紡織印染廠定型機有機廢氣處理工藝的改造研究

盛勇 徐子義

（1. 常州常大創業環保科技有限公司，江蘇常州 213161；2. 蘇州瑞賽澤環境設計工程有限公司，江蘇蘇州 215000）

1 引言

當前我國化纖、紗、布、呢絨、絲織品、服裝等主要紡織品產量位居世界第一位。在紡織印染過程中需要用到各種硫化染料和活性染料，產生的污染較大，如果無組織地排放會對環境造成非常大的污染［1］。印染行業定型機排放的有機廢氣主要包括顆粒物、油煙、甲醛、苯、二甲苯等物質，對于揮發性有機物（VOCs）的治理技術主要有水噴淋處理技術、靜電處理技術、水噴淋技術＋靜電處理技術、低溫等離子體技術、光氧化法、一次性活性炭吸附技術。從紡織企業對定型機有機廢氣的治理實踐來看，普遍存在著有機廢氣治理技術及設備運行穩定性不高，處理技術凈化效率較低，尾氣排放不達標等問題，企業環保問題比較嚴重，必須進行改進優化［2］。本文以江蘇某紡織印染廠為案例，在其定型機VOCs 原有處理工藝及系統的基礎上，對其進行了改造工藝系統的研究。

2 原有定型機VOCs 處理工藝分析

江蘇某紡織印染廠為門幅2.2 m/10 箱型定型機，額定廢氣量為10 000 Nm3/h。該定型機定型工作過程中，主要產生油、顆粒物結合態的有機廢氣，必須進行治理后才能進行排放。

2.1 原有定型機VOCs 處理工藝流程

VOCs 原有定型機處理工藝流程如圖1 所示。高達170～180 ℃的VOCs 先經定型廢氣換熱器后，進入濕式靜電系統進行處理，VOCs 得以降溫，同時水霧將其中的部分油霧、煙塵、廢氣進行去除；水霧經濕式靜電裝置再次吸附含有的細顆粒物、有機廢氣等后流入油水分離池裝置；VOCs 上升進入高壓電源進行處理，被吸附的油污經導流板流入油水分離池；最后30～45 ℃的VOCs 從吸收塔頂部經主風機通過煙囪排出。在油水分離池凈化后的水通過循環泵提升再次用于清洗＋噴淋，廢油污進行回收利用［3］。

圖1 VOCs 原有定型機處理工藝流程示意

2.2 原有定型機VOCs 處理系統設備

原有定型機VOCs 處理系統設備主要包括定型機廢氣換熱器、水清洗＋噴淋系統、濕式靜電裝置、高壓電源裝置、主風機、循環泵、集氣罩及煙道系統。

2.3 原有定型機VOCs 處理系統分析

2.3.1 定型機廢氣換熱器

該企業定型機共有5 個單元10 個反應室進行工作，每個單元安設有1 臺風機對產生的廢氣進行排放，流量為2 000 Nm3/h，5 個單元共排放VOCs 廢氣10 000 Nm3/h。經風機排放的VOCs 廢氣溫度高達170～180 ℃，通過定型廢氣換熱器回收熱能。其工作原理為：當定型廢氣換熱器中的熱管被溫度較高的廢氣加熱時，使水箱水升溫，正常水溫在20 ℃，加熱的水溫可達到50～80 ℃，組合式熱管要將新鮮空氣加熱至130 ℃左右的熱風后流入定型機，對廢氣熱能進行回收利用［4］。

2.3.2 濕式靜電裝置系統

廢氣經定型廢氣換熱器后溫度從170～180 ℃降低至75 ℃，從底部進入濕式靜電裝置系統。該濕式靜電裝置系統主要由濕式靜電裝置、油水分離池、循環泵三大部分組成。濕式靜電裝置下部采用雙筒體結構設置，安裝有噴淋裝置和不銹鋼絲網填料，中部設置有梯形柵板，上部有高壓電源裝置。經高壓靜電進行分離后的油污經導流板從塔壁間隙流入裝置底部；通過循環泵將油水分離池凈化后的下層循環水進行循環利用于清洗＋噴淋，用循環水清洗高壓電源的陽極筒壁，用循環水噴淋填料層對廢氣進行冷卻吸收；對油水分離池凈化后的上層廢油污進行回收利用，經濕式靜電裝置系統處理后的廢氣溫度為30～45 ℃［5］。

2.3.3 主風機

在定型機廢氣排放系統當中存在阻力作用，煙道系統、定型廢氣換熱器、濕式靜電裝置、活性炭裝置吸附的阻力分別為350～550，250，1 250，600～1 300 Pa，根據這一情況，設定的廢氣排放主風機全風壓在3 200～3 900 Pa。

