某玻璃鋼生產企業廢氣污染治理方案

張中文，孫文全，閆后成

（濰坊市環境科學研究設計院有限公司，山東濰坊 261041）

玻璃鋼，全稱為玻璃纖維增強塑料，是以合成樹脂作為基體，玻璃纖維及其制品為增強材料，通過糊制或纏繞而成的一種復合材料。玻璃鋼加工過程中會產生揮發性有機物、顆粒物等大氣污染物，如果控制不當會對生產廠區和周邊環境造成污染，對操作工人和周邊人群健康帶來危害。由于玻璃鋼加工企業一般以小型企業為主，生態環境保護意識和污染治理水平不高，在治理的過程中存在思路不清、投入不大、效果不佳的問題。本文以某玻璃鋼加工企業為例，從企業生產現狀分析入手，找出廢氣治理存在的問題，提出具體的改造升級方案，確保廢氣污染物穩定達標排放，為中小型玻璃鋼加工企業廢氣污染治理提供參考。

1 企業概況

A公司主要從事玻璃鋼制品生產與銷售，主要產品為玻璃鋼管道，總生產能力為7 000t/a，主要生產設備包括制襯機6臺、纏繞機7臺、脫模機7臺、固化站6臺、修整機6臺。年消耗不飽和聚酯樹脂1 400t、固化劑28t、促進劑1.4t、纏繞紗2 400t、石英砂3 400t。

2 工藝流程及產污分析

2.1 玻璃鋼的構造

玻璃鋼的構造從里到外，一般分為內表層、次內層、結構層、外保護層。其中，內表層和次內層并稱為內襯。

（1）內表層：由內襯不飽和聚酯樹脂和玻璃纖維材料組成，主要作用是防腐、防滲漏。

（2）次內層：由內襯不飽和聚酯樹脂和玻璃纖維材料組成，主要作用是保護內表層。

（3）結構層：由玻璃纖維纏繞紗浸潤樹脂后纏繞成型，主要作用是承壓。

（4）外保護層：由樹脂和抗老劑組成，作用是防老化。

2.2 玻璃鋼管道纏繞法主要工藝流程

國內主要采用手糊制作方法和纖維纏繞工藝，制作生產玻璃鋼產品。A公司采用的是纖維纏繞法，制作生產玻璃鋼管道。工藝流程包括配料、纏繞、固化成型、打磨裁切等。

（1）模具處理：根據任務單要求選擇對應型號的模具，清理表面銹蝕雜物，內面打蠟并反復擦出亮度。

（2）樹脂調兌：根據產品要求選擇對應型號樹脂，按照比例添加固化劑及促進劑調兌。

（3）內襯制作：工藝過程包括淋樹脂、纏表面氈、針織氈和網格布四道工序，內襯層制作完成后，用遠紅外線烤板進行加熱加速固化。

（4）纏繞：包括內交叉層纏繞、夾砂層纏繞和外交叉和外環向層纏繞，纏繞完成即纏外薄膜。項目采用纏繞完即覆膜的改進工藝，可有效控制揮發性有機物的逸散。

（5）固化：啟動固化機，使磨具均勻轉動（溫度低時打開烤燈），隨時觀察固化情況，固化到規定程度，及時關閉烤燈及固化機，由于工件覆膜，可控制固化過程中揮發性有機物的揮發。

（6）脫模：待產品固化發熱過后，用扳手禁錮底部脫模螺栓，將產品脫模。

（7）修整打磨：用設備將產品四邊處少量邊角料進行處理，保證產品邊沿平直。

（8）檢驗：盛水試壓檢驗，合格品入庫。

2.3 廢氣產生環節

揮發性有機廢氣主要來源是基體樹脂里面的交聯劑和樹脂稀釋劑，主要污染因子是非甲烷總烴和苯乙烯，在配料、糊制或纏繞、固化過程中揮發出來。

粉塵廢氣主要污染因子是顆粒物，在玻璃鋼固化后的打磨裁切工序產生。

3 污染治理思路

3.1 廢氣源頭控制措施

根據玻璃鋼加工工藝需求，努力探尋低苯乙烯不飽和聚酯樹脂等環境友好型樹脂代替苯乙烯含量較高的不飽和聚酯樹脂，從工藝的源頭減少原輔材料的VOCs含量，實現VOCs排放減量。

3.2 廢氣密閉收集措施

纏繞機、制襯機生產區域用鋁合金結構密閉；樹脂攪拌系統加蓋密封，管道收集到鋁合金密閉間；法蘭車間密閉；打磨房密閉。產生揮發性有機廢氣的密閉操作房全部加裝底吸的廢氣收集措施。確保生產過程中配料、糊制、固化、打磨、裁切等工序均在密閉車間內進行，廢氣可有效收集。

