改性塑料生產環節VOCs排放特征及治理工藝研究

文_邱灝 廣東省南方環保生物科技有限公司

1 改性塑料行業VOCs排放特征分析

改性塑料的生產過程，就是將石油化工企業生產出的基礎樹脂通過物理、化學、機械的方法，經過填充、共混、增強等加工方法，改善塑料的性能或增加功能，對塑料的阻燃性、強度、抗沖擊性、韌性等性能進行改善和提高，其生產工藝流程如下：

原料→配料→混合→混煉擠出→冷卻→切?！^篩→成品

在上述工藝過程中，VOCs主要產生于擠出機的熔融過程及冷卻過程，主要的產污位點為擠出機的模頭附近，文獻數據表明不同基材塑料在改性過程中產生的廢氣成分是不同的，其中聚乙烯（PE）生產廢氣以顆粒物（煙）、碳氫化合物和重烴（油）為主；聚丙烯（PP）生產廢氣以非甲烷總烴、重烴、丙烯、甲醛、丙烯酸、乙醛和丙酮為主；聚氯乙烯（PVC）生產廢氣以二氯甲烷為主；聚苯乙烯（HIPS）和ABS生產廢氣中各種污染物濃度都非常低（＜1mg/m3）。溫度對生產過程中產生的廢氣種類和總量也有較大影響，有研究提及，對聚丙烯均聚體進行加工，在生產溫度分別為205℃和319℃的情況下，后者產生的非甲烷總烴是205℃時的8倍，其中重烴含量是前者的7.4倍，丙烯含量是前者的66.2倍。

2 廢氣治理工藝研究

一般而言，改性塑料行業生產廢氣濃度不高，在排放達標前提下，基于運行成本考慮，燃燒法首先被排除在外；其次等離子體法和光催化法因為去除效果有限也被排除在外。出于以下兩點考慮，生物法是可行的：①廢氣濃度極低，生物法將廢氣中可生物降解性高的污染物去除后選臭氣濃度大幅降低，可達標排放；②少量短鏈烴和二氯甲烷將被填料中的竹炭等材料吸附，并有可能被微生物緩慢地部分或全部降解。因此建議選擇的工藝流程如下：

廢氣收集→噴淋塔→靜電除油→風機→生物過濾/活性炭→達標排放

有機廢氣經過收集系統進行收集后，進入洗滌塔，經過循環水噴淋降低廢氣溫度，同時廢氣中顆粒物和高沸點污染物（如重烴）大部分被去除，廢氣出洗滌塔后，進入靜電除油設備，進一步去除廢氣中的顆粒物和重烴（油），為后續工藝提供條件。之后廢氣送至生物裝置，廢氣在預洗池，進一步降溫和增濕后進入生物濾池，通過濕潤、多孔和充滿活性微生物的濾層，在濾層中的微生物對有機廢氣中的污染物質進行吸附、吸收和降解，將污染物分解成二氧化碳、水和其他無機物。

（1）噴淋塔

噴淋工藝的主要目的是降低廢氣溫度，一方面使氣的溫度滿足生物處理的進氣要求；另一方面，隨著溫度降低，氣相中大部分的重烴、丙烯酸、丙酮、二氯甲烷等物質轉化為液態，從而降低污染負荷。

（2）靜電除油裝置

噴淋塔出氣在進入除油裝置前需盡可能將廢氣中的水分去除。除油工藝主要去除廢氣中殘留的油滴，主要使用靜電除油。其工作原理是：將廢氣引入高壓電場，使廢氣中油滴帶電。帶電油滴在電場力作用下向集塵極運動并沉積下來，從而去除廢氣中的油滴。靜電除油有凈化效率高、阻力損失小、處理氣體范圍量大等優點。

（3）生物過濾裝置

生物過濾是一種安全可靠環保的處理方法，其原理是將各污染源的廢氣收集后集中送到生物濾池，廢氣經加濕除塵后，通過濕潤、多孔和充滿活性的微生物填料層，首先填料及生物膜對污染物進行吸附，然后填料內外附著的專性微生物對污染物進行吸收和降解，將污染物質分解成等無毒無害的簡單無機物。

3 工程應用

廣東省某改性塑料生產企業以聚丙烯樹脂PP-HP500N和聚丙烯樹脂PP-V30G為原材料，專業生產各種改性工程塑料，產品用于空調、小家電、郵電設備等專用塑料件，其共有9條生產線。

從現場情況來看，該企業生產線的產污位點主要集中在熔融塑料擠出段（即模頭或流延頭）和冷卻段，產生的廢氣溫度較高，熱蒸騰產生的油氣和水汽量較大，環保部門要求該企業在正常工況，無其他污染源干擾的情況下，收集的廢氣經處理后需滿足廣東省《家具制造行業揮發性有機化合物排放標準》（DB44/814-2010）第二時段排放標準。

為了解廢氣的組成及組分濃度，在該企業的2號生產線、4號生產線模頭附近采用不銹鋼蘇瑪罐進行了取樣，交予第三方進行GC-MS檢測，檢測結果如表1所示。

表1 廢氣成分檢測結果 /(mg/m3)

通過分析該企業廢氣成分，使用生物法對其生產廢氣進行處理，檢測結果表明該處理工藝效果良好，可實現達標排放。處理裝置進氣成分檢測結果如表2所示。工程應用檢測結果如表3所示。

表2 處理裝置進氣成分檢測結果 (mg/m3)

表3 工程應用檢測結果

4 結語

改性塑料生產廢氣的產污位點主要集中在熔融塑料擠出段（即模頭或流延頭）和冷卻段。廢氣成分主要為顆粒物（煙）、重烴（油）、非甲烷總烴、醛類、酮類和有機酸類廢氣等，部分改性塑料生產廢氣中還含有二氯甲烷。

根據上述廢氣特點，建議選用“噴淋塔降溫+靜電除油+生物過濾（或活性炭）”組合工藝對改性塑料廢氣進行處理，工程實例證明該工藝能有效處理廢氣中的污染物，實現達標排放。