氣動乳化-生物法組合技術在工業有機廢氣治理中的應用

康奕菁　馮肇霖　謝逢俊　馮業鈞

摘 要：為了解決氣動乳化技術及生物法的技術短板，研發了一種氣動乳化-生物法廢氣凈化新工藝及其組合設備，并研究了不同旋子數量、乳化層等因素與吸收效率的關系。最后，在廣東省廣州市某廠建立處理工業有機廢氣的氣動乳化-生物過濾組合示范工程，研究氣動乳化、生物法對有機廢氣組分的吸收效果。

關鍵詞：氣動乳化;生物法;廢氣治理

中圖分類號：X701 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）26-0121-03

Application Research of Pneumatic Emulsification-Biological Method Combination Technology in Industrial Organic Waste Gas Treatment

KANG Yijing FENG Zhaolin XIE Fengjun FENG Yejun

（1.Guangzhou Guangyi Air Treatment Engineering Co.， Ltd.， Guangzhou Guangdong 510000;2.Guangdong Province Environmental Protection Medium and Small-sized Electrostatic Precipitation and Separation Technology Engineering Research and Development Center，Guangzhou Guangdong 510000）

Abstract： In order to solve the technical shortcomings of pneumatic emulsification technology and biological method， a new pneumatic emulsification biological method waste gas purification process and its combined equipment were developed. At the same time， the relationship between absorption efficiency and different number of spindles， emulsifying layer and other factors was studied. Finally， a pneumatic emulsification biofiltration combined demonstration project for the treatment of industrial organic waste gas was established in a factory in Guangzhou to study the absorption effect of pneumatic emulsification and biological method on the components of organic waste gas.

Keywords： pneumatic emulsification technology;biological method;waste gas treatment

與治理SO、NO和顆粒物污染物相比，含揮發性有機物（Volatile Organic Compounds，VOCs）廢氣的組成更復雜，治理體系也更復雜[1]，涉及10多種技術及組合技術。在多數情況下，工業廢氣中可能同時含有多種污染物，為追求較高的處理效率，需要采用組合技術進行綜合治理。

氣動乳化吸收是強傳質過程，可以顯著提高污染物從氣相進入液相的通量。市場上常用的氣動乳化吸收塔一般采用水或者吸收劑作為吸收介質。雖然在氣動乳化過程中吸收介質和污染物充分接觸，但去除效率偏低，基本不能單獨使用[2]。

生物法作為常見的有機廢氣凈化技術，要求有穩定的菌種生存環境與較長的停留時間，導致生物塔體積過大。廢氣中有機物揮發性高、溶解度低、傳質效率低，是影響生物凈化能力發揮的限制性因素。

為了實現技術互補，本項目研發了一種氣動乳化-生物法廢氣凈化新工藝及其組合設備，研制高效氣動乳化預處理器，并對其影響因素進行探索。

1 氣動乳化裝置概述

氣動乳化是一個過程，乳化是一種狀態。在一圓形管狀容器中，經加速的待處理煙氣以一定角度從容器下端進入容器，形成旋轉上升的紊流氣流，與容器上端下流的不穩定溶液相碰，煙氣高速旋切下流溶液，溶液被切碎，氣液相互持續碰撞旋切，液滴被粉碎得越來越小，氣液充分混合，形成穩定的乳化液層。在乳化過程中，乳化液層逐漸增厚，上流的氣動力與乳化液的重力達到平衡。乳化液層繼續增厚，最早形成的乳化液被新形成的乳化液取代，帶著被捕集的雜質流經均氣室落至吸收塔的底部[3-5]。氣動乳化測試單元流程圖和示意圖如圖1、圖2所示。

氣動乳化技術改變了常用的噴淋過程的氣液交換，將液相從間斷相變為連續相，將氣相從連續相變為間斷相。氣動乳化技術液相的比表面積比水膜、噴淋等方法大數倍至數十倍，單位液量捕集和吸收氣體產物的效率顯著增大，因而可大大提高氣液傳質效率。

氣動乳化塔的氣液傳質效率高，能為后續生物菌種提供一個穩態高效的培育環境，不易受污染負荷及組分變化、外界環境溫度等影響。此外，氣動乳化的吸收介質（液態）進入生物塔處理凈化調節后回用至氣動乳化塔，無二次污染（廢水）產生。

