淺談印染定型機廢氣治理現狀及方法

司朝兵，顧 楊，李 麗

（江蘇鷹游紡機有限公司，江蘇 連云港 222002）

通過浸軋各種染化料進行柔軟、硬挺、拉幅、防滑等整理，定型機可以改善織物的表面特性和染色質量。但經過定型機烘箱高溫熱處理后，織物攜帶的化學劑、油脂及水分受熱揮發并隨著廢熱空氣一起排出，成為污染環境、影響人們身心健康的廢氣[1]。定型機在創造經濟價值的同時，也產生了制約紡織業持續發展的環境污染問題，針對這些問題，國家出臺了一系列政策法規[2]。本研究在環境保護的重要性，對廢氣治理的相關技術方法及技術方向進行簡要闡述。

我國是紡織制造大國，紡織企業主要集中在江蘇、浙江、廣東、福建和山東等沿海省份。定型機行業發展至今，產品數量、企業數量、產銷量及市場保有量都得到了飛速增長，變化較大。作為紡織產品大省，江蘇省各類紡織品產量在國內遙遙領先，紡織染整已然成為江蘇省揮發性有機物（Volatile Organic Compounds，VOCs）排放重點行業。

國家與省級環保主管部門要求全面加強對VOCs的排放控制，推進行業綠色、高質量發展。本研究對定型機廢氣特點與危害進行分析，在總結過去治理工作取得的成績的同時，也對治理過程中存在的一些問題進行探討，并對定型機廢氣治理的技術發展趨勢和工藝提出建議[3]。

1 定型機廢氣特點與危害

1.1 廢氣產生的原因

紡織印染的生產過程較為復雜，企業為了讓產品具有更好的染色質量，需要在產品的生產加工過程中添加各種各樣的紡織專用化學助劑及化學溶劑。

定型機內干熱空氣的溫度通常被控制在115~220 ℃。現在大多數織物的定型溫度需要控制在230 ℃左右，在其定型過程中，織物攜帶的水分、油脂、溶劑和蠟質，主要包括化纖油劑、平滑劑、抗靜電劑、乳化劑的磷酸酯、脂肪酸酯、硫酸酯和聚醚等表面活性單體和潤滑劑等有機化合物以及定型機軌道鏈條潤滑油，一起受熱揮發，隨廢熱空氣一并從定型機的排濕管道經過排風機排入大氣中，這就是定型機廢煙氣。廢煙氣進入大氣后，其中過飽和的水蒸氣及沸點較高的有機蒸汽會因外界溫度的下降而凝聚，形成水霧和煙霧。煙霧主要是由粒徑極小、黏稠的顆粒物組成。另外，廢氣中還有大量低沸點有機物，以蒸汽的形態繼續存在于廢煙氣中。

過飽和的水蒸氣因冷熱溫差而冷凝成白色的水汽，廢煙氣中含有油霧性的顆粒和有機蒸汽，與織物纖維、塵埃等固體顆粒一起構成印染定型機廢氣的主要污染物。這些污染物不僅會對環境造成危害，而且會對人類的身心健康造成惡劣影響。

1.2 特點與危害

定型機在工作過程中，織物攜帶的水分與溶劑、油脂、蠟質等表面活性單體和潤滑機等有機化合物以及定型機中的鏈條機油一起受熱揮發產生的廢氣，是一種包含氣、液、固3種形態物質的混合流體，密度就會大于空氣密度。該流體具有溫度高、含油脂、濕度大且成分復雜等物理特性，危害主要表現在以下方面[4]。

1.2.1 影響居民生活環境和企業職工身體健康

定型機廢煙氣具有一定刺激性氣味，如果長期被動地吸入，容易引發當地居民的呼吸道疾病，給人們的身心健康造成極大的傷害。有不少專家學者認為廢氣中含有多種持久性污染物質，吸附在細小的液態和固態顆粒上，這些物質包括C22H42O4、乙二醇類化合物和多烴基類化合物以及醚類和醚類硝基吡啶類化合物[1]。這些物質在人體中不斷積累，會影響人的生殖系統、中樞神經系統以及免疫系統，引發各種疾病，有的甚至可能導致細胞癌變。此外，VOCs作為定型機廢氣的重要組成部分，對人體的危害也不可輕視。最常見的如C6H6、C8H8、C7H8等，這類有機物會損害人的中樞神經系統，導致人的神經系統出現障礙。當空氣中的C6H6蒸汽濃度達到一定程度時，會引發急性中毒。空氣中多種VOCs會同時作用于人體，進而產生一定的積累效應，容易對人體的呼吸道系統造成重大影響，引發呼吸道疾病，當總VOCs質量濃度超過35 mg/m3時，則會引發昏迷、抽搐等嚴重癥狀[5]。

