（环境工程专业论文）生物滴滤塔处理挥发性有机物vocs工程设计.pdf

浙江大学硕上学位论文摘要 摘要 化工行业是国民经济的重要支柱产业，但化工企业在生产过程中一般都会排放 出复杂的有毒、有害的挥发性有机物( v o c s ) ，由于有机废气具有扩散速度较快且 嗅觉阈值较低的特点，对周围大气环境的影响非常大，极易造成周围生活环境质量 的严重恶化而且有机废气可以参加光化学反应并加速破坏臭氧层，有机废气具有 致癌致畸作用，严重威胁人类健康，因而有机废气的治理工作已成为当前环境保护 工作中的一项十分紧迫的任务。 本文为浙江某化工有限公司厂区内的废气深化整治设计说明书。 该化工厂废气主要为甲苯，甲醇，乙酸乙酯等有机废气和三氯氧磷、氯化氢、 氯气等酸气。针对废气的特点，本文采用水洗加低温等离子体预处理，采用生物滴 滤塔处理甲苯、乙酸乙酯、甲醇、乙醇、d m f 等挥发性有机废气。研究表明： 生物法对单一v o c s 去除能力的大小顺序是：醇、醛、酮等含氧烃类 b t e x 等 单环芳香烃 卤代烃对单一组分单环芳烃去除能力的顺序是：甲苯 苯 乙苯或 二甲苯 氯苯或二氯苯。 工程实践证明该系统基本达到了预期的设计处理效果，实现了良好的经济效益 和社会效益。 关键词：生物滴滤塔，挥发性有机化合物o c s ) ，生物降解 浙江大学专业硕士学位论文 a b s n a c t a b s t r a c t t t l ec h 锄i c a l i f l d u s t 叮i sa ni l n p o n a n tp i l l a ri n d u s t 搿o fn a t i o n a lc c o n o m y c h e m i c a l c o m p a i l i e si nt h ep r o d u 矾o np r o c e s su s u a l l y 锄i tc o m p l e xt i d x i c ，h 锄l f i l lv o l a l i l eo 唱卸i c c 0 m p o u n d s ( v o c s ) ，o 玛a n i cw 嬲t eg a s e sh 硒f a s t e rd i f m s i o ns p e e da n df 醯t u r e sl o w o d o r m r e s h o l d ，t h ei m p a c t t h es u 玎0 u n d i n g 锄o s p h e r i cc i l v i r o 啪e n ti sv e 巧l a r g e ，i s e x 仃e m e l y 铋s i l yc a u s e da r o l j n dt l l el i v i i l gc 1 1 v 沛锄e n tq u a l 时d e t e r i o m t e d a n do r g a n i c w a s t eg a s e sc a na t t e n dp h o t o c h e m i c a lr c t i o n sa n da c c e l e r a t e dd a m a g em eo z o n e l a y e r o 唱a n i cw a s t eg a s e sh a sc a r c i n o g e n i ct c r a t o g e l l i cr o l e ，也r e a t e n i n gh l m m nh e a l t h r i 伽s l y s ot h em a n a g e m e n to fo 唱a n i cw a s t eg a s 髓h a sb e c o m eo n eo fav e 巧p r e s s i n g t a s ki nt l l et l l ee n v 砷n m e n t a lp r o t e c t i o nw o r k t h i sp a t e ri saw a s t eg a sd e e p e i l i l l gr e g u l 撕o nd e s i 印衙z l l e j i a n