活性炭吸附工艺在工业有机废气治理中的应用

活性炭吸附工艺在工业有机废气治理中的应用

何晶晶

天元康宇（天津）环保科技股份有限公司天津300000

摘要：近年来，随着我国工业企业的发展，环保问题也日益突出。上世纪的环保治理焦点比较着重于污水排放，但随着大气环境污染日益加剧，雾霾等现象已严重影响人们的日常生活，工业废气乱排放问题逐渐受到重视，大气污染治理任务亦更加艰巨。为此，文章围绕活性炭吸附工艺在工业有机废气治理中的应用方面进行分析，具有重要的现实意义。

关键词：活性炭吸附；有机废气

引言：工业企业的发展，导致废气大量排放，直接影响人们的日常生活，本文主要阐述了活性炭吸附工艺在有机废气治理中的应用，一方面希望缓解废气污染，另一方面也希望能够给相关人士提供参考依据。

一、有机废气的危害

工业生产中会产生各种有机废气，主要包括各种烃类、醇类、醛类、酮类和胺类等。这些废气的来源十分广泛，其中一些化学行业石化、有机合成反应设备排气、印刷行业印墨中有机溶剂，机械行业机械喷漆，金属制品产生的气味，，汽车行业汽车的喷漆、干燥炉铸件生产设备排气，五金、家私厂喷涂设备排气等。有机的废气对人体的危害是多方面的,不同行业的有机物废气的毒性也是各不相同的，其中工业废气中10种常见有机的废气对人体的危害主要表现为：苯类的有机物多损害人的中枢神经,会造成神经系统的障碍，当苯蒸气的浓度过高时(空气中含量达2%)，可以引起致死性急性的中毒。多环芳烃的有机物有强烈的致癌性。苯酸类的有机物能使细胞的蛋白质发生变形或凝固,致使全身中毒。发生腈类的有机物中毒时，可引起呼吸困难、严重窒息、甚至意识的丧失直至死亡。有机物的硝基苯影响神经系统、血相和肝、脾器官功能,皮肤的大面积吸收可以致人死亡。芳香胺类的有机物致癌，二苯胺、联苯胺等进入人体可以造成缺氧的症状。有机的氮化合物可致癌。有机磷的化合物降低血液中胆碱脂酶的活性，使神经系统发生功能的障碍。有机硫化合物中,低浓度的硫醇可引起不适,高浓度的可致人死亡。含氧有机的化合物中，吸入高浓度的环氧乙烷可致人死亡；丙烯醛对粘膜有强烈的刺激性；戊醇可以起头痛、呕吐、腹泻等。

二、活性炭吸附工艺原理及适用范围

活性炭是经过活化处理后的碳，其具备比表面积大，孔隙多的特点，使其具有较强吸附能力。颗粒碳比表面积一般可达700～1200m2/g，其孔径大小范围在1.5nm～5μm之间。其吸附方式主要通过两种途径: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，从而达到吸附的效果，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。活性炭吸附一般适用于大风量、低浓度、低湿度、低含尘的有机废气。一般活性炭层的厚度越厚，其去除效率也会越高，但实际应用中，为提高设备的经济性，通常要考虑碳层厚度不能无限制的加厚，因此对于活性炭层厚度的选择，需要根据去除效率要求和碳本身的吸附速率，进行有效设计计算

