高级氧化技术处理染料烘干废气的工艺设计徐鹏

2019年12月海峡科学December2019第12期总第156期StraitsScienceNo.12,Total156th·20·高级氧化技术处理染料烘干废气的工艺设计徐鹏（福建省环境保护设计院有限公司，福建福州350012）[摘要]以紫外线协同臭氧的高级氧化技术为主要工艺原理，处理大风量、低浓度的染料烘干恶臭废气。在实际工程案例中得到较好的处理效果，充分说明了高级氧化技术在处理该类废气上的优势，为处理该类废气项目提供了新的思路和方向。[关键词]染料烘干废气高级氧化技术治理工艺[中图分类号]X788[文献标识码]A[文章编号]1673-8683(2019)12-0020-03随着我国经济不断发展，工业产品的生产工艺也日趋多样化和复杂化，伴随而来的污染物形式也出现了多元化的发展态势。大风量、低浓度有机废气就是近年涌现出的比较有代表性的一类废气污染形式。目前业内对该类废气尚且没有统一的定义，多数意见认为废气风量大于20000m3/h、废气中非甲烷总烃浓度小于200mg/m3的有机废气可以称为大风量低浓度有机废气，废气治理工艺也趋于常规化。但对于染料烘干喷塔废气、生物制药菌渣烘干废气、污泥干化废气这几类行业废气来讲，其风量远大于20000m3/h，其浓度远远低于200mg/m3，常规处理方法不能较好地满足这几类废气的治理要求。本文以上虞市某染料生产企业的染料烘干喷塔废气处理为例，探讨臭氧协同紫外线高级氧化技术在处理大风量、低浓度有机废气方面的运用。1工程项目简介1.1项目行业背景新中国成立以来，我国染料工业发生了翻天覆地的变化，生产规模及品种出现了跨越式增长，已成为世界第一大染料生产国。目前产能已占世界染料总产能的2/3以上，可生产的染料品种达1200多个，经常生产的品种600多个。染料干燥是染料生产过程的昀后一道工序，也是染料后处理加工方面很重要的环节。将染料的滤饼或染液干燥的方法有很多种，不同种类的染料，甚至同一类染料中不同的品种常常会采用不同的干燥方法。普遍采用的有直接干燥法、带式干燥法、耙式干燥法、旋转闪蒸干燥法、喷雾干燥法以及气流干燥法、微波干燥法等。在高温烘干过程中，染料中的有机成分会不断受热挥发，同时颗粒物之间剧烈碰撞、摩擦会产生大量的粉尘，因此该烘干废气是含烟尘的高温恶臭废气。1.2处理工艺适用性分析该工程废气的特点是风量大、浓度低。经布袋除尘后的设计风量为50000m3/h，非甲烷总烃平均浓度为20.2mg/m3，有机成分复杂，可以检测到的物质有硝基苯、甲基萘、萘等，恶臭无量纲平均值为1600。有机废气常用的方法包括冷凝法、吸收法、吸附燃烧法、生物法和高级氧化法。该工程废气风量大、浓度低、组份复杂，冷凝法适用于风量小、浓度高、单一组份的有机废气，所以冷凝法不适合该工程；该工程废气污染因子多是非溶解性的物质，所以溶液吸收法不适合该工程；该工程废气风量大，如用吸附燃烧法，吸附设备的占地面积将十分巨大，运营成本也非常高，化工厂用地紧张，无法解决处理设备用地问题，所以吸附法也不适合该工程；生物法可以处理低浓度有机废气，但由于该工程的废气风量是变化的，因此生物负荷是变化的，而生物法抗负荷变化的能力很差，因此生物法不适合该工程。通过方案比选，高级氧化法具有占地面积小、抗负荷变化能力高、运营成本低、维护便捷的工艺特点，适合大风量、低浓度有机废气处理，所以该工程选用高级氧化法处理烘干废气。2019年第12期海峡科学HAIXIAKEXUE·21·2废气工艺设计2.1设计处理规模根据业主要求，5套烘干喷塔废气合并，用1套废气处理设备处理，处理风量为50000m3/h左右。处理工艺在原有布袋除尘器之后增加水喷淋吸收塔2套和高级氧化系统1套，废气经高级氧化系统处理后，进入原有64m烟囱排放。根据中试实验及业主的要求，同时结合《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）、《恶臭污染物排放标准》（GB14554-1993）中的相关规定，64m烟囱检测口处检测臭气无量纲值要求小于350以下。