喷淋工艺处理PVC塑料生产废气

秦文淑，李金成

（1. 广东轻工职业技术学院，广东 广州 510300；2. 深圳市聚源生物化工有限公司，广东 深圳 518049）

技术应用

喷淋工艺处理PVC塑料生产废气

秦文淑1，李金成2

（1. 广东轻工职业技术学院，广东 广州 510300；2. 深圳市聚源生物化工有限公司，广东 深圳 518049）

采用喷淋工艺处理PVC塑料生产废气，将专利的吸收液与改型的喷淋塔相结合，在中试成功的基础上进行了实际工业化应用。应用结果表明：采用该工艺处理某PVC塑料生产企业的生产废气，吸收液在喷淋塔循环液中所占体积分数为15%时，废气中各污染物指标的去除率达85%以上，对于难处理的苯系物也能较好地去除；处理后废气中各污染物指标的含量满足GB 14554—1993《恶臭污染物排放标准》和DB 44/27—2001《大气污染物排放限值》的要求；该工艺装置运行费用较低，仅为电费和少量药剂费用，吸收液可循环使用，设备保养及维护简单，可满足市场需求。

PVC塑料；致癌物；喷淋工艺；废气处理；吸收液

聚氯乙烯（PVC）粉末在加工成PVC塑料制品的过程中，通常会添加增塑剂、稳定剂、抗老化剂等一些有毒辅助材料来增强其耐热性、韧性、延展性等［1-2］。这些有毒的添加剂和助剂在生产过程中渗出并气化到空气中，不仅影响人的生理机能，还大幅增加了致癌率。PVC塑料生产废气和粉尘种类复杂多变，其有害成分主要为邻苯二甲酸二辛酯（DEHP）、邻苯二甲酸二丁酯（DBP）、邻苯二甲酸、己二酸酯、环氧化合物、氯代烃、硬脂酸、β-二酮和氯化氢等。

目前，传统的有机废气处理方法主要有4种：低温等离子体法、静电吸附法、活性炭吸附法和喷淋吸收法［3］。低温等离子体法在处理低含量VOCs方面具有独特作用［4］，对链状烃及其衍生物具有较好的处理效果，但对于环状烃及其衍生物的处理效果不理想，尤其是对芳香族类有机物［5-7］，且设备与运行成本高。静电吸附法对粉尘等颗粒物的去除效果较好，但对高浓度有机废气的处理效果相对较差，且设备与运行成本较高，维护程序复杂［8-9］。活性炭吸附法对有机废气的去除效果较好，但活性炭易达吸附饱和［10-11］，无论是更换还是解吸，成本都较高。喷淋吸收法设备简单，维护方便，运行成本较低，但传统的喷淋吸收法存在两大弊端，一是喷淋设备自身缺陷，导致废气与循环液接触时间太短；二是循环液的吸收效果有限。

对于中小型企业，在废气治理方面的预算有限，面对高额的设备投资及运行成本，这些企业往往显得力不从心。本工作采用喷淋工艺处理PVC塑料生产废气，将专利的吸收液与改型的喷淋塔相结合，取得了较好的处理效果，且设备简单、维护方便、运行费用低，可满足市场需求。

1 试验部分

1.1 喷淋工艺的流程和设备

为了确保处理效果，使废气中的极性和非极性有机成分均被充分吸收，本工艺采用两台自主设计的改型的喷淋塔串联使用。风机安置于两塔之间，以防止其被油性气体污染腐蚀，同时保证抽风效果。通过（聚丙烯）PP管道集中收集的PVC塑料生产废气首先进入1#喷淋塔，在极性吸收液的作用下吸收极性有机分子，进行除油、除烟尘净化处理；处理后的废气经过风机进入2#喷淋塔，在非极性吸收液的作用下吸收非极性有机分子，进行除异味净化处理，最终达标排放。

喷淋塔是药剂喷淋处理工艺中的关键设备。针对PVC塑料生产废气，设计采用PP材质的喷淋塔。喷淋塔内部由隔层隔开［12-13］。圆柱体塔身共分为4层：最底层为循环液槽；向上第2～4层为填料层，每层填充大量PP材质的环保球（多面体空心球），以增大比表面积；第3和第4层亦为喷淋层，每层装有大量的喷头，循环泵将最底层的循环液抽至第3和第4层，由喷头高速向下喷出，向下喷淋出的循环液与向上流动的废气在环保球上充分接触，并发生吸附。喷淋塔顶的部锥体结构中亦填充有大量的环保球，作为除雾层使用。综合考虑处理成本和废气净化效率，废气在塔内的停留时间确定为3～4 s。根据废气量的大小及废气成分的复杂程度，确定喷淋塔的尺寸规格。一般来说，对于2×104～6×104m3/h的废气量，采用内径2.0～3.5 m、高3.5～5.2 m的喷淋塔。

