張中文，孫文全，閆后成

（濰坊市環(huán)境科學(xué)研究設(shè)計(jì)院有限公司，山東濰坊 261041）

玻璃鋼，全稱為玻璃纖維增強(qiáng)塑料，是以合成樹脂作為基體，玻璃纖維及其制品為增強(qiáng)材料，通過糊制或纏繞而成的一種復(fù)合材料。玻璃鋼加工過程中會產(chǎn)生揮發(fā)性有機(jī)物、顆粒物等大氣污染物，如果控制不當(dāng)會對生產(chǎn)廠區(qū)和周邊環(huán)境造成污染，對操作工人和周邊人群健康帶來危害。由于玻璃鋼加工企業(yè)一般以小型企業(yè)為主，生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識和污染治理水平不高，在治理的過程中存在思路不清、投入不大、效果不佳的問題。本文以某玻璃鋼加工企業(yè)為例，從企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀分析入手，找出廢氣治理存在的問題，提出具體的改造升級方案，確保廢氣污染物穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放，為中小型玻璃鋼加工企業(yè)廢氣污染治理提供參考。

1 企業(yè)概況

A公司主要從事玻璃鋼制品生產(chǎn)與銷售，主要產(chǎn)品為玻璃鋼管道，總生產(chǎn)能力為7 000t/a，主要生產(chǎn)設(shè)備包括制襯機(jī)6臺、纏繞機(jī)7臺、脫模機(jī)7臺、固化站6臺、修整機(jī)6臺。年消耗不飽和聚酯樹脂1 400t、固化劑28t、促進(jìn)劑1.4t、纏繞紗2 400t、石英砂3 400t。

2 工藝流程及產(chǎn)污分析

2.1 玻璃鋼的構(gòu)造

玻璃鋼的構(gòu)造從里到外，一般分為內(nèi)表層、次內(nèi)層、結(jié)構(gòu)層、外保護(hù)層。其中，內(nèi)表層和次內(nèi)層并稱為內(nèi)襯。

（1）內(nèi)表層：由內(nèi)襯不飽和聚酯樹脂和玻璃纖維材料組成，主要作用是防腐、防滲漏。

（2）次內(nèi)層：由內(nèi)襯不飽和聚酯樹脂和玻璃纖維材料組成，主要作用是保護(hù)內(nèi)表層。

（3）結(jié)構(gòu)層：由玻璃纖維纏繞紗浸潤樹脂后纏繞成型，主要作用是承壓。

（4）外保護(hù)層：由樹脂和抗老劑組成，作用是防老化。

2.2 玻璃鋼管道纏繞法主要工藝流程

國內(nèi)主要采用手糊制作方法和纖維纏繞工藝，制作生產(chǎn)玻璃鋼產(chǎn)品。A公司采用的是纖維纏繞法，制作生產(chǎn)玻璃鋼管道。工藝流程包括配料、纏繞、固化成型、打磨裁切等。

（1）模具處理：根據(jù)任務(wù)單要求選擇對應(yīng)型號的模具，清理表面銹蝕雜物，內(nèi)面打蠟并反復(fù)擦出亮度。

（2）樹脂調(diào)兌：根據(jù)產(chǎn)品要求選擇對應(yīng)型號樹脂，按照比例添加固化劑及促進(jìn)劑調(diào)兌。

（3）內(nèi)襯制作：工藝過程包括淋樹脂、纏表面氈、針織氈和網(wǎng)格布四道工序，內(nèi)襯層制作完成后，用遠(yuǎn)紅外線烤板進(jìn)行加熱加速固化。

（4）纏繞：包括內(nèi)交叉層纏繞、夾砂層纏繞和外交叉和外環(huán)向?qū)永p繞，纏繞完成即纏外薄膜。項(xiàng)目采用纏繞完即覆膜的改進(jìn)工藝，可有效控制揮發(fā)性有機(jī)物的逸散。

