防水卷材沥青烟气净化处理中存在的问题及解决方法

1、防水卷材沥青烟气净化处理中存在的问题及解决 方法动力波洗涤+光催化氧化新技术的应用一、问题的提出改性沥青防水卷材生产过程中排放的沥青烟气对周围环境的严重污染问题，始终困扰着国内几千家生产厂家。尽管各厂家都采取了多种方法和措施来处理沥青烟气，有的甚至投入了很大的成本，但效果都不理想。造成处理效果不佳的原因有很多，我们调研了国内多家厂家，认为目前沥青烟气净化处理方法主要存在以下四大问题：<!-if !supp ortLists-, ?v!-endif-> 集气系统不完善沥青烟气的产生源主要来自沥青改性生产和卷材成品生产线，目前基本都采用在沥青改性、加料混合工序设置一套废气收集装置，在成

2、品工序包括预浸、沥青涂盖、撒砂贴膜、挤出、覆膜工序设置一套废气收集装置。废气收集方式见表1。表1生产废气收集一览表产污位置收集方式沥青改性改性设备密封，废气由设备上放空管收集生产混合设备密封，废气由设备上放空管收集防水卷材成品预浸密封罩收集沥青涂盖密封罩收集撒砂贴膜密封罩收集挤出密封罩收集覆膜密封罩收集如何防止废气外逸关键在提供集气效果，在反应釜内和密封罩收集区域内必须保持一定的负压区，而负压区的形成和1,引风机的选择（包括引风机额定功率、最大风量、全压）、2管道的选择（包括管道的口径、长度和弯头数量）3密封罩收集区域的密封程度有关。1）引风机的选择必须根据产生的废气量和最大浓度确定最大的抽气

3、量，引风机最大风量的选择是在最大抽气量基础上留有一定的余量（约20%,运行时通过变频调速器进行合理调整。引风机全压的选择是一个关键的参数，确定引风机全压的主要依据是：（设备的阻力降+管道阻力降）X裕量量系数。目前在国内普遍使用的气体净化主a,水喷淋装置，影响喷淋塔内阻力的主要因素，包括塔径、喷淋层的数量、负荷和液气比（喷水量和烟气量之比）都是影响喷淋塔内阻力降的重要因素，特别是喷淋塔选择的液气比都比较大（一般2）,因此喷淋塔的阻力降都较大（一般800Pa） ob,活性炭吸附装置阻力降与吸附装置结构、活性炭粒径和加入量有关，由于其粒径较小，密度大，因此阻力降一般都很大800Pa 根据我们在几家厂

4、实测的数据：水喷淋装置+活性炭吸附装置产生的阻力降都 160 OPa,而选择引风机全压一般都只在18002000 Pa,因此留给克服管道阻力降 的裕量就很小2）管道阻力降与风速、气体密度、管道长度以及弯头数量等有关,特别是风速的平方与阻力降成正比，如空气流速在20m/s,则管道阻力降在30 Pa/米左右。而风速在流量确定后则主要取决于管道的口径。因此一旦 管径和长度选择不合理，阻力降过大就会影响集气口抽 力，无法形成负压区。3），密封目前不少厂家反应，反应釜内有时气体外逸（即釜内形成正压），就 是因阻力降过 大所造成，特别是加料后气体产生量大，极易发生这种 现象。（也称集气罩）的使用问题，防水

5、卷材成品区都采用密封罩进行废气 的收集，目前普遍反应集气效果不好，也是厂内废气外 逸的主要根源。集气效果 除考虑密封罩安装位置（覆盖面）和排气管径大小外，主要是密封罩下方必须形 成一个负压区才能把废气全部抽 走。而负压区的形成除确保集气口具有一定的抽 力，同时必须确定负 压区的容积，而目前成品生产区几乎都是敞开式，根本无法 形成一个负压区。综上所述，提高沥青烟气的集气效果必须通过精确的计算，合理选择引风机和 管道，同时在成品生产区应尽可能构成一个基本密封的区域尽可能提高自动化程度，减少人为操作），提高密封罩集气效果。<!-if ! supportLists->, ?<!-en

6、dif-> 洗涤效果较差湿法洗涤的目的是除去沥青烟气中的粉尘和油状有机物（油污），但目前采用的 水喷淋洗涤装置洗涤。效率都不高，除尘效率在80%左右，除油污效率在 50飞0%左右。由于洗涤效果差，后级活性炭很快被污 染。湿法洗涤采用水作为洗涤剂，投入和运行成本都较低，而且无污水排 放，应该 是合理和可行的，但为何目前反映洗涤效果差，原因何在 首先分析一下废气的特 点，：1,废气主要成分包括沥青烟、非甲烷总烧、粉尘颗粒以及一部分无 机 气体。沥青烟的产生主要是沥青是天然的或合成的烧类混合物，主要成分是 沥青质和 树脂，还含有少量高沸点的矿物油和少量的氧、硫或氮的化合物，在加热和熔 化过程中