中试时采用内径1.0 m、高3.0 m的两台喷淋塔串联处理风量为6 000 m³/h的广州宏仁企业集团宏信三厂PVC塑料生产废气。中试设备照片见图1，从右至左依次为1#喷淋塔、风机、2#喷淋塔。

图1 中试设备照片

1.2 吸收液的选择

喷淋塔所用吸收液为本课题组调配的专利产品——JYSW-01型极性吸收液和JYSW-02型非极性吸收液。这两种吸收液是采用先进的萃取技术从纯天然玉米中提取糖苷类活性物质，再加入羧酸钠盐类作为表面活性剂制成的。该吸收液可与水以任意比例互溶，在气-液对流界面通过分子间作用力与有机分子迅速发生多种物理化学过程，对芳香族类有机物具有独特的处理能力。

1#喷淋塔循环液中添加JYSW-01型极性吸收液，2#喷淋塔循环液中添加JYSW-02型非极性吸收液。进入循环液中的有机物比水轻，悬浮于循环液的表面。其中：与空气接触部分被氧化并聚集，可以固体形态捞出，用来做植物肥料；另一部分在内部经长时间生化反应被降解。循环液不需更换，并能自动补水，只需定期补加相应吸收液即可。

1.3 分析方法

喷淋工艺装置运行一周后，采用北京检测仪器有限公司生产的CD-2H型恒流大气采样器对1#喷淋塔进气口（处理前）和2#喷淋塔出气口（处理后）的废气进行采样。

采用活性炭吸附—二硫化碳解吸气相色谱法［14］测定苯、甲苯和二甲苯的质量浓度；采用气相色谱法［15］测定总VOCs和非甲烷总烃的质量浓度；采用北京北信未来电子科技中心生产的HJ05-LB-4110型烟尘测试仪测定颗粒物质量浓度；采用三点比较式臭袋法［16］测定臭气浓度。根据测定结果计算各污染物的去除率。

2 结果与讨论

2.1 吸收液添加量的确定

吸收液添加量指JYSW-01或JYSW-02型吸收液在各自喷淋塔循环液中所占的体积分数，二者的添加比例相同。吸收液添加量对污染物去除率的影响见图2，污染物去除率指各污染物指标的平均去除率。由图2可见：当吸收液的添加量不低于5%时，去除率可达60%以上；当吸收液添加量不低于15%时，去除率可达90%以上；继续增加吸收液添加量，去除率增幅趋缓。综合考虑成本及污染物去除率，选择吸收液添加量为15%～20%较适宜。

图2 吸收液添加量对污染物去除率的影响

表1 中试处理效果

2.2 中试处理效果

在吸收液添加量为20%（即JYSW-01和JYSW-02型吸收液分别占各自喷淋塔循环液总体积的20%）的条件下，中试处理效果见表1。其中，臭气浓度执行GB 14554—1993《恶臭污染物排放标准》［17］，其他项目执行广东省地方标准DB 44/27—2001《大气污染物排放限值》［18］第二时段二级限值。由表1可见：废气净化处理效果较好，苯系物的去除率达90%以上，总VOCs的去除率为91.3%，非甲烷总烃的去除率为91.1%，颗粒物的去除率为93.5%，臭气的去除率为91.7%；废气中各污染物指标的去除率均达90%以上，处理后废气中各污染物指标的含量满足上述标准的要求。

3 应用实例

3.1 总体工艺设计

广州宏信塑胶工业有限公司，主要生产销售PVC硬质胶布、半硬质胶布、电镀胶布、塑料薄膜和管材等，是全球单一产能较高的硬质胶布大厂。该公司现有4条生产线，每条生产线产生的废气量为60 000 m³/h，废气成分较复杂，主要含有二噁英、氯苯、DBP、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸、己二酸酯、环氧化合物、氯代烃、酮类等。受该司委托，深圳市聚源生物化工有限公司采用本喷淋工艺及其专利吸收液产品对该废气进行治理。研究人员经过现场考察，反复论证，最终设计采用4套喷淋工艺装置分别对该公司的4条PVC塑料生产线产生的废气进行处理，处理后的废气统一收集到一个排放口排放，排放口距离地面垂直高度为32 m。每套装置设计处理风量为65 000 m³/h，采用内径3.5 m、高5.2 m的喷淋塔设备。