gac h e m i c a lc o ， l t d t h ec h e m i c a lp l a n tw a s t eg a s e sm a i n l yh a v eo f g a n i cw a s t eg a s e si n c l u d et o l u e n e 、c t h y l a c e t a t e 、m e t l l a n o l 锄da c i dg a s 懿i n c l u d ep h o s p h o m so x y c h l o r i d e 、h y d r o g e nc h l o r i d e 、 c h l o m e a c c o r d i l l gt om e 、a s t eg a s sc h a r a c t e r i s t i c s ，i l l 也i sa n i c l et l l ep r e 仃e a 恤e n tu w a t * w a s h i n g 锄dl 0 wt e l l l p e 咖r ep l a s m ，b y 嘶c k l i n gb i o f i l e rp m c e s s i n gt o l u e n e 、 e t h y la c e t a t c 、m e t h a n o le t h a n o l 、d m fv o l a t i l eo r g a l l i cw a s t cg a s ，e t c r e s e a r c hs h o w s l a t ：心o r d e r0 f 崩n o v a lc a p a c 时0 fs i n g l ev o c sb yb i o l o g i c a l 雠t h o di s a l c o h o l s ， a l d e h y d e s 柏dk e t o n e sa n do x y g e n b t e xm o n 0 c y l i ca r o m 撕c sh y d r o c a 而0 n s c h 嬲 h a l o g e l l a t e dh y d r o c a r b o n f 0 fas i n g l ec o i n p o n 髓tm o c y l i ca r o m a t i c sr e i n o v e t 1 1 eo r d c r o fa b i l 时i s ：t o l u e x y l e n e 甜l y l b e l l z e n eb e l l z e n eo rc h l o r o b e i l z e n e0 r 觚o c h l o r o b e n ze ：n e e n g i n r i n gp m c t i c es h o w st h eb a s i cs ) ，s t e mi se x p e c t e dt or 鼢c ht h ed e s i g nr e s u l t ， a c h i e v e dg o o de c o n o m i ca n d c i a lb e n e f i t s x e yw o r 山：髓c 山曙b i o 丘n e r ；v i d 珊eo r g 柚直c m p 岫山；b i o d e f _ 以缅n i i 致谢 本学位论文是在导师金一中副教授的悉心指导和关心下完成的。在攻读硕士的 两年半期间里，金老师在学习、生活和工作中都给予我无微不至的指导，帮助和鼓 励，在他的指导和支持下，我才顺利完成了论文的撰写，在此谨向金老师致以诚挚 的谢意! 在此，感谢校外导师顾震宇老师对我校外实践的支持，我还要感谢尹华金同学， 吴艳以及彭灵燕师妹在本次设计项目调试过程中给予的无私帮助，同时感谢王向前 为本设计提供实验室小试参考数据，对本设计的完成起到了极大的推动作用。 感谢父母对我的精神和财力的支持，感谢父母给予我的无私而又伟大的爱。 最后，对参加本论文评阅、答辩和对本论文提出宝贵意见的所有专家老师表示 最衷心的感谢。 