以活性炭為載體分散吸附并集中再生處置有機廢氣的設想

段豐

摘要：指出了隨著現代工業的發展，工業園區如雨后春筍般的興起，逐漸成為產業發展的主流。部分園區內多數中小企業排放的有機廢氣因其排放量小、排放濃度低等特點而首選活性炭吸附技術。但活性炭的吸附飽和特性，注定企業需要時常更換活性炭以及處置廢活性炭，蛤企業造成了很大負擔。從當前工業園區存在的這種現象入手進行了分析，并提出了相應的解決對策，以期促進園區與環境的和諧發展。

關鍵詞：工業園區;有機廢氣;活性炭吸附;活性炭再生;集中再生治理

中圖分類號：X701文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2019）14-0094-02

1引言

當前，國內大多數地區已經建立了集中化工業園區，基本實現了對入園企業統一管理和污染物集中收集、處理并達標排放，但對于園內分布較多的中小型企業實施起來難度也較大。多數企業VOCs廢氣是以低濃度、大風量的形式排放，為了降低治理費用，通常使用活性炭吸附工藝。但活性炭并沒有實現污染物的徹底降解及消除，而是將污染物轉移富集。此外，活性炭具有吸附飽和的特性，應用于污染治理一定時間后，失去吸附活性，作為高度富集污染物的載體，再次形成固（危）廢，需再生處理后才能循環再使用;否則，必須交給具有資質的固廢、危廢公司，按規范處置。

2活性炭吸附工藝

2.1活性炭吸附原理及適用范圍

廢氣處理工藝中的常用活性炭為顆粒狀、蜂窩狀或纖維狀。作為吸附分離操作的常用吸附劑，活性炭具有如下特點：選擇性強、比表面積較大、孔徑范圍廣、表面富含多種官能團、性能穩定以及可以再生等。其吸附方式主要通過2種途徑：一是活性炭與氣體分子間的范德華力，當氣體分子經過活性炭表面，范德華力起主導作用時，氣體分子先被吸附至活性炭外表面，小于活性炭孔徑的分子經內部擴散轉移至內表面，而達到吸附的效果，此為物理吸附;二是吸附質與吸附劑表面原子間的化學鍵合成，此為化學吸附。

活性炭吸附法主要應用領域包括：汽車配件生產、塑料加工、印刷行業、實驗室排風、化工廠、醫藥生產廠、涂裝車間、食品及家具生產等行業廢氣凈化。

2.2活性炭吸附工藝進氣要求及吸附效率影響因素

對于待處理的有機廢氣一般要滿足以下要求：①污染物濃度。除溶劑和油氣儲運銷裝置的有機廢氣吸附回收外，進入吸附裝置的有機廢氣中有機物的濃度應低于其爆炸極限下限的25%。當廢氣中有機物的濃度高于其爆炸極限下限的25%時，應使其降低到其爆炸極限下限的25%后方可進行吸附凈化。②廢氣成分。含苯乙烯、乙烯、丙烯酸等聚合類成分的工況不建議使用活性炭，易堵塞;含有不穩定酮類的廢氣不建議使用活性炭，因為會發生氧化反應，易燃;乙酸乙酯、乙酸丙酯等易發生水解反應形成有機酸，不建議使用活性炭;含有高沸點物質的廢氣質再生困難，在活性炭上聚集，不建議使用活性炭。③氣體溫度。進入吸附裝置的廢氣溫度應低于40℃，如高于40℃的廢氣需降溫處理，冷卻后進入吸附箱。④顆粒物濃度。當廢氣中顆粒物含量超過1mg/m³時，應先對廢氣中顆粒物進行預處理。

在實際應用中，污染廢氣溫度、相對濕度、廢氣成份和濃度、吸附劑的質量以及吸附裝置設計的停留時間、過濾風速、床層厚度等都有可能影響到活性炭吸附效率和使用壽命，具體設計工藝參數可以參照國家環保部發布的指導性文件一《吸附法工業有機廢氣治理工程技術規范》（HJ2026-2013）。

3活性炭再生工藝

3.1活性炭再生原理

活性炭吸附使用到一定時間后，內部空隙逐漸被吸附物質堵塞，吸附能力開始下降直至喪失，此時活性炭已經飽和，無法繼續使用。從循環經濟和節能減排方面考慮，活性炭的再生具有重要意義。一般采取以下辦法破壞其吸附平衡的狀態：改變吸附質的化學性質;用對吸附質親和力強的溶劑萃取;用對活性炭親和力比吸附質大的物質把吸附質置換出來，然后再使置換物質脫附;使吸附物分解或氧化;降低溶劑中溶質濃度或壓力;用外部加熱、升高溫度來改變平衡條件等，以實現活性炭的再生。