7、部分有机物挥发产生沥青烟。沥青烟主要有焦油和焦油气组成，焦油和焦油气的成分复杂，有上百种以上的 有机物，基本多数是多环、杂环有机化合物，而且大部分焦油是微小的焦油细雾 颗粒，粒径多在0.16之间，最小的仅0.01 am最大的约为10.0am沥青烟中含 有强致癌物如苯并花，往往依附在am的焦油颗粒上 非甲烷总燃的产生主要是生 产过程中使用的SBS橡胶类、菇烯树脂 等，是高分子有机物的聚合物，在受热情 况下，物质中残存未聚合的反应单体及从聚合物中分解出的单体挥发至空气中形 成有机废气，及加入的机油中挥发的有机成分统称为非甲烷总燃。2）,废气温度较高，改性过程的反应温度一般在180190C,因此沸点

8、低于该温度 的有机物挥发成气态存在于沥青烟气中，由于反应釜局 部高温，也有一部分高 于该温度的有机物挥发。3）,因在生产过程中要加入粉料，沥青烟气还含有一定量的粉尘。根据废气的特点，采用湿式洗涤的目的就是通过循环水快速冷凝，将沸点低于 循环水温的气态有机物（占沥青烟气中气态有机物总量的85%以上，占非甲烷总 烧中气态有机物总量的80%以上）冷凝成液态，并把气态污染物中粒径较小的焦油 细雾粒（0. 1-1. Ou m）的粒径增大，然后转移到水中。液态有机物 和焦油细雾粒 被水吸附后，基本不溶于水，也不会发生反应产生新的化合物，只是形成浮油漂 浮在水面，同时粉尘也被水冲刷下来。因此要高效除去 沥青

9、烟气中的焦油和焦油气，对湿式洗涤器要求很高，必须做 到气-液二相有最大的接触机会，即不但要求气-液二相接触面 积越大越好, 而且要求接触时间越长越好。而目前采用的几种湿式洗涤法，如喷淋洗涤塔、喷射洗涤塔、离心喷淋洗涤器 等，是很难满足这方面的要求。是喷淋洗涤塔等仅依靠单相的动能（气相或液相）是无法形成气 液二相有极大 接触机会的界面。二是喷嘴喷射的液滴粒径（都在1000am以上）远大于焦油细雾粒的粒 径，使接 触机会降低，甚至会形成气-液二相无法接触的盲区。三是由于水是循环使用，水中的污染物浓度（特别是颗粒状污染物）越来越 高，而目前的喷淋洗涤塔、喷射洗涤塔等喷嘴的口径都较小（为保证一定的雾

10、化效果），因此极易造成喷嘴堵塞，使洗涤效果越来越 差。目前采用的喷淋洗涤塔去除焦油和焦油气的效率在5060%左右，甚至更低。湿式洗涤装置是沥青烟气净化处理的关键设备，如果不能有效的去除焦油和 焦 油气，那么后级 气体进一步净化处理的设备，如活性炭法、等离子法、光 催化 氧化法等，即使功能再强也会很快被油污污染而失效。,活性炭吸附的问题 活性炭对有机污染物有较强的吸附能力，但也存在一些致命 的弱点：强，但随着表面吸附量的增加，吸附能力越来越低，因此更换率高，使运行成本增加。b）,活性炭无分解油性有机物的能力，一旦表面被油性污染物污染后，很快就 会失去活性。而烟气中主要的就是油性污染物，且极易粘附

11、在 活性炭表面，<! if isupportLists>a) <! endif> ,活性炭开始时吸附能力较特别当前级湿式洗涤效果不佳的情况下，活性炭使用寿 命更短。C),使用活性炭吸附，阻力降大。d),被沥青烟气中的有机物污染后的活性炭处理难度增加，目前很多厂家把它放入锅炉房与煤混烧，这是很危险的做法，因这些有机物中大部分是芳香煌，在有C1离子存在的情况下，焚烧时就会生成强致癌物二恶英。,循环水的处理问题由于洗涤水是循环使用，循环水槽中的洗涤下来的油雾和颗粒物浓度会越来越大，如果不能及时清理就会造成以下的后果：1),由于循环水中污染物浓度增加而使洗涤效果降低，特别是水中

