纺织印染厂定型机有机废气处理工艺的改造研究

2022-06-09盛勇徐子义

环境保护与循环经济 2022年3期

盛勇徐子义

（1. 常州常大创业环保科技有限公司，江苏常州 213161；2. 苏州瑞赛泽环境设计工程有限公司，江苏苏州 215000）

1 引言

当前我国化纤、纱、布、呢绒、丝织品、服装等主要纺织品产量位居世界第一位。在纺织印染过程中需要用到各种硫化染料和活性染料，产生的污染较大，如果无组织地排放会对环境造成非常大的污染［1］。印染行业定型机排放的有机废气主要包括颗粒物、油烟、甲醛、苯、二甲苯等物质，对于挥发性有机物（VOCs）的治理技术主要有水喷淋处理技术、静电处理技术、水喷淋技术＋静电处理技术、低温等离子体技术、光氧化法、一次性活性炭吸附技术。从纺织企业对定型机有机废气的治理实践来看，普遍存在着有机废气治理技术及设备运行稳定性不高，处理技术净化效率较低，尾气排放不达标等问题，企业环保问题比较严重，必须进行改进优化［2］。本文以江苏某纺织印染厂为案例，在其定型机VOCs 原有处理工艺及系统的基础上，对其进行了改造工艺系统的研究。

2 原有定型机VOCs 处理工艺分析

江苏某纺织印染厂为门幅2.2 m/10 箱型定型机，额定废气量为10 000 Nm3/h。该定型机定型工作过程中，主要产生油、颗粒物结合态的有机废气，必须进行治理后才能进行排放。

2.1 原有定型机VOCs 处理工艺流程

VOCs 原有定型机处理工艺流程如图1 所示。高达170～180 ℃的VOCs 先经定型废气换热器后，进入湿式静电系统进行处理，VOCs 得以降温，同时水雾将其中的部分油雾、烟尘、废气进行去除；水雾经湿式静电装置再次吸附含有的细颗粒物、有机废气等后流入油水分离池装置；VOCs 上升进入高压电源进行处理，被吸附的油污经导流板流入油水分离池；最后30～45 ℃的VOCs 从吸收塔顶部经主风机通过烟囱排出。在油水分离池净化后的水通过循环泵提升再次用于清洗＋喷淋，废油污进行回收利用［3］。

图1 VOCs 原有定型机处理工艺流程示意

2.2 原有定型机VOCs 处理系统设备

原有定型机VOCs 处理系统设备主要包括定型机废气换热器、水清洗＋喷淋系统、湿式静电装置、高压电源装置、主风机、循环泵、集气罩及烟道系统。

2.3 原有定型机VOCs 处理系统分析

2.3.1 定型机废气换热器

该企业定型机共有5 个单元10 个反应室进行工作，每个单元安设有1 台风机对产生的废气进行排放，流量为2 000 Nm3/h，5 个单元共排放VOCs 废气10 000 Nm3/h。经风机排放的VOCs 废气温度高达170～180 ℃，通过定型废气换热器回收热能。其工作原理为：当定型废气换热器中的热管被温度较高的废气加热时，使水箱水升温，正常水温在20 ℃，加热的水温可达到50～80 ℃，组合式热管要将新鲜空气加热至130 ℃左右的热风后流入定型机，对废气热能进行回收利用［4］。

2.3.2 湿式静电装置系统

废气经定型废气换热器后温度从170～180 ℃降低至75 ℃，从底部进入湿式静电装置系统。该湿式静电装置系统主要由湿式静电装置、油水分离池、循环泵三大部分组成。湿式静电装置下部采用双筒体结构设置，安装有喷淋装置和不锈钢丝网填料，中部设置有梯形栅板，上部有高压电源装置。经高压静电进行分离后的油污经导流板从塔壁间隙流入装置底部；通过循环泵将油水分离池净化后的下层循环水进行循环利用于清洗＋喷淋，用循环水清洗高压电源的阳极筒壁，用循环水喷淋填料层对废气进行冷却吸收；对油水分离池净化后的上层废油污进行回收利用，经湿式静电装置系统处理后的废气温度为30～45 ℃［5］。

2.3.3 主风机

在定型机废气排放系统当中存在阻力作用，烟道系统、定型废气换热器、湿式静电装置、活性炭装置吸附的阻力分别为350～550，250，1 250，600～1 300 Pa，根据这一情况，设定的废气排放主风机全风压在3 200～3 900 Pa。

