以活性炭为载体分散吸附并集中再生处置有机废气的设想

段丰

摘要：指出了随着现代工业的发展，工业园区如雨后春笋般的兴起，逐渐成为产业发展的主流。部分园区内多数中小企业排放的有机废气因其排放量小、排放浓度低等特点而首选活性炭吸附技术。但活性炭的吸附饱和特性，注定企业需要时常更换活性炭以及处置废活性炭，蛤企业造成了很大负担。从当前工业园区存在的这种现象入手进行了分析，并提出了相应的解决对策，以期促进园区与环境的和谐发展。

关键词：工业园区;有机废气;活性炭吸附;活性炭再生;集中再生治理

中图分类号：X701文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2019）14-0094-02

1引言

当前，国内大多数地区已经建立了集中化工业园区，基本实现了对入园企业统一管理和污染物集中收集、处理并达标排放，但对于园内分布较多的中小型企业实施起来难度也较大。多数企业VOCs废气是以低浓度、大风量的形式排放，为了降低治理费用，通常使用活性炭吸附工艺。但活性炭并没有实现污染物的彻底降解及消除，而是将污染物转移富集。此外，活性炭具有吸附饱和的特性，应用于污染治理一定时间后，失去吸附活性，作为高度富集污染物的载体，再次形成固（危）废，需再生处理后才能循环再使用;否则，必须交给具有资质的固废、危废公司，按规范处置。

2活性炭吸附工艺

2.1活性炭吸附原理及适用范围

废气处理工艺中的常用活性炭为颗粒状、蜂窝状或纤维状。作为吸附分离操作的常用吸附剂，活性炭具有如下特点：选择性强、比表面积较大、孔径范围广、表面富含多种官能团、性能稳定以及可以再生等。其吸附方式主要通过2种途径：一是活性炭与气体分子间的范德华力，当气体分子经过活性炭表面，范德华力起主导作用时，气体分子先被吸附至活性炭外表面，小于活性炭孔径的分子经内部扩散转移至内表面，而达到吸附的效果，此为物理吸附;二是吸附质与吸附剂表面原子间的化学键合成，此为化学吸附。

活性炭吸附法主要应用领域包括：汽车配件生产、塑料加工、印刷行业、实验室排风、化工厂、医药生产厂、涂装车间、食品及家具生产等行业废气净化。

2.2活性炭吸附工艺进气要求及吸附效率影响因素

对于待处理的有机废气一般要满足以下要求：①污染物浓度。除溶剂和油气储运销装置的有机废气吸附回收外，进入吸附装置的有机废气中有机物的浓度应低于其爆炸极限下限的25%。当废气中有机物的浓度高于其爆炸极限下限的25%时，应使其降低到其爆炸极限下限的25%后方可进行吸附净化。②废气成分。含苯乙烯、乙烯、丙烯酸等聚合类成分的工况不建议使用活性炭，易堵塞;含有不稳定酮类的废气不建议使用活性炭，因为会发生氧化反应，易燃;乙酸乙酯、乙酸丙酯等易发生水解反应形成有机酸，不建议使用活性炭;含有高沸点物质的废气质再生困难，在活性炭上聚集，不建议使用活性炭。③气体温度。进入吸附装置的废气温度应低于40℃，如高于40℃的废气需降温处理，冷却后进入吸附箱。④颗粒物浓度。当废气中颗粒物含量超过1mg/m³时，应先对废气中颗粒物进行预处理。

在实际应用中，污染废气温度、相对湿度、废气成份和浓度、吸附剂的质量以及吸附装置设计的停留时间、过滤风速、床层厚度等都有可能影响到活性炭吸附效率和使用寿命，具体设计工艺参数可以参照国家环保部发布的指导性文件一《吸附法工业有机废气治理工程技术规范》（HJ2026-2013）。

3活性炭再生工艺

3.1活性炭再生原理

活性炭吸附使用到一定时间后，内部空隙逐渐被吸附物质堵塞，吸附能力开始下降直至丧失，此时活性炭已经饱和，无法继续使用。从循环经济和节能减排方面考虑，活性炭的再生具有重要意义。一般采取以下办法破坏其吸附平衡的状态：改变吸附质的化学性质;用对吸附质亲和力强的溶剂萃取;用对活性炭亲和力比吸附质大的物质把吸附质置换出来，然后再使置换物质脱附;使吸附物分解或氧化;降低溶剂中溶质浓度或压力;用外部加热、升高温度来改变平衡条件等，以实现活性炭的再生。

