关于活性炭吸附法处理有机废气的实际应用探究

苏 新

（安徽皖欣环境工程有限公司，安徽 合肥 230601）

改革开放以来，我国重点发展工业生产，这为社会经济的增长提供了主要发展动力。但在持续推进工业化的过程中，逐渐出现了一些亟待解决的环境问题，如不加以处理，将会对整体生态环境造成严重影响，其中，最明显的问题是在工业生产过程中有机废气的排放问题。这种有害气体不仅会对大气环境造成污染，同时也对人们的身体健康造成了威胁。因此，本文将结合有机废气在治理过程中使用活性炭吸附的基本原理进行阐述，进而研究相关处理技术的应用，以此为工业化进程的可持续发展奠定良好基础。

1 活性炭吸附简述

在工业化生产过程中，大多数的工厂都处于机械生产状态，因此，在这过程中产生的有机废气可使用活性炭吸附技术进行处理，一般情况下会使用柱状活性炭进行净化。而柱状活性炭主要是由木炭与无烟煤制成，在经过相对较为复杂的脱水、碳化、干燥以及碳化物活化过程后，形成能够净化有机废气的活性炭。但同时，也要对活性炭的基础质量指标进行检验，以保障在后续处理有机废气的过程中确保净化质量。因此，对于活性炭的质量指标主要是考察活性炭的孔容积、比表面积、填充密度以及四氯化碳吸附值、pH值、强度等。

在实际处理工业有机废气过程中，经常使用的活性炭大多数会呈现出颗粒状或蜂窝状，这是由于活性炭的基本属性是有孔隙的多孔结构，且自身的表面积相对较大[1]决定的。因此，在应用活性炭进行废气处理时，有机废气在经过活性炭的较大表面积后，能够实现充分接触，进而在活性炭孔隙拦截的作用下，将废气中的污染物质进行阻截，最终实现对排放的气体进行高效净化。在实际应用中，该技术存在着两种不同的吸附过程，分别为化学吸附与物理吸附。其中，化学吸附主要是通过活性炭表面的吸附剂与有机废气中的物质分子之间产生的强烈化学反应，进而产生放热过程，由此完成有机废气的处理。而物理吸附方式则是通过活性炭表面的吸附因子与有机废气之间产生的，即被吸附分子形成物理状态下的静电摩擦力，或者是由范德华引力所引起的摩擦吸附状态，从而在这一放热过程当中达到不可逆的吸附效果。

2 有机废气的处理

2.1 有机废气的来源与危害

有机废气主要是指在工业生产过程中排放的可挥发的有机化合物，其处于20 ℃左右，压力值为101.3 kPa，蒸汽压能够达到0.1 mmHg/13.3 Pa，且大多数有机废气的沸点都在260 ℃以下。而常见的在工业生产中产生的有机废气以醇类、烃类、酮类、胺类为主。且大多数是在印刷、喷漆或是化工、石化等生产过程中，由各种有机溶剂的挥发产生的有机废气。现阶段，我国的石油化工、制药、汽车以及包装、印刷等行业排放有机废气的数量相对较多[2]。有机废气不仅会对空气造成污染，同时，对人们的身体健康也会造成威胁。由于在大多数有机废气中存在着各种刺激性的污染物质，因此，往往会造成人体中枢神经系统受到刺激，或是对人体皮肤表面黏膜产生影响。此外，大多数的有机废气都会表现出不同程度的毒性与刺激性，或是特殊气味等，甚至会导致癌症病发，或引发人体不适造成各种疾病，由此降低人体的免疫力。

2.2 有机废气的治理

现阶段，据不完全统计，我国工业在生产过程中，每年排放的有机废气含量高达300万t。其中，在我国多个城市当中，均出现空气质量不达标的严重污染现象，这样的大气污染城市在全国高达70%左右，距离《打赢蓝天保卫战三年行动计划》遥遥无期。因此，为了有效改善如此严峻的大气生态环境，治理有机废气刻不容缓，所以，我国的生态环境保护部门非常注重这一问题，开展了有力的治理工作。基于对有机废气排放处理工作实施的各项方案、计划，包括“十三五”有机废气污染防治工作方案以及重点工业行业治理有机废气排放方案等，更是在《打赢蓝天保卫战三年行动计划》中规定了实施大气治理工作的坚定决心。因此，除了从工业生产源头对有机废气的排放量进行削减，也要在排放过程以及末端进行有效处理。而应用活性炭吸附方法，则是在整体控制有机废气排放过程中的末端治理技术，由此从收集有机废气开始，到处理以及运行等各个环节，都要有效控制有机废气的排放量与污染物含量。我国常见的工业有机废气的处理方法如表1所示。

表1 工业废气常见的处理方式

3 应用活性炭吸附处理有机废气的影响因素

3.1 吸附条件

在应用活性炭对有机废气进行吸附处理时，需要注意各种影响吸附效果的因素，且要对这些因素要进行有效控制，避免对吸附效果造成影响。其中，最为主要的就是控制操作条件，如控制有机废气被吸附处理时的温度、压力以及相对气流所产生的实际速度等。而活性炭物理吸附法适用于低温有机废气的处理，其最佳的吸附条件则是在不断增加大气压力的情况下，促使活性炭与有机废气之间能够形成良好的吸附压力差值[3]。但若有机废气的相对气流速度过大时，则难以促使活性炭与有机废气的气体分子进行良好接触，从而会导致物理吸附的吸附率相对较低。