3 原有定型机VOCs 处理工艺存在的问题

该企业正常运转时定型机VOCs 经处理后的废气前期基本上能达到排放标准，但是当企业超负荷运转时，废气经环境检测超过排放标准。同时有多起投诉企业排放废气有“臭味”的环境案例发生，经检测分析“臭味”气体为醛酮类和杂环芳香族物质，为企业印染定型生产中添加的有机助剂产生，现有定型机VOCs 处理工艺无法对其进行处理消除。针对以上问题，必须对该企业原有定型机VOCs 处理工艺及系统进行改造设计。

4 对定型机VOCs 处理工艺及系统的改造

针对企业原定型机VOCs 废气排放不达标的环境问题，对原定型机VOCs 废气处理工艺及系统进行了改造，增设活性炭装置和催化氧化装置，提高对VOCs 的处理效果。

4.1 吸附再生及催化氧化组合工艺

在原定型机VOCs 废气处理工艺的主风机出口位置增设活性炭装置和催化氧化装置，如图2 所示。

图2 增设的活性炭装置和催化氧化装置示意

从图2 可知，增设的1 号活性炭装置和2 号活性炭装置互为备用，当其中一套装置吸附饱和后，随即将废气通道切换到另一套装置中进行吸附，经活性炭装置吸附后的废气经烟囱进行排放。活性炭装置吸附饱和后采用热空气再生方法进入活性炭再生过程，脱附的废气有机物再次进入催化氧化装置分解成水和二氧化碳，处理后的废气温度高达350～380 ℃，将其引至定型废气换热器回收余热。

系统新增的主要设备有活性炭装置、再生风机、催化氧化装置、再生换热器。活性炭装置中活性炭的填装高度为600 mm，再生风机风流量为1 200～2 000 Nm3/h，催化氧化装置催化剂填量为70～100 L，再生换热器采用碳钢材质，新鲜风机流量为1 900～2 200 Nm3/h，废气流量约为12 000 Nm3/h。

4.2 活性炭吸附再生

有研究表明，活性炭对于纺织印染定型有机废气具有较好的物理吸附效果，同时也是当前工业生产中有机废气治理应用的较多方法之一。活性炭用于有机废气的吸附是可逆的，具有再生功能。当被活性炭吸附的分子遇到加热及其他条件时，会基于热运动再次脱离固体外表，这个过程被称为脱附过程。当活性炭进行吸附作业时，其活性炭固体颗粒表面上被吸附的有机废气逐渐增多，同时也有一定的脱附过程，两者相互转化，当活性炭对有机废气的吸附量与脱附量基本一致时，即达到饱和状态。有学者研究了活性炭床层有机废气流速与压降的关系情况［6］，如图3 所示。

图3 活性炭床层VOCs废气流速与压降的关系

结合图3 研究数据，确定该企业定型机VOCs废气处理系统新增设的活性炭装置的工作参数如下：活性炭装置吸附温度确定为45～65 ℃，废气通入流速为0.35～0.45 m/s，活性炭装填高度为600 mm。在设备运行情况下，活性炭对定型有机废气的饱和吸附容量在0.12～0.25 g/g。当活性炭装置吸附饱和后，采用热空气进行脱附，活性炭装置脱附参数设置如下：脱附温度为105～115 ℃（温度过高活性炭易氧化），脱附空气流速为0.115 m/s，脱附时间为45 min。

4.3 催化氧化装置

该企业定型机有机废气中主要含有二甲苯、苯、甲苯等污染物，经活性炭吸附脱附的浓缩有机废气量为1 100～2 000 Nm3/h，催化氧化装置采用的催化剂起燃温度低于320 ℃。因此，确定催化氧化装置的工作参数为：催化剂装填量为70～100 L，工作温度为330～380 ℃，空速不大于30 000 h－1。

4.4 改造后的效果分析

对原定型机VOCs 废气处理工艺及系统采用吸附再生及催化氧化组合工艺进行改造后，投入实践应用当中，对改造前后的废气处理情况进行检测对比分析，其对比检测结果见表1。

表1 定型机VOCs 废气处理工艺改造前后的对比检测结果

从表1 数据可知，改造后的定型机有机废气净化技术工艺效果有了明显提高，改造后颗粒物的去除率从改造前的80%左右提高到90%左右，改造后VOCs 的去除率从改造前的82%左右提高到95%左右。有效解决了当企业定型机超负荷运转时VOCs排放超标的问题，同时废气中的醛酮类和杂环芳香族有机物质也被净化，排放气体中无“臭味”产生。