12、的油污在与高温的烟气接触时，原先被冷却下来的有机物会重新挥发，形成恶性循环，并且气体中有机污染物浓度的增加势必后级处理的压力2）,循环水中的颗粒物浓度的增加会造成喷头和管道堵塞。以上四大问题是造成沥青烟气对周围环境的污染的主要原因。为解决以上的问题，除对集气装置进行完善外，我们采用了新的改性沥青烟气 净化处理技术，即动力波洗涤技术+光催化氧化技术。二、动力波洗涤技术+光催化氧化技术方案的提出方案流程图见图一（处理量 10000m3/h）,动力波洗涤技术的应用从以上的分析可以看出，湿式洗涤的效率问题是沥青烟 净化处理能否成功的关键之一。动力波洗涤法是一种新型高效率的湿式洗涤技 术，目前国内外已广

13、泛应用于工业废气处理如脱硫等，见图2图2带混合元件的动力波洗涤器工作原理图<!-if IsupportLists->1. ? <!-endif-> 洗涤管,2.喷嘴,3.混合元件，4.循环水泵,5.气体出口管，6.液沫分离器,7.洗涤液贮槽,8,静置槽,9换水泵，10排污水阀，11换水阀,12循环水阀,13洗涤液贮槽液位计，14补水泵，15静置槽补水阀,16 洗涤液贮槽补水阀，17静置槽液位计，18放水槽液位计，19泥浆泵，20泥浆排出阀带混合元件的动力波洗涤器的工作原理：含油污和尘 的烟气自上而下高速进入洗涤管，洗涤液通过循环水泵由特殊结构的喷嘴自下而 上喷入气流中，

14、造成气液两相高速逆向对撞，当气液两相的动量达到平衡时，形 成一个 高度湍动的泡沫区，泡沫区的高度可在1米以上，在泡沫区，气液两相 呈高速湍流接触，接触表 面积极大，而且这些接触表面不断地得到迅速更新， 达到快速冷却和 高效洗涤效果。另外，根据泡沫区下方气液两相顺流流动的特 点，利用静态混合元件，使气液两相再一次进行湍流混合，起到了顺流洗涤 的 作用，使该设备实现了两级串联的洗涤效果。净化后的气体经除沫 器除去夹带的 液沫后由出口管排出。洗涤液通过排污口定期排出，同时补充静置槽中已处理 过的（已除去表面油污和槽底沉积物）等量的新鲜洗涤液。洗涤液循环使用， 无污水排放。带混合元件的动力波洗涤器的主

15、要性能特点:1.净化效率高。根据气液两相流的流动特点，将动力波泡沫洗涤与两相流顺流 洗涤组合在一个设备内，达到了二级串联洗涤的效果，明显地提高了洗涤效率, 一般洗涤颗粒物效率99%,除油效率80%,远 高于喷淋塔、填料塔等传统的洗涤 设备。2,能耗低。由于动力波洗涤器在运行过程中既利用了气流的动能，也巧妙地利 用了液流的动能，而且因为泵的效率通常高于风机，所以，与等效率的其他设 备相比，其阻力适中。3 .采用了合适的液沫分离器，使出口气体中的液沫夹带量30 mg/叫无需后续除沫设备，减少设备投资。4 .采用特殊结构的大孔径喷嘴，有效地避免了液相内所含固体颗粒堵塞喷嘴的问题,有利于洗涤液的循环使

16、用，循环液含固量可达20%左右。5,动力波洗涤器结构紧凑、造价低、占地面积小。采用动力波净化系统的投资，比采用传统的工艺与设备要节省30%以上。6 .设备内部无任何活动部件,安装维修简单,设备的可靠性好,运行周期长。7 .操作弹性大，适用范围广，能适用于处理气量波动较大的场合，气量波动范围可 达 50%- 100%8 .有良好的快速传热效果，达到快速冷凝的效果。经过多年的研发和实践，并消化、吸收国内外在动力波应用方面的技术，目前我们已开发出具有高洗涤效率的动力波洗涤装置，而且投资少，操作简单，维修方便。,光催化氧化技术的应用 装置后级采用先进的光催化氧化技术，利用光催化氧化 极强的氧化能力，具

