活性炭吸附-水蒸汽再生法處理包裝印刷行業揮發性有機污染物的研究

陳　驥，蔣招林，陳舜湖（蒼南縣環境監測站，浙江 蒼南 325800）

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活性炭吸附-水蒸汽再生法處理包裝印刷行業揮發性有機污染物的研究

陳驥，蔣招林，陳舜湖
（蒼南縣環境監測站，浙江 蒼南 325800）

摘 要：工業排放有機廢氣已經成為城市主要污染源之一，包裝印刷行業是涉及VOCs 排放的主要工業行業。目前活性炭吸附-水蒸汽再生法是我國有機廢氣吸附凈化的主體工藝，對包裝印刷行業生產過程中產生的有機廢氣采用活性炭吸附、蒸汽脫附、冷凝分離方法，處理后的廢氣可達標排放，有機溶劑可回收利用。

關鍵詞：活性炭吸附；水蒸汽再生；揮發性有機污染物

1　包裝印刷行業的VOCs 排放現狀和處理對策

包裝印刷生產過程中使用油墨、粘膠劑和有機溶劑造成了VOCs揮發。根據第一次全國污染源普查資料，包裝印刷行業主要使用的有機溶劑有：乙酸、甲苯、二甲苯、甲乙酮、異丙醇、乙酸乙酯、甲醇、高沸點石油溶劑等，其中甲苯、二甲苯毒性較大、光化學反應活性大。

目前使用較多的VOCs的治理技術主要有活性炭和活性炭纖維吸附、溶劑吸收、降溫冷凝等回收技術和直接燃燒、催化燃燒等銷毀技術。

吸附法是利用各種固體吸附劑（如活性炭顆粒、活性炭纖維、分子篩等）對排放廢氣中的污染物進行吸附凈化的方法。吸附技術主要包括固定床吸附技術、移動床（含轉輪）吸附技術、流化床吸附技術和變壓吸附技術等。固定床吸附/水蒸氣脫附/冷凝回收工藝和固定床吸附/熱空氣脫附/催化燃燒工藝目前在我國應用范圍最廣，工藝設備成熟，是我國有機廢氣吸附凈化的主體工藝［1］。

2　活性炭吸附-水蒸汽再生法VOCs治理工程

常用的活性炭吸附劑有粒狀活性炭和活性炭纖維兩種，粒狀活性炭吸附法最適于處理 VOCs濃度為300×10-6～5000×10-6的有機廢氣，主要用于吸附回收脂肪和芳香族碳氫化合物、大部分含氯溶劑、常用醇類、部分酮類和酯類等；活性炭纖維吸附低濃度以至痕量的吸附質時更有效，可用于回收苯乙烯和丙烯腈等，但費用較高［2］。吸附床一般配置2臺以上，輪換使用，當1臺吸附床吸附的有機物達到規定的吸附量時，換到另1臺吸附床進行吸附凈化操作，同時對1臺吸附床進行水蒸汽脫附再生。大部分的有機物在水中的溶解度很低，與水蒸汽經過冷凝后可以通過溶劑分離器分層分離回收。但對于醇類等易溶或與水混溶的有機物冷凝后需改用精餾塔裝置進行分離回收［1］。整個工藝過程由PLC 程序控制，自動切換，交替進行吸附、再生和干燥三個工藝過程的操作，典型工藝流程見圖1。

圖1　固定床活性炭吸附-水蒸汽再生法典型工藝流程

在吸附操作周期內，吸附了有機氣體后吸附床內的溫度應低于83℃。水蒸氣的溫度應低于140℃，吸附器的凈化效率應不低于90%，已經得到凈化的廢氣應高空排放，排氣筒高度和污染物的排放濃度應滿足國家、地方和行業相關排放標準的要求。

固定床吸附器的設計方法主要有經驗放大法、傳質模型法、改良設計法、Bohart-Adams計算法、Hutchins計算法［3］。

3　活性炭吸附-水蒸汽再生法的工藝改進

（1）回收冷凝熱。工業化的VOCs回收設備中，水蒸汽的用量很大，因此，可以考慮從脫附后的水蒸汽中回收冷凝熱。該方法利用脫附后的水蒸汽冷凝熱產生壓力低一些的水蒸汽升壓后，再回到脫附操作中使用［4］。使用這種方法，所需水蒸汽的蒸發潛熱大部分能夠回收，扣除水蒸汽升壓所需的能量，還能回收很多能量。

（2）優化吸附溫度。溫度對活性炭吸附的影響比較大，隨著溫度的上升，吸附總量不斷下降，而在40℃以后，出現明顯下降。可采取的方法有：吸附器進口裝換熱器和吸附床內埋冷卻管［5］。

（3）活性炭的改性。活性炭吸附性能主要是由其特殊的表面結構特性和表面化學特性所決定的。通過物理法、化學法以及物理化學聯合處理對活性炭進行物理結構特性和表面化學特性的改性可以提高其對VOCs的吸附脫附性能［6］。

（4）二次污染物控制。當使用濕法前處理裝置時，會產生一定量的含有機物的廢水；當吸附劑的再生采用水蒸氣置換再生，后處理采用冷凝分離裝置時，會產生少量但濃度很高的有機廢水，都需要進行處理達標后排放。干法和濕法預處理裝置中所產生的粉塵和廢渣，更換下來的過濾材料、吸附劑和催化劑應收集后進行集中處理。

參考文獻：

［1］沈秋月，羌寧.有機溶劑回收技術的研究［J］.四川環境，2006，25（06）：101-105.

［2］孫茂發，蔣凡軍.溶劑回收生產中存在以活性炭纖維取代活性炭的趨勢［J］.覆銅板資訊.2009（04）：37-39.

［3］裘兆蓉，李成益，姚孟海.固定床吸附器工藝設計計算擇優［J］.江蘇化工，1991（03）：41-45.

［4］立本英機，安部郁夫.活性炭的應用技術：其維持管理及存在問題［M］.南京：東南大學出版社，2002：194-195.

［5］謝裕壇.活性炭吸附治理多組分有機廢氣的研究［D］.杭州：浙江大學，2002：49-50.

［6］黃偉，賈艷秋，孫盛凱.活性炭及其改性研究進展［J］.化學工業與工程技術，2006，27（05）：39-44.

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.13.031

作者簡介：陳驥（1975-），男，浙江蒼南人，碩士，高級工程師，研究方向：環境保護。