UV與噴淋技術在處理鑄造臭氣中的應用

王曉鵬

（東風本田汽車零部件有限公司廣東惠州516085)

UV與噴淋技術在處理鑄造臭氣中的應用

王曉鵬

（東風本田汽車零部件有限公司廣東惠州516085)

目前,國內鑄造多為濕砂型鑄造,生產過程中會產生大量的惡臭氣體，由于惡臭氣體成分復雜，當前不少企業在治理方面存在諸多難題。通過應用實例介紹一種高效、低成本的處理工藝。此工藝通過末端集中收集的方式將惡臭氣體導入密閉的高能UV光解裝置，之后再通過進一步的噴淋處理后，惡臭氣體的綜合表現指標“臭氣濃度”的平均去除率達到85.1%。其運行結果表明，此工藝可大幅削減臭味，達到徹底凈化的目的，從而減少對周邊環境的污染，降低企業的環境風險，且年運行成本低。

鑄造;惡臭氣體;UV與噴淋

某濕砂型鑄造工廠兩套惡臭氣體凈化裝置，均采用UV(Ultravilot Rays)，即紫外線)與噴淋相結合的處理方法，均獲得很好的處理效果，此方案已在該公司得到成功運用。

惡臭氣體，是指一切刺激嗅覺器官引起人們不愉快及損壞生活環境的氣體[1]。鑄造工業在生產過程中會產生多種多樣的惡臭氣體，其特點是產生量較大，成分復雜。鑄造廠多數設在偏遠工業區，遠離居民區，但經濟的發展促進城鎮化加速，打破了原有城市規劃和工業布局，工業區周邊逐漸形成居民區，新建高檔公寓，甚至是別墅等。而工廠排放的惡臭氣體會大大降低居民區的生活環境質量，漸漸導致工廠和居民的矛盾激化，投訴問題愈顯嚴峻。因此，鑄造企業在尋求發展的同時，如何解決污染所帶來的投訴問題已是諸多企業正在探索的課題。

1　鑄造惡臭氣體的產生及組成

目前國內的鑄造工藝均采用粘土濕砂型，即以粘土和適量的水為型砂的主要粘結劑，制成砂型后直接在濕態下合型和澆注。粘土濕砂型鑄造在生產過程會加入酚醛樹脂、硬脂酸鈣、烏洛托品、淀粉、膨潤土以及煤粉等原料，原料在高溫條件下會分解出各種氣體，由于溫度從1500℃下降到常溫這個跨度大，產生的惡臭氣體成分很復雜，無機及有機氣體均有，經檢測分析，主要成分有氨氣、二氧化硫、硫化氫、油脂類、醛類、酚類以及烴類。這些惡臭物除了硫化氫、氨氣和二氧化硫外，絕大多數都為有機物。

2　常見惡臭氣體的處理技術

鑄造惡臭氣體的治理相對于一般的空氣污染治理來說，難度更大。目前國內比較常用的處理鑄造惡臭氣體的方法有：燃燒法、活性炭吸附法、生物分解法和等離子法等。

2.1生物分解法

生物除臭技術是借鑒生物污水處理技術的原理，利用微生物將臭味中的污染物生物氧化、降解為無害或低害物質的過程[2]。

2.2活性炭吸附法

活性炭是運用碳粒表面毛細孔的吸附力,將惡臭氣體(或雜質)吸附,從而起到凈化的作用。

2.3等離子法

等離子體凈化技術就是利用高頻高壓的電場，將空氣中的氧分子和其它分子電離產生出電子、離子、自由基和中性粒子等小分子，這些等離子通過進入需分解的臭氣分子內部，打開分子鏈，破壞臭氣分子結構，從而將有害物轉化為無害物的方法[3]。

2.4燃燒法

燃燒法是利用高溫，通常需達到1000℃到1200℃，在充足的氧氣條件下對有機高分子，惡臭氣體分子進行燃燒氧化，最后生成簡單的低分子氧化物如CO2、NOx等，最終達到凈化廢氣的效果。

