气动乳化-生物法组合技术在工业有机废气治理中的应用

康奕菁　冯肇霖　谢逢俊　冯业钧

摘 要：为了解决气动乳化技术及生物法的技术短板，研发了一种气动乳化-生物法废气净化新工艺及其组合设备，并研究了不同旋子数量、乳化层等因素与吸收效率的关系。最后，在广东省广州市某厂建立处理工业有机废气的气动乳化-生物过滤组合示范工程，研究气动乳化、生物法对有机废气组分的吸收效果。

关键词：气动乳化;生物法;废气治理

中图分类号：X701 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）26-0121-03

Application Research of Pneumatic Emulsification-Biological Method Combination Technology in Industrial Organic Waste Gas Treatment

KANG Yijing FENG Zhaolin XIE Fengjun FENG Yejun

（1.Guangzhou Guangyi Air Treatment Engineering Co.， Ltd.， Guangzhou Guangdong 510000;2.Guangdong Province Environmental Protection Medium and Small-sized Electrostatic Precipitation and Separation Technology Engineering Research and Development Center，Guangzhou Guangdong 510000）

Abstract： In order to solve the technical shortcomings of pneumatic emulsification technology and biological method， a new pneumatic emulsification biological method waste gas purification process and its combined equipment were developed. At the same time， the relationship between absorption efficiency and different number of spindles， emulsifying layer and other factors was studied. Finally， a pneumatic emulsification biofiltration combined demonstration project for the treatment of industrial organic waste gas was established in a factory in Guangzhou to study the absorption effect of pneumatic emulsification and biological method on the components of organic waste gas.

Keywords： pneumatic emulsification technology;biological method;waste gas treatment

與治理SO、NO和颗粒物污染物相比，含挥发性有机物（Volatile Organic Compounds，VOCs）废气的组成更复杂，治理体系也更复杂[1]，涉及10多种技术及组合技术。在多数情况下，工业废气中可能同时含有多种污染物，为追求较高的处理效率，需要采用组合技术进行综合治理。

气动乳化吸收是强传质过程，可以显著提高污染物从气相进入液相的通量。市场上常用的气动乳化吸收塔一般采用水或者吸收剂作为吸收介质。虽然在气动乳化过程中吸收介质和污染物充分接触，但去除效率偏低，基本不能单独使用[2]。

生物法作为常见的有机废气净化技术，要求有稳定的菌种生存环境与较长的停留时间，导致生物塔体积过大。废气中有机物挥发性高、溶解度低、传质效率低，是影响生物净化能力发挥的限制性因素。

为了实现技术互补，本项目研发了一种气动乳化-生物法废气净化新工艺及其组合设备，研制高效气动乳化预处理器，并对其影响因素进行探索。

1 气动乳化装置概述

气动乳化是一个过程，乳化是一种状态。在一圆形管状容器中，经加速的待处理烟气以一定角度从容器下端进入容器，形成旋转上升的紊流气流，与容器上端下流的不稳定溶液相碰，烟气高速旋切下流溶液，溶液被切碎，气液相互持续碰撞旋切，液滴被粉碎得越来越小，气液充分混合，形成稳定的乳化液层。在乳化过程中，乳化液层逐渐增厚，上流的气动力与乳化液的重力达到平衡。乳化液层继续增厚，最早形成的乳化液被新形成的乳化液取代，带着被捕集的杂质流经均气室落至吸收塔的底部[3-5]。气动乳化测试单元流程图和示意图如图1、图2所示。

气动乳化技术改变了常用的喷淋过程的气液交换，将液相从间断相变为连续相，将气相从连续相变为间断相。气动乳化技术液相的比表面积比水膜、喷淋等方法大数倍至数十倍，单位液量捕集和吸收气体产物的效率显著增大，因而可大大提高气液传质效率。

气动乳化塔的气液传质效率高，能为后续生物菌种提供一个稳态高效的培育环境，不易受污染负荷及组分变化、外界环境温度等影响。此外，气动乳化的吸收介质（液态）进入生物塔处理净化调节后回用至气动乳化塔，无二次污染（废水）产生。