3.2活性炭再生方法

在选择活性炭再生方法时，需要考虑饱和活性炭吸附质性质、能源方式、再生周期、二次污染物、效果、场地条件及是否操作简便等因素。目前工业上常用的再生方法有：热再生法、微波辐射再生法、生物再生法、电化学再生法、湿式氧化再生法、光催化再生法、化学药剂再生法、超聲波再生法以及超临界流体再生法等。

4饱和活性炭集中再生技术

对于中小型企业VOCs排放浓度低的废气，溶剂没有回收价值，采用活性炭吸附是一种低成本的治理技术，因而被广泛采用。在活性炭吸附饱和后需要更换活性炭，且吸附后活性炭是作为危废管理的。更换活性炭的费用和危废处理的费用给企业造成很大的负担。如果园区内或者一定区域内活性炭的使用量较大，应建立统一的活性炭再生处置中心，再生后的活性炭可以循环使用，大大降低了企业治理设施的运营成本。

4.1集中再生处置运行模式

多数园区同一类型生产企业相对集中，如有的园区以印刷企业（印刷废气）集中为主、有的园区以家具生产企业为主（喷漆废气）、有的园区以化工企业为主等，拟以每个工业园区为主体，以废气排放种类一样或种类相近的企业共建一套活性炭集中式再生处置系统，设计加工可移动的标准化的活性炭吸附设备（可以单台处理风量10000m³/h为标准），根据企业污染源排气量大小和污染源的点数进行组合风量，分别租赁给各个人园企业，每套组合后活性炭吸附设备末端安装在线检测系统实时联网到活性炭集中再生处置中心，再根据联网信息对即将饱和的活性炭设备进行更换，把更换下来的饱和活性炭吸附设备进出口两端封闭后（防止运输移动过程中活性炭中的吸附物逃逸到环境中），带人活性炭再生中心集中处置后循环使用，对于多次循环已无再利用可能的废活性炭统一转运至有资质的单位处置。

对于企业较大且污染源较多或一定区域内活性炭的使用量较大的企业也可以采用类似方法，在本厂区或区域内只需建设一个再生处置系统，进行分散收集实现集中处置。

该运行模式既能保证活性炭的有效利用，而且因处置相对集中又便于监管，再者污染企业付了租金就不会考虑降低环保运行成本而偷排，而集中处置中心可以从活性炭设备租赁、活性炭再生处置或通过负责这类企业废气治理设施管理和运行维护工作获取利润，同时集中处置中心的整个运行操作处于监控之中，可以从根本上实现本区域有机废气的有效减量处置，实现环保效益和经济效益的双赢效果。

目前该模式在VOCs排放集中的区域/城市/工业园区中得到了各地管理部门的极大重视，目前已在山东、河北和江苏等省地建立了活性炭集中再生基地，每个再生基地的活性炭年再生量都达到几万吨，很好地解决了分散吸附后活性炭的循环利用问题，被认为是工业园区（如化工园区、制药园区、纺织印染园区）等中小企业集中区域VOCs治理的一个可行的低成本的解决办法。

4.2重点解决对策

（1）政府部门参与。前期，园区环保部门应开展规划环评和审批，实行严格的项目准入制度及淘汰整治无望项目，从源头控制污染物排放。对于集中再生处置中心监控的监测数据将与环保部门实时联网，同时政府部门定期和不定期通过现场巡查、抽查、召集例会、参与工作会等形式对企业的治理设施运营情况进行监管，并委托权威监测机构对主要环境污染物排放情况进行定期抽检。集中再生处置运行模式需要政府部门的统一協调管理，必要时可引人类似PPP模式。

（2）企业配合。企业必须做到严格遵守国家法律法规组织日常生产，将环保制度公布上墙，做好环保设施的运行记录、台帐记录及日常管理与维护，对于设施异常情况及时上报集中再生处置中心及环保部门，同时企业认真配合集中再生处置中心人员更换活性炭和设施管理工作，以及环保部门的检查和监测。

（3）科技力量支撑。实施对末端废气治理设施运行状况监控，如对设施前后排放口污染物浓度、预处理和活性炭设备压差、温度等进行实时监控联网，杜绝企业擅自停运、不正常使用设施的现象，可明显改善园区环境空气质量。开展激光扫描、无人机侦查、高空摄像、红外气体成像等智能化装备辅助监管，全面分析园区废气影响程度、变化趋势，及时预防和查处环境违法行为。

5结语

当前全国各地全面开展挥发性有机物污染防治，本文通过提出对园区内中小企业或区域内活性炭的使用量较大企业，分散收集活性炭实现集中再生处置可以循环使用的设想，以期为推动工业企业绿色发展，提供理论和实践借鉴。