蘇玉文，吳品章，張?jiān)?/p>

(江蘇洋井環(huán)保服務(wù)有限公司，江蘇 連云港 222000)

0 引言

在當(dāng)前社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平以及科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平不斷提升的背景下，工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模也會不斷擴(kuò)大，也導(dǎo)致其所面臨環(huán)保壓力大幅提升，工業(yè)企業(yè)需積極將自身發(fā)展與生態(tài)環(huán)境充分結(jié)合，落實(shí)綠色生產(chǎn)要求。其中，有機(jī)廢氣是工業(yè)生產(chǎn)附帶的重要污染源之一，企業(yè)方面需要合理選擇廢氣處理工藝手段以提升處理效率，本文對不同有機(jī)廢氣處理工藝處理效果進(jìn)行測定與評價(jià)對企業(yè)決策具有重要參考價(jià)值。

1 揮發(fā)性有機(jī)廢氣概述

揮發(fā)性有機(jī)物一般是指在大氣中易揮發(fā)的有機(jī)物，例如苯酚、甲苯以及乙酸乙酯等。當(dāng)前國際上尚未形成揮發(fā)性有機(jī)物統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，很多國家或區(qū)域都用有機(jī)物在特定溫度下的蒸汽壓為判定標(biāo)準(zhǔn)，例如：澳大利亞、瑞士、德國等。而美國為代表的其他國家則以光化作用為判定標(biāo)準(zhǔn)。

從近年來頒布的有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)來看，我國是將揮發(fā)性有機(jī)化合物界(VOCs)定為在空氣中參與大氣光化學(xué)作用的有機(jī)物。具體標(biāo)準(zhǔn)如下：用于核算或者備案的VOCs 指20 ℃時(shí)蒸汽壓不小于10 Pa 或者101.325 kPa標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下沸點(diǎn)不高于260 ℃的有機(jī)化合物，或者實(shí)際生產(chǎn)條件下具有以上相應(yīng)揮發(fā)性的有機(jī)化合物的統(tǒng)稱，但是不包括甲烷。

2 有機(jī)廢氣處理工藝概述

有機(jī)廢氣處理工藝相對較多，其中常用的就是吸附法。而吸附法可分為兩種，分別是物理吸附法和化學(xué)吸附法。工業(yè)領(lǐng)域中一般采用物理吸附法來處理尾氣，常用的物理吸附技術(shù)有：固定床吸附系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)式吸附系統(tǒng)，其均具有初設(shè)成本低、適用于多種污染物等優(yōu)點(diǎn)，適合低濃度、大風(fēng)量的廢氣處理和低濃度雜質(zhì)、間歇生產(chǎn)的流水線?；钚蕴?、分子篩等是目前比較常見的吸附材料。與分子篩轉(zhuǎn)輪相比，活性炭材料的投資成本更低，吸附效果也更好，工業(yè)適應(yīng)性更強(qiáng)。

可溶解于水的有機(jī)廢氣可以用水吸收的方法來處理。該工藝以物理和化學(xué)吸收為前提，工藝簡單、設(shè)備費(fèi)用低廉，對水溶性有機(jī)廢氣有良好的處理效果，而且也有不會受到高沸點(diǎn)物質(zhì)的影響，消耗材料少的優(yōu)點(diǎn)。水吸收處理工藝的理論依據(jù)是雙膜理論，氣膜和液膜分別存在于氣相側(cè)和液相側(cè)，在尾氣吸收的過程中，由于膜物質(zhì)的影響，有機(jī)物質(zhì)的吸收會產(chǎn)生一定的阻力，在吸收氣體經(jīng)過兩層膜的傳輸之后被液相吸收，最后實(shí)現(xiàn)了氣液一致目標(biāo)。在利用水吸附法處理有機(jī)廢氣時(shí)，由于不同材質(zhì)的影響，所產(chǎn)生的影響值各不相同，必須按公式逐個計(jì)算，才能得到最優(yōu)的吸附條件。

冷凝吸收有機(jī)廢氣方法的基本原理是：在氣、液兩相共存的系統(tǒng)中，有一組分的蒸氣態(tài)物質(zhì)因凝結(jié)而變成液體，也有一組分的液態(tài)物質(zhì)因蒸發(fā)而變成氣體。同一物質(zhì)的飽和蒸汽壓力是隨溫度而變化的，隨著溫度的降低，飽和熱氣體的壓力也隨之降低。對某一濃度有機(jī)蒸氣廢氣，經(jīng)冷卻后廢氣中有機(jī)蒸氣的濃度保持不變，而其對應(yīng)的飽和蒸汽壓隨著溫度的下降而下降。當(dāng)廢氣降到一定溫度，其對應(yīng)的飽和蒸汽壓已經(jīng)低于廢氣的組分，則此組分就會凝結(jié)成液態(tài)，廢氣中的組分就會減少，進(jìn)而達(dá)到進(jìn)行氣體分離目的。

