王騰驕，孫永嘉，徐遵主

(南京大學環(huán)境規(guī)劃設計研究院股份公司，江蘇 南京 210093)

工業(yè)企業(yè)排放的揮發(fā)性有機物(VOCs)廢氣中含有顆粒物是一個較為普遍的現(xiàn)象，比如：噴漆廢氣、印刷廢氣、機加工油霧廢氣、化工行業(yè)反應釜投料廢氣等，這類廢氣中VOCs、顆粒物等污染物共同存在。顆粒物的存在直接影響VOCs廢氣處理系統(tǒng)的正常運行，導致VOCs去除效率下降、系統(tǒng)故障等問題，因此，在有機廢氣治理工程設計中應重點考慮顆粒物的預處理。

顆粒物預處理技術即在有機廢氣中含有顆粒物時，在VOCs凈化系統(tǒng)前先凈化去除有機廢氣中顆粒物的技術。目的是使預處理后的有機廢氣顆粒物濃度明顯降低，對VOCs凈化系統(tǒng)基本不產(chǎn)生影響。本文分析了顆粒物對常規(guī)VOCs處理系統(tǒng)的影響，綜述了目前較為成熟的顆粒物預處理技術，并分析了各方法的優(yōu)缺點和適用范圍，最后論述了增設顆粒物預處理系統(tǒng)后對VOCs處理系統(tǒng)的影響。

1 顆粒物對VOCs處理系統(tǒng)的影響分析

目前較為成熟的VOCs治理工藝有：吸附法、吸收法、冷凝法、膜分離法、催化燃燒法、熱力燃燒法、光催化法以及活性炭吸附脫附-催化燃燒、沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮+蓄熱焚燒等，其中顆粒物主要對吸附法、催化燃燒法、熱力燃燒法、光催化法等影響較大，目前國家已有相關技術規(guī)范，明確規(guī)定采用吸附法、催化燃燒法、蓄熱焚燒法時，有機廢氣中的顆粒物濃度限值，具體如表1所示。

表1 VOCs治理工藝進口顆粒物濃度限值要求

因此本文主要分析顆粒物對吸附法、催化燃燒法、蓄熱焚燒法的影響。

吸附法中吸附劑往往選取具有較大比表面積的多孔材料，比如顆粒物活性炭、蜂窩活性炭、活性炭纖維(ACF)、沸石轉(zhuǎn)輪、分子篩、石墨烯等[4]。當廢氣中含有顆粒物時，顆粒物會積聚在吸附劑表面造成吸附失效，降低吸附劑對VOCs的吸附效率，并使系統(tǒng)流阻大幅增加。若未及時更換吸附劑或有效去除吸附劑上積聚的粉塵，可能會導致電機燒毀等故障，系統(tǒng)最終無法正常運行。

催化劑是催化燃燒器的核心構件，直接影響催化燃燒系統(tǒng)的成功與否。含塵有機廢氣中的顆粒物會在催化劑表面或孔道內(nèi)堆積，使催化劑的活性中心減少，造成催化劑失活，降低VOCs的去除效率[5-6]。此外，顆粒物會粘附在換熱器內(nèi)表面，降低換熱效率，同時也會增加設備阻力。

含塵有機廢氣中的顆粒物對蓄熱焚燒系統(tǒng)造成最大的危害是顆粒物蓄積在蓄熱床層內(nèi)，導致蓄熱床堵塞，增加設備阻力[7]。此外顆粒物還有可能進入蓄熱燃燒爐燃燒室內(nèi)，進入火焰檢測器管路內(nèi)，造成火焰檢測不靈敏等情況[8]。

2 顆粒物預處理技術選擇

顆粒物預處理技術從原理上可以分為干法和濕法。干法是利用慣性原理，將顆粒物攔截在過濾材料上的凈化方法，常規(guī)的干法包括過濾器(粗效過濾器、中效過濾器、高、中效過濾器、亞高效過濾器和高效過濾器)、濾筒除塵器、袋式除塵器等，重力除塵器、慣性除塵器、旋風除塵器等除塵工藝對顆粒物去除效率較低，且投資費用較高，不宜作為顆粒物預處理器。

濕法是利用慣性或離心力等將顆粒物攜帶入水中的凈化方法，常規(guī)的濕法包括：噴淋塔、水膜(簾)等；

不同行業(yè)產(chǎn)生的有機廢氣中的顆粒物千差萬別，應根據(jù)廢氣和顆粒物的性質(zhì)采取有針對性的預處理技術。選擇顆粒物預處理技術時需考慮的主要因素有：①廢氣中顆粒物粒徑范圍；②顆粒物產(chǎn)生濃度及速率；③廢氣濕度、溫度等因素；④顆粒物的性質(zhì)(黏度、比重、燃爆性等)；⑤顆粒物處理目標濃度等。

2.1 濕法預處理技術的適用性和優(yōu)缺點分析

濕法顆粒物預處理技術適用于處理粒徑較大、比重較大、有黏性、易燃爆的顆粒物，以及廢氣進口顆粒物濃度較低、去除效率不要求太高的場合。

優(yōu)點：①系統(tǒng)運行可靠，顆粒物會沉積在設備水槽底部，噴淋水經(jīng)過濾后可循環(huán)使用，系統(tǒng)能夠長期運行；②濕法經(jīng)濟性較高，投資、運行費用相對較低。

