關于活性炭吸附法處理有機廢氣的實際應用探究

蘇 新

（安徽皖欣環境工程有限公司，安徽 合肥 230601）

改革開放以來，我國重點發展工業生產，這為社會經濟的增長提供了主要發展動力。但在持續推進工業化的過程中，逐漸出現了一些亟待解決的環境問題，如不加以處理，將會對整體生態環境造成嚴重影響，其中，最明顯的問題是在工業生產過程中有機廢氣的排放問題。這種有害氣體不僅會對大氣環境造成污染，同時也對人們的身體健康造成了威脅。因此，本文將結合有機廢氣在治理過程中使用活性炭吸附的基本原理進行闡述，進而研究相關處理技術的應用，以此為工業化進程的可持續發展奠定良好基礎。

1 活性炭吸附簡述

在工業化生產過程中，大多數的工廠都處于機械生產狀態，因此，在這過程中產生的有機廢氣可使用活性炭吸附技術進行處理，一般情況下會使用柱狀活性炭進行凈化。而柱狀活性炭主要是由木炭與無煙煤制成，在經過相對較為復雜的脫水、碳化、干燥以及碳化物活化過程后，形成能夠凈化有機廢氣的活性炭。但同時，也要對活性炭的基礎質量指標進行檢驗，以保障在后續處理有機廢氣的過程中確保凈化質量。因此，對于活性炭的質量指標主要是考察活性炭的孔容積、比表面積、填充密度以及四氯化碳吸附值、pH值、強度等。

在實際處理工業有機廢氣過程中，經常使用的活性炭大多數會呈現出顆粒狀或蜂窩狀，這是由于活性炭的基本屬性是有孔隙的多孔結構，且自身的表面積相對較大[1]決定的。因此，在應用活性炭進行廢氣處理時，有機廢氣在經過活性炭的較大表面積后，能夠實現充分接觸，進而在活性炭孔隙攔截的作用下，將廢氣中的污染物質進行阻截，最終實現對排放的氣體進行高效凈化。在實際應用中，該技術存在著兩種不同的吸附過程，分別為化學吸附與物理吸附。其中，化學吸附主要是通過活性炭表面的吸附劑與有機廢氣中的物質分子之間產生的強烈化學反應，進而產生放熱過程，由此完成有機廢氣的處理。而物理吸附方式則是通過活性炭表面的吸附因子與有機廢氣之間產生的，即被吸附分子形成物理狀態下的靜電摩擦力，或者是由范德華引力所引起的摩擦吸附狀態，從而在這一放熱過程當中達到不可逆的吸附效果。

2 有機廢氣的處理

2.1 有機廢氣的來源與危害

有機廢氣主要是指在工業生產過程中排放的可揮發的有機化合物，其處于20 ℃左右，壓力值為101.3 kPa，蒸汽壓能夠達到0.1 mmHg/13.3 Pa，且大多數有機廢氣的沸點都在260 ℃以下。而常見的在工業生產中產生的有機廢氣以醇類、烴類、酮類、胺類為主。且大多數是在印刷、噴漆或是化工、石化等生產過程中，由各種有機溶劑的揮發產生的有機廢氣。現階段，我國的石油化工、制藥、汽車以及包裝、印刷等行業排放有機廢氣的數量相對較多[2]。有機廢氣不僅會對空氣造成污染，同時，對人們的身體健康也會造成威脅。由于在大多數有機廢氣中存在著各種刺激性的污染物質，因此，往往會造成人體中樞神經系統受到刺激，或是對人體皮膚表面黏膜產生影響。此外，大多數的有機廢氣都會表現出不同程度的毒性與刺激性，或是特殊氣味等，甚至會導致癌癥病發，或引發人體不適造成各種疾病，由此降低人體的免疫力。

2.2 有機廢氣的治理

現階段，據不完全統計，我國工業在生產過程中，每年排放的有機廢氣含量高達300萬t。其中，在我國多個城市當中，均出現空氣質量不達標的嚴重污染現象，這樣的大氣污染城市在全國高達70%左右，距離《打贏藍天保衛戰三年行動計劃》遙遙無期。因此，為了有效改善如此嚴峻的大氣生態環境，治理有機廢氣刻不容緩，所以，我國的生態環境保護部門非常注重這一問題，開展了有力的治理工作。基于對有機廢氣排放處理工作實施的各項方案、計劃，包括“十三五”有機廢氣污染防治工作方案以及重點工業行業治理有機廢氣排放方案等，更是在《打贏藍天保衛戰三年行動計劃》中規定了實施大氣治理工作的堅定決心。因此，除了從工業生產源頭對有機廢氣的排放量進行削減，也要在排放過程以及末端進行有效處理。而應用活性炭吸附方法，則是在整體控制有機廢氣排放過程中的末端治理技術，由此從收集有機廢氣開始，到處理以及運行等各個環節，都要有效控制有機廢氣的排放量與污染物含量。我國常見的工業有機廢氣的處理方法如表1所示。

表1 工業廢氣常見的處理方式

3 應用活性炭吸附處理有機廢氣的影響因素

3.1 吸附條件

在應用活性炭對有機廢氣進行吸附處理時，需要注意各種影響吸附效果的因素，且要對這些因素要進行有效控制，避免對吸附效果造成影響。其中，最為主要的就是控制操作條件，如控制有機廢氣被吸附處理時的溫度、壓力以及相對氣流所產生的實際速度等。而活性炭物理吸附法適用于低溫有機廢氣的處理，其最佳的吸附條件則是在不斷增加大氣壓力的情況下，促使活性炭與有機廢氣之間能夠形成良好的吸附壓力差值[3]。但若有機廢氣的相對氣流速度過大時，則難以促使活性炭與有機廢氣的氣體分子進行良好接觸，從而會導致物理吸附的吸附率相對較低。

