活性炭-浮石“强强联合”除废气

刁睿稼

报纸、书籍等各类印刷品的生产都离不开印刷业，其印刷过程产生的废气中一般含有乙酸乙酯、胶水、油墨、正丙酯和丁酮等挥发性有机污染物，在化工业有机废气中所占比例不容小觑。

吸附/脱附与催化氧化法联用是处理印刷行业有机废气的有效方法，蜂窝活性炭、沸石、有机树脂、浮石等都是吸附有机废气的优良材料。在升高吸附材料温度的情况下，被吸附的废气又被释放，即脱附。脱附的废气在催化剂的作用下，于280℃ ～320℃ 引入催化燃烧装置燃烧，被分解为二氧化碳和水。而燃烧及加温所产生的热量又被用于吸附材料的脱附再生，使吸附的废气不断地被脱附，之后达标排放。

在温感智能控制器（PLC）的控制下，在设定的温度下，启、闭催化燃烧装置和对应的进、出气阀门，往复循环中实现印刷废气的达标排放。具体工艺流程见图1。

实际应用中，蜂窝活性炭和沸石转轮都是被采用得最多的吸附单元，二者均有不足之处：蜂窝活性炭有高温燃烧的风险，脱附温度不能过高，但脱附不彻底会降低其使用寿命;沸石转轮处理效果稳定，使用寿命长但成本较高，且对过滤的气体选择性强，相应设备的一次性投资对中小型印刷企业来说较大。

我针对上海某印刷企业原有的活性炭吸附/脱附-催化氧化有机废气处理工艺进行了改进。

为使废气处理效果更加稳定，减少活性炭的使用量，降低处理成本和增强吸附材料的耐用性，经过反复筛选，我选定浮石作为活性炭的替换材料进行废气处理。

一、实验材料

有机废气来自上海市某铝箔彩印公司的印刷机和复合机废气，在1台印刷机和3台复合机正常工作的情况下，平均废气量为36 000m3/h。

原有机废气吸附/脱附材料为蜂窝活性炭，该活性炭10cm见方，其内贯穿1.5mm見方的40×40个吸附微孔，每块蜂窝活性炭吸附面积约为0.964m2。2个活性炭箱各放置6层，每层有400块蜂窝活性炭。

浮石采用2cm～3cm的土耳其浮石，在蜂窝活性炭层的第3层增加1层约10cm厚的浮石。采用2个中间长、宽各为2 000mm见方、上下有4块梯形材料收缩成进、出口的橄榄型碳钢材料碳箱。用铝材方形风管收集废气。用DCO-有机气体催化燃烧装置作为废气燃烧和脱附时的热源，处理脱附风量为2 500m3/h，加热温度为280℃～320℃ 。

二、实验方法

1.选择不同的脱附温度，测试现有蜂窝活性炭在80℃～120℃ 脱附8h后，首次吸附废气后排放口的非甲烷总烃浓度，经对比分析，确定试验脱附温度。

2.每隔2h对经蜂窝活性炭吸附后的排放口废气进行取样测试，记录其非甲烷总烃浓度变化情况。

3.分别在蜂窝活性炭的上、下层空间先后加装第1个和第2个10cm厚的浮石层，在完成8h脱附、启动对废气的吸附时，每隔2h分别测试其废气排放的浓度变化情况。将此结果与蜂窝活性炭的吸附浓度变化进行比较。

4.将单独使用蜂窝活性炭吸附与使用其他组合材料物质进行性价比比较，便于消费者选择。

三、实验结果

1.脱附温度的选择

为了选择合适的脱附温度，添加浮石材料层前选择纯蜂窝活性炭，观察不同温度下的脱附效果变化。在综合平衡可行的条件后，确定实验脱附温度。此时，测试不同脱附温度下，废气经过蜂窝活性炭脱附8h后的非甲烷总烃排放浓度。

选择脱附温度为80℃ 时，浓度为39mg/m3;90℃ 时，浓度为34mg/m3;100℃ 时，浓度为30mg/m3;110℃ 时，浓度为28mg/m3;120℃ 时，浓度为27mg/m3。

实验表明，从80℃ 到120℃ ，蜂窝活性炭经不同温度脱附后，气体中非甲烷总烃浓度由39mg/m3降为27mg/m3。这说明在脱附时间同为8h的情况下，施加的脱附温度越高，蜂窝活性炭脱附越干净，再生的吸附能力就越强。

但考虑温度上升到100℃ 以上所需要的持续加温时间偏长，电能消耗过多，活性炭发生燃烧的风险也增加。因此，选择100℃ 作为后续实验的固定脱附温度，并结合工厂的原有废气排放规律进行实验。

2.活性炭及活性炭-浮石组合材料废气吸附效果比较

先对纯活性炭进行8h脱附，记录其吸附时长0～40h内的吸附排放浓度变化。再在最上层活性炭上面增加1层约10cm厚度的浮石，进行8h脱附。记录组合材料开始吸附废气时0～40h的吸附废气排放浓度变化。

实验结果表明，与纯活性炭相比，增加1层浮石后，起始吸附时废气的排放浓度均为30mg/m3，说明此时浮石对吸附效果没有影响。随着吸附时间的增加，浮石的吸附能力通过较低的废气排放浓度显现出来。

按照上海市非甲烷总烃50mg/m3的达标排放标准，原处理废气在第14小时就应该停止吸附，将活性炭重新进行脱附处理。但增加1层浮石后，废气达标情况可以延续到大约第17小时，达标排放时间延长了3h。

按照上面实验的步骤，打开吸附材料罐，在活性炭的铁篦下方上层空间内再增加1层约10cm厚的浮石。关闭吸附材料罐后，按照增加1层时的程序对复合材料进行脱附。检测记录到的0～40h的吸附后废气排放浓度变化如图2所示。

增加2层浮石后，吸附废气的能力比增加1层浮石的情况有所提高，达标排放时间由14h增加到18h。

从图中可以看出，2种情况对排放浓度的变化影响趋势都一样。在增加2层浮石后，能使经过脱附的废气达标排放时间由18h增至22h。

相对于活性炭来说，浮石材料对有机废气的吸附能力较低，但增加浮石作为辅助吸附材料对印刷废气的吸附能力有明显的提升。增加浮石后，风机的风阻系数明显增加，如何降低成本、减小风阻，降低活性炭高温燃烧的风险，都是今后需要进一步探究的问题。