17、有高效去除有机污染物的功能，把经动力波洗涤器清洗后烟 气中剩余的有机污染物进一步氧化成CO2和H201）,光催化氧化技术的基本原理和特点光催化氧化技术是近几十年来发展起来一项高级氧化技术，从20世纪八十年代中期开始，各国环境科学工作者开展了把半导体光催化技 术应用于环保 领域的研究，在气体净化、污水处理等方面都取得了很多重大的突破，解决了很 多以前耗费大量能源和巨资，工艺路线复杂 但仍然无法彻底解决的环境污染问 题。半导体光催化是目前光化学方 法应用于环境污染控制的诸多研究中最活跃的 领域，成为环境污染控制化学研究的一个热点，形成了新的研究领域。特别是在 气体净化，除臭杀菌以及污水处理等方面，

18、应用越来越广泛。国内外大量研究和实践证明：煌类和多环芳煌、卤化芳燃化合物、染 料、表面活 性剂、农药、油类、氟化物以及SO、NOx等污染物都能有效地通过光催化反应， 脱色、除臭、去毒，矿化为无毒的无机小分子物质，从而消除对环境的污染。美国环保局公布的114种有机物,包括许多结构稳定的有机物（如二恶英等），均被证实可通过光催化 氧化后降解 矿化。光降解污染物通常是指污染物在光的激发作用下，污染物的原子结构发生变化 （键能变化），在氧化剂的作用下，逐步被氧化成低分子中间产物，最终生成CQH20及其他的离子如S04、NO、P03 C等。光化学反应降解污染物的途径，包括无催化剂和有催化剂参与的光化 学

19、氧化过 程。无催化剂参与的光化学氧化过程一般多采用氧气、臭氧、双氧水等作为氧化剂， 在光的照射下使污染物处于激发态，在氧化剂作用下被氧 化分解，简称为直接光氧化。有催化剂参与的光化学氧化过程又称光催化氧化，一般可分为均相和非均相催化 两种类型。均相光催化降解中较常见的是以某些金属离子及臭氧、双氧水为介 质，通过photo-Fenton反应产生羟基自由 基-0H在-0H的强氧化作用下使污染物 得到降解，在污水处理中应用较多。非均相光催化降解中较常见的是采用某些光 敏半导体材料如Ti02,结合一定量的光辐射，使Ti02激发产生电子-空穴对，电 子-空穴与吸附在半导体上的氧、水分子等作用，进一步产生

20、-0H自由基，再通过与污染物之间的加和、取代、电子转移等方式，使污染物 全部或接近 全部降解、矿化。羟基自由基是一种活性极强的基团，具有120Kcal/mol的氧化能量，可以轻易破 坏掉污染物的分子结构，而且-0H自由基的一个重要特性就是对任何反应物无 选择性（即使不接受紫外光的污染物），因而在光催化氧化中起着决定性的作 用。2）,光催化氧化装置的工作原理 根据沥青烟的成分大部分都是多环、杂环有机 化合物的特点，装置采用紫外光+臭氧和紫外光+光催化剂协同反应的新技术。装置结构示意图见图3 （处理量10000m3/h）装置内安装有多层光催化剂板，催化剂板与板中间安装有多排紫外灯。光催化氧化装置工

21、作原理1），气体通过进口阀进入机箱由过滤网再次进行气液分 离,沥青烟气经动力波洗涤器除去了大部分焦油和粉尘颗粒物，但气体中仍可能有少量的油污和水，安装气液分离装置后可进一步除去油污和水，分离后的气进入缓冲区，在缓冲区降速和形成稳流后进入光直接氧化段+光催化氧 化段。2),气体在光催化氧化段，完成三个任务：a紫外光+臭氧的作用已不再是利用臭氧本身的氧化作用，而是利用臭氧在紫外光照射下产生原子氧，原子氧本身具有很强的氧化能力，能把大部分的污染物氧化降解，而更重要的作用是原子氧可与气体中的水分子继续反应，生成具有更强氧化能力的羟基自由基。在足够功率的紫外光照射下，hnol臭氧可产生2moi羟基 自由

22、基。b,紫外光+光催化剂的作用主要是在紫外光照射下光催化剂表面 产生的空穴以及由空穴进一步与水反应生成的羟基自由基都具有极高的氧化势能，在空穴和羟基自由基的强氧化作用下，把紫外光+臭氧未能氧化完的有机物进一步氧化，最终全部氧化成CO和H20同时可把S02 NOx等无机污染物直接氧化成NO和SQ=等无 害物。C,紫外光+臭氧产生的原子氧对于光催化剂表面产生的电子具有 很强的吸收能力，从而极大的降低了电子和空穴的复合率，这对 提高光催化效率具有重要作用。因光催化效率一般比较低，在30% 左右，这主要是光催化剂在紫外光照射下产生的电子和空穴，能快速在表面自行复合，而且复合的速度远大于生成的速度。因此