工艺流程图如图1所示。图1系统流程图2.2高级氧化技术原理及特色臭氧协同紫外线高级氧化技术是利用特殊光源的紫外灯产生的辐射场直接活化臭气分子，使发生分解的直接反应与辐射产生的激发态结构分解臭气分子的间接反应相结合的一种氧化技术。该技术综合利用高强辐照场对挥发性有机物物质的破坏作用和臭氧对挥发性有机物质的氧化去除作用来去除挥发性有机物气体，并利用氧自由基在强辐射下分解所产生的次生氧化剂（·OH自由基）来氧化分解恶臭气体，改变臭气分子的无活特性，昀终挥发性有机物被分解成CO2、水和其他小分子化合物以达到除臭目的。臭氧与紫外线协同作用机理可描述如下：OHOHOHOHOOOO2h22222232.3高级氧化系统主要设备及其主要参数高级氧化系统主要由水吸收塔、高级氧化塔，臭氧发生器、控制柜、旋流混合器、排风机等部分组成。臭氧冷却系统采用园区冷却水系统，液氧源采用园区液氧站供应。臭氧投加分两步进行：第一步为预处理（15%）投加，主要是在旋流混合器内部进行；第二步为主处理投加（85%），在高级氧化塔内部进行，臭氧在紫外光辐射场中通过高剂量的辐射发生链式反应，提高反应速率，臭氧投加比例可通过自动控制系统调整。具体设备参数见表1。表1高级氧化系统主要设备表序号设别名称基本参数材质单位数量1洗涤塔风量50000m3/h，不锈钢鲍尔环填料，双层，填料层厚度0.8m。吸收塔直径3m,高度8.5m聚丙烯台22高级氧化塔风量50000m3/h，紫外区2层，喷淋二层，覆盖面200%，布气层一层SS304台13臭氧发生器氧气源臭氧发生器，臭氧产量2kg/hSS316台14旋流混合器折板式，尺寸2.5m×2.5m×4m，板冲孔直径8mmSS304台1HAIXIAKEXUE海峡科学2019年第12期·22·3运行效果该工程经过三个月的设计安装和调试，于2016年6月进入正式运行，期间无重大检修事宜。正式运行期间分别对厂界臭气无量纲值和64m烟囱检测口处臭气无量纲值进行检测，检测标准均满足《恶臭污染物排放标准》（GB14554-93）的相关规定。检测结果见表2和表3。表2厂界臭气无量纲检测结果监测点位监测内容监测结果标准值是否达标南厂界（上风向）臭气无量纲值1520达标北厂界臭气无量纲值1820达标西厂界臭气无量纲值1720达标东厂界臭气无量纲值1620达标注：该表数据为三天的平均数据，每天4次，监测3天。表3高级氧化系统检测表结果检测时间监测内容高级氧化塔进口高级氧化塔出口去除率第一天臭气无量纲值88226270.3%第二天臭气无量纲值93430966.9%第三天臭气无量纲值91528668.7%第四天臭气无量纲值92731266.3%注：该表数据为1天的平均数据，每天3次，监测4天。表4高级氧化系统检测表结果检测时间监测内容高级氧化塔进口高级氧化塔出口去除率第一天非甲烷总烃18.6mg/m35.71mg/m369.3%第二天非甲烷总烃22.3mg/m37.65mg/m365.7%第三天非甲烷总烃20.8mg/m36.87mg/m366.9%第四天非甲烷总烃21.4mg/m36.68mg/m368.7%注：该表数据为1天的平均数据，每天3次，监测4天。4工程投资及运行成本分析4.1工程投资本工程总投资为190万元，其中钢构基础费用20万元，设备采购及安装费用160万元，设计调试费用10万元。4.2运行成本分析（1）系统电费。高级氧化处理系统（包括臭氧发生器，UV/O3反应器等）总装机功率为52kW（可调），系统按24小时运行，年运行耗电费用(元)＝52×24×365×1.00=45.55万元。（2）氧气用量。氧气每个小时用量14Nm3，每天用量0.4吨，每吨液氧价格700元，年运行费用（元）=0.4×700×365=10.22万元。（3）耗材维护费用高性能紫外灯管更换，共计108根，每根1600元，共计17.28万元，更换周期为1.5年，每年更换成本11.5万元。