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涂装废气处理新技术:微纳米气泡喷淋技术

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时间:2022-09-01 16:06:32

  随着我国涂装行业的快速发展,涂装稀释剂使用产生的挥发性有机物(VOCs)及颗粒物排放,不仅造成雾霾、光化学烟雾等大气污染,甚至危害人体健康,因此涂装废气的治理刻不容缓。目前,国内外VOCs处理技术主要有燃烧技术、光催化氧化技术和膜分离技术等。微纳米气泡作为新兴技术对VOCs有较好的处理效果,耗能低且不产生二次污染,可较好的控制投资和运行成本。彭芬利用微纳米气泡喷淋降解涂装废气,实验结果显示微纳米气泡喷淋对涂装废气具有较高的去除能力。夏华磊利用微纳米气泡发生器将NO与十二烷基苯磺酸钠混合形成微纳米气液发生体系,研究了NO的去除。本文以微纳米气泡喷淋处理涂装废气,考察装置对“三苯”废气的去除效率,以期为企业选用涂装废气处理工艺提供技术借鉴。

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  1 实验部分

  1.1仪器与材料

  Agilent7890B型气相色谱仪(美国安捷伦科技公司);AD350S-2S2.2GB-20型微纳米气泡发生装置(上海众净环保科技有限公司);喷淋塔装置(江苏鑫联环保设备有限公司)。苯、甲苯和二甲苯色谱纯试剂(国药集团化学试剂有限公司);邻二甲苯、对二甲苯、间二甲苯色谱纯试剂(上海麦克林生化科技有限公司)。实验喷淋塔柱体为聚丙烯材料,塔直径1.0 m,高3.0 m。塔内分两层喷淋,每层填料高度0.5 m。喷淋塔底部连通边长0.5m的方形水箱,水箱里的微纳米气泡溶液经离心泵提升至塔内实现自下而上喷淋。

  1.2实验流程

  微纳米气泡喷淋降解涂装废气系统由废气发生装置、喷淋塔、微纳米气泡发生装置等几部分构成。工艺流程如图1所示。气体模拟装置中通过小气泵将气体分三路通入盛有苯、甲苯和二甲苯溶液的鼓泡瓶中,由小气泵产生的高浓度气体与空气在混风箱混合后形成低浓度、高风量的涂装气体。模拟气体引入喷淋塔内后自下而上与微纳米气泡在填料层逆向接触发生超临界水溶解、热解、氧化还原等一系列反应实现气体净化,净化后的气体从塔顶引出。

  1.3评价方法

  苯、甲苯和二甲苯的去除效果由各成分的降解效率表示。计算方法为:

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  2 结果与讨论

  2.1进气浓度变化对“三苯”气体去除率的影响

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  表1为进气浓度对“三苯”气体去除率的影响。设置6组同比例不同浓度的“三苯”混合气体,停留时间16 s,喷淋液气比3 L/m3。随着进气浓度的升高,苯、甲苯和二甲苯的去除率均呈上升趋势,苯的去除率从30.5 %上升至40.16 %,甲苯的去除率从39.6 %上升至46.95 %,二甲苯的去除率从43.5 %上升至49.12 %。从双膜理论分析气膜中存在扩散阻力、化学阻力及气体在液膜中的扩散阻力。当混合气体的浓度从低浓度逐渐升高时,气液反应以气膜控制为主,浓度的升高推动了气体在气膜中的传质推动力,在相同时间内达到气液界面的气体越多,去除率越高。当气体浓度达到一定值时,气液反应以液膜控制为主,升高气体浓度可以提高降解的气体量,但降解的量远小于气体浓度的升量,整体的去除效率降低。

  2.2停留时间对“三苯”气体去除率的影响

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  图2为停留时间对气体去除率的影响。实验条件:苯、甲苯和二甲苯的进气浓度分别为140 mg/m3、280 mg/m3、420 mg/m3,喷淋液气比3 L/m3,调控气体停留时间为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随停留时间延长而增高,当停留时间较短时,气体在喷淋装置中接触不充分、反应不彻底,导致气体的去除率较低。随着停留时间延长,反应气体与微纳米气泡接触时间变长,废气分子被气泡破灭产生的空化反应降解得更加彻底,废气的去除率逐渐增高。当停留时间为18 s时,苯、甲苯和二甲苯的去除率达到41.43 %、49.01 %和51.21 %。“三苯”气体中苯的去除率较低,主要原因有苯结构稳定,化学键键能高,难以被氧化降解;气体中苯浓度最低,与微纳米气泡发生接触、碰撞几率相对较小,致反应不充分。

  2.3喷淋液气比对“三苯”气体去除率的影响

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  图3为喷淋液气比对气体去除率的影响。实验条件:苯、甲苯和二甲苯的进气浓度分别为140 mg/m3、280 mg/m3、420 mg/m3,停留时间18 s,调节喷淋流量使喷淋液气比分别为1 L/m3、2 L/m3、3 L/m3、4 L/m3、5 L/m3、6 L/m3。“三苯”气体的去除率随喷淋液气比的升高逐渐增高,当喷淋液气比达到3 L/m3后,苯、甲苯的处理效果趋于稳定,去除率分别为41.23 %,48.95 %。当喷淋液气比达到4 L/m3后,二甲苯去除率增幅变小,二甲苯去除率达到54.63 %。随着喷淋液增加,塔内的微纳米气泡密度逐渐升高,气泡数量分布密集且均匀,单位面积内气体与微纳米气泡接触碰撞充分、裂解氧化反应更完全,去除率随之逐渐增。当喷淋液气比达到一定数值后,气液接触的有效面积已趋于稳定,再升高液气比对气体去除效果的影响不大。

  3 结论

  本文对微纳米气泡喷淋技术处理涂装废气中典型的有毒有害废气苯、甲苯和二甲苯的降解效率进行了探讨,得出如下结论:

  (1)苯、甲苯和二甲苯的去除率随着进气浓度升高而增高,涂装废气中苯、甲苯和二甲苯的浓度分别为140 mg/m3、280 mg/m3、420 mg/m3时去除效果较好。

  (2)苯、甲苯和二甲苯的去除率随着喷淋液气比的升高逐渐增高并趋于稳定,随停留时间的延长而增高。