來源:綠色科技 作者:項(xiàng)兆邦等
摘要：指出了蓄熱式氧化焚燒技術(shù)是目前治理揮發(fā)性有機(jī)廢氣較為有效的一項(xiàng)措施。以醫(yī)藥化工有機(jī)廢氣為研究對(duì)象，采用氣相色譜法分析了特征污染物廢氣種類及進(jìn)氣濃度，研究了RTO氧化焚燒技術(shù)治理有機(jī)廢氣實(shí)際運(yùn)行效果，結(jié)果表明：RTO對(duì)甲醇削減率達(dá)94.8%，四氫呋喃削減率達(dá)94.6%，二氯甲烷削減率達(dá)95.3%，甲苯和乙醚削減率分別達(dá)88.0%和96.8%，且排放濃度滿足《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB16297-2012)。最后結(jié)合醫(yī)藥化工行業(yè)RTO運(yùn)行所存實(shí)際問題及對(duì)應(yīng)解決方案進(jìn)行了歸納總結(jié)，并對(duì)該技術(shù)的發(fā)展提出了展望。
1揮發(fā)性有機(jī)廢氣概述
揮發(fā)性有機(jī)化合物(VolatileOrganicCompounds，簡(jiǎn)稱VOCs)一般指沸點(diǎn)低于250℃的化學(xué)物質(zhì)，是最為常見的大氣污染物，其主要來源于化工、制藥、石油、皮革、噴涂等行業(yè)排放的有機(jī)溶劑廢氣，包含脂肪烴、鹵代烴、硫烴、芳香烴、有機(jī)酸等。這些有機(jī)廢氣不但對(duì)環(huán)境質(zhì)量、人體健康、動(dòng)植物生產(chǎn)等造成極大的直接危害，且在光氧化反應(yīng)下，易形成二次有機(jī)物氣溶膠(SecondaryOrganicAerosol，簡(jiǎn)稱SOA)，導(dǎo)致光化學(xué)煙霧、酸雨、霾和氣候變化等一系列環(huán)境問題的產(chǎn)生，這些揮發(fā)性有機(jī)廢氣在空氣中懸浮匯聚亦是導(dǎo)致PM2.5和PM10數(shù)值不斷上升的原因之一，因而如何削減這些揮發(fā)性污染物至關(guān)重要。Derwent等[1]一直致力于二次SOA的研究，他們通過二次有機(jī)氣溶膠生成潛勢(shì)(Seconda-ryOrganicAerosolPotential，簡(jiǎn)稱SOAP)研究，對(duì)多達(dá)上百種揮發(fā)性有機(jī)化合物進(jìn)行SOAP計(jì)算，具體見表1。
由表1可看出，芳香類化合物二次有機(jī)氣溶膠生成潛勢(shì)明顯高于非芳烴類化合物，而這些有機(jī)廢氣主要來自醫(yī)藥、化工、噴涂等行業(yè)，因而如何有效削減這些揮發(fā)性有機(jī)廢氣對(duì)于我們生存環(huán)境至關(guān)重要。
2發(fā)展歷程
我國對(duì)揮發(fā)性有機(jī)廢氣的處理過程主要分為4個(gè)階段：第一階段，2000年前，處理局部刺激性或有回收價(jià)值廢氣，僅對(duì)刺激性廢氣通過水噴淋吸收處理;第二階段，2001～2005年，將廢氣集中收集處理后以有組織形式排放，廢氣主要處理方法為水、堿噴淋兩級(jí)吸收處理;第三階段，2005年以后，加強(qiáng)源頭控制，完善廢氣集中收集，在第二階段基礎(chǔ)上再經(jīng)活性炭吸附強(qiáng)化處理;第四階段，2007年以后，開始逐步對(duì)揮發(fā)性有機(jī)廢氣進(jìn)行全過
現(xiàn)階段，我國對(duì)醫(yī)藥化工行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)廢氣的氧化治理技術(shù)主要包括：光催化氧化、直接燃燒法、催化燃燒技術(shù)及RTO等，各種處理措施針對(duì)醫(yī)藥化工有機(jī)廢氣存在一定優(yōu)劣性[2～5]，具體匯總見表2。
對(duì)于醫(yī)藥化工有機(jī)廢氣，蓄熱式氧化焚燒技術(shù)是一種相對(duì)較理想的廢氣治理技術(shù)，其基本原理是在高溫(800～850℃)下，使VOC與O2發(fā)生氧化反應(yīng)，生成CO2和H2O，且對(duì)燃燒產(chǎn)生的熱量進(jìn)行回收用于二次燃燒，既節(jié)能又環(huán)保。
蓄熱式有機(jī)廢氣焚燒爐(Regener-ativeThermalxidizer，簡(jiǎn)稱RTO)最早于美國加利福尼亞一個(gè)金屬卷材連續(xù)涂覆線上出現(xiàn)。經(jīng)過技術(shù)改進(jìn)，其熱回收效率的大幅度提高以及廢氣處理的徹底，使其在歐美國家迅速得到推廣，應(yīng)用于工業(yè)VOC廢氣的處理。經(jīng)過三四十年的發(fā)展，RTO經(jīng)歷了兩室到三室再到多室的發(fā)展過程。
本文以醫(yī)藥化工企業(yè)有機(jī)廢氣為研究對(duì)象，分析了RTO特征污染廢氣進(jìn)氣出氣濃度情況，研究了RTO氧化焚燒技術(shù)對(duì)有機(jī)廢氣的處理效果，并通過持續(xù)跟蹤調(diào)研本地區(qū)醫(yī)藥化工企業(yè)，針對(duì)工程運(yùn)行現(xiàn)狀問題及解決方式進(jìn)行匯總。
