喷淋活性炭吸附法在家具行业VOCs治理中的应用

家具厂在生产家具的过程中，喷涂工序均不可避免地产生大量挥发性有机物(VOCs)，若不对其进行处理，将对周边环境造成严重影响。广东某家具厂主要产品为木质家具，有机废气产生源为喷漆房，原有处理工艺仅为水帘柜喷淋除雾，不能满足相关环境标准的要求，厂方希望对这种状况进行彻底整改。

由于喷漆废气中涉及VOCs成分复杂，具有排放浓度较低(一般<200mg/m3)、含大量漆雾粉尘等特点，治理难度较大，经工艺比选采取了喷淋-活性炭吸附组合工艺对其进行综合治理。

1工艺比选

工业上常用的有机废气净化方法有吸收法、吸附法、冷凝法、生物法、光催化降解、燃烧法等。

吸收法是选用合适的液体吸收剂吸收去除气态污染物，如水中加入酸碱液体、表面活性剂等制成吸收剂，将有机污染物进行吸收从而得到净化，对甲苯等净化效率可高达91.26%[1]。通常采用的设备为填料塔或喷淋塔。

吸附法主要利用多孔性吸附材料来吸附废气中的污染物，吸附剂种类繁多。家具行业最常用的吸附剂是活性炭，具有性能稳定、抗腐蚀等优点，能适用于吸收大风量、低浓度的有机废气。

工业上常用的是固定床吸附装置，优点是设备结构简单，操作方便，吸附剂磨损小，缺点是需定期更换吸附剂。

冷凝法是将废气直接冷凝或吸附浓缩后冷凝，分离回收有价值的有机物，多适用于浓度高、有回收价值的有机废气处理。

生物法是将废气与微生物接触，被微生物捕获降解、氧化，使污染物分解成无害的无机物。由于有机废气中的成分在水中溶解度较低，气液相传质存在较大阻力，微生物处理效率较低[2]，目前家具行业上的应用实例较少，技术上有待探索和完善。

光催化降解技术主要是利用催化剂的光催化活性，氧化吸附在催化剂表面的目标污染物，以实现VOCs的降解，适用于处理低浓度、大风量气体。然而光催化降解产物主要为亲水性VOCs[3]，形成二次污染物，其处理效率有待提高。

燃烧法是将废气中的有机物燃烧氧化，彻底转换成CO2和H2O以达到净化的目的。燃烧法可分为直接燃烧、热力燃烧、催化燃烧、蓄热燃烧等类型。高浓度可燃有机废气可采用直接燃烧法，低浓度有机废气若采用燃烧法须额外补充热能或采用蓄热燃烧法。相对而言，燃烧法的初期投资和运行费用较高，在家具行业应用较少。

家具厂使用的油漆在调漆时须添加色精、固化剂和稀释剂等助剂，成分复杂，张斌[4]检测油漆废气化学成分中主要有苯系物(46.8%)和烷烃(27.2%)，其中含量高的有甲苯、乙苯、二甲苯、辛烷、壬烷等，且喷漆废气中含大量的漆雾粉尘，粉尘粒径较小，绝大部分在10μm以下。

基于喷漆废气的多相属性和复杂成分，单一处理方式难以取得理想的净化效率，拟采用组合工艺处理喷漆废气。考虑到投资和占地、改造难度及工艺的成熟性，本工程采取了喷淋-活性炭吸附的组合工艺处理喷漆废气。

2工艺介绍

本工程将保留原有的水帘柜装置，喷漆废气在通过水帘柜装置拦阻较大颗粒的漆雾后，进入旋流板+填料组合喷淋塔。喷淋塔中投加碱性专用除漆剂，促使漆粒形成较大的基团并沉降下来，同时喷淋液也可以吸收一定量的VOCs。

有机废气经喷淋塔处理后，经干式过滤器除湿处理后，进入活性炭吸附装置。利用多孔性活性炭吸附剂的吸附作用，脱除废气中的VOCs，经净化后的气体通过15m高的排气筒排放。

2.1设计参数

设计风量：为保证喷漆废气的收集效率，根据喷漆房的规模，3台设备设计风量分别为20000m3/h、25000m3/h、35000m3/h。

废气成分：VOCs浓度<200mg/m3。

废气温度：常温。

生产时间：每天8h。

排放标准：执行《家具制造行业挥发性有机化合物排放标准》(DB44814-2010)，即苯≤1mg/m3，甲苯和二甲苯合计≤20mg/m3，总VOCs≤30mg/m3。

2.2主要设备

以其中一套设备为例，介绍主要设备参数如下：

喷淋塔：设计风量35000m3/h，塔径、塔高为φ2.6m×5.8m，塔板层数为1层旋流板+2层填料+1层除雾，设计空塔气速1.5m/s，液气比2L/m3，循环液量60m3/h。

活性炭吸附装置：设计风量35000m3/h，空塔风速0.5~1.0m/s，选择颗粒状的活性炭作为吸附剂，装炭量4m3。

3运行效果分析

有机废气净化设施运行半年后，根据环境监测站的监测结果对其净化效果进行分析，分析结果见表1所示。废气进口测点位于喷淋塔前部管道，出口测点位于排气筒上，苯系物和VOCs的测定采用气相色谱法。

为保证喷漆房的有机废气收集率，净化设施的设计风量一般较大，VOCs的浓度较低(30.62~111.73mg/Nm3)，净化后VOCs排放浓度为12.23~23.79mg/Nm3，苯排放浓度为0.07~1.57mg/Nm3，甲苯与二甲苯排放浓度为11.03~95.09mg/Nm3，排放浓度可满足《家具制造行业挥发性有机化合物排放标准》(DB44-814-2010)要求。

表1环保设施的净化率


4技术经济分析

3台设备的总设计风量为80000Nm3/h，总风机功率100kW，每天运行8小时，每年运行300天。过滤材料每年更换50次，每台每次8m2。人工费按2000元/月计算。运行费用见表2。

表2环保设施运行费用


从表中可知，该厂有机废气净化设施年运行费用为13.464万元，每万立方米废气的处理费用仅为8.12元，运行费用中主要的支出为电费(45%)，其次为过滤材料费(22%)和人工费(18%)。

5结语

家具厂采用喷淋-活性炭吸附组合工艺处理喷漆废气，处理效率为69%~86%，处理后废气排放浓度可满足广东省地方标准。该法对处理大风量低浓度的喷漆废气净化效果理想，无二次污染，具有经济技术可行性。