活性炭吸附-蒸汽脫附工藝治理醫(yī)藥廠污水站廢氣的工程案例

王 寧

(無錫市新吳生態(tài)環(huán)境局，江蘇 無錫 214135)

醫(yī)藥行業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有重要的作用，但是醫(yī)藥行業(yè)在生產(chǎn)的過程中會產(chǎn)生大量揮發(fā)性有機(jī)化合物廢氣，如不對其進(jìn)行處理而直接排放，會對人體健康和大氣環(huán)境造成不利的影響。其中丙酮和乙酸乙酯是兩種常見的VOCs，并且這兩種污染物同時存在于醫(yī)藥廢氣當(dāng)中，且濃度較高，本文采用活性炭吸附-蒸汽脫附對其進(jìn)行濃縮回流至污水站前端，一方面使得尾氣達(dá)標(biāo)排放，另一方面能夠減少危險廢液處理產(chǎn)生的費用，降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本。

1 污染物的種類及排放標(biāo)準(zhǔn)

1.1 種 類

丙酮作為一種重要的有機(jī)溶劑，易燃易爆，能與水、乙醇、氯仿、N，N-二甲基甲酰胺、乙醚等大多數(shù)混溶，廣泛應(yīng)用于石油化工、制藥、制革、噴涂等行業(yè)，由于丙酮極易揮發(fā)，在其生產(chǎn)運輸使用和廢水排放環(huán)節(jié)均有丙酮廢氣產(chǎn)生，成為一種主要的大氣污染物。若不及時對VOCs進(jìn)行處理，作為PM2.5的重要前體物，易導(dǎo)致光化學(xué)煙霧的產(chǎn)生[1]。

乙酸乙酯極易揮發(fā)，具有果香味，較高濃度的乙酸乙酯可刺激眼鼻咽喉和呼吸道，長期接觸有麻醉作用，我國規(guī)定車間空氣中乙酸乙酯的最高允許質(zhì)量濃度為300 mg/m3。除了丙酮和乙酸乙酯外，污水站還存在以下物質(zhì)(如表1所示)，但其含量較低，故本文中只對濃度較高的丙酮和乙酸乙酯進(jìn)行重點關(guān)注。

表1 污水站區(qū)域內(nèi)污染物種類Table 1 Types of pollutants in the sewage station area

續(xù)表1

1.2 排放要求

目前我國相關(guān)部門已經(jīng)開始逐步重視對于醫(yī)藥有機(jī)廢氣的控制與治理，先后出臺了對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定，根據(jù)《制藥工業(yè)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 37823-2019)，制藥工業(yè)非甲烷總烴排放限值為100 mg/m3[2]。根據(jù)《工業(yè)企業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物排放控制標(biāo)準(zhǔn)》(DB 12/524-2020)，醫(yī)藥行業(yè)的總反應(yīng)活性揮發(fā)性有機(jī)物(TRVOC)限值為40 mg/m3[3]。

2 常用的治理方法

目前國內(nèi)外凈化醫(yī)藥廢氣的方法主要有：吸收法、吸附法、生物法、燃燒法、光催化法、等離子體法、微波法以及電子束照射法[4]。

2.1 吸收法

吸收法是選擇揮發(fā)性較低的溶劑作為吸收劑，處理氣體混合物以除去其中一種或幾種氣體的過程。吸收法包括物理吸收和化學(xué)吸收，常用作有機(jī)廢氣的預(yù)處理。

2.2 吸附法

吸附法主要是利用吸附劑能夠利用其表面的選擇性吸附作用，將氣體污染物吸附到其表面，然后通過解吸附作用在改變壓力或溫度的情況下將吸附的氣體解吸下來。與燃燒法相比，吸附法無需輔助燃料，可以充分節(jié)約能源。

2.3 生物法

在上世紀(jì)末的時候生物法開始逐漸用于有機(jī)廢氣的治理，生物處理法是借助微生物的新陳代謝取氧化分解有機(jī)物，最終轉(zhuǎn)化生成對大氣沒有污染的物質(zhì)，生物法對于廢氣源強(qiáng)有一定要求，并且受限于溫和的反應(yīng)條件，否則出現(xiàn)微生物死亡，且生物法處理周期較長，不適用于節(jié)奏較快的廢氣治理工程。

2.4 燃燒法

燃燒法包括直接燃燒、蓄熱式燃燒和蓄熱式催化燃燒。直接燃燒和蓄熱式燃燒主要適用于可燃性廢氣的治理。催化燃燒是在高溫條件下通過催化劑加速廢氣的催化反應(yīng)，優(yōu)點是反應(yīng)過程中無火焰產(chǎn)生，安全性能好，但當(dāng)廢氣中有硫氮等元素以及氯化物時，催化劑會發(fā)生中毒現(xiàn)象，并且可能會產(chǎn)生二噁英。

2.5 光催化法

光催化法的原理是利用鈦基等光催化劑在特定波長的光的激發(fā)下產(chǎn)生的自由基對污染物進(jìn)行催化，生成二氧化碳和水的等無害的物質(zhì)，但光催化對于光源有所要求。

