CN113117502A - 一种低浓度有机废气的处理方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低浓度有机废气的处理方法及装置，废气首先进入洗涤单元采用洗涤剂进行洗涤，脱除废气中的低浓度烃类物质、污泥飞沫、硫化物等污染物，洗涤排出气达标排放，洗涤液循环使用；根据净化气中有机污染物浓度，抽出部分洗涤液进入再生单元，再生依靠催化氧化单元进行循环再生，再生液返回洗涤单元中。本发明解决了传统生物法、吸附法存在的问题，废气处理稳定高效，基本不产生水、气二次污染，吸收剂可以再生循环使用，大幅降低废气处理投资和运行成本。
Description
技术领域
本发明属于废气治理技术领域，具体涉及一种低浓度有机废气的处理方法及装置。
背景技术
污水处理场是炼油厂、市政设施中的重要污水处理设施。生化处理技术具有成本低、处理效果好等优点，是污水处理的重要步骤，其中好氧生化处理需要在污水中通入大量空气，加上污水的蒸发等原因，造成污水处理场向大气排放大量低浓度废气。此类废气气量大但有害组分浓度较低，正常情况下总烃浓度一般符合排放标准，但存在较大的波动，总烃浓度可以在几十到几百个mg/m3。此类废气需要治理的主要原因在于具有恶臭味道，严重影响周围环境，对人体健康造成威胁，恶臭味道主要来自于其中含有的活性污泥飞沫、微量硫化氢和其它含硫化合物、低分子有机酸、氨、酚类等。其中大分子水溶性有机物如酚类等对普通活性炭吸附材料有害。
污水处理场排放废气因气量大，污染物浓度低，因此适宜的处理技术有限。传统的废气治理方法如吸附法、焚烧法、催化燃烧法、冷凝法、吸收法等处理这类废气并不经济。吸附法吸附剂用量大，再生困难，操作不稳定。焚烧法和催化燃烧法均需补充大量燃料，能耗高，经济性差。冷凝法和吸收法更不适用于此类低浓度废气。生物法净化这类废气具有运行费用低，无二次污染优点，是此类废气的理想处理方法，然而，生物净化法一般需要多级处理，装置规模大，净化效率不稳定。
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发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种低浓度有机废气的处理方法及装置。本发明解决了传统生物法、吸附法存在的问题，废气处理稳定高效，基本不产生水、气二次污染，吸收剂可以再生循环使用，大幅降低废气处理投资和运行成本。
本发明提供的一种低浓度有机废气的处理方法，包括以下步骤：（1）废气首先进入洗涤单元采用洗涤剂进行洗涤，脱除废气中的低浓度烃类物质、污泥飞沫、硫化物等污染物，洗涤排出气达标排放，洗涤液循环使用；（2）根据净化气中有机污染物浓度，抽出部分洗涤液进入再生单元，再生依靠催化氧化单元进行循环再生，再生液返回洗涤单元中。
本发明中，步骤（1）所述低浓度有机废气为污水处理场排放废气，主要来自炼油厂、市政设施中的生物曝气水处理设施，废气气量大但有害组分浓度较低，正常情况下总烃浓度存在较大的波动，在几十到几百mg/m3，硫化物浓度一般低于100mg/m3。
本发明中，所述的洗涤剂为环糊精碱性溶液，环糊精的质量浓度为1%-30%，碱液质量浓度为0.1%-5%。所述环糊精可以选自α-环糊精，β-环糊精和γ-环糊精等中至少一种，优选γ-环糊精。所述的碱为氢氧化钠、氢氧化钾等强碱中的至少一种。
本发明中，步骤（1）所述洗涤单元的洗涤塔中控制液气比一般为2-8L/m3，优选3-6L/m3，常温常压洗涤。
本发明中，步骤（2）所述的再生单元主要包括洗涤液再生塔、再生洗涤液泵、再生风机、催化氧化反应器等，进一步还可以包括催化氧化换热器、催化氧化加热器。洗涤塔和洗涤液再生塔内装有填料，可以是不锈钢鲍尔环或拉西环等中的至少一种，催化氧化反应器内装填催化氧化催化剂。
本发明中，步骤（2）催化氧化催化剂的载体为涂覆有氧化铝的堇青石蜂窝陶瓷载体，蜂窝孔密度为200～400目，活性金属为Pt/Pd，活性组分以元素计占催化剂总重量的0.1%～2%；同时可以含有其它助剂，如铈等。催化氧化单元中，反应器入口温度为150～450℃，优选为250～400℃，废气通过催化剂床层的体积空速为1000-50000h-1。