3.2 吸附剂的性质

活性炭吸附剂的比表面积越大，就会产生越强的吸附效果。在实际应用中，要鉴定活性炭吸附剂的临界值，则需要对其能够吸附的最大分子直径进行分析计算，如若大于此数值，则表示废气中的污染物质在过高的临界直径下，无法被活性炭有效吸收。目前，结合我国活性炭生产的标准文件中的相关规定，四氯化碳吸附值需要大于50%，比表面积每克约大于750 m²，pH值在8～10之间，填充密度大约为0.45～0.6 g/ cm³，这是活性炭吸附有机废气的标准能力值，在实际应用中，使用的任何一种活性炭物质其吸附效果都不能低于四氯化碳的吸附值。

4 活性炭吸附有机废气的问题研究

4.1 活性炭吸附有机废气应用的设备

（1）结合工业生产中有机废气的排放形式，对有机废气进行吸附处理时，需用到的活性炭设备主要包括流化床、固定床等不同形式。首先，对于流化床，这种活性炭吸附装置主要呈现为塔式结构，在装置内设置若干层筛板，并保障筛板上的吸附剂始终呈现出沸腾状态，才能对有机废气进行吸附处理。而流化床吸附设备，其主要特点是在达到充分接触的气固两相状态下，能够形成快速吸附效果且处理容量相对较大，该方式适用于大流量的连续性有机废气的排放治理。但由于流化床本身的吸附装置设备较为复杂，因此，在吸附过程中，吸附剂产生的损耗相对较大。

（2）对于活性炭固定床吸附设备，可分为两种不同的形式，包括立式与卧式的吸附装置。在该装置中，可以装载单层、双层或者多层的吸附层，并且会应用1 m左右厚度的固定床层，大多数是应用到废气浓度相对较高的情况下，以此进行净化处理。而其他形式的固定床，床层厚度大约为0.5 m左右，多应用到有机废气浓度相对较低的净化工作中。其中，活性炭固定床吸附装置的空塔气速大约为0.6 m/s，若空塔气速相对较小，则无法形成高速的吸附处理效果，若气速过大，则会在吸附有机废气的过程中造成较大阻力进而产生损失现象，同时，也会对吸附层所产生的气流分布状态造成影响，降低吸附效率。固定床是采取间歇操作方式，会应用到双塔连续生产装置，因此，能够产生较好的再生效果[4]。相比于流化床吸附装置，固定床的吸附设备应用到的吸附剂颗粒度较大，且空塔气速相对较小，具有相对较好的吸附效果。

（3）大多数工业有机废气的活性炭吸附处理技术的流程如图1所示。

图1 活性炭吸附处理流程图

4.2 活性炭吸附设备的应用设计

（1）由于活性炭吸附法能够适用于大多数的工业有机废气，能针对有机废气当中不同的成分进行吸附处理。因此，在完整的活性炭吸附有机废气处理过程中，从收集废气开始到预处理、到吸附系统、再到控制系统以及完成废气中的副产物处理，最后到风气排气管道，集中整合在统一装置中。而在这程序当中，最重要的则是废气收集与预处理等吸附装置的应用设计。

（2）收集废气的系统装置需要安装在工业生产区当中，其能将在工业生产过程中产生的挥发性有机废气污染物进行高效收集。在设备当中，构建了上送下抽式的净化系统，保障地面风速控制在0.3 m/s左右，以能够形成较好的收集效果。若采用的是立式净化废气收集系统，则需要将风速控制在0.7 m/ s左右。其中，在整体活性炭吸附设备当中的预处理系统以及操作环节，主要是对有机废气中的气雾进行去除，以此保障有机废气在进入到吸附装置后所形成的气雾浓度低于5 mg/m³。同时，在该系统中，同样需要配备配套的气体温度、浓度的调节设备，以满足活性炭吸附操作流程的具体要求。在这些环节中，当废气进入到吸附床时，需要将其温度维持在40 ℃左右，而此时的有机废气浓度同样需要低于最低易爆炸成分含量的25%左右。

（3）活性炭吸附处理有机废气的整体过程其核心所在就是吸附装置，这对于有机废气的净化处理效果具有直接关系。首先，活性炭吸附装置设有均匀分布的气流装置，并选用合适参数，如：孔隙率、表面积以及四氯化碳吸附值等强度参数，保证活性炭具有相对较好的吸附效果，同时确保其能够有效吸附苯系物以及非甲烷总烃。其次，活性炭吸附器进出口的风管上设置压差计，当压差值（一般设定值800 Pa）大于设定值时，会立即发出报警信号，此时应立即更换活性炭。且一般活性炭吸附装置的最佳净化效率能够达到80%以上。最后，副产物处置环节则主要是对吸附过程中有机废气产生的其他附带污染物进行处理，避免在整体吸附装置中会残存大量的废弃物，进而影响到后续的吸附处理效果，同时也需要定时更换吸附后的活性炭。

5 结语

现阶段，在工业生产造成有机废气大量排放的情况下，应用活性炭吸附处理方式能够在一定程度上解决废气排放污染物超标的问题，但在实际应用过程中，也会相应存在一定问题，所以，需要考虑活性炭性吸附装置的最初设计以及影响处理效果的各种因素，并在细致、综合的分析下，使有机废气达到更良好的处理效果。