1.2.2 影響企業的正常運行

定型機廢煙氣在輸送和排放過程中，會因外界溫度降低出現油煙顆粒的凝聚和附著現象。水蒸氣和油蒸氣冷凝后分別形成水霧和油霧，這些霧態物質與廢氣中的織物纖維等固態物，同時在排放管道的內壁上和相應的設備上逐漸沉積形成油垢。這些油垢具有很強的黏稠性，管道和設備上的油垢與高溫廢氣中的油霧具有易爆易燃的特性；廢氣中織物自身的纖維在日積月累中，容易使設備中的濾網或填料堵塞，導致管道淤塞，使管道的流通阻力不斷增大，容易引發管道火災。織物纖維在氣流擾動狀態下會產生靜電，這也是導致定型機起火的原因之一。這些安全生產事故會不同程度地影響企業正常運行。定型機廢氣中的黏稠性油垢也會造成烘箱內的溫度不均，影響定型過程中織物的手感、色差等，易出現織物發粘、燒布等現象，給后續的染色造成很大的阻礙。

1.2.3 影響環境空氣的質量和破壞地球生態系統

定型機排放廢氣，會使廠區周圍空氣的透明度和能見度降低，影響大氣環境。廢氣中的有機蒸汽和油霧煙氣是破壞臭氧層的物質和PM2.5的重要來源，也是構成光化學煙霧的源頭之一，會影響環境空氣的質量和破壞地球生態系統。

2 治理現狀

2.1 取得的成效

定型機所產生的廢氣引起的環境污染問題，已經引起人們的高度關注。近年來，隨著經濟的發展，東南沿海城市針對印染定型機廢氣的專項治理工作已經取得了良好的效果，空氣質量得到了一定的改善。《江蘇省第二次全國污染源普查公報》顯示，2017年，紡織工業大氣污染物排放源總計2.26萬個，共排放揮發性有機物6.12萬t，占工業污染物排放量的8.5%，在所有行業中排名第三。如果這么多的廢油煙不做任何處理就排入大氣，將對大氣環境造成嚴重的污染，對廣大人民群眾的身心健康造成巨大的損害。2021年，江蘇省編寫了地方標準《紡織染整工業大氣污染物排放標準（征求意見稿）》，有針對性地提出了排放標準和檢測方法[6]。與現有的標準相比，江蘇省地方標準根據自身情況進行了進一步的收嚴（表1）。

表1 紡織染整工業廢氣排放限值相關標準比較

2.2 現存問題

目前，定型機廢氣專項治理雖然取得了一定的成績，但還存在很多問題。國外生產的廢氣處理設備普遍存在維護不便、價格昂貴、配件采購困難等缺點，導致國內企業普遍采用自主研發的治理方案解決廢氣問題。國內主要采用的工藝方法包括機械凈化、濕式洗滌、靜電捕獲和焚燒凈化等單一處理工藝，也會采用水/氣熱回收-靜電除塵法和氣/氣熱回收-噴淋洗滌-靜電除塵等組合工藝。對比標準排放要求，現已實施的定型機廢煙氣治理路線存在的問題包括廢煙氣凈化效果差、熱能回收利用率低、機器運行不穩定、存在一定的安全問題等。

此外，最根本的問題還是我國現在對定型機排放的廢氣沒有國家統一的排放標準和相應的檢測方法，只有地標和團體標準。這些標準的各項指標規定都不同，導致各地的環境監察部門只能參照地標對定型機煙氣排放進行評估，無法實現整個行業的綠色、高質量發展，更無法實現碳中和、碳達峰的目標。

2.3 主要方法

定型機的廢氣成分復雜，廢氣處理的重點是減少油煙排放量，技術難點在于如何將油煙捕獲并降解。現在常用的廢氣處理方法可以歸納為5種工藝路線。

2.3.1 機械凈化

機械凈化處理方法是處理廢氣的初級階段，主要采用除塵風機對油煙進行凈化沉降。除塵風機是一種風機的應用型式，即離心風機。該工藝路線應用的除塵設備主要包括過濾器、風機及集塵箱。帶塵空氣從塵源通過吸塵罩、風管、進風口流入箱體，由于氣流的擴散，廢煙氣的流速會減緩，顆粒大的粉末會在自重作用下，從含塵空氣中逐漸分離后沉降到抽屜中，余下塵粒由于濾芯過濾等各種物理作用，被淹留于濾芯的外壁，被處理后的廢氣再由除塵風機經出口排出。這種治理工藝主要依靠親油性材料對含油煙氣的過濾和吸附作用，初期效果比較明顯，但是隨著時間的推移，親油性材料吸附油煙顆粒飽和時效縮短，后期的治理效果逐漸降低，根本達不到標準要求。