本发明中，步骤（2）所述催化氧化反应器通过再生风机将高温净化气引出，进入洗涤液再生塔中对部分引出的洗涤液进行热再生，再生温度为60-200℃，产生的再生气中主要含烃类物质，进入催化氧化反应器处理。
本发明中，步骤（2）所述的引出的洗涤液与洗涤单元的处理效果有关，当洗涤单元排放VOCs浓度高时，可增加再生洗涤液量，一般为洗涤液循环量的10%-50%，循环再生液气比为0.5-10L/m3。
本发明中，根据净化气中有机污染物浓度，调节抽出洗涤液的量去再生处理，净化气中有机污染物浓度增加时，可增加洗涤液的再生量；当洗涤液的pH降低至7-9时，排出一定量废洗涤液，并补充新鲜洗涤剂。
本发明还提供了一种用于上述低浓度有机废气的处理装置，主要包括洗涤单元和再生单元，其中洗涤单元主要包括洗涤塔、洗涤液循环泵等，再生单元主要包括洗涤液再生塔、再生洗涤液泵、再生风机、催化氧化换热器、催化氧化加热器、催化氧化反应器；洗涤塔和洗涤液再生塔内装有填料如不锈钢鲍尔环、拉西环等，催化氧化反应器内装填催化氧化催化剂。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明以环糊精碱性溶液作为洗涤剂，有助于低浓度烃类物等污染物的长期快速吸收，净化气达标排放。
（2）本发明利用催化氧化高温净化气加热再生洗涤液，再生洗涤液可以循环使用，降低新鲜洗涤剂用量，处理成本更低。
（3）不需要额外的加热源，通过吸收液再生出含烃类物质气体使催化氧化的能量自给运行，高温气用于吸收液循环再生，从而大幅降低了废气处理运行成本。
（4）本发明环糊精碱性洗涤剂还可以吸收硫化物，且在再生烃类物质温度下不会解吸，因此避免硫化物对后续催化剂氧化的不利影响，避免催化氧化催化剂硫中毒。
附图说明
图1是本发明处理方法的一种工艺流程图；
其中：A-洗涤塔，B-洗涤液循环泵，C-洗涤液再生塔，D-再生洗涤液泵，E-再生风机，F-催化氧化换热器，G-催化氧化加热器，H-催化氧化反应器；a-洗涤塔和再生塔填料，b-催化氧化催化剂；
1-废气，2-净化气，3-循环洗涤液，4-排出部分洗涤液到再生塔，5-再生洗涤液，6-再生单元启动或补充空气，7-高浓度再生气，8-高温净化气循环再生，9-部分再生净化气排放。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步说明本发明处理方法及效果。实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
以下实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为本领域常规方法。下述实施例中所用的实验材料，如无特殊说明，均从常规生化试剂商店购买得到。
本发明中，非甲烷总烃采用HJ/T 38《固定污染源排气中非甲烷总烃的测定》中气相色谱法检测；硫化物采用GB/T 14678《空气质量硫化氢、甲硫醇、甲硫醚等测定》中气相色谱法检测。
本发明采用附图1所述***，该***主要包括洗涤单元、再生单元，其中洗涤单元主要包括洗涤塔A、洗涤液循环泵B等，再生单元主要包括洗涤液再生塔C、再生洗涤液泵D、再生风机E、催化氧化换热器F、催化氧化加热器G、催化氧化反应器H等；洗涤塔A和洗涤液再生塔C内装有不锈钢填料a（鲍尔环或拉西环）；催化氧化反应器H内装填催化氧化催化剂b。
采用附图1所述装置的处理方法，是将低浓度废气1引入洗涤塔A内，通过洗涤液循环泵B输送的循环洗涤液3洗涤，脱除废气中的污染物，洗涤净化气2达标排放；洗涤单元达到稳态后，排出部分洗涤液4到再生单元的洗涤液再生塔C，再生洗涤液5通过再生洗涤液泵D返回洗涤塔A，再生是通过催化氧化循环再生，在再生风机E的作用下，催化氧化排出的高温净化气8进入再生塔C对洗涤液进行再生，产生的高浓度再生气7通过催化氧化换热器F、催化氧化加热器G进入催化氧化反应器H，将废气中的有机物氧化成CO2和H2O；根据再生净化情况，补充新鲜空气6和排放再生净化气9。
实施例1
某污水处理场低浓度有机废气中，非甲烷总烃浓度为60-500mg/m3，硫化物浓度一般5-20mg/m3，废气量10000Nm3/h。
废气首先进入洗涤塔，喷入γ-环糊精碱性水溶液（溶液中氢氧化钠质量浓度为2%，环糊精质量浓度为15%）进行循环洗涤，控制液气比为3L/m3，常温常压洗涤，脱除废气中的低浓度烃类物质、污泥飞沫、硫化物等污染物，洗涤排出气达标排放，苯系物和硫化物等特征污染物低于检出限，洗涤液循环使用。
