造紙廠廢氣治理技術(shù)及應(yīng)用
造紙工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)之一，與社會(huì)經(jīng)濟(jì)和人民生活息息相關(guān)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020-2021年我國(guó)的紙及紙板產(chǎn)量為25490萬(wàn)噸，主營(yíng)業(yè)收入1.3萬(wàn)億元。由于原材料種類多、制造工藝復(fù)雜，導(dǎo)致廢氣排放的種類繁多，排放的位置復(fù)雜，治理難度大。造紙廠排放廢氣主要有還原性硫化物(甲硫醇、硫化氫、二氧化硫、甲硫醚等硫化物)，揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)，二英和呋喃類持久性有機(jī)污染。硫化物有劇烈刺鼻氣味，對(duì)粘膜有強(qiáng)烈刺激作用，嚴(yán)重危害人的呼吸系統(tǒng)，VOCs是揮發(fā)性有機(jī)物關(guān)于揮發(fā)性有機(jī)物總稱，主要包含烷烴、環(huán)烷烴、烯烴、炔烴、芳香烴、鹵代烴、含氧有機(jī)化合物和含硫、氮有機(jī)化合物等。VOCs一般有較強(qiáng)的氣味，對(duì)呼吸道系統(tǒng)刺激性大，且具有滲透、揮發(fā)及脂溶等特性，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成人中樞神經(jīng)系統(tǒng)受損，昏迷、記憶力下降等，長(zhǎng)期接觸會(huì)使人患上癌癥與血液病的風(fēng)險(xiǎn)。二惡英屬于氯代環(huán)三芳烴類化合物，在人體中不能降解不能排出，對(duì)人體健康有很大威脅的環(huán)境污染物。它有強(qiáng)烈的致癌性，而且能造成畸形，對(duì)人體的免疫功能和生殖功能造成損傷。造紙廢氣一直是國(guó)家環(huán)保行業(yè)治理關(guān)注的難點(diǎn)，造紙行業(yè)多廠房車間多點(diǎn)泄露，收集困難，治理難度大。
目前國(guó)內(nèi)的大部分造紙廢氣相關(guān)文獻(xiàn)主要停留在造紙廢氣體的成分分析，廢氣氣體的來(lái)源，廢氣治理措施理論介紹等方面，真正對(duì)造紙廢氣項(xiàng)目的具體設(shè)計(jì)和項(xiàng)目應(yīng)用很少，本文就是通過(guò)對(duì)安徽某造紙廠廢氣的特點(diǎn)，提出具體的路線設(shè)計(jì)方法及項(xiàng)目應(yīng)用案例，同時(shí)也是對(duì)造紙廢氣治理設(shè)計(jì)提供參考借鑒意義。
1、造紙廢氣治理方法介紹
造紙廢氣造紙廠排放廢氣主要有還原性硫化物(甲硫醇、硫化氫、二氧化硫、甲硫醚等硫化物)，揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)，二?f英和呋喃類持久性有機(jī)污染。按照治理方式可分為活性炭吸附法，直接燃燒法，低溫等離子法，UV光解凈化法、化學(xué)吸收法等。不同方法適用工業(yè)范圍不同。
1.1 活性炭吸附法
原理利用多孔性的活性炭吸附工業(yè)廢氣中的有害氣體。
優(yōu)點(diǎn)：
(1)可處理大風(fēng)量、低濃度有機(jī)廢氣；
(2)設(shè)備簡(jiǎn)單操作方便；
(3)效率高，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低。
缺點(diǎn)：
(1)廢氣凈化前要進(jìn)行預(yù)處理去除粉塵、水汽；
(2)對(duì)廢氣溫度要求較高，廢氣溫度需在40℃以下；
(3)吸附容量有限、需對(duì)活性炭進(jìn)行定期再生或更換；