谨将此文献给我的老师、朋友和家人 杨冰雪 2 0 1 2 3 12 浙江人学硕士学位论文 项目概述 l 项目概述 化工行业是国民经济的重要支柱产业，但化工企业在生产过程中一般都会排放 出复杂的有毒，有害的挥发性有机物( v o c s ) ，由于有机废气具有扩散速度较快且 嗅觉阈值较低的特点，对周围大气环境的影响非常大，极易造成周围生活环境质量 的严重恶化而且有机废气可以参加光化学反应并加速破坏臭氧层，有机废气具有 致癌致畸作用，严重威胁人类健康，因而有机废气的治理工作已成为当前环境保护 工作中的一项十分紧迫的任务 本文为浙江某化工有限公司厂区内的废气深化整治设计说明书。 该化工厂废气主要为含甲苯、甲醇、乙酸乙酯等有机废气和三氯氧磷、氯化氢， 氯气等酸气。针对废气的特点，本文采用现有的成熟工艺，结合厂内现有的治理设 施，设计了一套经济有效的废气治理系统。 工程实践证明该系统基本达到了预期的设计处理效果，实现了良好的经济效益 和社会效益。 1 1 项目来源 浙江黄岩某化工厂主要生产左旋双氢苯甘氨酸、仅乙酰基丫- 丁内酯( a b l ) 和 2 ，4 ，6 ，8 四氯嘧啶并嘧啶( d d h ) 等原料药及中间体。经过生产结构调整后，左旋双 氢苯甘氨酸已全部停产，目前主要以生产a b l 和d d h 等原料药及中间体为主。 根据台州市黄岩环保局发布的黄岩江口轻化投资区废气深化整治方案要求， 企业计划对现有废气处理设施及收集方式进行整改。受该化工厂的委托，在现状考 察和数据调研的基础上，编制了本次设计。 1 2 编制依据 ( 1 ) 黄岩江口轻化投资区废气深化整治方案； ( 2 ) 浙江黄岩某化工厂产品结构调整技改项目环境影响报告书( 报批稿) ； ( 3 ) 浙江黄岩某化工厂废气、废水规范化整治验收监测报告( 2 0 0 7 ) ； ( 4 ) 该化工厂提供的关于现有产品工艺的其他资料； ( 5 ) 其他有关设计规范与要求。 浙江大学硕士学位论文 项目概述 1 3 设计原则 本方案遵循如下基本指导思想： ( 1 ) 根据该公司的产品结构及生产废气特征，结合已有的工程实例，在确保尾气 达标的前提下，尽可能采用简单、成熟、可靠的处理工艺，达到功能可靠，经济合 理、管理方便； ( 2 ) 污染调查结合企业介绍与实际勘察，尽可能真实反映企业污染状况，为工艺 选择提供充分依据。 ( 3 ) 处理工艺有针对性。应根据企业的具体情况及发展规划，有针对性地提出综 合整治技术路线，有恶臭、有毒化学品防治优先考虑，分析其达标排放的可行性， 减轻对大气环境的影响。 ( 4 ) 清洁生产与末端治理相结合，以提高处理效果，降低运行成本，减轻企业负 担。 1 4 设计范围 ( 1 ) 设计范围：废气深化整治系统设计包括：a b l 车间及d d h 车间废气收集系 统和废气深化整治设施( 工艺、设备、电气、自控等) 的工程方案设计。 ( 2 ) 供货范围：提供包括废气收集系统和废气处理系统( 含排放) 的成套除臭装 置，含处理、排放等功能完善的设备和有效运行所需的全部部件、设备本体及相关 基础。 ( 3 ) 安装范围：包括废气收集管路处理装置、风机电气仪表等设备安装 ( 4 ) 调试、检验及试运行：调试包括废气系统设备的单机调试及系统功能调试； 系统调试完毕配合业主做好废气处理效果检验。 2 浙江大学硕士学位论文产品和产污情况 2 产品及产污情况 2 1 产品及原辅材料 该化工厂产品规模见表2 1 ，主要原辅材料见表2 - 2 表2 1产品品种及规模 产品名称产量( t a ) 洳乙酰基吖- 丁内酯( a b l ) 1 0 0 0 7醋酸乙酯 工业级 5 5 0 2 22 4 6 ，舡四氯嘧啶并嘧啶p d 哪 该产品主要使用原料为：四羟基物液氯，三氯化磷、三氯氧磷，经氯化反应 生成 2 2 1 主要反应 氯化反应方程式如下： h 0 h +4 p 0 5 2 2 2 工艺流程 2 ，4 ，6 ，8 四氯嘧啶并嘧啶( d d h ) 生产工艺流程如图2 1 c i + 4p 0 0 3 + 4h a 浙江大学硕上学位论文 产品和产污情况 四羟基物 三氯化磷 氯气 r 三氯氧磷( 套用) l = 鬲三氯氧磷 回收套用一“”1 水 废气 甲 废气 废气 + 抽滤废水 洗涤废水 严品 上 固 图2 - l2 一，6 芦四氯嘧啶并嘧啶生产工艺流程图 工艺流程简介如下： 在2 0 0 0 l 反应釜中投入计量好的四羟基物、三氯化磷、三氯氧磷，在2 0 下， 缓慢通氯气，通氯结束后，升温保温，反应4 0 h 后，减压蒸馏溶剂，冷却，滴加丙 酮，转移至加有碎冰的冰解釜，将反应液中剩余少量的三氯氧磷和五氯化磷反应完 毕，搅拌2 小时后，用泵将料送入暗流式板框压滤机进压滤，压滤完成后压入自来 水进行水洗，水洗后的料在送入离心机离心得产品。 