3 冷凝回收工藝廢氣處理效果測定

本文研究中利用定量分析法對冷凝工藝處理效果進(jìn)行測定。具體工作中可利用Antoine 方程對純液體在不同溫度條件下蒸汽壓進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算式(1)所示：

式中：P*為純液體在溫度T(K)條件下的蒸汽分壓；A、B、C分別為Antoine 常數(shù)。

在計(jì)算過程中，假定廢氣中溶媒體積分?jǐn)?shù)以及冷凝后廢氣中體積分?jǐn)?shù)分別為x1以及x2?？紤]到冷凝處理前后空氣總量不產(chǎn)生變化，由此實(shí)際計(jì)算溶媒干基含量過程中可以空氣為基準(zhǔn)，具體計(jì)算如式(2)和式(3)所示：

式中：1x′以及x2′分別為廢氣經(jīng)過冷凝處理前后的有機(jī)溶媒干基含量。

考慮到存在式(4)及式(5)中情況：

式中：P為系統(tǒng)總壓；P1以及P2分別為廢氣經(jīng)冷凝處理前的溶媒分壓值以及純液體在冷凝溫度條件下的平衡分壓，即P*。冷凝前后回收率y算方式如式(6)所示：

將式(4)和式(5)帶入到式(2)和式(3)之中，并利用壓力表示式(6)，可得出如式(7)所示結(jié)果：

當(dāng)系統(tǒng)總壓為1 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓背景下，式(8)可變?yōu)槿缦陆Y(jié)果：

以工業(yè)生產(chǎn)中較為常見的幾種有機(jī)溶媒為例，通過對其在9 ℃、-5 ℃以及-15 ℃冷凝溫度條件下的廢氣中平衡分壓及回收率進(jìn)行計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)：在同樣的凝結(jié)溫度下，有機(jī)溶媒的沸點(diǎn)越高，廢氣中溶媒含量越低，溶媒回收率較高。大部分的有機(jī)溶媒，在-15 ℃冷鹽水冷凝條件下回收率均可超過90%，而甲醇、乙醇、二氯甲烷和二甲苯等，在-5 ℃冷鹽水冷凝條件下的回收率可達(dá)90%以上，其減排效果十分顯著。但從分析處理后廢氣濃度數(shù)值可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)廢氣降溫至-15 ℃時(shí)廢氣經(jīng)過冷凝回收處理后，其中的有機(jī)物含量仍然很高，難以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

4 冷凝處理工藝效果評價(jià)

由實(shí)際計(jì)算結(jié)果可知，盡管在冷凝回收處理工藝應(yīng)用階段，溶媒回收效率較高，但在達(dá)到最佳處理溫度情況下，廢氣中殘留的溶媒含量與大氣排放標(biāo)準(zhǔn)仍有一定差距。這就要求對處理工藝的方向和形式進(jìn)行調(diào)整，采用干式真空泵對溶媒進(jìn)行回收，可使排出的廢氣中水分減少，與低溫冷凝處理工藝相比，其優(yōu)勢更加顯著。

目前我國廢氣治理過程所涉及的過程種類在某種程度上呈現(xiàn)出多樣性特征。從綜合角度進(jìn)行分析，冷凝回收工藝應(yīng)用效果最佳，其具有設(shè)備投資少、占地少、可再循環(huán)利用等優(yōu)勢，其相關(guān)設(shè)備整體運(yùn)營費(fèi)用也相對較低，而且通常情況下還能帶來一定的附加收入。在治理過程中，設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)不需大筆投資，還能依靠回收的溶媒來提高經(jīng)濟(jì)效益。

但是如果廢氣中有機(jī)組分含量過低，則可大幅降低溶劑回收率，且會影響廢氣處理的節(jié)能效果。所以，在采用冷凝回收處理工藝前，應(yīng)該對廢氣中的有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行計(jì)算，若廢氣中的有機(jī)物質(zhì)回收率太低，則應(yīng)考慮選擇其他處理工藝。此外，冷凝處理工藝另一項(xiàng)缺陷為，處理后廢氣中的有機(jī)物質(zhì)含量較高，不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，因此還應(yīng)該與吸附處理工藝等其他處理方法相配合。

5 結(jié)語

綜上所述，低溫冷凝處理工藝適用于處理高濃度有機(jī)溶媒廢氣。其實(shí)際應(yīng)用過程中具備投資成本低、資源消耗量少、操作便捷以及回收效率高等優(yōu)勢，在提升減排效果的同時(shí)還可回收數(shù)量可觀的可回收利用的溶媒，整體綜合效益較高。雖然廢氣中溶媒含量經(jīng)過冷凝處理后已經(jīng)被削弱至較低水平，但仍難以滿足我國現(xiàn)行《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定要求，由此企業(yè)在利用冷凝處理工藝進(jìn)行廢氣處理過程中需要采取后續(xù)處理工序。