2.3.2 氧化燃燒

定型機廢氣中的油性霧氣大多都具有可燃性，國外的公司就利用這一特性，采用焚燒方法處理定型機廢煙氣，但是整個焚燒處理過程需要借助昂貴的設備和專業人員，導致廢氣處理成本較高，燃燒后也易形成二次廢氣。

2.3.3 水噴淋處理

定型機產生的高溫廢氣進入廢氣凈化器后，在導流區經過緩流、均流、擴散后進入噴淋區，煙氣在該區域內與高壓水霧紊流接觸，廢氣中的纖維、塵、油性污漬及有害氣體被高壓水霧捕集后進入凈化器底部，后經排水口流入油水分離設備中，經過噴淋凈化，降溫后的氣體通過噴淋區進入脫水區，凈化后的氣體最后由凈化器頂部排風管排入大氣環境。該工藝路線具有4點優勢。

（1）無需加裝引風機，利用原有的定型機排濕風機多余的風壓就能實現，不會增加設備成本和使用電能成本。

（2）能夠有效保護定型機排風管，最大限度地消除火災隱患（該系統運行后兼并定型機消防系統）。

（3）煙氣經過降溫以后，通過油水分離和廢油回收能夠產生較高的經濟效益。

（4）凈化后的氣體基本能達到排放要求。

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這種單一的水噴淋處理也有一定的局限性。水噴淋處理技術對定型機生產的純棉織物和油劑含量較少的織物具有明顯的治理效果，但是對油劑含量較多的織物治理效果比較差（圖1）。

圖1 水噴淋處理流程

2.3.4 靜電處理

靜電處理的原理就是利用電荷的靜電吸附作用。靜電處理技術是指在靜電場作用下，使定型機廢油煙中的顆粒帶電，向集油極板移動，并從氣流中分離出來，達到凈化處理定型機廢氣的目的。需要注意的是，溫度高達170~200 ℃的油煙是無法直接進入電場直接處理的，要經冷卻處理后，方能進入靜電處理設備處理。靜電處理方法中的高壓靜電法較其他靜電方法，對定型機廢氣的處理效果較為明顯。但是，高壓靜電處理設備安全運行的重要前提是清理高壓電極污染、正確維護設備并消除安全隱患（圖2）。

圖2 靜電吸附原理

2.3.5 水噴淋+靜電處理技術

水噴淋+靜電處理技術，即將定型機廢氣先通過水噴淋進行預處理，再由高壓靜電二次凈化處理，可以成功解決靜電處理的相關問題，發揮廢氣降溫、除塵、去油污等作用（圖3）。

圖3 水噴淋結合靜電處理技術流程

（1）定型機廢氣進入一級水噴淋裝置后，再進入冷卻裝置，將原來的煙氣溫度降到50~60 ℃，有利于凈化器穩定工作和廢油回收；（2）經過冷卻后的廢氣進入第一級和第二級電場進行預處理；（3）進入第一級和第二級電場預處理的廢煙氣再進入第三板線式雙區高效凈化電場；（4）經處理的廢氣通過引風機進入排空管排入大氣中。

2.4 存在的問題

（1）國內對定型機廢氣排放沒有制定完善的標準條例，同時在檢測廢氣方面也缺乏有效的方法，無形中增加了染整定型機廢氣排放的監管難度。

（2）與國外定型機成熟、先進的廢氣處理工藝相比，國內定型機在廢氣處理方面仍有不足之處，油煙凈化效果差，且火災隱患及熱回收利用率低等問題一直存在。

3 定型機廢氣治理

3.1 檢測方法與評價標準

3.1.1 評價標準

2021年，江蘇省編寫了地方標準《紡織染整工業大氣污染物排放標準》（征求意見稿），提出了相關標準和檢測方法。標準規定：江蘇省紡織染整企業或設施大氣污染物排放限值為顆粒物15 mg/m3、油霧10 mg/m3、NMHC 20 mg/m3、臭氧300無量綱（表2）。

表2 車間或生產設施大氣污染物排放質量濃度限值

3.1.2 檢測方法

依據江蘇省《紡織染整工業大氣污染物排放標準》（征求意見稿）規定的檢測方法如表3所示。

表3 大氣污染物濃度的監測分析方法標準

標準實施以后，可降低污染物排放濃度和排放總量，有效控制紡織染整行業大氣污染物的排放，進一步改善環境空氣質量，也可以指導相關人員進一步研究治理工藝和完善治理設備。

3.2 廢煙氣治理的綜合工藝及深度凈化

目前，普遍采用過濾、噴淋、靜電除油除塵和換熱裝置的組合去除定型機廢氣中的顆粒物和油煙。雖然VOCs與NMHC作為廢氣排放的重點監測對象，但是因定型機常規定型工藝生產設施排放監測數值遠低于限值，所以在廢氣處理中不設專門的處理工藝和設備。目前僅用除油工藝處理廢氣。