(4)廢活性炭需要按危險(xiǎn)廢物處理，代價(jià)較高。
1.2 直接燃燒法
原理預(yù)熱至600～800℃進(jìn)行氧化反應(yīng)。
優(yōu)點(diǎn)：
(1)可用于處理中、高濃度小風(fēng)量廢氣；
(2)簡(jiǎn)便易行、可回收熱能。
缺點(diǎn)：
(1)預(yù)熱能耗較多；
(2)燃燒不完全時(shí)產(chǎn)生惡臭；
(3)運(yùn)行存在安全風(fēng)險(xiǎn)，投資運(yùn)行成本高。
1.3 低溫等離子體
原理廢氣中的污染物質(zhì)與低溫等離子體內(nèi)產(chǎn)生的較高能量的活性基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)，最終轉(zhuǎn)化為CO2和H2O等物質(zhì)
優(yōu)點(diǎn)：
(1)適用范圍廣，凈化效率高；
(2)適用于難以處理的多組分惡臭氣體。
(3)反應(yīng)快、停止十分迅速，隨用隨開。
缺點(diǎn)：
(1)一次性投資較大；
(2)處理較高濃度的可燃?xì)怏w時(shí)存在安全隱患。
(3)等離子體芯體表面粘附粉塵等雜質(zhì)后可能影響處理效果甚至燃燒。
1.4 UV光解凈化
原理利用惡臭物質(zhì)對(duì)光子的吸收而發(fā)生分解，同時(shí)反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生的活性基團(tuán)也能參與氧化反應(yīng)，從而達(dá)到降解惡臭物質(zhì)的目的。
優(yōu)點(diǎn)：
(1)適用于濃度較低，且能吸收光子的污染物質(zhì)；
(2)可以處理大氣量的、低濃度的臭氣；
(3)操作極為簡(jiǎn)單，占地面積小。
缺點(diǎn)：
(1)投資較大；
(2)對(duì)不能吸收光子的污染物質(zhì)效果差；
(3)較難打開鍵能大的化學(xué)鍵。
(4)UV光燈管易被污染，降低處理效果。
1.5 吸收法原理
根據(jù)溶解能力的不同，利用適當(dāng)?shù)奈談┡c混合氣體接觸，除去氣體。
優(yōu)點(diǎn)：
(1)廢氣凈化不需預(yù)處理；
(2)流程簡(jiǎn)單，占地少；
(3)可針對(duì)性選擇化學(xué)吸收及物理吸收，吸收效果較好。
(4)投資運(yùn)行費(fèi)用低；
缺點(diǎn)：
(1)對(duì)溶劑成分選擇性大；
(2)需對(duì)廢氣處理產(chǎn)生的吸收廢水進(jìn)行處理.
2、試驗(yàn)方案
本文以安徽某造紙廠造紙烘干車廢氣為試驗(yàn)對(duì)象，該廢氣不僅具有造紙廢氣種類繁雜，還具有溫度高煙溫80℃，濕度高，風(fēng)量大，臭味濃度低等特點(diǎn)，本實(shí)驗(yàn)采用方法是將干燥車間的廢氣采用抽風(fēng)機(jī)抽出，分別采用不同處理手段并檢測(cè)臭氣的脫除效率。
試驗(yàn)路線如圖1所示，通過(guò)開啟不同的洗滌塔、高能等離子凈化模塊、光催化模塊，分別測(cè)定不同條件下模塊入口、出口臭味及VOCs濃度。
煙氣入口條件：煙氣量1000Nm3，臭氣的入口濃度為9000-18000(無(wú)量綱)，VOCs入口濃度為60mg/Nm3，煙氣溫度80℃。
2.1 試驗(yàn)設(shè)備