3.2 吸附劑的性質

活性炭吸附劑的比表面積越大，就會產生越強的吸附效果。在實際應用中，要鑒定活性炭吸附劑的臨界值，則需要對其能夠吸附的最大分子直徑進行分析計算，如若大于此數值，則表示廢氣中的污染物質在過高的臨界直徑下，無法被活性炭有效吸收。目前，結合我國活性炭生產的標準文件中的相關規定，四氯化碳吸附值需要大于50%，比表面積每克約大于750 m2，pH值在8～10之間，填充密度大約為0.45～0.6 g/ cm3，這是活性炭吸附有機廢氣的標準能力值，在實際應用中，使用的任何一種活性炭物質其吸附效果都不能低于四氯化碳的吸附值。

4 活性炭吸附有機廢氣的問題研究

4.1 活性炭吸附有機廢氣應用的設備

（1）結合工業生產中有機廢氣的排放形式，對有機廢氣進行吸附處理時，需用到的活性炭設備主要包括流化床、固定床等不同形式。首先，對于流化床，這種活性炭吸附裝置主要呈現為塔式結構，在裝置內設置若干層篩板，并保障篩板上的吸附劑始終呈現出沸騰狀態，才能對有機廢氣進行吸附處理。而流化床吸附設備，其主要特點是在達到充分接觸的氣固兩相狀態下，能夠形成快速吸附效果且處理容量相對較大，該方式適用于大流量的連續性有機廢氣的排放治理。但由于流化床本身的吸附裝置設備較為復雜，因此，在吸附過程中，吸附劑產生的損耗相對較大。

（2）對于活性炭固定床吸附設備，可分為兩種不同的形式，包括立式與臥式的吸附裝置。在該裝置中，可以裝載單層、雙層或者多層的吸附層，并且會應用1 m左右厚度的固定床層，大多數是應用到廢氣濃度相對較高的情況下，以此進行凈化處理。而其他形式的固定床，床層厚度大約為0.5 m左右，多應用到有機廢氣濃度相對較低的凈化工作中。其中，活性炭固定床吸附裝置的空塔氣速大約為0.6 m/s，若空塔氣速相對較小，則無法形成高速的吸附處理效果，若氣速過大，則會在吸附有機廢氣的過程中造成較大阻力進而產生損失現象，同時，也會對吸附層所產生的氣流分布狀態造成影響，降低吸附效率。固定床是采取間歇操作方式，會應用到雙塔連續生產裝置，因此，能夠產生較好的再生效果[4]。相比于流化床吸附裝置，固定床的吸附設備應用到的吸附劑顆粒度較大，且空塔氣速相對較小，具有相對較好的吸附效果。

（3）大多數工業有機廢氣的活性炭吸附處理技術的流程如圖1所示。

圖1 活性炭吸附處理流程圖

4.2 活性炭吸附設備的應用設計

（1）由于活性炭吸附法能夠適用于大多數的工業有機廢氣，能針對有機廢氣當中不同的成分進行吸附處理。因此，在完整的活性炭吸附有機廢氣處理過程中，從收集廢氣開始到預處理、到吸附系統、再到控制系統以及完成廢氣中的副產物處理，最后到風氣排氣管道，集中整合在統一裝置中。而在這程序當中，最重要的則是廢氣收集與預處理等吸附裝置的應用設計。

（2）收集廢氣的系統裝置需要安裝在工業生產區當中，其能將在工業生產過程中產生的揮發性有機廢氣污染物進行高效收集。在設備當中，構建了上送下抽式的凈化系統，保障地面風速控制在0.3 m/s左右，以能夠形成較好的收集效果。若采用的是立式凈化廢氣收集系統，則需要將風速控制在0.7 m/ s左右。其中，在整體活性炭吸附設備當中的預處理系統以及操作環節，主要是對有機廢氣中的氣霧進行去除，以此保障有機廢氣在進入到吸附裝置后所形成的氣霧濃度低于5 mg/m3。同時，在該系統中，同樣需要配備配套的氣體溫度、濃度的調節設備，以滿足活性炭吸附操作流程的具體要求。在這些環節中，當廢氣進入到吸附床時，需要將其溫度維持在40 ℃左右，而此時的有機廢氣濃度同樣需要低于最低易爆炸成分含量的25%左右。

（3）活性炭吸附處理有機廢氣的整體過程其核心所在就是吸附裝置，這對于有機廢氣的凈化處理效果具有直接關系。首先，活性炭吸附裝置設有均勻分布的氣流裝置，并選用合適參數，如：孔隙率、表面積以及四氯化碳吸附值等強度參數，保證活性炭具有相對較好的吸附效果，同時確保其能夠有效吸附苯系物以及非甲烷總烴。其次，活性炭吸附器進出口的風管上設置壓差計，當壓差值（一般設定值800 Pa）大于設定值時，會立即發出報警信號，此時應立即更換活性炭。且一般活性炭吸附裝置的最佳凈化效率能夠達到80%以上。最后，副產物處置環節則主要是對吸附過程中有機廢氣產生的其他附帶污染物進行處理，避免在整體吸附裝置中會殘存大量的廢棄物，進而影響到后續的吸附處理效果，同時也需要定時更換吸附后的活性炭。

5 結語

現階段，在工業生產造成有機廢氣大量排放的情況下，應用活性炭吸附處理方式能夠在一定程度上解決廢氣排放污染物超標的問題，但在實際應用過程中，也會相應存在一定問題，所以，需要考慮活性炭性吸附裝置的最初設計以及影響處理效果的各種因素，并在細致、綜合的分析下，使有機廢氣達到更良好的處理效果。