（5）固化：啟動固化機(jī)，使磨具均勻轉(zhuǎn)動（溫度低時(shí)打開烤燈），隨時(shí)觀察固化情況，固化到規(guī)定程度，及時(shí)關(guān)閉烤燈及固化機(jī)，由于工件覆膜，可控制固化過程中揮發(fā)性有機(jī)物的揮發(fā)。

（6）脫模：待產(chǎn)品固化發(fā)熱過后，用扳手禁錮底部脫模螺栓，將產(chǎn)品脫模。

（7）修整打磨：用設(shè)備將產(chǎn)品四邊處少量邊角料進(jìn)行處理，保證產(chǎn)品邊沿平直。

（8）檢驗(yàn)：盛水試壓檢驗(yàn)，合格品入庫。

2.3 廢氣產(chǎn)生環(huán)節(jié)

揮發(fā)性有機(jī)廢氣主要來源是基體樹脂里面的交聯(lián)劑和樹脂稀釋劑，主要污染因子是非甲烷總烴和苯乙烯，在配料、糊制或纏繞、固化過程中揮發(fā)出來。

粉塵廢氣主要污染因子是顆粒物，在玻璃鋼固化后的打磨裁切工序產(chǎn)生。

3 污染治理思路

3.1 廢氣源頭控制措施

根據(jù)玻璃鋼加工工藝需求，努力探尋低苯乙烯不飽和聚酯樹脂等環(huán)境友好型樹脂代替苯乙烯含量較高的不飽和聚酯樹脂，從工藝的源頭減少原輔材料的VOCs含量，實(shí)現(xiàn)VOCs排放減量。

3.2 廢氣密閉收集措施

纏繞機(jī)、制襯機(jī)生產(chǎn)區(qū)域用鋁合金結(jié)構(gòu)密閉；樹脂攪拌系統(tǒng)加蓋密封，管道收集到鋁合金密閉間；法蘭車間密閉；打磨房密閉。產(chǎn)生揮發(fā)性有機(jī)廢氣的密閉操作房全部加裝底吸的廢氣收集措施。確保生產(chǎn)過程中配料、糊制、固化、打磨、裁切等工序均在密閉車間內(nèi)進(jìn)行，廢氣可有效收集。

（1）原材料密閉容器存儲，樹脂采用密閉管道輸送。原料樹脂等裝卸點(diǎn)安裝集氣設(shè)施，將裝卸過程產(chǎn)生的廢氣引入處理裝置。

（2）制襯、纏繞均在密閉的房間內(nèi)進(jìn)行，同時(shí)將廢氣引入處理裝置，固化后進(jìn)入下道工序進(jìn)行纏繞，采用邊纏繞邊覆膜的方式，及時(shí)將已完成纏繞的部位進(jìn)行覆膜，減少揮發(fā)性有機(jī)物的產(chǎn)生[1]。

3.3 廢氣末端治理措施

粉塵主要產(chǎn)生于打磨修整工段，采用布袋除塵器收集處理后通過15m高排氣筒排放。揮發(fā)性有機(jī)物采用“水噴淋+沸石分子篩吸附/脫附+催化燃燒”組合工藝處理后通過15m高排氣筒排放。

生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的VOCs廢氣在離心風(fēng)機(jī)的作用下，首先進(jìn)入噴淋填料塔，在塔內(nèi)廢氣與塔填料表面上的水膜相接觸，去除廢氣中部分溶于水的膠狀氣體，之后有機(jī)廢氣經(jīng)過阻火器進(jìn)入吸附箱，經(jīng)沸石吸附達(dá)標(biāo)后排放；吸附箱內(nèi)分子篩基本達(dá)到飽和后，切換至另一吸附箱繼續(xù)吸附。而吸附有機(jī)氣體飽和后的箱體，經(jīng)脫附風(fēng)吹脫后，高濃度氣體經(jīng)換熱器提溫后進(jìn)入電加熱器升溫后進(jìn)入催化燃燒室在催化劑作用下進(jìn)行燃燒反應(yīng)，有害VOCs氣體分解為CO2和H2O，凈化后的尾氣通過排氣筒排放。

