聚丙烯酸酯壓敏膠工業廢氣治理探討

郭 娟，夏蘭生，柴國錦

（中石化寧波工程有限公司環保室，浙江寧波 315103）

1 聚丙烯酸酯壓敏膠工業廢氣治理現狀

聚丙烯酸酯壓敏膠在人們日常生活中使用廣泛，主要通過丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸等單體共聚制得。聚合過程由于反應放熱，部分物質會揮發出來。在各種以壓敏膠為原料的產品制造中一些工序也會產生物質的揮發，如壓敏膠帶生產中涂布工序由于加熱操作會產生較大量的物質揮發。對揮發物質若不收集處理而直接排放到大氣中會造成環境污染。我國早期的壓敏膠生產企業基本沒有對廢氣進行收集治理，隨著我國環保要求的日趨嚴格，近幾年一些企業采用活性炭吸附法處理制膠廢氣，據了解廢氣處理效果不太穩定，尤其趨近活性炭壽命期處理效率較低，不能達到污染物相關排放標準。本文以國內某壓敏膠帶生產企業為背景，對工藝廢氣治理進行探討。

2 壓敏膠帶工業污染源及治理情況

2.1 污染源及治理情況

壓敏膠帶的生產分兩個步驟。第一步丙烯酸丁酯和丙烯酸等單體聚合生產壓敏膠。第二步涂布（以薄膜為基材）、分切、包裝生產壓敏膠帶。

乳化釜、反應釜在加料及聚合反應過程中有丙烯酸丁酯和丙烯酸揮發。揮發物料經冷凝器（冷凝效率70 %）冷凝后冷凝液進入反應釜，不凝氣經管道排出，在排氣管上部設集氣罩，收集氣體去活性碳吸附塔處理并最終通過高排氣筒排入大氣。涂布機上部設密閉烘干通道，對薄膜上的膠水進行加熱烘干，烘干過程有較大量的丙烯酸丁酯、丙烯酸揮發。烘干通道內設有風機和排氣通道，烘干廢氣經收集后去活性碳吸附塔處理并最終通過高排氣筒排入大氣。通過調查，在活性炭吸附塔處理前期由于活性炭活性高處理效率（90 %）比較高，后期活性下降處理效率（50 %）隨之降低。生產過程廢氣產生及不同處理階段排放情況（見表1）。

表1 生產過程廢氣產生及不同處理階段排放情況

2.2 活性炭吸附法處理此類廢氣缺點分析

2.2.1 處理效率降低原因分析 當活性炭達到吸附飽和時需進行吸附劑的再生，采用高溫水蒸汽或熱氣流再生法，脫附氣體混合物入鍋爐燃燒。每一次再生過程吸附質會有一些殘留，通過不斷的累積會造成吸附劑的劣化現象。這種劣化現象會降低吸附劑的吸附容量，縮短使用壽命，降低處理效率，當劣化程度超過設計值時應考慮更換部分或全部吸附劑。根據相關文獻可知，丙烯酸丁酯和丙烯酸在活性炭上難以再生[1]，主要原因是活性炭對這兩種有機物的吸附力很強，則再生時很困難，因此更加重并提前了活性炭的劣化現象。在活性炭劣化現象出現以后，若沒有及時補充或更換活性炭，則污染物的處理效率會下降進而影響達標排放。

活性炭的使用周期一般1～2 年，對于劣化現象嚴重的情況使用壽命將大大縮短，這將極大增加活性炭的更換費用。往往多數企業出于費用的考慮不會及時更換，因此造成污染物達標排放的不穩定性。活性炭的再生操作一般都采用高溫水蒸汽或熱氣流作為脫附介質，對脫附氣體還要進行后續處理，因此對外界支撐條件要求較高且操作比較麻煩。

2.2.2 活性炭吸附法其它缺點分析 《吸附法工業有機廢氣治理工程技術規范》（HJ2026-2013）中要求進吸附塔廢氣溫度宜小于40 ℃。壓敏膠制品生產流程涂布工序產生較高溫度廢氣（＞100 ℃），因此需對干燥廢氣進行冷凝降溫，增加了能耗。因為干燥廢氣中有機物料的含量不高，企業一般不考慮對其冷凝回收，因此干燥廢氣常以較高的溫度進入吸附塔。活性炭有效吸附溫度為5～50 ℃，主要進行物理吸附，溫度過高時已吸附的物質會部分脫附影響吸附效率?；钚蕴康娜键c一般不超過200 ℃，若干燥廢氣溫度較高可能發生活性炭的自燃。