2 2 3 废气源强分析 2 ，4 ，6 ，8 四氯嘧啶并嘧啶每批产量2 1 6 k g ( 其中杂质4 8 6 k g ，折合纯组分产品 1 6 7 4 k g ) ，年产量1 5 0 吨。 根据设计参考资料计算，2 ，4 ，6 ，8 四氯嘧啶并嘧啶每批投料量及产出物的物料平 衡见表2 - 3 根据物料衡算表2 3 ，并结合物料实际消耗情况分析，得到废气排放源强见表 2 4 2 浙江大学硕士学位论文产品和产污情况 浙江大学硕上学位论文 产品和产污情况 表2 - 42 4 ，6 争四氯嘧啶并嘧啶生产废气源强分析 2 2 4 生产设备及集气量 2 ，4 ，6 ，8 四氯嘧啶并嘧啶主要生产设备及废气集气量统计见表2 5 。 表2 - s2 4 ，6 争四氯嘧啶并嘧啶生产设备及集气量 4 浙江大学硕士学位论文产品和产污情况 2 2 5 废气排放源强 2 4 ，6 ，8 四氯嘧啶并嘧啶主要生产废气排放浓度源强见表2 _ 6 。 表2 - 62 4 ，6 8 - 四氯嘧啶并嘧啶生产废气排放源强 2 3 洳乙酰基吖- 丁内酯0 出l ) 该产品主要使用原料为：丫- 丁内酯、醋酸乙酯、甲苯，金属钠，磷酸，经酰化 和酸化两步主要反反应生成。 2 3 1 主要反应 反应方程式： o o + c 鸭c o o c 哒c 鸭+n a + c 鸭c 鸭o n a +也p q c 鸭c 鸭o h+吐pc 苎i 2 3 2 工艺流程 洳乙酰基吖丁内酯( a b l ) 生产工艺流程如图2 - 2 。 5 c 鸭c 哒o n a 浙江大学硕上学位论文 产品和产污情况 a 一乙酰基一y _ 丁内 蘑专 磨专 废气 废气 一无机层副产物 废气 图抛扣乙酰基r - 丁内酯生产工艺 勰图 工艺简述： 在5 0 0 0l 反应釜中投入甲苯5 0 0 k g 、金属钠1 2 0 k g 加热至1 1 0 溶解后，加混酯 ( 5 0 0 k g y 丁内酯+ 6 0 0 k g 醋酸乙酯) ，加毕在8 0 温度下保温反应l o 小时，转至脱 溶釜脱去甲苯混合液，冷却后加6 2 5 k g8 5 磷酸酸化反应，分去磷酸钠，进入精馏塔 蒸馏精制。然后检测合格后包装 2 3 3 废气源强分析、生产设备以及集气量 洳乙酰基吖丁内酯每批产量6 7 0 2 k ，年产量l o o o 吨。 根据设计参考资料计算，伍乙酰基吖丁内酯每批投料量及产出物的物料平衡见 表2 - 7 。 根据物料衡算表2 - 7 ，并结合物料实际消耗情况分析，得到废气排放源强见表 2 8 。弘乙酰基丫- 丁内酯的主要生产设备及废气集气量见表2 - 9 6 量中囡 浙江人学硕士学位论文产品和产污情况 表2 _ 7咖乙酰基十丁内酯物料衡算表( 蚝，批) 减压蒸馏 酸化釜液 1 1 2 2 2 蒸馏产物7 4 7 9 合计 1 1 2 2 2 合计 1 1 2 2 2 精馏 蒸馏产物 7 4 7 9 产品 叶乙酰基6 7 0 2 精馏回收 益篮金3 3 3里基q 6 废气洳乙酰基 n ， 收集处理 前馏分液 甲苯 1 2 7 其他1 9 8 回用 合计 3 3 33 3 3 7 浙江大学硕士学位论文产品和产污情况 序号产污工序 设备名称 规格型号数量风量( m 3 l i ) 8 浙江大学硕士学位论文产品和产污情况 2 3 5 废气排放源强 静乙酰基吖- 丁内酯主要生产废气排放浓度源强见表2 1 0 。 表2 一l o 乎乙酰基t 丁内酯生产废气排放源强 2 4 车间收集系统分析 2 4 1 啪生产车问( 6 车间) 主要废气：氯气、氯化氢、丙酮等 ( 1 ) 车间一楼 一楼共有5 0 0 l 受液罐1 9 只、1 0 0 0 l 套用三氯氧磷计量罐2 只。 