3.4 環(huán)境管理措施

（1）建立環(huán)境管理臺賬。臺賬內(nèi)容包括廢氣收集系統(tǒng)、VOCs 處理設(shè)施的主要運(yùn)行和維護(hù)信息，如運(yùn)行時(shí)間、廢氣處理量、操作溫度、停留時(shí)間、吸附劑再生、催化劑更換周期和更換量等關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)。由專人記錄，記錄保證清晰規(guī)范，保存期限不少于5a。

（2）開展自行監(jiān)測。按照環(huán)評文件、批復(fù)和《排污單位自行監(jiān)測技術(shù)指南 總則》（HJ 819—2017）相關(guān)要求開展自行檢測，監(jiān)測因子包括非甲烷總烴、顆粒物、苯乙烯、臭氣濃度等，監(jiān)測頻次為至少半年一次。

4 廢氣治理方案

VOCs 治理技術(shù)種類較多，有吸附法、吸收法、燃燒法、冷凝法，吸附-冷凝回收、吸附濃縮-催化燃燒、低溫等離子體技術(shù)、光催化氧化、生物法、膜分離技術(shù)等。A公司采取的處理工藝是“分類分區(qū)收集+干式分離+旋流塔噴淋回收（除霧）+蜂窩活性焦吸附脫附+催化燃燒+煙囪達(dá)標(biāo)高排”。

4.1 分類分區(qū)收集系統(tǒng)

在滿足安全、經(jīng)濟(jì)的前提下，根據(jù)各個(gè)工序的流程順序、相對位置、廢氣成分及濃度，對各生產(chǎn)區(qū)域?qū)嵤┓謪^(qū)收集，集中處理，合并排放，并進(jìn)行前置初過濾。

4.2 噴淋除霧系統(tǒng)

噴淋塔和旋流除霧塔主要去除部分溶于水的鹽分、粉塵類及大分子物質(zhì)，保證進(jìn)入吸附裝置的氣體純凈度。采用SUC304或玻璃鋼材質(zhì)，廢氣經(jīng)過引風(fēng)機(jī)由塔底切向進(jìn)入，與向下噴淋的霧化水以逆流方式使氣液充分接觸。采用內(nèi)置流體噴淋管及多層載體除霧器形式，增長氣液反應(yīng)時(shí)間，提高效率，充分吸收。在吸收塔出口煙道裝有折流除霧器，進(jìn)一步消除水汽。在此過程中，廢氣攜帶的有機(jī)、無機(jī)粉塵和其他固體顆粒也被除霧器捕獲。該處理過程為全自動化操作，并且是密閉操作，最大程度減少檢修維護(hù)費(fèi)用，避免檢修時(shí)的跑冒滴漏。

淋塔洗滌廢水進(jìn)入集水池由水泵提升，經(jīng)破乳、混凝后進(jìn)入氣浮池，廢水在氣浮池中經(jīng)過凈化后進(jìn)入收集池，收集池中水可供噴淋塔循環(huán)洗滌用。氣浮池上部的收集物經(jīng)壓濾濃縮后，主要成分為玻璃鋼粉塵，可作為填充料回用。壓濾廢水再次打回集水池繼續(xù)回用，過程中無廢水和廢棄物產(chǎn)生。

4.3 催化燃燒工藝

由于玻璃鋼加工過程的VOCS濃度較低，為了保證廢氣處理效果，需要增加活性炭吸附脫附裝置，經(jīng)預(yù)處理后的廢氣經(jīng)過蜂窩活性焦進(jìn)一步吸附后排入大氣?；钚越褂啥鄠€(gè)吸附儲倉組成，設(shè)備交替工作，脫附后廢氣進(jìn)入催化燃燒系統(tǒng)進(jìn)行燃燒，產(chǎn)生的熱空氣為活性炭脫附提供熱能。