3.2活性炭再生方法

在選擇活性炭再生方法時，需要考慮飽和活性炭吸附質性質、能源方式、再生周期、二次污染物、效果、場地條件及是否操作簡便等因素。目前工業上常用的再生方法有：熱再生法、微波輻射再生法、生物再生法、電化學再生法、濕式氧化再生法、光催化再生法、化學藥劑再生法、超聲波再生法以及超臨界流體再生法等。

4飽和活性炭集中再生技術

對于中小型企業VOCs排放濃度低的廢氣，溶劑沒有回收價值，采用活性炭吸附是一種低成本的治理技術，因而被廣泛采用。在活性炭吸附飽和后需要更換活性炭，且吸附后活性炭是作為危廢管理的。更換活性炭的費用和危廢處理的費用給企業造成很大的負擔。如果園區內或者一定區域內活性炭的使用量較大，應建立統一的活性炭再生處置中心，再生后的活性炭可以循環使用，大大降低了企業治理設施的運營成本。

4.1集中再生處置運行模式

多數園區同一類型生產企業相對集中，如有的園區以印刷企業（印刷廢氣）集中為主、有的園區以家具生產企業為主（噴漆廢氣）、有的園區以化工企業為主等，擬以每個工業園區為主體，以廢氣排放種類一樣或種類相近的企業共建一套活性炭集中式再生處置系統，設計加工可移動的標準化的活性炭吸附設備（可以單臺處理風量10000m³/h為標準），根據企業污染源排氣量大小和污染源的點數進行組合風量，分別租賃給各個人園企業，每套組合后活性炭吸附設備末端安裝在線檢測系統實時聯網到活性炭集中再生處置中心，再根據聯網信息對即將飽和的活性炭設備進行更換，把更換下來的飽和活性炭吸附設備進出口兩端封閉后（防止運輸移動過程中活性炭中的吸附物逃逸到環境中），帶人活性炭再生中心集中處置后循環使用，對于多次循環已無再利用可能的廢活性炭統一轉運至有資質的單位處置。

對于企業較大且污染源較多或一定區域內活性炭的使用量較大的企業也可以采用類似方法，在本廠區或區域內只需建設一個再生處置系統，進行分散收集實現集中處置。

該運行模式既能保證活性炭的有效利用，而且因處置相對集中又便于監管，再者污染企業付了租金就不會考慮降低環保運行成本而偷排，而集中處置中心可以從活性炭設備租賃、活性炭再生處置或通過負責這類企業廢氣治理設施管理和運行維護工作獲取利潤，同時集中處置中心的整個運行操作處于監控之中，可以從根本上實現本區域有機廢氣的有效減量處置，實現環保效益和經濟效益的雙贏效果。

目前該模式在VOCs排放集中的區域/城市/工業園區中得到了各地管理部門的極大重視，目前已在山東、河北和江蘇等省地建立了活性炭集中再生基地，每個再生基地的活性炭年再生量都達到幾萬噸，很好地解決了分散吸附后活性炭的循環利用問題，被認為是工業園區（如化工園區、制藥園區、紡織印染園區）等中小企業集中區域VOCs治理的一個可行的低成本的解決辦法。

4.2重點解決對策

（1）政府部門參與。前期，園區環保部門應開展規劃環評和審批，實行嚴格的項目準入制度及淘汰整治無望項目，從源頭控制污染物排放。對于集中再生處置中心監控的監測數據將與環保部門實時聯網，同時政府部門定期和不定期通過現場巡查、抽查、召集例會、參與工作會等形式對企業的治理設施運營情況進行監管，并委托權威監測機構對主要環境污染物排放情況進行定期抽檢。集中再生處置運行模式需要政府部門的統一協調管理，必要時可引人類似PPP模式。

（2）企業配合。企業必須做到嚴格遵守國家法律法規組織日常生產，將環保制度公布上墻，做好環保設施的運行記錄、臺帳記錄及日常管理與維護，對于設施異常情況及時上報集中再生處置中心及環保部門，同時企業認真配合集中再生處置中心人員更換活性炭和設施管理工作，以及環保部門的檢查和監測。

（3）科技力量支撐。實施對末端廢氣治理設施運行狀況監控，如對設施前后排放口污染物濃度、預處理和活性炭設備壓差、溫度等進行實時監控聯網，杜絕企業擅自停運、不正常使用設施的現象，可明顯改善園區環境空氣質量。開展激光掃描、無人機偵查、高空攝像、紅外氣體成像等智能化裝備輔助監管，全面分析園區廢氣影響程度、變化趨勢，及時預防和查處環境違法行為。

5結語

當前全國各地全面開展揮發性有機物污染防治，本文通過提出對園區內中小企業或區域內活性炭的使用量較大企業，分散收集活性炭實現集中再生處置可以循環使用的設想，以期為推動工業企業綠色發展，提供理論和實踐借鑒。