受液罐放空管管径d n 2 5 ，尾气进入废气处理系统。 ( 2 ) 车间二楼 二楼共有2 0 0 0 l 反应釜1 4 只、3 m ? 玻璃冷凝器1 9 个、3 0 0 0 l 三氯氧磷减压蒸馏 釜1 只、1 0 0 0 l 回收三氯氧磷接受罐2 只、1 0 0 0 l 丙酮高位槽2 只。 1 ) 建议改变真空抽料的出料方式，在反应釜底部安装抽料泵，用泵将反应料送 入冰解釜，以减少真空系统的废气量 2 ) 三氯化磷液体料直接从3 0 0 k g 的p p 桶中抽料( 每次2 桶，总抽料时间2 0 分 钟) ，建议在储罐区建立三氯化磷储罐，投料时直接从储罐用计量泵抽料。这样可以 减少车间无组织排放量。 9 浙江大学硕士学位论文产品和产污情况 3 )丙酮采用真空抽吸方式从3 0 0 k 的原料桶中直接送料进入高位槽，高位槽 为封闭式，未装冷凝器。建议在储罐区设置丙酮储槽，用泵以计量的方式送入高位 槽，高位槽放空管设置冷凝器，尾气再排入废气管道 ( 3 ) 车间外侧 车间外侧主要有3 0 0 0 l 冰解釜3 只、1 0 0 0 l 抽滤槽3 只、丙酮回收系统的搪玻 片式冷凝器5 只、螺旋冷凝器5 只、5 0 0 0 l 冷却液贮罐1 只、5 0 0 l 冷却液贮罐1 只、 5 0 0 l 抽滤母液储罐2 只、离心机房有3 台敞口式离心机、离心母液池1 座。 1 ) 冰解釜。冰解釜为全封闭式，真空进料，底部出料。挥发的气体经过玻璃冷 凝器冷凝后，尾气进入废气总管，每个釜的管径d n 5 0 2 ) 压滤。由原来的三台抽滤槽换成暗流式的压滤机而来，压滤后采用水洗的出 水通过管道送入压滤母液密封储罐，废水通过管道进入污水站处理。建议在储罐放 空口上安装玻璃冷凝器，尾气接入废气管道 3 ) 经过企业整改，目前除p c i 3 外，其他液体进料均已经实现直接从储罐用计量 泵抽料，大大减少了车间无组织废气排放量。考虑到p c i 3 易燃、具腐蚀性，有毒等 物性，出于安全考虑，企业正在计划逐步实现p c i 3 计量泵进料经过压滤洗涤干净 后的产品可挥发部分已经很少，离心时产生的废气很少。 ( 4 ) 降膜吸收区 石墨降膜式吸收塔2 套、卧式真空机组6 套、箱式真空机组2 套。 1 )降膜吸收装置为三级串联吸收，车间生产废气均接入，去除h c l 并回收盐 酸。废气量约7 5 0m 3 h ，废气总管d n l 2 5 ； 2 )6 台5 5k w 卧式真空机组，最大同时开启4 台计算，共产生废气4 4 0 m 3 l l 。 2 台7 5 k w 箱式真空机组共产生废气2 0 0 m 3 1 1 ( 5 ) d d h 车间废气总量 按表2 5 ，d d h 车间废气总产生量约为1 3 7 9 2m 3 h ，圆整按1 4 0 0m 3 h 计。现有 废气总管d n 3 0 0 ，接入原废气处理系统的碱洗塔处理。 2 4 2a b l 生产车间( 9 车同) 主要废气为乙酸乙酯、甲苯，乙醇。 1 )共有生产装置6 套，每套均有l 台酰化釜、l 台酸化釜、2 台缓冲接受罐、 2 台回收甲苯接受罐l 套精馏釜组成。每台反应釜安装有冷凝器。尾气接入废气总管， 1 0 浙江大学硕士学位论文产品和产污情况 管径d n l 0 0 。 2 )2 台w 4 往复式真空泵、7 套水环罗茨真空机组均接有冷凝器，按同时开7 套计算，最大废气量7 7 0m 3 h 建议厂方对水冲泵循环水槽增加冷却系统，降低水温，削减废气源强。 3 ) a b l 车间总废气总量 按表2 5 ，d d h 车间废气总产生量约为8 7 7 8 m 3 h ，圆整按9 0 0 m 3 h 计。废气管 接入原废气处理系统的废气收集管网。 2 5 废水处理站 废水处理站铁碳池、中和池、调节池加盖后抽风送入2 撑废气处理系统的废气收 集管网。池体尺寸分别为2 5 1 5 m 、2 5 3 0 m 、2 5 1 5 m 、3 0 5 o m 按1 2 次h 进 行抽风，抽风管大小分别为d n 5 0 、d n 6 5 、d n l 0 0 。总废气量约7 2 0 m 3 1 1 。 