该设计综合考虑工艺技术、设备材料、投资经济性等因素，以较少的投资取得较大的社会、环境和经济效益；采用技术成熟、先进可靠的工艺和处理效果好的设备，确保环保设施运行正常；按现有场地条件考虑设计，整个工程具有布局合理、占地空间小、外形结构美观、投资小等特点；以设备为主，工艺简单合理，设备使用寿命长，维护简单、方便，且处理效果稳定，确保处理后废气达标排放。

3.2 成本核算

该工程每套喷淋工艺装置的总造价约为3.5×105元人民币（处理风量不同则造价不同），包括17%的增值税，足够半年使用的药剂费，运行调试费，检测费以及一年期限的设备维护费等。每套装置的工期为15 d，其中，材料准备和制作加工计划3 d、现场安装7 d、运行调试5 d。每套装置主要包括喷淋塔2台、风机（37 kW）1台、化工泵（7.5 kW）2台，以及废气收集系统、供排水系统、电控系统各1套。

装置运行费用主要由电费和药剂费组成。单套装置总装机容量为52 kW，每天按运行8 h计，电缆费按0.5 元/（kW·h）计，则每天的运行电费为208.0 元。半年（180天）的药剂费为11 600.0 元，则每天的药剂费为64.5 元。因此，单套装置的运行费用为272.5 元/d。处理风量越低则运行费用越低，且随着设备的运行，药剂使用量会逐渐减少。

3.3 现场处理效果

装置完工后，按15%的添加量添加吸收剂。装置运行1个月后，对4套装置处理前后的废气进行检测，现场处理效果见表2。由表2可见：臭气的去除率达86%以上，颗粒物的去除率达91%以上，总VOCs的去除率达89%以上，非甲烷总烃的去除率达87%以上，达到了预期处理效果；废气经处理后各污染物指标的去除率均满足客户要求（客户要求为90%左右），处理后废气中各污染物指标的含量满足GB 14554—1993和DB 44/27—2001的要求。

表2 现场处理效果

3.4 问题与解决方法

实际应用中主要遇到了以下几个问题：1）添加JYSW-01型吸收液时，易引起泡沫外溢；2）1#喷淋塔耗水量较大，2#喷淋塔基本不耗水；3）2#喷淋塔循环液运行几个月后，溶液会有轻微的刺激性气味；4）喷淋塔内塑料材质的自动补水浮球阀经长时间运行易造成损坏。

解决方法：1）添加JYSW-01型吸收液时，应少量多次加入，当发现有泡沫外溢的趋势时，可加入少许消泡剂；2）向1#和2#喷淋塔顶部的除雾层增添环保球；3）2#喷淋塔运行2～3个月后，可根据实际情况排去一定体积的循环液，再补水至正常位置，并补加药剂；4）将塑料材质的自动补水浮球阀更换为不锈钢材质。

3.5 小结

综上所述，该工艺装置运行费用较低，仅为电费和少量药剂费用，性价比高。其中，单套处理装置耗电设备为1台风机和2台化工泵，设备保养及维护简单；吸收液可循环使用，循环液一般不需更换，仅需定期打捞悬浮物和补加药剂，不会造成二次污染。

新喷淋工艺对于难处理的PVC塑料生产废气具有较好的处理能力，但仍存在需改进的地方：1）喷淋塔除雾层尚需完善以增强除雾效果；2）不仅对风机安装变频器，对于大功率水泵也应安装变频器，可起到节水节电作用；3）对每台喷淋塔的顶层喷淋水管安装球阀，适当调节此球阀，可增强除雾效果，从而达到节水的目的。

4 结论

a）新喷淋工艺在实际应用中取得了较好的废气处理效果。按15%的添加量添加吸收液，废气中各污染物指标的去除率达85%以上，对于难处理的苯系物也能较好地去除，处理效果满足客户要求，处理后废气中各污染物指标的含量满足GB 14554—1993和DB 44/27—2001的要求。

b）该工艺装置运行费用较低，仅为电费和少量药剂费用，吸收液可循环使用，设备保养及维护简单，可满足市场需求。

［1］ 蓝凤祥，柯竹天，苏明耀，等. 聚氯乙烯生产与加工应用手册［M］. 北京：化学工业出版社，1995：35 - 47.