2.6 等離子體法

等離子體被稱作繼固態(tài)、氣態(tài)、液態(tài)之后的第四態(tài)，該法是在一定條件下高頻高壓大功率的聚能放電使廢氣被擊穿電離產(chǎn)生電子、各種離子、原子和自由基在內(nèi)的混合體。但該法一次性投入費用高，安全隱患大。

單一的技術(shù)因各自限制在應(yīng)用中普遍存在凈化效率低，適用性差，易產(chǎn)生二次污染等問題難以滿足日益提高的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，所以在工程上經(jīng)常將各自工藝進(jìn)行組合利用。本文中的案例使用的是一級水洗+除霧+活性炭吸附+蒸汽脫附+光催化+一級堿洗工藝[5]。

3 工藝流程簡介

污水站廢氣經(jīng)收集管網(wǎng)進(jìn)行匯總，通入一級旋流板塔的下端入口，氣體自下而上，循環(huán)水經(jīng)循環(huán)泵由塔底抽出從上至下旋流噴淋，二者對流，初步利用吸收原理去除廢氣中的水溶性物質(zhì)。水洗塔后設(shè)置了除霧器，能有效控制經(jīng)過水洗塔的氣流夾帶出的液體，除霧器后端設(shè)置三個臥式活性炭固定床吸附器，固定床吸附器之間為并聯(lián)，采用“兩吸一脫”方式運行。單罐處理量為17500 m3/h，活性炭裝填量為2.2 t，脫附下的高濃廢液通過集液罐匯總，泵送至污水站前端初沉池。在活性炭吸附器后端設(shè)置有光催化裝置，裝置內(nèi)置改性二氧化鈦基負(fù)載型催化劑及185/254 nm雙波長紫外燈。系統(tǒng)末端設(shè)置堿洗塔，通過自動加藥系統(tǒng)控制pH范圍在9～11，以去除光催化段產(chǎn)生的一些副產(chǎn)物等。最后氣體經(jīng)風(fēng)機(jī)送至排氣筒排放。

如圖1所示，車間高濃廢液通過槽車輸送至初沉池，隨后經(jīng)初沉、二沉、調(diào)節(jié)、好氧、厭氧等池子處理最終排放至市政污水處理系統(tǒng)。排氣筒高20 m，按照DB12524-2020的要求，排放速率要低于3.4 kg/h，經(jīng)計算，本系統(tǒng)的排放速率為 0.84 kg/h，遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)要求，日排放量為20.118 kg。通過此種方式能夠保證在達(dá)標(biāo)排放的要求內(nèi)，逐日減少污水站區(qū)內(nèi)的揮發(fā)性有機(jī)物，一方面使得尾氣達(dá)標(biāo)排放，一方面能夠減少危險廢液處理產(chǎn)生的費用，降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本。

圖1 流程框圖Fig.1 The flow diagram

4 分析儀器及方法

本研究中分析使用的儀器是大氣VOCs雙通道走航質(zhì)譜分析系統(tǒng)(走航GC-MS)，具體如圖2所示。測試前進(jìn)行樣品采集工作。采集的時候分別安排人員在系統(tǒng)進(jìn)口和系統(tǒng)出口每隔一定時間進(jìn)行樣品采集，采集覆蓋單個活性炭吸附器的吸脫附周期，采集的時候利用采樣泵將系統(tǒng)內(nèi)的氣體采集至采樣袋中，每次采樣前需要利用空氣將氣袋進(jìn)行清洗三次以上，以盡可能減少干擾。

圖2 走航GC-MSFig.2 Navigation GC-MS

5 處理效果(工程運行分析)

在系統(tǒng)的進(jìn)口和出口分別采集樣品進(jìn)行測試，并記錄，如圖3所示。

圖3 進(jìn)出口丙酮和乙酸乙酯濃度Fig.3 Import and export acetone and ethyl acetate concentration

如表2所示，連續(xù)一周對系統(tǒng)的進(jìn)出口丙酮和乙酸乙酯的濃度進(jìn)行監(jiān)測，取每次單獨監(jiān)測的平均值作為當(dāng)日進(jìn)出口濃度，將周一到周五的濃度取平均值即得到進(jìn)出口丙酮和乙酸乙酯的平均濃度，以該平均濃度求得去除率為96%。

表2 一周內(nèi)進(jìn)出口丙酮和乙酸乙酯濃度Table 2 The concentration of import and export acetone and ethyl acetate in one week (mg/m3)

6 結(jié) 語

本文就醫(yī)藥企業(yè)污水站區(qū)內(nèi)的揮發(fā)性有機(jī)物的種類和處置方法進(jìn)行了闡述，并針對該醫(yī)藥企業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的丙酮和乙酸乙酯進(jìn)行了針對性的研究，采用了一級水洗+一級除霧+活性炭吸脫附+光催化+堿洗的組合工藝，系統(tǒng)穩(wěn)定運行半年后，丙酮和乙酸乙酯的排放濃度遠(yuǎn)低于《工業(yè)企業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物排放控制標(biāo)準(zhǔn)》(DB 12/524-2020)的要求，并能控制脫附的廢液在污水站內(nèi)形成閉環(huán)流通，通過每日的達(dá)標(biāo)排放逐日減少污水站區(qū)內(nèi)的揮發(fā)性有機(jī)物。實踐證明，該組合工藝在運行上是可靠的，在技術(shù)層面上是成熟可行的。