三、具有代表性的活性炭吸附的组合工艺

（一）旋流板塔+UV光解+活性炭吸附工艺

此工艺多用于处理低浓度有机废气，在烘干固化炉产生的有机废气中应用较多。其主要工艺流程为：废气在引风机的作用下，通过管道输送，以切线从底部进入旋流板洗涤净化塔，在离心力的作用下，呈螺线形气旋上升，达到旋流板时，由于受数量足够多的倾角为25°的旋流叶片的切割作用，产生更大的离心力，与从上向下喷成雾状的循环液滴接触，气液得到充分的混合，气体中剩余的油雾颗粒物被循环液吸收，随水流进入循环水池。经旋流板洗涤净化塔后的气体进入UV光解净化器。该设备以二氧化钛作为催化剂，与紫外线、空气接触反应产生臭氧，利用臭氧对有机物进行氧化分解；同时大分子有机物在紫外线作用下转化为小分子化合物或者发生反应，生成水和二氧化碳，污染物得到去除。因UV光解净化效率相对较低，为了保证废气能稳定达标排放，在其后增加活性炭吸附器作为最终的把关处理，保证油雾颗粒物和总VOCs等长期稳定达标，最终净化气体。因经前处理后，废气中VOCs的浓度已很低，且颗粒活性炭在吸附有机物的同时吸附等离子体，被吸附的有机物在活性炭纤维的孔隙内被等离子体分解，一定程度上延长了活性炭吸附饱和的时间和使用寿命。为保证处理效果，喷淋水循环使用一段时间后须更换，废水中含有污染物质，需配套污水处理设备进行处理。该工艺优点是操作简单，易于管理，投资造价较低。缺点是活性炭更换次数较频繁，运行费用较高[1]。

（二）水喷淋+干式过滤器+活性炭吸附+催化燃烧

此工艺多用于喷漆、烘漆VOCs废气，主要污染物为苯、甲苯与二甲苯、总VOCs。含有机物的废气经风机的作用，首先经过水喷淋将大部分漆雾去除后进入干式过滤器，干式过滤器一方面可以去除气体中的水分，另一方面可以进一步拦截部分颗粒物，保护后续活性炭处理设施。预处理后的气体进入活性炭吸附箱，通过吸附作用，有机物质被截留在其内部，处理达标的气体经烟囱高空排放。运行一段时间后，活性炭达到饱和状态，吸附作用失效，此时有机物已被浓缩在活性炭内。按照PLC自动控制程序，催化氧化设备自动升温将热空气通过风机送入活性炭床使碳层升温将有机物从活性炭中“蒸”出，脱附出来的废气属于高浓度、小风量、高温度的有机废气。该部分气体进入催化燃烧室，在催化剂作用下燃烧后彻底净化，完成脱附过程。再通过热交换器将净化后的气体降温，最后经风机引高空排放。为了保证处理流程的连续性，该工艺中活性炭箱一般采用一用一备，当其中一个炭箱处于脱附状态时，另外一个处于吸附状态，通过控制程序自动切换，交替使用。值得注意的是，脱附过程中要严格按照操作规范进行，注意控制燃烧温度，避免因操作不当导致火灾或爆炸事故。由于某些物质，如氯离子，对脱附所用催化剂具有毒害作用，会造成催化剂“中毒”而失去催化作用，因此活性炭吸附+催化燃烧工艺不适用于处理含氯离子等对催化剂有毒害作用成分的气体。该工艺特点为：第一，有机废气具有起燃温度低的特点，因此不需要大量的能耗。而且当催化燃烧达到一定的起燃温度后，依靠自身热量便可以满足要求，不再需要外界提供热源；第二，应用的范围比较广泛，对多种成分的废气都具有良好的处理效果；第三，处理效率与其他工艺相比较高，净化效率可以达到95%甚至以上，而且最终产物为二氧化碳和水，没有二次污染物产生；且由于燃烧温度低,能大量减少NOX的生成,因此也大大减少了二次污染；第四，活性炭可重复使用，延长换炭周期，即减少危险废物的产生量，对改善大气环境具有重要意义；第五，自动化程度高，操作简单方便，运行安全稳定，有效减少了污染物对环境的影响。第六，缺点是投资较大，对操作人员素质要求较高[2]。

结论：

简而言之，活性炭吸附工艺是一种传统的治理工艺，其因为投资小、处理效果稳定而被广泛应用。在使用过程当中需要注意的是废旧活性炭属于危险固体废物，应交由有资质的第三方公司回收处理。

参考文献：

[1]依成武，刘洋，马丽，欧红香，金婷玲《有机废气的危害及治理技术》，安徽农业科学，2017.

[2]李守信．挥发性有机物污染控制工程，第1版，化学工业出版社，2017，29－53．

[3]周兴求．环保设备设计手册，第1版，化学工业出版社，2014，392－421．