2 6 储罐区 储罐区现有8 个储罐，分别为2 只2 0m 3 甲苯储罐、2 只2 0m 3 乙酸乙酯储罐、 2 只2 0m 丁内酯储罐、1 只2 0m 3 氢氧化钠储罐、1 只2 0m 3 盐酸储罐；计划新增 1 只3 0m 3 甲苯储罐、2 只2 0m 3 乙酸乙酯储罐、1 只2 0m 3 y 丁内酯储罐、1 只2 0m 3 丙酮储罐；另外建议再增加2 只2 0i n 3 三氯化磷储罐。 建议在丙酮、三氯化磷储罐上设置冷凝器；在其他储罐上设置水封装置，尾气 再接入废气总管。在槽车与储罐之间建立大呼吸平衡管储罐区共产生废气约 2 2 0 m 3 h 2 7 废气污染源汇总 根据以上污染源分析，企业共产生废气量约3 2 4 0 m 3 l l ，其中d d h 产品相关废气 1 4 0 0 m 3 l l ，a b l 产品相关废气9 0 0 m 3 l l ；污水站废气7 2 0 m 3 l l ，储罐废气2 2 0 m 3 h 。 现有污染源强行汇总见表2 1 1 浙江大学硕士学位论文产品和产污情况 表2 - 1 l 污染源强汇总 2 8 排放标准 设计取排放筒高度1 5 m ，利用现有排放筒，处理后经排放筒排放的污染物达到 大气污染物综合排放标准( g b l 6 2 9 7 1 9 9 6 ) 表2 中规定的限值和( 恶臭污染物排 放标准( g b l 4 5 5 4 - 9 3 ) 中规定的限值具体见表2 1 2 。 表2 1 1 2 排放污染物浓度限值 1 2 浙江大学硕士学位论文 废气输送系统设计 3 废气输送系统设计 3 1 废气输送系统组成 废气输送系统是影响收集废气气量、 质、废气泄漏状况以及其使用寿命决定 该系统主要组成为吸风口，引风机， 门、软连接、管架等附件 浓度的重要因素，其材质与设计由废气性 废气输送管路、排气筒等，以及配套的阀 根据废气收集与处理原则，选择合适的引风机、废气输送管路和排气筒 3 2 废气输送系统设计 3 2 1 吸风口 吸风口布置是根据污水站臭气产生单元的结构以及通风要求合理布置。 集水池设置1 个吸风口，规格为由5 0 ；一号调节池设置2 个吸风口，规格为 咖6 5 ；二号调节池设置2 个吸风口，规格巾6 5 ；兼氧池设置2 个吸风口，规格由1 0 0 各构筑物均需设置换气口，保证换气的正常操作。 3 2 2 引风机 型号t f - 2 4 l b ，风量4 9 8 0 m 3 l l ，全压2 8 0 0 p a ，功率7 5 k w ，共l 台。 3 2 3 废气输送管路 本工程废气采用管道输送，每个密闭的单元根据实际情况设置合适数量的吸风 支管，与各单元密闭罩以法兰连接，然后汇集到主风管，最后进入主处理设施。支 管设置阀门调节风量，确保各部分废气保持压力平衡，以使收集气量相当。 参照标准： g b 5 0 2 4 3 2 0 0 2 通风与空调工程施工质量验收规范 g b 5 4 6 4 一1 9 9 9 建筑材料与不燃性试验方法 j g j l 4 l 一2 0 0 4 通风管道技术规程 本项目所有废气输送管道均采用聚丙烯材质的圆形风管，紧固件采用聚丙烯材 质，法兰垫料采用丁腈橡胶 1 3 浙江大学硕士学位论文 废气处理工艺设计 4 废气处理工艺设计 4 1 设计原则及思路 本着使厂方投资少，收益佳的基本原则设计此工艺方案。根据厂方提供的废气 特点，参考国内外各种文献资料，结合其他相类似企业废气处理设计及其设施运行 情况，采用技术先进、经济合理、操作管理简便、排气筒出气稳定达标的废气处理 工艺。 根据废气的来源，对各股废气进行细分，根据对高浓度的废气，实行“污污分 流”，即在车间排放时就分类单独收集，根据其主要污染物的性质及浓度采取有针对 性的物化预处理措施。 在达到排放标准的前提下，不仅要减少投资，更要降低日常运行费用。 整体工艺协调优化，而且构筑物的布置结合建筑美学，以适应周围的环境发展。 4 2 工艺选择 4 2 1 废气治理方法 4 2 1 1 常用废气治理方法 目前常用的v o c s 控制技术主要有吸收法、吸附法、冷凝法、膜分离法、氧化 法( 焚烧法和光催化氧化法) 等。吸收法应用于处理浓度较高、压力较高、相对湿 度在5 0 以上对温度要求较低的v o c s 。