2 氣動乳化裝置的研發

通過研究不同旋子數量、乳化層等因素與吸收效率的關系，研制出適用于工業有機廢氣的氣動乳化器。圖3、圖4分別為3葉和6葉旋子機構及組合圖。

2.1 不同葉片數的旋子及組合對氣動乳化特性的影響

在3、6、12葉旋子結構中篩選對比，初步明確：①3、6、12葉旋子都可形成乳化層;②旋子數量越少，系統風阻較小，越不易堵塞，乳化層越高，但乳化層不厚實，波動也較大;③旋子數量越多，系統風阻越大，乳化層越低，但乳化層厚實程度最好，波動較小。

2.2 氣動乳化層高與VOCs吸收效率的關系測試

試驗流程：污染源為香蕉水，氣動乳化吸收劑為自來水。通過氣泵抽取香蕉水揮發物到氣動乳化塔中處理，在氣動乳化塔出入口管道設置采樣口，測試VOCs濃度。保持污染物初始濃度在一定范圍內不變，啟動設備，通過不同的乳化層吸收污染物，利用下降至設定值的VOCs濃度的耗時來比較吸收效率（見圖5）。乳化層高與凈化效率的關系探索試驗結果見表1。

由表1可知，乳化層高度越高，處理后出口VOCs濃度達到設定值的平均耗時越短。可見，氣動乳化層高度越高，對VOCs吸收越有利，吸收效率越高。

3 氣動乳化-生物過濾組合技術系統應用

以氣動乳化裝置旋子數量與乳化層高度對凈化效率影響為基礎，在廣州某廠建立處理工業有機廢氣的氣動乳化-生物過濾組合示范工程，研究氣動乳化、生物法對有機廢氣組分的吸收效果。

工業有機廢氣經過作為預處理設備的氣動乳化器時，廢氣中揮發性較強的有機物進入液相，再進入生物過濾設備進行生物降解，以凈化廢氣。測試時，在設備前管道中有一個采樣口，用于測試入口廢氣參數;在氣動乳化器和生物過濾設備之間同樣有一個采樣口，用于測試經過氣動乳化處理后（進入生物過濾設備前）的廢氣參數;在設備后的排放管道還有一個采樣口，用于測試出口廢氣參數。氣動乳化-生物過濾組合設備如圖6所示。

經現場調試，觀察生物膜基本形成時，采集設備的進氣、出氣樣品，用氣質聯用儀進行定性定量分析。檢測結果如表2所示，丙酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯和丙二醇單甲醚乙酸酯的去除效果理想，去除率超過85%。同時，苯甲醛的去除率也達到83%。其余污染物如甲苯、乙苯、二甲苯等去除率偏低，但處理設備的出氣濃度均符合《廣東省家具制造業揮發性有機物排放標準》（DB 44814—2010）。

4 結語

本文研究了不同旋子數量、乳化層高度等因素與吸收效率的關系，明確適用的氣動乳化裝置旋子形式，同時設計開發了氣動乳化-生物過濾組合工藝和設備，并針對某廠工業房有機廢氣建立氣動乳化-生物過濾組合示范工程，通過長期運行數據的監測與分析，進一步修正集成設備的核心運行參數，完善了集成設備構型。

參考文獻：

[1]李雅君.錳基VOCs催化燃燒催化劑改性及其性能研究[D].杭州：浙江大學，2016：1-80.

[2]馮肇霖，謝逢俊，馮業鈞，等.一種帶煙塵荷電功能的氣動乳化吸收塔：CN201320651192.3[P].2014-05-07.

[3]馮肇霖，謝逢俊，吳少娟，等.帶煙塵荷電功能的氣動乳化新技術[C]// 中國環境保護產業協會電除塵委員會.第十七屆中國電除塵學術會議論文集.北京：中國環境保護產業協會，2017.

[4]馮肇霖，謝逢俊，康奕菁，等.一種有毒有害污染氣體治理深度凈化裝置：CN201620760833.2 [P].2016-07-19.

[5]吳少娟，馮肇霖，謝逢俊，等.氣動乳化塔和噴淋吸收塔用于煙氣脫硝的效率對比試驗研究[J].廣東化工，2016（13）：166-168.

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