風(fēng)機(jī)一臺(tái)，風(fēng)量流量1000Nm3/h，壓力2500PA；洗滌塔4臺(tái)DN600，高度1800材質(zhì)PP，二層球型填料，下進(jìn)，上出，布置除霧器，下部配漿液箱和循環(huán)泵接口；高能離子凈化器一臺(tái)；UV光催化氧化設(shè)備功率為12kW，配置24組特制C波UV253.7nm、185nm波段紫外光(150W汞齊石英管)型廢氣治理專用紫外燈管，配置納米二氧化鈦催化劑組件5m2；生物菌液主要由假單胞菌、諾卡式菌、黃桿菌、放線菌、真菌、氧化亞鐵硫桿菌、氧化硫硫桿菌等俊紅的混合液0.4%；氫氧化鈉溶液，PH11-12；雙氧水溶液，PH值2-3，ORP值432；次氯酸鈉溶液，PH值2-3，ORP值720。檢測(cè)儀器采用的是氣質(zhì)聯(lián)用儀GCMS-QP2010SEO20535500740SA。VOCs檢測(cè)方法采用固相吸附-熱脫附/氣相色譜-質(zhì)譜法HJ734-2014，檢出最低量為(采樣300ml)0.001~0.01mg/m3；臭氣檢測(cè)方法為三點(diǎn)比較式臭袋法最小檢出兩為10。
2.2 試驗(yàn)結(jié)果
單開啟一個(gè)模塊，關(guān)閉其他裝置，測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖2所示。
圖2可以明顯看出高能離子裝置比較效果差，原因主要是造紙曬干車間濕度大，溫度高達(dá)50℃，嚴(yán)重影響高能離子裝置的正常運(yùn)行，說(shuō)明高能離子裝置不合適高濕高溫的造紙廢氣治理。生物酶法效果比高能離子裝置好，但效果也只有8.56%，究其原因一生物酶除臭受到生物酶分解速度的制約，二、惡臭氣體水溶性不一，受到惡臭氣體在液相溶解擴(kuò)散速度的限制，在工業(yè)應(yīng)用快速洗滌的條件下，生物酶洗滌法不適合。光催化裝置和前兩種小比較效果有里顯著的提高。效果達(dá)到26.71%，但光催化法也不適合本實(shí)驗(yàn)高濕的廢氣，光催化法的光催化劑需要紫外光的照射，實(shí)驗(yàn)過(guò)程發(fā)現(xiàn)水汽容易在光催化板表面凝結(jié)粘附灰塵，影響光催化板的正常工作，另外紫外光燈在潮濕濕度大情況下極易損壞影響該裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行。脫除效果最好是次氯酸鈉溶液和雙氧水洗滌，兩者洗滌原理相同，均采用氧化劑的強(qiáng)氧化性，在酸性條件下，次氯酸鈉的氧化性明顯高于雙氧水的氧化性，洗滌效率高達(dá)41%，想要達(dá)到95%以上的脫除效率，已經(jīng)得單一方法不能實(shí)現(xiàn)，因此考慮采用多種方法聯(lián)合應(yīng)用的方式。
從上述結(jié)果得出已經(jīng)得單一方法不能實(shí)現(xiàn)，酸堿洗滌效果最好。因此考慮采用多種方法聯(lián)合應(yīng)用的方式。以下實(shí)驗(yàn)采用酸堿洗滌方式采用多種方法聯(lián)合使用方式比較實(shí)驗(yàn)效果。
(1)工藝路線：采用三種洗滌模式次氯酸鈉+次氯酸鈉+氫氧化
(2)工藝路線：次氯酸鈉+氫氧化鈉
(3)工藝路線：雙氧水+次氯酸鈉+氫氧化鈉試
驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖3所示
從上圖可以看出三級(jí)洗滌次氯酸鈉溶液+次氯酸鈉溶液+氫氧化鈉溶液效果最好，不管是臭氣還是VOCs都能達(dá)到90%以上的，兩級(jí)洗滌次氯酸鈉溶液+氫氧化鈉溶液效果稍差，臭氣和VOCs治理效果分別為88.3%，83%，兩級(jí)雙氧水溶液+氫氧化鈉溶液洗滌方式對(duì)臭氣和VOC治理效果分別為86.5%，86.7%。
3、結(jié)論
造紙廢氣治理的方式中，造紙廢氣想要達(dá)90%以上的脫除效率，單一方法不能實(shí)現(xiàn)，需要多種方式連用，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)三級(jí)洗滌次氯酸鈉溶液+次氯酸鈉溶液+氫氧化鈉溶液效果最好，不管是臭氣還是VOCs都能達(dá)到90%以上的。(來(lái)源：航天環(huán)境工程有限公司)