3處理工藝及運(yùn)行參數(shù)
本文研究的RTO氧化焚燒裝置處理風(fēng)量設(shè)計(jì)為20000m3/h,處理工藝流程如圖2所示。廢氣經(jīng)過車間二級(jí)冷凝回收部分有機(jī)溶劑，再進(jìn)入預(yù)處理堿噴淋，吸收無機(jī)廢氣和水溶性廢氣，進(jìn)入RTO進(jìn)行氧化焚燒，先進(jìn)入急冷塔冷卻，最終通過堿、水處理后于15m高空排放。RTO焚燒爐運(yùn)行參數(shù)見表3
4采樣分析
單組份采樣方法：在焚燒爐廢氣進(jìn)口及出口取樣(考慮到進(jìn)出口廢氣時(shí)間差，采用延時(shí)采樣法)，使廢氣通過活性炭采樣棒，設(shè)置取樣器抽取廢氣流量為0.5L/min。取樣完畢，將活性炭采樣棒中的活性炭全部倒入特制一次性容量瓶中，加入1mL解析液(解析液為100mL容量瓶中加入0.2250g標(biāo)樣正丁醇)，加二硫化碳至刻度線，放置冰箱過12h后檢測(cè)。
單組份分析方法：用微量進(jìn)樣器取1μL待測(cè)液，進(jìn)行氣相檢測(cè)分析，氣相色譜采取程序升溫，起始溫度40℃，停留8min后升溫，升溫速率20℃/min，升溫至120℃，停留2min，再升溫至180℃，停留5min。非甲烷總烴采樣方法：采用延時(shí)采樣法，直接以取樣袋取樣。
非甲烷總烴分析方法：以氣相色譜儀并聯(lián)2根色譜柱，色譜柱的尾端以三通與火焰離子化檢測(cè)器相連。柱1為長(zhǎng)2m，內(nèi)徑4mm不銹鋼螺旋空柱，用于測(cè)定總烴;柱2為長(zhǎng)2m，內(nèi)徑4mm不銹鋼螺旋柱，柱內(nèi)填充60～80目GDX-502擔(dān)體，用于測(cè)定甲烷，兩者之差即為非甲烷烴的含量。
5結(jié)果與分析
以正丁醇作內(nèi)標(biāo)物，檢測(cè)廢氣中乙醚、四氫呋喃、甲醇、二氯甲烷、甲苯共5種組分含量，通過標(biāo)準(zhǔn)樣品分析，確定各個(gè)組分停留時(shí)間，結(jié)果見圖3和圖4。由圖可見，對(duì)各組分出峰面積進(jìn)行校正，甲醇進(jìn)氣濃度188mg/m3，經(jīng)RTO氧化焚燒后，甲醇出氣濃度降至9.8mg/m3，削減率94.8%;四氫呋喃進(jìn)氣濃度121.9mg/m3，經(jīng)氧化焚燒后，出氣濃度降至6.6mg/m3，削減率94.6%;二氯甲烷進(jìn)氣濃度2079mg/m3，經(jīng)氧化焚燒后，出氣濃度降至97mg/m3，削減率95.3%;同樣，甲苯和乙醚削減率分別達(dá)88.0%和96.8%，且排放濃度滿足《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB16297-2012)。
為檢測(cè)RTO氧化焚燒對(duì)非甲烷總烴削減效率，本文采用氣相色譜儀以火焰離子化檢測(cè)器分別測(cè)定空氣中總烴及甲烷烴的含量，得出非甲烷烴含量。檢測(cè)結(jié)果見表4，非甲烷總烴削減率達(dá)96%～96.5%。
6現(xiàn)有存在問題及解決辦法
為考察RTO運(yùn)行性能穩(wěn)定性，運(yùn)行持續(xù)對(duì)該設(shè)備跟蹤研究半個(gè)多月，并將RTO進(jìn)出口非甲烷總烴監(jiān)測(cè)濃度進(jìn)行匯總，研究發(fā)現(xiàn)RTO對(duì)總有機(jī)廢氣的削減效率達(dá)95%以上，具體見圖5。
從首臺(tái)RTO投入運(yùn)行至今，已近40多個(gè)年頭。自20世紀(jì)90年代后RTO得到了長(zhǎng)足發(fā)展，幾乎取代了經(jīng)典的熱力焚燒裝置，并且在絕大部分有機(jī)廢氣凈化技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)占據(jù)著主導(dǎo)地位。不過，由于大部分有機(jī)廢氣存在著組分復(fù)雜，濃度高，包含各種有機(jī)、無機(jī)物質(zhì)等問題，因此，在RTO實(shí)際運(yùn)行維護(hù)中出現(xiàn)較多未曾預(yù)料到的問題。本文對(duì)本地區(qū)范圍內(nèi)醫(yī)藥化工行業(yè)RTO多年運(yùn)行所存現(xiàn)狀問題及解決方法進(jìn)行歸納，匯總?cè)绫?。
7發(fā)展展望
目前蓄熱式氧化焚燒技術(shù)處理醫(yī)藥化工有機(jī)廢氣，且有推廣的前景，但單一的末端處理終決廢氣污染問題，必須從源頭控制、、工藝優(yōu)化、多種末端治理技術(shù)協(xié)同治理、加強(qiáng)，才能有效地解決好揮發(fā)性有機(jī)廢氣污染問題。
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