濃縮廢氣經(jīng)阻火器進(jìn)入催化凈化裝置，在熱交換器內(nèi)與高溫尾氣進(jìn)行熱量交換，經(jīng)預(yù)熱的廢氣進(jìn)入加熱室（內(nèi)設(shè)有電加熱管）進(jìn)一步升溫，達(dá)到起燃溫度的廢氣繼續(xù)進(jìn)入催化床內(nèi)。本系統(tǒng)采用過渡金屬催化劑和貴金屬催化劑組合使用，在貴金屬Pt、Pd催化劑的作用下，使有機(jī)溶劑完全氧化分解為H2O和CO2，并釋放出大量反應(yīng)熱，可維持催化燃燒所需的起燃溫度，通過換熱系統(tǒng)達(dá)到熱平衡，反應(yīng)器床層溫度可達(dá)到300。C以上。

混料系統(tǒng)廢氣催化燃燒裝置由于需要催化燃燒氨氣，會產(chǎn)生一定量的NOX，催化室底層裝有部分SCR催化劑，高溫廢氣進(jìn)入SCR催化劑層后，剩余的氮氧化物和氨氣在釩鎢鈦催化劑作用下還原成氮?dú)夂退?，廢氣通過換熱器熱量回收后進(jìn)入噴淋系統(tǒng)。

催化劑進(jìn)出口及床層均設(shè)有溫度傳感器和壓力傳感器，控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集溫度，壓力，流量，建立燃燒模型，精確控制燃燒速度，補(bǔ)冷風(fēng)機(jī)補(bǔ)風(fēng)量，加熱器加熱功率等，保證系統(tǒng)高效、安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

配備惰性氣體安全保護(hù)裝置，對于高濃度、低沸點(diǎn)的VOCs氣體，采用增加惰性氣體合理控制廢氣氧含量，保護(hù)脫附和催化燃燒安全。

4.4 活性焦吸附濃縮系統(tǒng)

吸附床為組裝式結(jié)構(gòu)，內(nèi)裝填蜂窩狀改性活性焦，換料方便，吸附性能好，阻力小，可使設(shè)備小型化。吸附器上設(shè)有進(jìn)出氣口、檢修人孔、消防水接口、氣體置換接口、溫度和壓力監(jiān)測孔，確保吸附安全進(jìn)行。廢氣中的有機(jī)物質(zhì)被活性焦吸附截留在吸附床層內(nèi)，經(jīng)過凈化的廢氣經(jīng)煙囪高空排放，新風(fēng)作為解吸用潔凈氣源。吸附器出口處安裝在線檢測儀，對排放廢氣濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，保證廢氣達(dá)標(biāo)排放。按照吸附周期每天對一個(gè)吸附器進(jìn)行脫附，以保證吸附器的吸附效率。如此循環(huán)進(jìn)行，保證尾氣吸附凈化的連續(xù)性，實(shí)現(xiàn)出吸附器廢氣的潔凈達(dá)標(biāo)。

由于廢氣組分中苯乙烯的存在，脫附時(shí)需要較高的脫附溫度和較長的脫附時(shí)間，又由于前置噴淋塔的存在，廢氣中水汽濃度較高，所以普通活性炭不適合應(yīng)用，分子篩吸附劑由于成本較高，故選用改性活性焦作為吸附劑。

活性焦是活性炭的一種，但是是區(qū)別于普通活性炭，其生產(chǎn)工藝與活性炭相似，只是比表面積和孔容積等參數(shù)沒有達(dá)到活性炭的指標(biāo)，但又具有一定吸附能力，特別是針對某些特殊場合，其吸附能力甚至超過了活性炭[2]。