綜上分析，對于聚丙烯酸酯系壓敏膠產品生產企業采用活性炭吸附處理方法處理工藝廢氣從環保達標性、經濟性、安全性方面是不適宜的。

3 對新方法H2O2-Fenton 吸收氧化法的推薦

壓敏膠工業生產中的廢氣主要為丙烯酸酯類和丙烯酸，屬于有機廢氣污染。對于有機廢氣的處理目前有多種方法，除活性碳吸附法外常見的還有液體吸收法、催化燃燒法、生物處理法等技術。一般在濃度高、氣量小、廢氣溫度又高的情況下，可采用催化燃燒的方法；中等濃度的有機廢氣可采用吸收凈化方法；對低濃度的有機廢氣可采用吸附凈化或生物凈化法。聚丙烯酸酯系壓敏膠產品生產過程工藝廢氣一般有機物濃度不高、氣量不大，且丙烯酸易溶于水。根據廢氣特點綜合考慮，推薦采用一種新吸收處理方法H2O2-Fenton 吸收氧化法。對吸收法而言最重要的是對吸收劑的選擇。

3.1 吸收劑及處理劑的選擇

H2O2具有很強的氧化性，可將丙烯酸酯類氧化為丙烯酸等小分子有機酸，而丙烯酸易溶于水，因此可選用30 %濃度H2O2溶液作為廢氣的吸收劑。

來自吸收塔的吸收濃液可采用Fenton 試劑作為處理劑對轉化到濃液中的有機物進行氧化處理。Fenton 試劑即為H2O2與亞鐵離子的混合溶液，其中Fe2+主要是作為同質催化劑，H2O2在Fe2+的催化作用下產生具有極強的氧化能力的·OH，對于水溶性高分子（聚乙烯醇、聚丙烯酸鈉、聚丙烯酰胺）和水溶性乙烯化合物（丙烯腈、丙烯酸、丙烯酸酯類），·OH 可加成到C=C 鍵上，使雙鍵斷裂，然后將其氧化為CO2，COD 的去除率較高可達到95 %[2]。

3.2 處理工藝流程簡述

壓敏膠產品生產過程產生的工藝廢氣經收集后依此進入一級、二級噴淋吸收塔，以30 %H2O2溶液為吸收劑，采用逆流流程進行吸收處理。經兩級吸收塔處理后尾氣通過高排氣筒排入大氣。塔底吸收液排入中間罐，再用泵返回到塔頂循環使用。定期從吸收液中間罐排出一部分濃液，要定期向系統補充新鮮的H2O2溶液。系統排出的濃液進入Fenton 氧化池，在酸性條件下Fenton 氧化性更強，因此向池中加入H2SO4溶液將pH 值調到約3，濃液中有機物被氧化后大部分轉化為CO2排入大氣，此反應可在常溫下進行。氧化廢水排入中和池，用NaOH 溶液中和酸后廢水可排放或作為地面沖洗水回用。若附近有焚燒爐或鍋爐時，推薦將濃液直接入爐焚燒，這樣既經濟環保又操作簡便。廢氣及濃液處理流程（見圖1）。

圖1 H2O2-Fenton 吸收氧化法處理流程簡圖

3.3 處理效果分析

根據相關文獻，丙烯酸和丙烯酸酯類在Fenton 試劑中的去除率高達95 %。對于兩級吸收塔中H2O2溶液對廢氣污染物的吸收效率保守估計一級吸收塔效率取70 %，二級取50 %，即綜合吸收率＞85 %。經吸收塔處理后的廢氣達標情況（見表2）。

表2 H2O2-Fenton 吸收氧化法處理及排放情況

根據表2 可知，廢氣經吸收處理后各污染物可達到相關排放標準要求，只要保證系統的正常運行，可做到穩定排放。采用Fenton 法處理濃液中有機物去除率高達95 %，有機物大部分轉化為CO2。當濃液入焚燒爐或鍋爐焚燒，則有機物可全部轉化為CO2。

4 小結

（1）目前國內壓敏膠企業采用活性炭吸附法處理工業廢氣，據調查處理效果不太穩定，尤其趨近活性炭壽命期處理效率較低導致污染物排放不能達到相關標準。

（2）壓敏膠工業廢氣一般有機物濃度不高、氣量不大，而丙烯酸易溶于水，因此本文推薦采用H2O2-Fenton 吸收氧化法處理廢氣，綜合吸收效率＞85 %，尾氣可穩定達標排放。吸收濃液采用Fenton 試劑氧化處理再中和處理后排放或回用，當有焚燒爐或鍋爐可供利用時，建議濃液去焚燒處理。

［1］ 熊振湖，費學寧，池勇志，等.大氣污染防治技術及工程應用［M］.北京：機械工業出版社，2003：268-269.

［2］ 魏基業，王孫琻，陳英文，等.響應面法優化Fenton 氧化處理高濃度丙烯酸廢水［J］.環境化學，2011，（7）：1304-1310.

［3］ 張永偉，藤厚開，顧錫慧.丙烯酸及其酯類廢水處理方法研究進展［J］.工業水處理，2012，（4）：17-20.