以上四種方法較為常用，技術成熟，但在長期使用中也暴露不少缺點。生物分解法需要使微生物保持高的活性，為之創造一個良好的生存條件，比如：適宜的濕度、pH值、溫度和營養成分等，異常將導致微生物死亡，須重新培養，運行條件苛刻；活性炭吸收法對于大流量的惡臭廢氣很快就會達到飽和，失去吸附活性，且高溫、高濕和細小的粉塵均會快速使活性炭失去效果，頻繁更換耗時、耗力、耗財；等離子法不適合用于大流量鑄造廢氣，惡劣的環境對設備設計和質量要求高，投資大，維護保養難度大，而且存在火災隱患；燃燒法的缺點是投資成本大，運行、維護費用極高，且需要一系列配套的預處理和后處理設施。

總算所述，鑄造廠產生的惡臭氣體需要一種更為高效、安全，投資和運行成本較低的技術工藝，與以上四種方法相比，UV與噴淋相結合的組合式技術具有更高的穩定性和高效性。

3　UV與噴淋處理技術

紫外線（英文簡稱UV），UV是高級氧化技術的一種。根據Einstein光化當量定律，當光照射到惡臭氣體分子時，光子的能量大于惡臭分子的化學鍵能時，便會引起光解反應，其化學鍵被打斷，即分子被分解。

圖1　UV光解氧化法原理

根據波長λ與能量E的關系式：E=1240/λ，可知能量與波長成反比關系，即波長越短，光子能量越大。λ＜400nm為紫外光，E＞300.1kJ/mol，當波長λ=184.9nm時，其光子能量E=670.6 kJ/mol，該波段的紫外線能量當級都比大多數惡臭氣體分子的結合能，所以可被裂解呈游離態的離子。且波長在200nm以下紫外線能分解氧氣O2分子，最終形成臭氧O3。臭氧對惡臭氣體及其它異味氣體有強氧化效果，最終達到除臭的效果。

表1是部分化學分子的結合能，可見，184.9nm的紫外光能打斷含有該化學鍵的分子。

表1　部分化學分子的結合能

查閱資料得知，當惡臭分子量越大，UV光解效果越明顯。在184.9nm能量當級的紫外線作用下，大多數惡臭氣體分子能被分解。

表2　部分使用余UV光解的惡臭物質的分子量

濕砂型鑄造的覆膜砂砂中須添加酚醛樹脂，而樹脂受熱會分解出甲醛、苯酚、氨氣之類的臭氣，而這部分氣體分子可被UV光分解。

圖2　噴淋系統

當然，UV光解并不能100%分解所有惡臭氣體，因為鑄造廢氣中含有20mg/m3～80mg/m3的顆粒物，這部分顆粒會阻擋UV光分解惡臭分子，且大流量的廢氣在某程度上制約了處理效率。顆粒物中的所含的煤粉體積小，附著力強，且帶有油脂和焦糊味，UV技術無法解決此難題。但在實績工程中發現，在UV光解之后增加一套噴淋系統可明顯的解決此難題。

噴淋常用液體是水，水能將惡臭分子和顆粒物吸收、溶解，達到凈化的效果。為提高效果，可添加堿性物質，吸收、取代、置換惡臭分子，改變其分子結果，使之變成無臭分子。也可添加具有微凝膠效果的藥劑，國內外稱這種藥劑為除臭植物液。植物液包括人工合成的和天然植物提取的，藥劑分子是聚合大分子，分子間空隙大，且多數分子帶有分子電荷，可吸附比本身小的惡臭分子，宏觀表現為藥劑具有粘附性，可吸附惡臭分子，最終溶解于水中，快速、高效凈化廢氣。噴淋優于噴霧，因為能減少藥劑和水的浪費，節約成本。

4　項目實施及運行效果檢證

4.1系統介紹

某企業濕砂型鑄造車間共有兩套UV和噴淋組合式除臭系統,主要應用于澆注和造型線的惡臭氣體處理。該鑄造車間又2條生產線，年產能約3×104，產品含灰鐵和球鐵類鐵金屬鑄件。根據現場廢氣收集情況分階段導入。