［2］ 薛之化. 国内聚氯乙烯生产技术的进展［J］. 中国氯碱，2005（6）：1 - 5.

［3］ Ruddy E N，Carroll L A. Select the best VOC control strategy［J］. Chem Eng Prog，1993，89（7）：28 - 35.

［4］ 张云，李彦锋. 环境中VOCs的污染现状及处理技术研究进展［J］. 化工环保，2009，29（5）：411 - 415.

［5］ 梁荣庆. 等离子体处理有害废物系统［J］. 科技开发动态，2003（1）：17 - 19.

［6］ 孙亚兵，任兆杏，何于江. 低温等离子体技术在三废处理中的应用与研究［J］. 环境保护科学，1999，23 （5）：45 - 48.

［7］ 黄立维，谭天恩. 脉冲电晕法治理甲苯废气实验研究［J］. 中国环境科学，1997，17（5）：449 - 453.

［8］ Chen Rong，Hu Xien. Electrosorption of thiocyanate anions on active carbon felt electrode in dilute solution ［J］. J Colloid Interface Sci，2005，290（1）：190 -195.

［9］ Han Yanhe，Quan Xie，Chen Shuo，et al. Electrochemically enhanced adsorption of aniline on activated carbon fi bers［J］. Sep Purif Technol，2006，50（3）：365 - 372.

［10］ 王鹏，张海禄. 表面化学改性吸附用活性炭的研究进展［J］. 炭素技术，2003，22（3）：23 - 28.

［11］ 金毓荃，马宁平，金海青. 用活性炭纤维净化含苯系物废气工艺过程的研究［J］. 北京工业大学学报，1997（4）：109 - 112.

［12］ 陈大昌，魏建华，刘乃鸿，等. 塔填料的工业应用及评价［J］. 化学工程，1995，23（3）：15 - 23.

［13］ 杨志忠，赵雪梅. 几种喷淋空塔塔型结构特点［J］.东方锅炉，2007（3）：35 - 39.

［14］ 环境保护部科技标准司. HJ 584—2010 环境空气 苯系物的测定 活性炭吸附/二硫化碳解吸-气相色谱法［S］. 北京：中国环境科学出版社，2010.

［15］ 赵小敏，陈璟士，陈霞. 气相色谱法测定非甲烷总烃［J］. 污染防治技术，2010（5）：585 - 587.

［16］ 国家环境保护局科技标准司. GB/T 14675—1993 空气质量 恶臭的测定 三点比较式臭袋法［S］. 北京：中国环境科学出版社，1994.

［17］ 国家环境保护局科技标准司. GB 14554—1993 恶臭污染物排放标准［S］. 北京：中国环境科学出版社，1994.

［18］ 广东省环境保护局. DB 44/27—2001 大气污染物排放限值［S］. 北京：中国环境科学出版社，2001.

（编辑 魏京华）

Treatment of waste gas in PVC plastic production by spraying process

Qin Wenshu1，Li Jinchen2
（1. Guangdong Light Industry Technical College，Guangzhou Guangdong 510300，China；2. Shenzhen Juyuan Biological Chemical Co. Ltd.，Shenzhen Guangdong 518049，China）

The waste gas in PVC plastic production was treated by spraying process combining patented absorption liquids with modified spray towers. On the basis of successful pilot test，the process was carried on the practical industrial applications. The application results show that：The waste gas from a PVC manufacturing enterprise is treated by this process，when the volume fraction of absorption liquid to circulating liquid in spray tower is 15%，the removal rates of pollutants in the waste gas are reached above 85%，and benzenes also can be removed；The contents of pollutants in the treated waste gas meet the emission standards of GB 14554-1993 and DB 44/27-2001；The operation cost of the process unit is low （only the cost for power and a small amount of chemicals），the absorption liquids can be recycled，the equipment maintenance is simple，and the process can meet the market demand.

PVC plastic；carcinogen；spraying process；waste gas treatment；absorption liquid

X701

A

1006-1878（2016）03-0350-05

10.3969/j.issn.1006-1878.2016.03.022

2015 - 12 - 11；

2016 - 03 - 11。

秦文淑（1969—），女，湖北省黄冈市人，硕士，副教授，电话 13622754104，电邮 qinwenshu123@163.com。

广东轻工职业技术学院科研启动A类项目（KJ201205）。