（1）原材料密閉容器存儲，樹脂采用密閉管道輸送。原料樹脂等裝卸點安裝集氣設施，將裝卸過程產生的廢氣引入處理裝置。

（2）制襯、纏繞均在密閉的房間內進行，同時將廢氣引入處理裝置，固化后進入下道工序進行纏繞，采用邊纏繞邊覆膜的方式，及時將已完成纏繞的部位進行覆膜，減少揮發性有機物的產生[1]。

3.3 廢氣末端治理措施

粉塵主要產生于打磨修整工段，采用布袋除塵器收集處理后通過15m高排氣筒排放。揮發性有機物采用“水噴淋+沸石分子篩吸附/脫附+催化燃燒”組合工藝處理后通過15m高排氣筒排放。

生產過程中產生的VOCs廢氣在離心風機的作用下，首先進入噴淋填料塔，在塔內廢氣與塔填料表面上的水膜相接觸，去除廢氣中部分溶于水的膠狀氣體，之后有機廢氣經過阻火器進入吸附箱，經沸石吸附達標后排放；吸附箱內分子篩基本達到飽和后，切換至另一吸附箱繼續吸附。而吸附有機氣體飽和后的箱體，經脫附風吹脫后，高濃度氣體經換熱器提溫后進入電加熱器升溫后進入催化燃燒室在催化劑作用下進行燃燒反應，有害VOCs氣體分解為CO2和H2O，凈化后的尾氣通過排氣筒排放。

3.4 環境管理措施

（1）建立環境管理臺賬。臺賬內容包括廢氣收集系統、VOCs 處理設施的主要運行和維護信息，如運行時間、廢氣處理量、操作溫度、停留時間、吸附劑再生、催化劑更換周期和更換量等關鍵運行參數。由專人記錄，記錄保證清晰規范，保存期限不少于5a。

（2）開展自行監測。按照環評文件、批復和《排污單位自行監測技術指南 總則》（HJ 819—2017）相關要求開展自行檢測，監測因子包括非甲烷總烴、顆粒物、苯乙烯、臭氣濃度等，監測頻次為至少半年一次。

4 廢氣治理方案

VOCs 治理技術種類較多，有吸附法、吸收法、燃燒法、冷凝法，吸附-冷凝回收、吸附濃縮-催化燃燒、低溫等離子體技術、光催化氧化、生物法、膜分離技術等。A公司采取的處理工藝是“分類分區收集+干式分離+旋流塔噴淋回收（除霧）+蜂窩活性焦吸附脫附+催化燃燒+煙囪達標高排”。

4.1 分類分區收集系統

在滿足安全、經濟的前提下，根據各個工序的流程順序、相對位置、廢氣成分及濃度，對各生產區域實施分區收集，集中處理，合并排放，并進行前置初過濾。

4.2 噴淋除霧系統

噴淋塔和旋流除霧塔主要去除部分溶于水的鹽分、粉塵類及大分子物質，保證進入吸附裝置的氣體純凈度。采用SUC304或玻璃鋼材質，廢氣經過引風機由塔底切向進入，與向下噴淋的霧化水以逆流方式使氣液充分接觸。采用內置流體噴淋管及多層載體除霧器形式，增長氣液反應時間，提高效率，充分吸收。在吸收塔出口煙道裝有折流除霧器，進一步消除水汽。在此過程中，廢氣攜帶的有機、無機粉塵和其他固體顆粒也被除霧器捕獲。該處理過程為全自動化操作，并且是密閉操作，最大程度減少檢修維護費用，避免檢修時的跑冒滴漏。

淋塔洗滌廢水進入集水池由水泵提升，經破乳、混凝后進入氣浮池，廢水在氣浮池中經過凈化后進入收集池，收集池中水可供噴淋塔循環洗滌用。氣浮池上部的收集物經壓濾濃縮后，主要成分為玻璃鋼粉塵，可作為填充料回用。壓濾廢水再次打回集水池繼續回用，過程中無廢水和廢棄物產生。

4.3 催化燃燒工藝

由于玻璃鋼加工過程的VOCS濃度較低，為了保證廢氣處理效果，需要增加活性炭吸附脫附裝置，經預處理后的廢氣經過蜂窩活性焦進一步吸附后排入大氣。活性焦由多個吸附儲倉組成，設備交替工作，脫附后廢氣進入催化燃燒系統進行燃燒，產生的熱空氣為活性炭脫附提供熱能。

濃縮廢氣經阻火器進入催化凈化裝置，在熱交換器內與高溫尾氣進行熱量交換，經預熱的廢氣進入加熱室（內設有電加熱管）進一步升溫，達到起燃溫度的廢氣繼續進入催化床內。本系統采用過渡金屬催化劑和貴金屬催化劑組合使用，在貴金屬Pt、Pd催化劑的作用下，使有機溶劑完全氧化分解為H2O和CO2，并釋放出大量反應熱，可維持催化燃燒所需的起燃溫度，通過換熱系統達到熱平衡，反應器床層溫度可達到300。C以上。