23、要提高光催化效率，必须降低电子和空穴的复合率，这就是采用光直接氧化（紫外光+臭氧）和光催化氧化（紫外光+光催化剂）协同反应的重要特点。3,气体经光氧化段+光催化氧化段处理后进入后缓冲段，使未能反应完的臭氧继 续与剩余的污染物继续反应（臭氧在4050c时停留时间 在2秒左右）。4,处理后的气体通过出口阀进入引风机直接对外排放。3）,光催化氧化装置的特点a,高效去除有机污染物装置采用由我公司研发的光氧化和光催化氧化相结合的新技术，发挥 各自的优势，协同反应，取长补短，极大的提高了处理有机污染物的能力。b为提高非均相光催化氧化效率，我们研发了几类新型的光催化齐IJ,在光催化剂 （T102）中掺杂不同

24、金属离子和非金属离子等方法，降低电子和空穴的复合率，增 加羟基自由基的生成量，使光转化率有很大的提图。C,无任何二次污染光催化氧化利用紫外线灯产生的紫外光作为能源来活化光催化 剂，并利用空气中的氧和水驱动氧化一还原反应，无任何二次污染。光氧化产生的臭氧大部分参与反应被消耗，剩余少量的臭氧经过约20米长的管 道（包括烟囱）都已还原成氧气。d,装置运行和维护成本低:装置仅耗电，但设备能耗低（每处理1000立方米/小时沥青烟气，仅耗电约-电能），并且由于光催化剂板的阻力降远低于活性炭（约为1/10），如引风机安装变频调速器后，风机运行频率可降低，节电效率在25%28%装置的运行成本远低于目前水喷淋清

25、洗+活性炭吸附方法的运行成本。紫外灯使用寿命在12000小时以上，由于SBS生产一般都是间歇生产，因此紫外灯使用年限可在23年，光催化剂使用年限可在510年Oe,装置采用智能化控制，确保装置的安全运行。其主要功能是：!-if !supp1, ?<!-endif一> 通过显Z5屏直接显示装ortLists-置的正常运行工况，一旦出现故障会立即显示故障位置和原因O<!-if !supp2, ?<!-endif-> 联锁保护功能，为保证ortLists-紫外灯的安全使用，控制系统设置了正确的开机程序和联锁保护程序。!一if !supp3, ?<!-endif-&g

26、t; 具有通讯功能，便于多个ortLists-装置的集中管理。4,具有自动定时启动和关闭装置的功能，根据用户实际需要来确定装置运行的时 间，进行定时设定。这样既可降低相当一部分能 耗，而且使紫外灯使用寿命大大延 长。三、污水处理 动力波洗涤装置洗涤水是循环使用，无污水排放，但在循环使用一段 时间后，水中的颗粒物和油污越来越多，如不加以及时清理，就 会降低洗涤效果，而 且会造成管道的堵塞。循环水槽一般在3天左右需要换水（也可根据水质定）。放水程序：打开循环水槽底部放水阀（此时应在停止生产时），把污 水放入放水槽 （放完后立即关闭放水阀），启动油水分离器，除去表面油污后把水放入静置槽。然 后静置2

27、4小时以上后（也可加沉淀剂 加速沉淀），就可作为下次换水用，每次换水 后应清除静置槽底部的污泥（可用泥浆泵）。以上换水操作均有工控机自动完成，阀 门均采用电动阀。四、动力波洗涤技术+光催化氧化技术方案的效率计算防水卷材行业大气污染物排放标准：因目前防水卷材行业大气污染物排放尚无行业标准，可参照北京市地 方标准 防水卷材行业大气污染物排放标准。其中第5节污染物控制要求中，节【最高允许排放浓度】中规定：防水卷材生产过程中，通过设备(车间)排气筒排放的大气污染物的最高允许排放浓度不得 超过表2规定的限 值。表2排气筒排放的大气污染物中的最高允许排放浓度污染物I时段n时段颗粒物/( mg/m33015苯比花/ a g/m3)沥青烟/(m g/m3)2010非甲烷总煌(m g/m3)4020节【最高允许排放速率】中规定：排气筒中污染物排放除应符合表1最高允许排放浓度外，还应同时满足表3规定的排气筒高度对应的最高允许排放速 率要求。表3排气筒最高允许排放速率排气筒高度m最高允许排放速率(kg/h)颗粒物苯比(a)花/KT沥青烟非甲烷总煌1520301418402431,装置要求去除污染物的效率计算90%以上的,动力波洗涤装置效率,动力波洗涤装置效率远高于喷淋洗涤装置，沥青烟中的有机物（包括苯并花类）和非甲烷总燃中85%以上的有机