命長但成本較高，且對過濾的氣體選擇性強，相應設備的一次性投資對中小型印刷企業來說較大。

我針對上海某印刷企業原有的活性炭吸附/脫附-催化氧化有機廢氣處理工藝進行了改進。

為使廢氣處理效果更加穩定，減少活性炭的使用量，降低處理成本和增強吸附材料的耐用性，經過反復篩選，我選定浮石作為活性炭的替換材料進行廢氣處理。

一、實驗材料

有機廢氣來自上海市某鋁箔彩印公司的印刷機和復合機廢氣，在1臺印刷機和3臺復合機正常工作的情況下，平均廢氣量為36 000m3/h。

原有機廢氣吸附/脫附材料為蜂窩活性炭，該活性炭10cm見方，其內貫穿1.5mm見方的40×40個吸附微孔，每塊蜂窩活性炭吸附面積約為0.964m2。2個活性炭箱各放置6層，每層有400塊蜂窩活性炭。

浮石采用2cm～3cm的土耳其浮石，在蜂窩活性炭層的第3層增加1層約10cm厚的浮石。采用2個中間長、寬各為2 000mm見方、上下有4塊梯形材料收縮成進、出口的橄欖型碳鋼材料碳箱。用鋁材方形風管收集廢氣。用DCO-有機氣體催化燃燒裝置作為廢氣燃燒和脫附時的熱源，處理脫附風量為2 500m3/h，加熱溫度為280℃～320℃。

二、實驗方法

1.選擇不同的脫附溫度，測試現有蜂窩活性炭在80℃～120℃脫附8h后，首次吸附廢氣后排放口的非甲烷總烴濃度，經對比分析，確定試驗脫附溫度。

2.每隔2h對經蜂窩活性炭吸附后的排放口廢氣進行取樣測試，記錄其非甲烷總烴濃度變化情況。

3.分別在蜂窩活性炭的上、下層空間先后加裝第1個和第2個10cm厚的浮石層，在完成8h脫附、啟動對廢氣的吸附時，每隔2h分別測試其廢氣排放的濃度變化情況。將此結果與蜂窩活性炭的吸附濃度變化進行比較。

4.將單獨使用蜂窩活性炭吸附與使用其他組合材料物質進行性價比比較，便于消費者選擇。

三、實驗結果

1.脫附溫度的選擇

為了選擇合適的脫附溫度，添加浮石材料層前選擇純蜂窩活性炭，觀察不同溫度下的脫附效果變化。在綜合平衡可行的條件后，確定實驗脫附溫度。此時，測試不同脫附溫度下，廢氣經過蜂窩活性炭脫附8h后的非甲烷總烴排放濃度。

選擇脫附溫度為80℃時，濃度為39mg/m3；90℃ 時，濃度為 34mg/m3；100℃ 時，濃度為 30mg/m3；110℃時，濃度為28mg/m3；120℃時，濃度為27mg/m3。

實驗表明，從80℃ 到 120℃ ，蜂窩活性炭經不同溫度脫附后，氣體中非甲烷總烴濃度由39mg/m3降為27mg/m3。這說明在脫附時間同為8h的情況下，施加的脫附溫度越高，蜂窩活性炭脫附越干凈，再生的吸附能力就越強。

但考慮溫度上升到100℃以上所需要的持續加溫時間偏長，電能消耗過多，活性炭發生燃燒的風險也增加。因此，選擇100℃作為后續實驗的固定脫附溫度，并結合工廠的原有廢氣排放規律進行實驗。

2.活性炭及活性炭-浮石組合材料廢氣吸附效果比較

先對純活性炭進行8h脫附，記錄其吸附時長0～40h內的吸附排放濃度變化。再在最上層活性炭上面增加1層約10cm厚度的浮石，進行8h脫附。記錄組合材料開始吸附廢氣時0～40h的吸附廢氣排放濃度變化。

實驗結果表明，與純活性炭相比，增加1層浮石后，起始吸附時廢氣的排放濃度均為30mg/m3，說明此時浮石對吸附效果沒有影響。隨著吸附時間的增加，浮石的吸附能力通過較低的廢氣排放濃度顯現出來。

按照上海市非甲烷總烴50mg/m3的達標排放標準，原處理廢氣在第14小時就應該停止吸附，將活性炭重新進行脫附處理。但增加1層浮石后，廢氣達標情況可以延續到大約第17小時，達標排放時間延長了3h。

按照上面實驗的步驟，打開吸附材料罐，在活性炭的鐵篦下方上層空間內再增加1層約10cm厚的浮石。關閉吸附材料罐后，按照增加1層時的程序對復合材料進行脫附。檢測記錄到的0～40h的吸附后廢氣排放濃度變化如圖2所示。

圖2 純活性炭與增加2層浮石組合材料吸附能力變化圖

增加2層浮石后，吸附廢氣的能力比增加1層浮石的情況有所提高，達標排放時間由14h增加到18h。

從圖中可以看出，2種情況對排放濃度的變化影響趨勢都一樣。在增加2層浮石后，能使經過脫附的廢氣達標排放時間由18h增至22h。

相對于活性炭來說，浮石材料對有機廢氣的吸附能力較低，但增加浮石作為輔助吸附材料對印刷廢氣的吸附能力有明顯的提升。增加浮石后，風機的風阻系數明顯增加，如何降低成本、減小風阻，降低活性炭高溫燃燒的風險，都是今后需要進一步探究的問題。