氣旋吸收與濕式靜電耦合主體工藝在塑膠發泡廢氣處理中的應用研究

葉雪梅，葉少靈，潘燕高

（深圳市金創環保工程有限公司，廣東 深圳 518000）

引言

2021年11月，《中共中央國務院關于深入打好污染防治攻堅戰的意見》提出了深入打好“藍天保衛戰”的口號，推進VOCs和氮氧化物協同減排。廣東省環境廳發布《廣東省環境空氣質量持續改善行動計劃（2021-2025年）》（征求意見稿），提出“實行全過程管控，實施VOCs深度減排治理行動”。深圳市生態環境局發布的《深圳生態環境保護的“十四五”規劃和“深圳藍”可持續行動計劃》指出，需要加強工業污染治理及加強治理技術研發。

合成樹脂工業是揮發性有機污染物排放的重點行業，其中塑料制造企業的發泡成型工藝環節對揮發性有機物的產生貢獻很大[1]。有效提高該生產廢氣的處理效率，完善工藝選型和參數優化，強化多污染物的協同去除，有利于對塑膠發泡廢氣的嚴格治理和規范化管理，減少該類企業生產對環境的污染。

1 工程概況

1.1 基本情況

本項目主要處理對象為生產車間塑膠發泡廢氣，發泡工序的原輔材料多為顆粒狀和粉末狀，廢氣中含大量顆粒物等大氣污染物[2]，同時塑料粒子通過受熱加工，會產生揮發性有機污染物，主要為非甲烷總烴、一氧化碳、氮氧化物和二氧化硫。本項目采用氣旋吸收與濕式靜電耦合主體工藝處理廢氣，設計處理風量為45 000 m3/h。

1.2 排放標準

根據行業要求和項目實際的環評批復要求，發泡廢氣處理后各污染物排放標準如表1所示。

表1 有組織廢氣排放標準限值

1.3 輔助設施建設

本項目輔助設施建設主要包括：車間集氣裝置、風管、控制系統和設備基礎等。車間集氣裝置主要為車間工位的廢氣收集集氣罩，累計有10個集氣罩，單個尺寸為2 000×1 000×800 mm，罩口吸入風速為0.6 m/s；風管采用直徑1 m的PP焊接管；控制系統采用智能控制，兼具遠程設備運行監視和人工應急控制功能；設備基礎采用鋼混結構澆筑制作。

2 材料與方法

2.1 工藝設備

本項目廢氣處理工藝采用氣旋吸收與濕式靜電耦合主體工藝，主要設備有高效氣旋混動噴淋塔、臥式噴淋塔、雙級濕式靜電反應器和常規活性炭吸附箱，所有設備均采用SUS304制作，具體設備參數如下。

高效氣旋混動噴淋塔：凈尺寸為5.0×3.0×4.0（H）m；分別配套Φ1.5 m加藥桶和7.5 kW循環水泵。

臥式噴淋塔：凈尺寸為7.0×2.7×3.0（H）m；分別配套7.5×0.6×0.8（H）m水箱和7.5 kW循環水泵。

雙級濕式靜電反應器：凈尺寸為8.0×3.0×6.0（H）m，配套放電管200條，單條管尺寸直徑為0.3×2.8 m；循環水泵為5.5 kW；整體運行功率為40 kW。

活性炭吸附箱：凈尺寸為4.5×2.5×2.0 m；裝填規格為100×100×50 mm的蜂窩活性炭。

2.2 工藝流程

本項目采用氣旋吸收與濕式靜電耦合主體工藝對發泡廢氣進行處理，具體工藝流程見圖1。

圖1 發泡廢氣處理工藝流程圖

發泡廢氣在風機的牽引力作用下進入高速混流導筒，廢氣在離心力的作用下進行氣液乳化反應，后在混流液的高速旋轉狀態下，充分混合相溶，同時通過旋流離心達到氣液分離。污染物吸收分離后的氣體進入環保填料吸附層，后進入濕式靜電反應器進一步反應凈化。當廢氣通入時，電暈極板被水分浸潤釋放電子，且電暈極板上的針尖放電將霧氣粉碎和細化，形成大量帶電霧滴，極大提高小分子與離子的碰撞和荷電概率，加速了帶電粒子在電場中的移動，大幅度去除氣態污染物[6]。噴淋也可將溫度降低，最后通過活性炭吸附箱進一步去除剩余有機氣體，最終通過離心風機牽引至40 m高排氣筒達標排放。

2.3 系統調試及分析

廢氣治理操作規程：通過電氣控制一鍵啟動，程序控制首先開啟噴淋塔循環水泵、濕式循環水泵及靜電反應器，再啟動引風機，觀察循環水、靜電反應系統的有序啟動，系統即完成開啟。任何一個環節異常，立即轉入手動控制進行調節。廢氣污染物數值分析方法均采用國標方法。