3.2.1 工藝路線1

工藝路線1的前處理降溫采用的是氣水換熱的方式，熱能的利用方式如下。（1）分兩段回收熱水：高溫熱水供溴化鋰空調制冷，低溫熱水供生產工藝使用。（2）分兩段回收熱水：高溫熱水供廢氣處理設施排放口消除水汽白煙，低溫熱水供生產工藝使用。（3）分兩段回收熱水：高溫熱水供廢氣處理設施排放口消除水汽白煙，低溫熱水經冷卻塔循環使用。（4）一段式回收熱水：熱水供生產工藝使用。（5）一段式回收熱水：熱水經冷卻塔循環使用。

工藝路線1的前處理采用低溫噴淋的方式布置在換熱器的中后部，并且可以根據需要選擇性開啟。低溫噴淋的特點包括水耗低、產生的乳化廢水少且油水易分離。高溫熱水供廢氣處理設施排放口消除水汽白煙，雖然在低溫、高濕環境下并不能完全消除水汽白煙，但可以大幅度地減少排放口白汽，是一種能源的綜合利用方式。若有特殊要求（如進一步消除水汽白煙），可以再增加蒸汽消除水汽白煙裝置。油水分離箱的循環水含油，每次清理換水，可配廢水收集池（圖4）。

圖4 工藝路線1

3.2.2 工藝路線2

工藝路線2的前處理降溫采用的是氣水換熱的方式，因前部采用了高溫噴淋的方式，此低溫熱水經冷卻塔循環使用。

工藝路線2的前處理采用的是高溫噴淋的方式，特點為水耗高、產生的乳化廢水多且油水不易分離，可以有效降低廢氣溫度和設備成本（圖5）。

圖5 工藝路線2

3.2.3 工藝路線3

工藝路線3的前處理降溫采用的是氣氣換熱的方式，熱能的利用方式如下。（1）分兩段回收熱風：高溫熱風供生產設備用，低溫熱風直排。（2）分兩段回收熱風：高溫熱風供廢氣處理設施排放口消除水汽白煙，低溫熱風直排。（3）一段式并聯氣氣換熱：低溫熱風直排。

工藝路線3的前處理采用的都是氣氣換熱的方式，受進風溫度的影響較大，當進風溫度較高時（比如夏天），降溫效果不理想，有可能導致處理效果不佳。高溫熱風供廢氣處理設施排放口消除水汽白煙，雖然在低溫、高濕環境下并不能完全消除水汽白煙，但可以大幅度減少排放口白汽，是一種能源的綜合利用方式；若有特殊要求（如進一步消除水汽白煙），可以再增加蒸汽消除水汽白煙裝置（圖6）。

圖6 工藝路線3

3.2.4 工藝路線4

工藝路線4的前處理降溫采用的是氣氣換熱與氣水換熱的組合方式，熱能的利用方式如下：（1）氣氣熱回收利用高溫廢氣中的熱能加熱新風，將溫度較高（高于130 ℃）的新風送返定型機使用，將溫度較低（90~130 ℃）的新風送到主排風管用于末端消除水汽白煙。（2）高溫廢氣經過氣氣熱回收后，可歸集為中低溫段的高溫廢氣，利用氣水熱回收進一步降溫，并將提取的熱能通過直接/間接加熱方式，產生高溫（50~70 ℃）熱水供其他設備使用。高溫熱風供廢氣治理設施排放口消除水汽白煙，雖然在低溫、高濕環境下并不能完全消除水汽白煙，但可以大幅度減少排放口白汽，是一種能源的綜合利用方式；若有特殊要求（如進一步消除水汽白煙），可以再增加蒸汽消除水汽白煙裝置（圖7）。

圖7 工藝路線4

4 結語

印染定型機廢氣的排放不僅影響企業的安全可持續生產，危害人們的身體健康，還會造成環境污染、生態失衡。雖然經過環保部門和企業的共同努力，定型機廢氣治理工作有所成效，但仍然存在一定的問題，相關部門要盡快建立并完善定型機廢氣排放安全標準，并研發出一套行之有效的廢氣檢測方法，以完成對定型機廢氣排放的安全控制。此外，各企業研發部門要不斷創新，開發出一套具有完整工藝的新設備，減少定型機廢氣排放，實現企業與環境可持續發展。