部分洗涤液连续进入再生单元，采用催化氧化反应器产生的高温净化气进行热再生，控制再生温度为80-150℃，产生含烃类物质的再生气进入催化氧化反应器处理，催化氧化单元中，反应器入口温度为280-300℃，废气通过催化剂床层的体积空速为10000h-1。其中烃氧化催化剂的载体为涂覆有氧化铝的堇青石蜂窝载体，蜂窝孔密度为200目，活性金属为Pt和Pd，Pt含量为0.2%，Pd含量为0.15%。洗涤液的再生量与洗涤单元的处理效果有关，当洗涤单元排放VOCs浓度高时，可增加再生洗涤液量，一般为洗涤液循环量的10%-50%，循环再生液气比为0.5-10L/m3。
装置稳定运行1年以上，装置规模和运行能耗费大幅降低，采用本发明处理方法建成的废气处理装置投资和运行成本较直接催化氧化降低了90%以上，未发生催化剂中毒或排放气超标。
实施例2
某污水处理场低浓度有机废气中，非甲烷总烃浓度为20-300mg/m3，硫化物浓度为一般5-10mg/m3，废气量20000Nm3/h。
废气首先进入洗涤塔，喷入γ-环糊精碱性水溶液（溶液中氢氧化钠质量浓度为1%，环糊精质量浓度为10%）进行循环洗涤，控制液气比为3，常温常压洗涤，脱除废气中的低浓度烃类物质、污泥飞沫、硫化物等污染物，洗涤排出气达标排放，苯系物和硫化物等特征污染物低于检出限，洗涤液循环使用。
部分洗涤液连续进入再生单元，采用催化氧化反应器产生的高温净化气进行热再生，控制再生温度为80-150℃，产生含烃类物质的再生气进入催化氧化反应器处理，催化氧化单元中，反应器入口温度为280-300℃，废气通过催化剂床层的体积空速为10000h-1。其中烃氧化催化剂的载体为涂覆有氧化铝的堇青石蜂窝载体，蜂窝孔密度为200目，活性金属为Pt和Pd，Pt含量为0.2%，Pd含量为0.15%。洗涤液再生量与洗涤单元的处理效果有关，当洗涤单元排放VOCs浓度高时，可增加再生洗涤液量，一般为洗涤液循环量的10%-50%，循环再生液气比为0.5-10L/m3。
装置稳定运行1年以上，装置规模和运行能耗大幅降低，采用本发明处理方法建成的废气处理装置投资和运行成本较直接催化氧化降低了90%以上，未发生催化剂中毒或排放气超标。
实施例3
某污水处理场低浓度有机废气中，非甲烷总烃浓度为20-800mg/m3，硫化物浓度为15-35mg/m3，废气量10000Nm3/h。
废气首先进入洗涤塔，喷入γ-环糊精碱性水溶液（溶液中氢氧化钠质量浓度为3%，环糊精质量浓度为20%）进行循环洗涤，控制液气比为3-5L/m3，常温常压洗涤，脱除废气中的低浓度烃类物质、污泥飞沫、硫化物等污染物，洗涤排出气达标排放，苯系物和硫化物等特征污染物低于检出限，洗涤液循环使用。
部分洗涤液连续进入再生单元，采用催化氧化反应器产生的高温净化气进行热再生，控制再生温度为80-150℃，产生含烃类物质的再生气进入催化氧化反应器处理，催化氧化单元中，反应器入口温度为280-300℃，废气通过催化剂床层的体积空速为10000h-1。其中烃氧化催化剂的载体为涂覆有氧化铝的堇青石蜂窝载体，蜂窝孔密度为200目，活性金属为Pt和Pd，其中Pt含量为0.2%，Pd含量为0.15%。洗涤液与洗涤单元的处理效果有关，当洗涤单元排放VOCs浓度高时，可增加再生洗涤液量，一般为洗涤液循环量的10%-50%，循环再生液气比为0.5-10L/m3。
装置稳定运行1年以上，装置规模和运行能耗费大幅降低，采用本发明处理方法建成的废气处理装置投资和运行成本较直接催化氧化降低了90%以上，未发生催化剂中毒或排放气超标。
实施例4
同实施例1，不同在于采用α-环糊精。设计吸收液气比为6L/m3，环糊精质量浓度为20%。洗涤液再生量较大，一般为洗涤液循环量30%-50%，投资和运行成本较直接催化氧化处理降低约60%。
实施例5
同实施例1，不同在于采用β-环糊精。设计吸收液气比为8L/m3，环糊精质量浓度为3%。洗涤液再生量较大，一般为洗涤液循环量40%-50%，投资和运行成本较直接催化氧化处理降低约50%。
比较例1
同实施例1，不同在于采用γ-环糊精溶液，不加入碱。由于废气中含有硫化物，被洗涤液吸收后，洗涤液的酸性逐渐增强，导致环糊精部分水解，降低了对废气的吸收效果，出现排放气超标现象。
比较例2