3 運行效果分析

經調試正常運行后，本項目對廢氣處理系統處理污染物的前后指標進行了為期20天的連續監測，并根據監測數據，對各類污染物的進出濃度、排放速率以及去除率進行統計分析。

3.1 顆粒物的去除效果

本項目廢氣處理系統對顆粒物的去除效果如圖2所示。

圖2 顆粒物去除效果圖

本項目顆粒物處理前折算后排放濃度為501～741 mg/m3，實測排放速率為0.77～1.26 kg/h，處理后折算后排放濃度為51～185 mg/m3，實測排放速率為0.06～0.08 kg/h，去除率為89.45%～94.95%，折合平均去除率為93.2%。高效氣旋混動噴淋塔針對廢氣洗滌的時間更長，廢氣停留時間也更長，反復洗滌效果更好，徹底改善了普通噴淋塔在某些特定工況下存在的除塵不徹底等技術缺陷。且由于氣流切向進入設備并呈橫向圓周運動，避免了旋流類設備縱向運動導致填料堵塞的問題[7]，對顆粒物有很好的去除效果。本項目顆粒物折算后排放濃度達到《工業爐窯大氣污染物排放限值》（GB 9078-1996）[3]表2加熱爐 非金屬加熱爐二級標準限值要求。

3.2 非甲烷總烴的去除效果

本項目廢氣處理系統對非甲烷總烴的去除效果如圖3所示。

圖3 非甲烷總烴去除效果圖

本項目非甲烷總烴處理前排放濃度為26.5～38.2 mg/m3，排放速率為1.00～1.49 kg/h，處理后排放濃度為1.95～3.93 mg/m3，排放速率為0.08～0.14 kg/h，去除率為85.75%～94.09%，平均去除率為91.34%。基于活性炭的高吸附性，下一步將通過活性炭箱內的廢氣進行吸附處理[8]，去除大部分非甲烷總烴，從而使排放濃度達到《合成樹脂工業污染物排放標準》（GB 31572-2015）[4]表5大氣污染物特別排放限值要求。

3.3 一氧化碳的去除效果

本項目廢氣處理系統對一氧化碳的去除效果如圖4所示。

圖4 一氧化碳去除效果圖

通過氣旋吸收與濕式靜電耦合工藝的不斷噴淋吸附，系統對一氧化碳的去除效果顯著。本項目一氧化碳處理前排放濃度為271～374 mg/m3，排放速率為10.59～14.72 kg/h，處理后排放濃度為24.8～43.7 mg/m3，排放速率為0.93～1.65 kg/h，去除率為88.12%～92.46%，折合平均去除率為90.00%。排放濃度和排放速率均達到廣東省《大氣污染物排放限值》（DB 44/27-2001）[5]表2第二時段二級標準限值要求。

3.4 氮氧化物的去除效果

本項目廢氣處理系統對氮氧化物的去除效果如圖5所示。

圖5 氮氧化物去除效果圖

本項目氮氧化物處理前排放濃度為11.2～27.8 mg/m3，排放速率為0.45～1.14 kg/h，處理后排放濃度為1.8～4.3 mg/m3，排放速率為0.06～0.16 kg/h，去除率為72.07%～91.97%，平均去除率為84.24%。氣旋吸收與濕式靜電耦合工藝中的高效氣旋混動噴淋塔對氮氧化物的吸收效果特別好，主要利用旋流液體吸收氮氧化物。處理后氮氧化物排放濃度和排放速率均達到廣東省《大氣污染物排放限值》（DB 44/27-2001）[5]表2第二時段二級標準限值要求。

3.5 二氧化硫的去除效果

本項目廢氣處理系統對二氧化硫的去除效果如圖6所示。

圖6 二氧化硫去除效果圖

本項目二氧化硫處理前排放濃度為43～69 mg/m3，排放速率為1.68～2.64 kg/h，處理后排放濃度為6～11 mg/m3，排放速率為0.22～0.41 kg/h，去除率為80.51%～90.67%，平均去除率為87.07%。高效氣旋混動噴淋塔和臥式噴淋塔通過水噴淋和氣旋混動方式使漆霧達到分離效果，且該噴淋塔處理風量大，杜絕了易燃易爆的隱患。廢氣在高速動態運行，通過氣旋裝置的作用是增大氣液接觸面積，使二氧化硫和液體充分混合且互相吸附，強化了二氧化硫吸收傳質過程，從而達到凈化目的[9]。排放濃度和排放速率均達到廣東省《大氣污染物排放限值》（DB 44/27-2001）[5]表2第二時段二級標準限值要求。

綜合各類污染物的進出濃度、排放速率和去除率進行統計分析，可得出發泡廢氣經過氣旋吸收與濕式靜電耦合主體工藝處理后，能達到表1所述的有組織廢氣執行標準限值，甚至遠低于標準限值，達到了較好的處理效果。

4 結論

綜上所述，采用氣旋吸收與濕式靜電耦合主體工藝能有效凈化塑膠發泡廢氣，處理后廢氣可穩定排放，其中顆粒物、非甲烷總烴、一氧化碳、氮氧化物和二氧化硫的去除效率分別達到了93.20%、91.34%、90.00%、84.24%、87.07%，均符合相應的標準排放限值要求，符合《深圳生態環境保護“十四五”規劃和“深圳藍”可持續行動計劃》指出的加強工業污染治理及加強治理技術研發的戰略，值得在塑膠行業進行推廣。