活性焦是以褐煤為主要原料研制出的一種具有吸附劑和催化劑雙重性能的粒狀物質(zhì)，具有十分豐富的微孔結(jié)構(gòu)，能吸附大分子、長鏈有機(jī)物。由于相對普通活性炭其燃點(diǎn)高達(dá)350。C，在采用適當(dāng)惰性氣體控制氧含量脫附情況下，適合大分子長鏈有機(jī)物的脫附解析。

4.5 控制系統(tǒng)

采用FCS現(xiàn)場總線控制方式、現(xiàn)場工作站和遠(yuǎn)程監(jiān)控管理方式，能在就地人員的巡回檢查和少量操作的配合下，在各車間單元控制室內(nèi)，以現(xiàn)場觸摸屏和監(jiān)控室觸摸屏為主要監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的啟停和調(diào)整、運(yùn)行工況的監(jiān)視和調(diào)整以及事故處理等。同時(shí)各項(xiàng)數(shù)據(jù)通過光纖以太網(wǎng)傳輸?shù)缴衔挥?jì)算機(jī)系統(tǒng)，同時(shí)也可通過上位計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)獲得公共部分的設(shè)備運(yùn)行狀況。

在正常工作時(shí)，每隔一個(gè)時(shí)間段記錄系統(tǒng)運(yùn)行工況數(shù)據(jù)，包括熱工實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)、設(shè)備運(yùn)行狀況等。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)系統(tǒng)將及時(shí)記錄故障信息。操作員終端可存儲大量信息，自動生成工作報(bào)表及故障記錄，存儲的信息可通過查詢鍵查詢。

全系統(tǒng)采用光纖以太網(wǎng)作為可靠的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，采用獨(dú)立FCS控制器進(jìn)行控制，并可納入全廠DCS控制系統(tǒng)中。凈化裝置出口煙道上設(shè)置在線傳感器，信號全部進(jìn)入DCS中進(jìn)行監(jiān)控。

4.6 催化劑選型

選用的催化劑型號為負(fù)載貴金屬鈀、鉑型，是處理各種不同類型有機(jī)廢氣的高效廣譜型催化劑。該催化劑采取蜂窩陶瓷為載體，通過內(nèi)浸漬法負(fù)載貴金屬鉑和鈀，具有高活性、高凈化效率、耐高溫及長使用壽命等特點(diǎn)；性能參數(shù)為：方形孔，孔數(shù)25個(gè)/cm，堆積密度為（0.76±0.02）kg/L，比表積為25m2/g，凈化效率≥97%。

4.7 風(fēng)機(jī)選型

風(fēng)機(jī)采用防火花結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，葉輪及外殼之間包裹有色金屬并設(shè)有葉輪止推裝置。防腐方面為碳鋼噴漆加環(huán)氧瀝青漆。主風(fēng)機(jī)采用變頻器控制，系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，可隨著風(fēng)量的變化，根據(jù)風(fēng)機(jī)前管道壓力變化自動或手動調(diào)整風(fēng)機(jī)頻率，調(diào)整風(fēng)機(jī)風(fēng)量，節(jié)能降耗，并確保生產(chǎn)線的穩(wěn)定。選用主風(fēng)機(jī)風(fēng)量24 000m3/h、功率18.5kW、風(fēng)壓2 510Pa，脫附風(fēng)機(jī)風(fēng)量2 800m3/h、功率3.5kW、風(fēng)壓2 107Pa，補(bǔ)冷風(fēng)機(jī)風(fēng)量1 680m3/h、功率2.2kW、風(fēng)壓1 250Pa[3]。

5 污染治理效果

廢氣治理設(shè)施總投資671萬元，年運(yùn)行費(fèi)用91萬元，通過治理，污染物排放量可降低90%以上，排氣筒中顆粒物排放濃度可以穩(wěn)定在10mg/m3以下，揮發(fā)性有機(jī)物排放濃度可以穩(wěn)定在60mg/m3以下，廠界顆粒物最高濃度可控制在1mg/m3以下、揮發(fā)性有機(jī)物濃度可以穩(wěn)定在2mg/m3以下。