同实施例1，不同在于采用碱液吸收。只能脱除废气中的硫化物，无法脱除有机污染物，排放气有机污染物经常超标。
比较例3
同实施例1，不同在于采用活性炭吸附。由于污水场废气中含有酚类等重组分，不易从活性炭脱附再生处理，且含有的污泥飞沫容易堵塞活性炭床层。装置稳定运行3个月，活性炭床层压降明显增加，且出现排放气超标现象。
Claims (14)
1.一种低浓度有机废气的处理方法，其特征在于包括以下步骤：（1）废气首先进入洗涤单元采用洗涤剂进行洗涤，脱除废气中的低浓度烃类物质、污泥飞沫、硫化物等污染物，洗涤排出气达标排放，洗涤液循环使用；（2）根据净化气中有机污染物浓度，抽出部分洗涤液进入再生单元，再生依靠催化氧化单元进行循环再生，再生液返回洗涤单元中。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）所述低浓度有机废气主要来自炼油厂、市政设施中的生物曝气水处理设施排放废气，废气气量大但有害组分浓度较低，正常情况下总烃浓度存在较大的波动，在几十到几百mg/m3，硫化物浓度低于100mg/m3。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）所述的洗涤剂为环糊精碱性溶液，环糊精的质量浓度为1%-30%，碱液质量浓度为0.1%-5%。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述环糊精可以选自α-环糊精，β-环糊精和γ-环糊精中至少一种，优选γ-环糊精。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述的碱为氢氧化钠、氢氧化钾强碱中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）所述洗涤单元的洗涤塔中控制液气比一般为2-8L/m3，优选3-6L/m3，常温常压洗涤。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）所述的再生单元主要包括洗涤液再生塔、再生洗涤液泵、再生风机、催化氧化反应器，洗涤塔和洗涤液再生塔内装有填料，催化氧化反应器内装填催化氧化催化剂。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）催化氧化催化剂的载体为涂覆有氧化铝的堇青石蜂窝陶瓷载体，蜂窝孔密度为200～400目，活性金属为Pt/Pd，活性组分以元素计占催化剂总重量的0.1%～2%。
9.根据权利要求1或8所述的方法，其特征在于：催化氧化单元中，反应器入口温度为150～450℃，优选为250～400℃，废气通过催化剂床层的体积空速为1000-50000h-1。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）所述催化氧化反应器通过再生风机将高温净化气引出，进入洗涤液再生塔中对部分引出的洗涤液进行热再生，再生温度为60-200℃，产生的再生气中主要含烃类物质，进入催化氧化反应器处理。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）当洗涤单元排放VOCs浓度高时，增加再生洗涤液量，为洗涤液循环量的10%-50%，循环再生液气比为0.5-10L/m3。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）根据净化气中有机污染物浓度，调节抽出洗涤液的量去再生处理，净化气中有机污染物浓度增加时，增加洗涤液的再生量。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）当洗涤液的pH降低至7-9时，排出一定量废洗涤液，并补充新鲜洗涤剂。
14.一种用于权利要求1-13任意一项所述低浓度有机废气的处理装置，其特征在于主要包括洗涤单元和再生单元，其中洗涤单元主要包括洗涤塔、洗涤液循环泵，再生单元主要包括洗涤液再生塔、再生洗涤液泵、再生风机、催化氧化换热器、催化氧化加热器、催化氧化反应器；洗涤塔和洗涤液再生塔内装有填料如不锈钢鲍尔环、拉西环等，催化氧化反应器内装填催化氧化催化剂。
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