气旋吸收与湿式静电耦合主体工艺在塑胶发泡废气处理中的应用研究

叶雪梅，叶少灵，潘燕高

（深圳市金创环保工程有限公司，广东 深圳 518000）

引言

2021年11月，《中共中央国务院关于深入打好污染防治攻坚战的意见》提出了深入打好“蓝天保卫战”的口号，推进VOCs和氮氧化物协同减排。广东省环境厅发布《广东省环境空气质量持续改善行动计划（2021-2025年）》（征求意见稿），提出“实行全过程管控，实施VOCs深度减排治理行动”。深圳市生态环境局发布的《深圳生态环境保护的“十四五”规划和“深圳蓝”可持续行动计划》指出，需要加强工业污染治理及加强治理技术研发。

合成树脂工业是挥发性有机污染物排放的重点行业，其中塑料制造企业的发泡成型工艺环节对挥发性有机物的产生贡献很大[1]。有效提高该生产废气的处理效率，完善工艺选型和参数优化，强化多污染物的协同去除，有利于对塑胶发泡废气的严格治理和规范化管理，减少该类企业生产对环境的污染。

1 工程概况

1.1 基本情况

本项目主要处理对象为生产车间塑胶发泡废气，发泡工序的原辅材料多为颗粒状和粉末状，废气中含大量颗粒物等大气污染物[2]，同时塑料粒子通过受热加工，会产生挥发性有机污染物，主要为非甲烷总烃、一氧化碳、氮氧化物和二氧化硫。本项目采用气旋吸收与湿式静电耦合主体工艺处理废气，设计处理风量为45 000 m3/h。

1.2 排放标准

根据行业要求和项目实际的环评批复要求，发泡废气处理后各污染物排放标准如表1所示。

表1 有组织废气排放标准限值

1.3 辅助设施建设

本项目辅助设施建设主要包括：车间集气装置、风管、控制系统和设备基础等。车间集气装置主要为车间工位的废气收集集气罩，累计有10个集气罩，单个尺寸为2 000×1 000×800 mm，罩口吸入风速为0.6 m/s；风管采用直径1 m的PP焊接管；控制系统采用智能控制，兼具远程设备运行监视和人工应急控制功能；设备基础采用钢混结构浇筑制作。

2 材料与方法

2.1 工艺设备

本项目废气处理工艺采用气旋吸收与湿式静电耦合主体工艺，主要设备有高效气旋混动喷淋塔、卧式喷淋塔、双级湿式静电反应器和常规活性炭吸附箱，所有设备均采用SUS304制作，具体设备参数如下。

高效气旋混动喷淋塔：净尺寸为5.0×3.0×4.0（H）m；分别配套Φ1.5 m加药桶和7.5 kW循环水泵。

卧式喷淋塔：净尺寸为7.0×2.7×3.0（H）m；分别配套7.5×0.6×0.8（H）m水箱和7.5 kW循环水泵。

双级湿式静电反应器：净尺寸为8.0×3.0×6.0（H）m，配套放电管200条，单条管尺寸直径为0.3×2.8 m；循环水泵为5.5 kW；整体运行功率为40 kW。

活性炭吸附箱：净尺寸为4.5×2.5×2.0 m；装填规格为100×100×50 mm的蜂窝活性炭。

2.2 工艺流程

本项目采用气旋吸收与湿式静电耦合主体工艺对发泡废气进行处理，具体工艺流程见图1。

图1 发泡废气处理工艺流程图

发泡废气在风机的牵引力作用下进入高速混流导筒，废气在离心力的作用下进行气液乳化反应，后在混流液的高速旋转状态下，充分混合相溶，同时通过旋流离心达到气液分离。污染物吸收分离后的气体进入环保填料吸附层，后进入湿式静电反应器进一步反应净化。当废气通入时，电晕极板被水分浸润释放电子，且电晕极板上的针尖放电将雾气粉碎和细化，形成大量带电雾滴，极大提高小分子与离子的碰撞和荷电概率，加速了带电粒子在电场中的移动，大幅度去除气态污染物[6]。喷淋也可将温度降低，最后通过活性炭吸附箱进一步去除剩余有机气体，最终通过离心风机牵引至40 m高排气筒达标排放。

2.3 系统调试及分析

废气治理操作规程：通过电气控制一键启动，程序控制首先开启喷淋塔循环水泵、湿式循环水泵及静电反应器，再启动引风机，观察循环水、静电反应系统的有序启动，系统即完成开启。任何一个环节异常，立即转入手动控制进行调节。废气污染物数值分析方法均采用国标方法。