吸附法主要应用于处理低浓度、气流稳定 成分单一的v o c s 冷凝法适用于v o c s 浓度大于5 的工况，对沸点6 0 以下的 v o c s 降解效率在8 0 9 0 【1 1 冷凝法对沸点高的v o c s 回收效果较好，对挥发性 高、浓度过低的v o c s 回收效果却不理想。膜分离法即利用空气和有机蒸汽透过膜 的能力不同从而使两者分开的分离方法，是一种较新的方法此方法对甲乙基酮， 乙醇等v o c s 的净化去除率可达9 0 以上【2 】氧化法可以分为直接燃烧和催化燃烧 等，其降解机理主要是高温氧化、热分解和热裂解。直接燃烧法是利用高温直接氧 化v o c s ，在足够高的温度、过量空气和湍流条件下进行完全燃烧，其降解效率可以 达到9 5 9 9 【卅具体比较见表4 1 1 4 浙江人学硕上学位论文废气处理上艺设计 收籀攀，蕃蓑尊器，昙张萋搿搿麓鬻陛较 水洗吸收 有机酸，胺类、醇低、操作简单、安1 ”。：。：二：= 二吲：? 竺! ：4 “ 类等全性高 4 ”卅1 “”，工“1 ” 各种传统处理工艺都有其优缺点，其适用范围都有着严格的限制，尤其是对于 大风量、浓度较低且水溶性较差的有机废气的处理难以达到理想的要求。 4 2 1 2 生物法处理有机废气 生物净化技术处理有机废气是近年来发展起来的一项净化低浓度度有机废气的 新型技术，目前在国内外已受到广泛关注。最早将生物法应用到处理工业废气的是美 国的p o m e r o yr d ，1 9 5 7 年他申请专利，利用土壤处理硫化氢，原理是将恶臭气体以 o 5 1 2 c i l 以的缓慢速度导入4 0 6 0 c m 深度的土壤里，在气体通过土壤时使废气浓度 得到降低阎。在上个世纪8 0 年代后期，德国应用这一技术处理v o c s 废气取得了成 功，到1 9 9 4 年德国利用生物净化技术处理恶臭废气的比例已经达到7 8 【6 】，生物净 化法在美国、荷兰、日本、瑞士等国也都有相当规模的工业应用 目前开发和应用的生物处理设备一生物过滤池、生物滴滤塔和生物洗涤器，实 际上也是一种活性污泥处理工艺吲。生物净化技术具有设备简单，运行费用低、较少 形成二次污染等优点，尤其在处理低浓度、生物可降解性好的有机废气例如酯类、 醇类具有明显的去除效果，对于含苯、甲苯、二甲苯等有机废气，微生物经过驯化 后也可达到较高的处理效率，而对于一些有生物毒性的有机废气如卤代烃类，生物 净化法并不是特别适合生物净化有机废气技术的基本原理是通过附着于填料或其 他支撑载体上的微生物在适宜的环境条件( p h 、温度等) 下，以有机废气中的有机 污染物作为碳源和能源，同时将有机污染物氧化降解为二氧化碳和水的过程 1 5 浙江大学硕上学位论文废气处理工艺设计 关于生物净化法处理有机废气的基本过程，国内外学者做了大量的研究工作， 但目前为止，还没有形成统一的理论。目前普遍公认影响最大的是荷兰学者o 慨g r a f sp p 的生物膜理论嗍，其过程是有机废气首先通过气液传质进入液相或者被多孔性 材料所吸附，然后再通过扩散和对流传质过程，有机污染物扩散到生物膜中，然后 通过微生物的降解作用将有机污染物转化为其微生物本身的生物量，同时将其转化 为无污染的二氧化碳和水等【9 】。 对于净化处理低浓度有机废气的装置，根据微生物的存在方式及营养添加、水 分添加的方式一般分为以下三类【1 明：1 ) 生物洗涤器( b i o s c r u b b e r ) 2 ) 生物滤池 ( b i o f i l t e r ) 3 ) 生物滴滤塔( ( b i o t r i c k l i n g 丘l t e r ) 具体结构形式见图2 1 、图2 2 ，图 2 - 3 ： 净化看虞气# 羹膏蔫 麓莽予营养藏 中的话性污耗 生暂反应嚣 净忱后废气 窑- 湾蠢 废水 “” 图4 - i 生物洗涤器流程图 圈化生物滤池流程田图伯生物滴滤塔 三种生物净化工艺方式各有其优势及不足，具体对比见表4 2 ： 表他3 种生物净化工艺对比n 生物净化工艺 微生物生存方式液相形式优点 缺点 涤器攀持戮处嚣戮釜罾 生物洗涤器囊嚣警霎簸持戮处荐臻凳匾囊努 应器中， 9 ”“、4 ”“ 王家德【1 7 】等研究了生物滴滤池处理二氯甲烷废气，研究表明，滴滤池中p h 对二 1 6 浙江大学硕士学位论文废气处理工艺设计 氯甲烷降解会有影响，存在最优的p h 值范围5 0 9 o ，此时二氯甲烷的去除率可以达 到8 0 以上，进气流速、废气浓度对二氯甲烷的去除率也有较大影响。