臭氧设备放电极更换，120根，每根400元，共计4.8万元，更换周期为5年，每年更换成本1万元。合计每年更换耗材总成本12.5万元。（4）系统用水为循环水，每年1万元。综上，该系统年昀大运行费用为69.27万元，项目正式运行一年以后的实测年运行费用总计为42.5万元。5高级氧化技术的特点①高级氧化技术是一种切实有效的实用技术，针对挥发性有机物恶臭气体具有风量大、浓度低的特点，高级氧化技术是一种新的研究方向。②反应速度快，处理效果优良。紫外辐照场和臭氧存在着一个协同作用，试验表明，这种协同作用使该技术对挥发性有机物恶臭气体去除的速率得到极大程度的增加，且处理设备体积小、占地小，尤其适用于改造、增设等情况。③模块式的产品构造，可以灵活搭配使用。适合废气源分块、分期独立处理。④设备运行稳定，设备内部无高温、高压等特殊部件，运行安全稳定，操作便捷，帀启后无需特别的保养管理。⑤设备的维护工作量小，高级氧化反应过程受外部环境影响甚小，除臭效果可以较持续稳定，系统维护工作简单。⑥设备风阻小，仅有250Pa左右，运行管理灵活，操作简单方便。⑦设备核心部分发射管采用顶级品质的进口光源，可稳定、高效地输出反应所需的短波光子能量，使用寿命长。（下转第33页）2019年第12期海峡科学HAIXIAKEXUE·33·[14]马翔.糖尿病患者滤过性手术并发症的治疗及预防[J].广西医科大学学报,2006,23(2):330.[15]GelattKN,BrooksDE,SamuelsonDA.Comparativeglauco-matologyI:Thespontaneousglaucomas[J].J.Glaucoma,1998,7(3):187-201.[16]王巧萍,叶真.糖尿病性眼肌麻痹临床特点和治疗探讨[J].中国实用眼科杂志,2000,18(10):639.[17]KanthVR,LavanyaK,SrinivasJ.ElevatedExpressionofIndoleamine2,3-Dioxygenase(IDO)andAccumulationofKyn-urenicAcidinthePathogenesisofSTZ-InducedDiabeticCataractinWistarRats[J].CurrentEyeResearch,2009,34(4):274-281.[18]HashimZ,ZarinaS.Antioxidantmarkersinhumansenileanddiabeticcataractouslenses[J].JournaloftheCollegeofPhysiciansandSurgeons--Pakistan:JCPSP,2006,16(10):637-640.[19]AoS，KikuchiC，OnoT，NotsuY.EffectofinstillationofaldosereductaseinhibitorFR74366ondiabeticcataract[J].Invest.Ophthalmol.Vi.Sci.,1991，32（12）：3078-3083.[20]王迎开.328例糖尿病患者眼部并发症的调查分析[J].中华全科医学,2008,6(1):77-78.[21]方静,李菊,马海华,糖尿病患者白内障与视网膜病变的关系[J].眼外伤职业眼病杂志,2003,25(10):684-685.[22]RistowM.Neurodegenerativedisordersdiabetesmellitus[J].JournalofMolecularMedicine,2004,82(8):510-511.[23]谢学军,李瑞荃.糖尿病大鼠视神经病理学研究——光镜与电镜观察[J].眼科研究,1997,25（1）:23-25.[24]丁小燕,欧杰雄,马红婕,等.糖尿病性视神经病变的临床分析[J].中国实用眼科杂志,2005,23(12):1269-1274.（上接第8页）[4]张