混料系統廢氣催化燃燒裝置由于需要催化燃燒氨氣，會產生一定量的NOX，催化室底層裝有部分SCR催化劑，高溫廢氣進入SCR催化劑層后，剩余的氮氧化物和氨氣在釩鎢鈦催化劑作用下還原成氮氣和水，廢氣通過換熱器熱量回收后進入噴淋系統。

催化劑進出口及床層均設有溫度傳感器和壓力傳感器，控制系統實時采集溫度，壓力，流量，建立燃燒模型，精確控制燃燒速度，補冷風機補風量，加熱器加熱功率等，保證系統高效、安全、穩定運行。

配備惰性氣體安全保護裝置，對于高濃度、低沸點的VOCs氣體，采用增加惰性氣體合理控制廢氣氧含量，保護脫附和催化燃燒安全。

4.4 活性焦吸附濃縮系統

吸附床為組裝式結構，內裝填蜂窩狀改性活性焦，換料方便，吸附性能好，阻力小，可使設備小型化。吸附器上設有進出氣口、檢修人孔、消防水接口、氣體置換接口、溫度和壓力監測孔，確保吸附安全進行。廢氣中的有機物質被活性焦吸附截留在吸附床層內，經過凈化的廢氣經煙囪高空排放，新風作為解吸用潔凈氣源。吸附器出口處安裝在線檢測儀，對排放廢氣濃度進行實時監測，保證廢氣達標排放。按照吸附周期每天對一個吸附器進行脫附，以保證吸附器的吸附效率。如此循環進行，保證尾氣吸附凈化的連續性，實現出吸附器廢氣的潔凈達標。

由于廢氣組分中苯乙烯的存在，脫附時需要較高的脫附溫度和較長的脫附時間，又由于前置噴淋塔的存在，廢氣中水汽濃度較高，所以普通活性炭不適合應用，分子篩吸附劑由于成本較高，故選用改性活性焦作為吸附劑。

活性焦是活性炭的一種，但是是區別于普通活性炭，其生產工藝與活性炭相似，只是比表面積和孔容積等參數沒有達到活性炭的指標，但又具有一定吸附能力，特別是針對某些特殊場合，其吸附能力甚至超過了活性炭[2]。

活性焦是以褐煤為主要原料研制出的一種具有吸附劑和催化劑雙重性能的粒狀物質，具有十分豐富的微孔結構，能吸附大分子、長鏈有機物。由于相對普通活性炭其燃點高達350。C，在采用適當惰性氣體控制氧含量脫附情況下，適合大分子長鏈有機物的脫附解析。

4.5 控制系統

采用FCS現場總線控制方式、現場工作站和遠程監控管理方式，能在就地人員的巡回檢查和少量操作的配合下，在各車間單元控制室內，以現場觸摸屏和監控室觸摸屏為主要監控中心，實現設備的啟停和調整、運行工況的監視和調整以及事故處理等。同時各項數據通過光纖以太網傳輸到上位計算機系統，同時也可通過上位計算機網絡獲得公共部分的設備運行狀況。

在正常工作時，每隔一個時間段記錄系統運行工況數據，包括熱工實時運行參數、設備運行狀況等。當故障發生時系統將及時記錄故障信息。操作員終端可存儲大量信息，自動生成工作報表及故障記錄，存儲的信息可通過查詢鍵查詢。

全系統采用光纖以太網作為可靠的數據通信系統，采用獨立FCS控制器進行控制，并可納入全廠DCS控制系統中。凈化裝置出口煙道上設置在線傳感器，信號全部進入DCS中進行監控。

4.6 催化劑選型

選用的催化劑型號為負載貴金屬鈀、鉑型，是處理各種不同類型有機廢氣的高效廣譜型催化劑。該催化劑采取蜂窩陶瓷為載體，通過內浸漬法負載貴金屬鉑和鈀，具有高活性、高凈化效率、耐高溫及長使用壽命等特點；性能參數為：方形孔，孔數25個/cm，堆積密度為（0.76±0.02）kg/L，比表積為25m2/g，凈化效率≥97%。

4.7 風機選型

風機采用防火花結構設計，葉輪及外殼之間包裹有色金屬并設有葉輪止推裝置。防腐方面為碳鋼噴漆加環氧瀝青漆。主風機采用變頻器控制，系統在運行過程中，可隨著風量的變化，根據風機前管道壓力變化自動或手動調整風機頻率，調整風機風量，節能降耗，并確保生產線的穩定。選用主風機風量24 000m3/h、功率18.5kW、風壓2 510Pa，脫附風機風量2 800m3/h、功率3.5kW、風壓2 107Pa，補冷風機風量1 680m3/h、功率2.2kW、風壓1 250Pa[3]。

5 污染治理效果

廢氣治理設施總投資671萬元，年運行費用91萬元，通過治理，污染物排放量可降低90%以上，排氣筒中顆粒物排放濃度可以穩定在10mg/m3以下，揮發性有機物排放濃度可以穩定在60mg/m3以下，廠界顆粒物最高濃度可控制在1mg/m3以下、揮發性有機物濃度可以穩定在2mg/m3以下。