缺點：①產(chǎn)生廢水、廢渣等二次污染，易于處理；②造成廢氣含濕量較大，影響后續(xù)VOCs凈化效果。

2.2 干法預處理技術的適用性和優(yōu)缺點分析

干法顆粒物預處理技術適用于處理粒徑較小的顆粒物，以及顆粒物處理目標濃度較低的場合。

優(yōu)點：①對顆粒物的去除效率較高，尤其對粒徑較小的顆粒物，其去除效率高于濕法預處理技術；②設備安裝，運行維護較為方便。

缺點：①容塵量有限，需定期更換濾材，失效的濾材一般作為危險廢棄物進行處理處置，運行費用較濕法高；②設備阻力大。當顆粒物去除效率要求較高時，一般考慮多級過濾組合，設備終阻力可達1000 Pa，若設備不及時更換，對系統(tǒng)影響較大。

2.3 顆粒物預處理系統(tǒng)工程實例

不同類別有機廢氣常規(guī)的顆粒物預處理系統(tǒng)工程實例列舉如表2所示。

表2 顆粒物預處理系統(tǒng)工程實例

3 顆粒物預處理工藝對VOCs處理系統(tǒng)的影響分析

3.1 干法對VOCs處理系統(tǒng)的影響

干式預處理系統(tǒng)最大的特點是需要定期更換濾材，更換濾材時系統(tǒng)需停止運行，以保證操作人員的安全，并避免濾材上的粉塵被氣流帶入VOCs處理系統(tǒng)。對于熱力焚燒、催化燃燒等VOCs處理系統(tǒng)宜持續(xù)運行，不宜頻繁啟停，因此更換濾材會對這些系統(tǒng)產(chǎn)生沖擊，影響其穩(wěn)定運行。因此在采用干式顆粒物預處理系統(tǒng)時，系統(tǒng)需考慮設置備用裝置、應急排放裝置等，減少對VOCs處理系統(tǒng)的影響。

3.2 濕法對VOCs處理系統(tǒng)的影響

濕式顆粒物預處理系統(tǒng)在去除顆粒物的同時，會對廢氣的濕度、溫度、VOCs濃度產(chǎn)生影響，從而對后續(xù)VOCs處理系統(tǒng)的選擇、運行產(chǎn)生影響。

(1)增加廢氣濕度

濕法除塵利用水的重力將逆向的廢氣中的顆粒物攜帶至水中，同時廢氣會攜帶少量水汽進入后續(xù)VOCs處理系統(tǒng)，增大廢氣的相對濕度，主要對吸附法影響較大。

廢氣中的水分子會與VOCs形成競爭吸附，研究表面，當廢氣的相對濕度大于50%時，會明顯抑制吸附劑對VOCs的吸附[9]。因此在選擇濕法顆粒物預處理系統(tǒng)作為吸附法的顆粒物預處理技術時，還需要在濕法顆粒物預處理系統(tǒng)后增加除霧除濕裝置，降低廢氣的相對濕度。

(2)降低廢氣溫度

對于含有一定溫度的廢氣，采用濕法預處理技術，會降低廢氣的溫度。采用吸附法時，降低廢氣溫度，有利于VOCs的吸附去除。采用焚燒法時，降低廢氣溫度，會使得廢氣處理的溫差增加，導致輔助能源消耗量增大。

(3)可能降低VOCs濃度

若有機廢氣中存在水溶性有機物，如甲醇、丙酮等，會同時起到去除水溶性有機物的作用，降低廢氣中VOCs濃度。降低VOCs濃度可以降低吸附法、光催化氧化等系統(tǒng)的污染物處理負荷，提高系統(tǒng)對VOCs的去除效率，并降低系統(tǒng)運行費用。

但對于熱力焚燒、催化燃燒等需要利用廢氣中VOCs燃燒熱值的處理工藝，廢氣中VOCs濃度的降低，會增加天然氣、電等輔助能源的用量，導致系統(tǒng)運行費用增加。

3.3 系統(tǒng)阻力增加

無論干法還是濕法顆粒物預處理系統(tǒng)，都會增加系統(tǒng)運行阻力，各類顆粒物預處理系統(tǒng)的阻力值(預留一定余量)匯總?cè)绫?所示。

表3 各預處理系統(tǒng)終阻力建議值

當采用干式多級過濾組合或濕法+干法組合時，系統(tǒng)阻力增加更為明顯。因此，在進行VOCs處理系統(tǒng)設計時需充分考慮顆粒物預處理系統(tǒng)增加的阻力，在設備設計時應考慮增加壓差計和壓差報警裝置，及時更換堵塞的濾袋或填料等，防止系統(tǒng)超壓運行[10]。

4 結 語

有機廢氣中顆粒物會對VOCs凈化系統(tǒng)造成諸多不利影響，如吸附劑、蓄熱層堵塞，催化劑活性降低，換熱器換熱效率降低等，因此在VOCs治理工程設計時必須考慮預處理顆粒物。顆粒物預處理技術分為濕法和干法，在實際工程應用中，需根據(jù)具體情況選擇合適的預處理技術，同時還應注意顆粒物預處理系統(tǒng)對后續(xù)VOCs凈化系統(tǒng)的影響，并采取相應的解決措施，確保VOCs凈化系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行。