2 气动乳化装置的研发

通过研究不同旋子数量、乳化层等因素与吸收效率的关系，研制出适用于工业有机废气的气动乳化器。图3、图4分别为3叶和6叶旋子机构及组合图。

2.1 不同叶片数的旋子及组合对气动乳化特性的影响

在3、6、12叶旋子结构中筛选对比，初步明确：①3、6、12叶旋子都可形成乳化层;②旋子数量越少，系统风阻较小，越不易堵塞，乳化层越高，但乳化层不厚实，波动也较大;③旋子数量越多，系统风阻越大，乳化层越低，但乳化层厚实程度最好，波动较小。

2.2 气动乳化层高与VOCs吸收效率的关系测试

试验流程：污染源为香蕉水，气动乳化吸收剂为自来水。通过气泵抽取香蕉水挥发物到气动乳化塔中处理，在气动乳化塔出入口管道设置采样口，测试VOCs浓度。保持污染物初始浓度在一定范围内不变，启动设备，通过不同的乳化层吸收污染物，利用下降至设定值的VOCs浓度的耗时来比较吸收效率（见图5）。乳化层高与净化效率的关系探索试验结果见表1。

由表1可知，乳化层高度越高，处理后出口VOCs浓度达到设定值的平均耗时越短。可见，气动乳化层高度越高，对VOCs吸收越有利，吸收效率越高。

3 气动乳化-生物过滤组合技术系统应用

以气动乳化装置旋子数量与乳化层高度对净化效率影响为基础，在广州某厂建立处理工业有机废气的气动乳化-生物过滤组合示范工程，研究气动乳化、生物法对有机废气组分的吸收效果。

工业有机废气经过作为预处理设备的气动乳化器时，废气中挥发性较强的有机物进入液相，再进入生物过滤设备进行生物降解，以净化废气。测试时，在设备前管道中有一个采样口，用于测试入口废气参数;在气动乳化器和生物过滤设备之间同样有一个采样口，用于测试经过气动乳化处理后（进入生物过滤设备前）的废气参数;在设备后的排放管道还有一个采样口，用于测试出口废气参数。气动乳化-生物过滤组合设备如图6所示。

经现场调试，观察生物膜基本形成时，采集设备的进气、出气样品，用气质联用仪进行定性定量分析。检测结果如表2所示，丙酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯和丙二醇单甲醚乙酸酯的去除效果理想，去除率超过85%。同时，苯甲醛的去除率也达到83%。其余污染物如甲苯、乙苯、二甲苯等去除率偏低，但处理设备的出气浓度均符合《广东省家具制造业挥发性有机物排放标准》（DB 44814—2010）。

4 结语

本文研究了不同旋子數量、乳化层高度等因素与吸收效率的关系，明确适用的气动乳化装置旋子形式，同时设计开发了气动乳化-生物过滤组合工艺和设备，并针对某厂工业房有机废气建立气动乳化-生物过滤组合示范工程，通过长期运行数据的监测与分析，进一步修正集成设备的核心运行参数，完善了集成设备构型。

参考文献：

[1]李雅君.锰基VOCs催化燃烧催化剂改性及其性能研究[D].杭州：浙江大学，2016：1-80.

[2]冯肇霖，谢逢俊，冯业钧，等.一种带烟尘荷电功能的气动乳化吸收塔：CN201320651192.3[P].2014-05-07.

[3]冯肇霖，谢逢俊，吴少娟，等.带烟尘荷电功能的气动乳化新技术[C]// 中国环境保护产业协会电除尘委员会.第十七届中国电除尘学术会议论文集.北京：中国环境保护产业协会，2017.

[4]冯肇霖，谢逢俊，康奕菁，等.一种有毒有害污染气体治理深度净化装置：CN201620760833.2 [P].2016-07-19.

[5]吴少娟，冯肇霖，谢逢俊，等.气动乳化塔和喷淋吸收塔用于烟气脱硝的效率对比试验研究[J].广东化工，2016（13）：166-168.

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