3 运行效果分析

经调试正常运行后，本项目对废气处理系统处理污染物的前后指标进行了为期20天的连续监测，并根据监测数据，对各类污染物的进出浓度、排放速率以及去除率进行统计分析。

3.1 颗粒物的去除效果

本项目废气处理系统对颗粒物的去除效果如图2所示。

图2 颗粒物去除效果图

本项目颗粒物处理前折算后排放浓度为501～741 mg/m3，实测排放速率为0.77～1.26 kg/h，处理后折算后排放浓度为51～185 mg/m3，实测排放速率为0.06～0.08 kg/h，去除率为89.45%～94.95%，折合平均去除率为93.2%。高效气旋混动喷淋塔针对废气洗涤的时间更长，废气停留时间也更长，反复洗涤效果更好，彻底改善了普通喷淋塔在某些特定工况下存在的除尘不彻底等技术缺陷。且由于气流切向进入设备并呈横向圆周运动，避免了旋流类设备纵向运动导致填料堵塞的问题[7]，对颗粒物有很好的去除效果。本项目颗粒物折算后排放浓度达到《工业炉窑大气污染物排放限值》（GB 9078-1996）[3]表2加热炉 非金属加热炉二级标准限值要求。

3.2 非甲烷总烃的去除效果

本项目废气处理系统对非甲烷总烃的去除效果如图3所示。

图3 非甲烷总烃去除效果图

本项目非甲烷总烃处理前排放浓度为26.5～38.2 mg/m3，排放速率为1.00～1.49 kg/h，处理后排放浓度为1.95～3.93 mg/m3，排放速率为0.08～0.14 kg/h，去除率为85.75%～94.09%，平均去除率为91.34%。基于活性炭的高吸附性，下一步将通过活性炭箱内的废气进行吸附处理[8]，去除大部分非甲烷总烃，从而使排放浓度达到《合成树脂工业污染物排放标准》（GB 31572-2015）[4]表5大气污染物特别排放限值要求。

3.3 一氧化碳的去除效果

本项目废气处理系统对一氧化碳的去除效果如图4所示。

图4 一氧化碳去除效果图

通过气旋吸收与湿式静电耦合工艺的不断喷淋吸附，系统对一氧化碳的去除效果显著。本项目一氧化碳处理前排放浓度为271～374 mg/m3，排放速率为10.59～14.72 kg/h，处理后排放浓度为24.8～43.7 mg/m3，排放速率为0.93～1.65 kg/h，去除率为88.12%～92.46%，折合平均去除率为90.00%。排放浓度和排放速率均达到广东省《大气污染物排放限值》（DB 44/27-2001）[5]表2第二时段二级标准限值要求。

3.4 氮氧化物的去除效果

本项目废气处理系统对氮氧化物的去除效果如图5所示。

图5 氮氧化物去除效果图

本项目氮氧化物处理前排放浓度为11.2～27.8 mg/m3，排放速率为0.45～1.14 kg/h，处理后排放浓度为1.8～4.3 mg/m3，排放速率为0.06～0.16 kg/h，去除率为72.07%～91.97%，平均去除率为84.24%。气旋吸收与湿式静电耦合工艺中的高效气旋混动喷淋塔对氮氧化物的吸收效果特别好，主要利用旋流液体吸收氮氧化物。处理后氮氧化物排放浓度和排放速率均达到广东省《大气污染物排放限值》（DB 44/27-2001）[5]表2第二时段二级标准限值要求。

3.5 二氧化硫的去除效果

本项目废气处理系统对二氧化硫的去除效果如图6所示。

图6 二氧化硫去除效果图

本项目二氧化硫处理前排放浓度为43～69 mg/m3，排放速率为1.68～2.64 kg/h，处理后排放浓度为6～11 mg/m3，排放速率为0.22～0.41 kg/h，去除率为80.51%～90.67%，平均去除率为87.07%。高效气旋混动喷淋塔和卧式喷淋塔通过水喷淋和气旋混动方式使漆雾达到分离效果，且该喷淋塔处理风量大，杜绝了易燃易爆的隐患。废气在高速动态运行，通过气旋装置的作用是增大气液接触面积，使二氧化硫和液体充分混合且互相吸附，强化了二氧化硫吸收传质过程，从而达到净化目的[9]。排放浓度和排放速率均达到广东省《大气污染物排放限值》（DB 44/27-2001）[5]表2第二时段二级标准限值要求。

综合各类污染物的进出浓度、排放速率和去除率进行统计分析，可得出发泡废气经过气旋吸收与湿式静电耦合主体工艺处理后，能达到表1所述的有组织废气执行标准限值，甚至远低于标准限值，达到了较好的处理效果。

4 结论

综上所述，采用气旋吸收与湿式静电耦合主体工艺能有效净化塑胶发泡废气，处理后废气可稳定排放，其中颗粒物、非甲烷总烃、一氧化碳、氮氧化物和二氧化硫的去除效率分别达到了93.20%、91.34%、90.00%、84.24%、87.07%，均符合相应的标准排放限值要求，符合《深圳生态环境保护“十四五”规划和“深圳蓝”可持续行动计划》指出的加强工业污染治理及加强治理技术研发的战略，值得在塑胶行业进行推广。