兩套處理系統工藝原理和設計思路相同，即通過對澆注工序、造型工序、冷卻工序的廢氣集中收集，導入密封的高能UV裝置中，先進行第一步凈化：分解惡臭分子；光解之后同時產生的臭氧本身也是一種異味物質，雖然臭氧分子極不穩定，常溫下其半衰減期為20min～30min，但是仍會影響惡臭氣體綜合檢測指標“臭氣濃度”值。因此，在UV裝置之后增加噴淋裝置也是進一步去除惡臭氣體，降低臭氣濃度。

第一套系統設計處理能力為68000m3/h，采用2套3.1m× 3m×1.25m的UV凈化裝置，配套Φ3m×9m的臥式旋流噴淋塔。UV裝置采用2.0mm的優質304#不銹鋼材料，設計200支燈管，功率150W。噴淋裝置采用3.5mm厚防腐碳鋼材質制作。整個系統的控制采用PLC編程，與生產現場除塵風機操作連鎖，實現自動啟動和關閉，自動噴淋和補水，異常報警等全過程自動化，液晶實時顯示系統運行狀態。

4.2運行效果

凈化的效果除了紫外光管的波長、品質有關之外，還與惡臭氣體在處理裝置中的停留時間有關。研究表明，適當的停留時間的將有利于提高凈化效果。

惡臭氣體在UV處理裝置中的停留時間是1.23s，在噴淋裝置中的停留時間為3.37s，設計停留時間共4.60s，經核算，設計能力滿足要求。經調試后于2014年11月25日投入運行。2015年1月15日對處理系統進行效果檢證，同時委托兩家有資質的檢測公司同一時間在處理前和處理后進行采樣分析，分析數據如圖4和圖5。

圖3　停留時間和處理效率的關系

圖4　臭氣濃度分析

圖5　臭氣濃度分析

由圖4、圖5可見，經過這套組合式凈化系統處理后，臭氣濃度最高可從3090下降至416，處理效率為81.7%～89.7%，臭氣濃度排放值遠遠低于《惡臭污染物排放標準》（GB 14554-93）中的二級標準值2000[5]。由此可見，本項目投入使用后，社會效益顯著。

4.3運行成本分析比較

該套處理工藝與目前國內常用的生物分解法對比,在運行成本方面具有明顯的優勢。暫不考慮設備保養費用，單從能耗進行比較，以10000Nm3/h惡臭氣體處理量計，在正常運行的過程中，生物法需要至少2臺5.5kW以上的循環泵連續運行，才能將營養液（或水）循環至所有微生物的填料上。在該項目同等的負荷下，68000m3/h的處理量則最少需要13臺5.5kW的循環泵。

計算情況為：生物分解法每年能耗：13臺×5.5kW×246天(生產天數)×24h×0.8(開動率)≈33.8×104kW·h

若該企業工業用電價格為0.8元/kW·h，則每年電費：33.8× 104kW·h×0.8元/×104kW·h≈27萬元

采用UV+噴淋除臭工藝：（200支×0.15kW/支+5kW）×246天×24h×0.8≈16.5×104kW·h

每年電費：16.5×104kW·h×0.8≈13.2萬元

噴淋所須的水使用回用水，不計算成本。

因此，采用UV與噴淋結合處理工藝每年可節約用電量17.3×104kW·h，CO2減排161t。

5　結語

采用UV與噴淋結合的除臭技術在實際工程正常運行，可以有效治理高濃度、大風量的濕砂型鑄造臭氣，效果顯著，臭氣平均去除率可達85.1%。該處理技術在常溫下進行，穩定可靠，無明顯二次污染，且運行成本低，值得推廣和應用。

[1]李燕莉,王令,程暉,丁忠浩.惡臭污染及危害分析[A].惡臭污染測試與控制技術[C].全國首屆惡臭污染測試與控制技術研討會論文集,2003.

[2]國家環境保護局科技標準司GB14554-93,惡臭污染物排放標準[S].作者簡介

王曉鵬（1984—），男，廣東揭陽人，大學本科，助理工程師，主要從事工業廢氣治理研究方面的工作。