微納米氣泡噴淋技術(shù)處理涂裝廢氣

隨著我國涂裝行業(yè)的快速發(fā)展，涂裝稀釋劑使用產(chǎn)生的揮發(fā)性有機物(VOCs)及顆粒物排放，不僅造成霧霾、光化學煙霧等大氣污染，甚至危害人體健康，因此涂裝廢氣的治理刻不容緩。目前，國內(nèi)外處理VOCs 的技術(shù)主要有燃燒技術(shù)、光催化氧化技術(shù)和膜分離技術(shù)等。微納米氣泡作為新興技術(shù)對VOCs 有較好的處理效果，耗能低且不產(chǎn)生二次污染，可較好的控制投資和運行成本。彭芬[5]利用微納米氣泡噴淋降解涂裝廢氣，實驗結(jié)果顯示微納米氣泡噴淋對涂裝廢氣具有較高的去除能力。夏華磊利用微納米氣泡發(fā)生器將NO 與十二烷基苯磺酸鈉混合形成微納米氣液發(fā)生體系，研究了NO 的去除。本文以微納米氣泡噴淋處理涂裝廢氣，考察裝置對“三苯”廢氣的去除效率，以期為企業(yè)選用涂裝廢氣處理工藝提供技術(shù)借鑒。

一、 實驗部分
1.1 儀器與材料
Agilent7890B 型氣相色譜儀( 美國安捷倫科技公司) ；AD350S-2S2.2GB-20 型微納米氣泡發(fā)生裝置；噴淋塔裝置。苯、甲苯和二甲苯色譜純試劑(國藥集團化學試劑有限公司)；鄰二甲苯、對二甲苯、間二甲苯色譜純試劑(上海麥克林生化科技有限公司)。實驗噴淋塔柱體為聚丙烯材料，塔直徑1.0 m，高3.0 m。塔內(nèi)分兩層噴淋，每層填料高度0.5 m。噴淋塔底部連通邊長0.5m的方形水箱，水箱里的微納米氣泡溶液經(jīng)離心泵提升至塔內(nèi)實現(xiàn)自下而上噴淋。
1.2 實驗流程
微納米氣泡噴淋降解涂裝廢氣系統(tǒng)由廢氣發(fā)生裝置、噴淋塔、微納米氣泡發(fā)生裝置等幾部分構(gòu)成。工藝流程如圖1 所示。氣體模擬裝置中通過小氣泵將氣體分三路通入盛有苯、甲苯和二甲苯溶液的鼓泡瓶中，由小氣泵產(chǎn)生的高濃度氣體與空氣在混風箱混合后形成低濃度、高風量的涂裝氣體。模擬氣體引入噴淋塔內(nèi)后自下而上與微納米氣泡在填料層逆向接觸發(fā)生超臨界水溶解、熱解、氧化還原等一系列反應實現(xiàn)氣體凈化，凈化后的氣體從塔頂引出。
1.3 評價方法
苯、甲苯和二甲苯的去除效果由各成分的降解效率表示。計算方法為：

二、結(jié)果與討論
2.1 進氣濃度變化對“三苯”氣體去除率的影響

表1 為進氣濃度對“三苯”氣體去除率的影響。設置6 組同比例不同濃度的“三苯”混合氣體，停留時間16 s，噴淋液氣比3 L/m3。隨著進氣濃度的升高，苯、甲苯和二甲苯的去除率均呈上升趨勢，苯的去除率從30.5 %上升至40.16 %，甲苯的去除率從39.6 %上升至46.95 %，二甲苯的去除率從43.5 %上升至49.12 %。從雙膜理論分析氣膜中存在擴散阻力、化學阻力及氣體在液膜中的擴散阻力[7]。當混合氣體的濃度從低濃度逐漸升高時，氣液反應以氣膜控制為主，濃度的升高推動了氣體在氣膜中的傳質(zhì)推動力，在相同時間內(nèi)達到氣液界面的氣體越多，去除率越高。當氣體濃度達到一定值時，氣液反應以液膜控制為主，升高氣體濃度可以提高降解的氣體量，但降解的量遠小于氣體濃度的升量，整體的去除效率降低。
2.2 停留時間對“三苯”氣體去除率的影響

圖2 為停留時間對氣體去除率的影響。實驗條件：苯、甲苯和二甲苯的進氣濃度分別為140 mg/m3、280 mg/m3、420 mg/m3，噴淋液氣比3 L/m3，調(diào)控氣體停留時間為4s、6 s、8 s、10 s、12s、14 s、16 s、18 s。苯、甲苯和二甲苯的去除率隨停留時間延長而增高，當停留時間較短時，氣體在噴淋裝置中接觸不充分、反應不徹底，導致氣體的去除率較低。隨著停留時間延長，反應氣體與微納米氣泡接觸時間變長，廢氣分子被氣泡破滅產(chǎn)生的空化反應降解得更加徹底，廢氣的去除率逐漸增高。當停留時間為18 s 時，苯、甲苯和二甲苯的去除率達到41.43 %、49.01 %和51.21 %。“三苯”氣體中苯的去除率較低，主要原因有苯結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，化學鍵鍵能高，難以被氧化降解；氣體中苯濃度最低，與微納米氣泡發(fā)生接觸、碰撞幾率相對較小，致反應不充分。
2.3 噴淋液氣比對“三苯”氣體去除率的影響

圖3 為噴淋液氣比對氣體去除率的影響。實驗條件：苯、甲苯和二甲苯的進氣濃度分別為140 mg/m3、280 mg/m3、420 mg/m3，停留時間18 s，調(diào)節(jié)噴淋流量使噴淋液氣比分別為1 L/m3、2 L/m3、3 L/m3、4 L/m3、5 L/m3、6 L/m3。“三苯”氣體的去除率隨噴淋液氣比的升高逐漸增高，當噴淋液氣比達到3 L/m3 后，苯、甲苯的處理效果趨于穩(wěn)定，去除率分別為41.23 %，48.95 %。當噴淋液氣比達到4 L/m3 后，二甲苯去除率增幅變小，二甲苯去除率達到54.63 %。隨著噴淋液增加，塔內(nèi)的微納米氣泡密度逐漸升高，氣泡數(shù)量分布密集且均勻，單位面積內(nèi)氣體與微納米氣泡接觸碰撞充分、裂解氧化反應更完全，去除率隨之逐漸增。當噴淋液氣比達到一定數(shù)值后，氣液接觸的有效面積已趨于穩(wěn)定，再升高液氣比對氣體去除效果的影響不大。
三、結(jié)論本
文對微納米氣泡噴淋技術(shù)處理涂裝廢氣中典型的有毒有害廢氣苯、甲苯和二甲苯的降解效率進行了探討，得出如下結(jié)論：
(1)苯、甲苯和二甲苯的去除率隨著進氣濃度升高而增高，涂裝廢氣中苯、甲苯和二甲苯的濃度分別為140 mg/m3、280 mg/m3、420 mg/m3 時去除效果較好。
(2)苯、甲苯和二甲苯的去除率隨著噴淋液氣比的升高逐漸增高并趨于穩(wěn)定，隨停留時間的延長而增高。
來源：環(huán)保