3 原有定型機VOCs 處理工藝存在的問題

該企業正常運轉時定型機VOCs 經處理后的廢氣前期基本上能達到排放標準，但是當企業超負荷運轉時，廢氣經環境檢測超過排放標準。同時有多起投訴企業排放廢氣有“臭味”的環境案例發生，經檢測分析“臭味”氣體為醛酮類和雜環芳香族物質，為企業印染定型生產中添加的有機助劑產生，現有定型機VOCs 處理工藝無法對其進行處理消除。針對以上問題，必須對該企業原有定型機VOCs 處理工藝及系統進行改造設計。

4 對定型機VOCs 處理工藝及系統的改造

針對企業原定型機VOCs 廢氣排放不達標的環境問題，對原定型機VOCs 廢氣處理工藝及系統進行了改造，增設活性炭裝置和催化氧化裝置，提高對VOCs 的處理效果。

4.1 吸附再生及催化氧化組合工藝

在原定型機VOCs 廢氣處理工藝的主風機出口位置增設活性炭裝置和催化氧化裝置，如圖2 所示。

圖2 增設的活性炭裝置和催化氧化裝置示意

從圖2 可知，增設的1 號活性炭裝置和2 號活性炭裝置互為備用，當其中一套裝置吸附飽和后，隨即將廢氣通道切換到另一套裝置中進行吸附，經活性炭裝置吸附后的廢氣經煙囪進行排放。活性炭裝置吸附飽和后采用熱空氣再生方法進入活性炭再生過程，脫附的廢氣有機物再次進入催化氧化裝置分解成水和二氧化碳，處理后的廢氣溫度高達350～380 ℃，將其引至定型廢氣換熱器回收余熱。

系統新增的主要設備有活性炭裝置、再生風機、催化氧化裝置、再生換熱器。活性炭裝置中活性炭的填裝高度為600 mm，再生風機風流量為1 200～2 000 Nm3/h，催化氧化裝置催化劑填量為70～100 L，再生換熱器采用碳鋼材質，新鮮風機流量為1 900～2 200 Nm3/h，廢氣流量約為12 000 Nm3/h。

4.2 活性炭吸附再生

有研究表明，活性炭對于紡織印染定型有機廢氣具有較好的物理吸附效果，同時也是當前工業生產中有機廢氣治理應用的較多方法之一。活性炭用于有機廢氣的吸附是可逆的，具有再生功能。當被活性炭吸附的分子遇到加熱及其他條件時，會基于熱運動再次脫離固體外表，這個過程被稱為脫附過程。當活性炭進行吸附作業時，其活性炭固體顆粒表面上被吸附的有機廢氣逐漸增多，同時也有一定的脫附過程，兩者相互轉化，當活性炭對有機廢氣的吸附量與脫附量基本一致時，即達到飽和狀態。有學者研究了活性炭床層有機廢氣流速與壓降的關系情況［6］，如圖3 所示。

圖3 活性炭床層VOCs廢氣流速與壓降的關系

結合圖3 研究數據，確定該企業定型機VOCs廢氣處理系統新增設的活性炭裝置的工作參數如下：活性炭裝置吸附溫度確定為45～65 ℃，廢氣通入流速為0.35～0.45 m/s，活性炭裝填高度為600 mm。在設備運行情況下，活性炭對定型有機廢氣的飽和吸附容量在0.12～0.25 g/g。當活性炭裝置吸附飽和后，采用熱空氣進行脫附，活性炭裝置脫附參數設置如下：脫附溫度為105～115 ℃（溫度過高活性炭易氧化），脫附空氣流速為0.115 m/s，脫附時間為45 min。

4.3 催化氧化裝置

該企業定型機有機廢氣中主要含有二甲苯、苯、甲苯等污染物，經活性炭吸附脫附的濃縮有機廢氣量為1 100～2 000 Nm3/h，催化氧化裝置采用的催化劑起燃溫度低于320 ℃。因此，確定催化氧化裝置的工作參數為：催化劑裝填量為70～100 L，工作溫度為330～380 ℃，空速不大于30 000 h－1。

4.4 改造后的效果分析

對原定型機VOCs 廢氣處理工藝及系統采用吸附再生及催化氧化組合工藝進行改造后，投入實踐應用當中，對改造前后的廢氣處理情況進行檢測對比分析，其對比檢測結果見表1。

表1 定型機VOCs 廢氣處理工藝改造前后的對比檢測結果

從表1 數據可知，改造后的定型機有機廢氣凈化技術工藝效果有了明顯提高，改造后顆粒物的去除率從改造前的80%左右提高到90%左右，改造后VOCs 的去除率從改造前的82%左右提高到95%左右。有效解決了當企業定型機超負荷運轉時VOCs排放超標的問題，同時廢氣中的醛酮類和雜環芳香族有機物質也被凈化，排放氣體中無“臭味”產生。

5 結語

本文針對江蘇某紡織印染廠定型機有機廢氣排放超標問題，在原有定型機VOCs 處理工藝的基礎上，增設了吸附再生及催化氧化組合工藝。現場檢測結果表明，改造后的定型機VOCs 處理工藝顆粒物去除率和VOCs 去除率有了顯著提高，有效解決了企業存在的定型機有機廢氣排放超標問題。