华素兰【1 8 】等 研究了应用生物滴滤塔处理含甲苯和乙酸乙酯的印刷工艺废气，填料采用改良型瓷 质拉西环，采用白天运行、夜间停运、生产线挺开时每天1 0 h 维护系统运行模式，生 物滴滤塔的处理气量l o 1 5m ，有机废气浓度范围4 5 0 1 0 0 0m g m 3 ，停留时间为 1 6 9 2 5 4s ，有机废气中平均去除率可以稳定在8 0 以上；甲苯的去除效率在在9 5 以上吴献花【t 9 】等以生物滴滤塔进行了处理含苯乙烯废气的实验研究并建立了反应 的动力学模型，结果表明，苯乙烯浓度为2 0 0 一1 0 0 0 m g m 3 ，停留时间5 0 6 5 s 去除效率 可以达到9 0 以上，测定分离的生物膜优势菌主要为恶臭假单胞菌、梭形芽胞杆菌 等。张书景【冽等通过模拟工业非稳态状况下，以未经甲苯驯化筛选的恶臭假单胞菌 作为菌源接种生物滴滤塔处理甲苯废气，结果表明，在停留时问为5 4s 和4 3 2s ，进 气甲苯浓度为5 4 4 一1 0 4 4 咖3 ，环境温度为1 7 2 6 的条件下，口检测不到甲苯，去 除率接近1 0 0 。 4 2 2 原处理工艺 企业现有一套正常运行的l 级水喷淋+ l 级碱吸收废气处理系统( 原2 废气处理 系统) ，如图4 _ 4 根据原废气治理工程的验收报告，该处理工艺对于氯化氢等无机 废气的处理效果较为理想，各种污染物均能够达标排放，但排放废气仍然有气味， 对周围环境仍有影响；而且喷淋吸收液需要频繁更换，否则吸收液c o d 和盐度上升 过快，废气难以稳定达标排放。为使废气中有机物得到进一步的深化治理，并确保 稳定达标排放，需要对现有废气系统进行改造。 且迦虻亟巫 _ 巫歪卜迭标排放 图4 原废气处理工艺流程圈 4 2 3 整改处理工艺 4 2 3 1 车同废气预处理 首先从生产工艺的角度考虑是否可以减少废气的排放量或排放浓度对有机物 浓度特别高( c o d 5 0 0 0 0 m l ) 的废气，可采用冷凝预处理，将废气进行减量，以保 1 7 浙江大学硕上学位论文废气处理工艺设计 证后续处理的正常运行该方法在化工废气预处理中已有较多实际应用的例子，从 运行经验来看，效果较好。 对氯化氢含量特别高( 盐浓度 1 0 0 0 0 删的废气，为了有利于后继处理，必须 进行降膜吸收预处理。 根据工艺分析和废气排放量统计，浓度较高的工艺废气主要2 ，4 ，6 ，8 四氯嘧啶并 嘧啶( d d h ) 生产车间的含氯废气，主要是氯化氢和氯气；o 【乙酰基y 丁内酯( a b l ) 生产车间的甲苯废气。d d h 生产过程中排放的废气中氯化氢浓度很大，为减轻废气 集中处理负荷，可采用多级降膜吸收预处理，不仅能初步去除大部分氯化氢，而且 可以回收部分废酸。d d h 车间现有废气预处理装置，石墨降膜式吸收塔2 套、卧式 真空机组6 套、箱式真空机组2 套。降膜吸收装置为三级串联吸收，车间生产废气 均接入，去除h c i 并回收盐酸。经过降膜吸收后，再新增以及水吸收塔。预期该预 处理设施能去除8 0 的h c l ，同时去除6 0 的丙酮以及8 0 的氯气 对a b l 废气、污水站废气和储罐区废气，先采用两级水吸收加低温等离子体废 气净化设备预处理，然后进入生化处理预期该预处理设施能去除7 0 的甲苯 预处理预期达到的处理效果见表4 3 至4 5 ( 1 ) d d h 废气经三级降膜吸收后，预期处理效果见表4 3 表钓d d h 废气预期处理效果 ( 2 ) a b l 废气，污水站废气、储罐区废气经两级水洗和低温等离子体和生物处理 后，预期处理效果见表4 - 4 表4 _ 4a b l 废气、污水站废气预期处理效果 注：由于污水站废气和储罐区废气源强较小且难以估算，表中实际废气源强仅为a b l 废气 1 8 浙江大学硕士学位论文废气处理工艺设计 a b l 废气、污水站废气以及储罐区废气进入生化处理后，排出废气会同经过三 级降膜吸收和一级水洗的d d l 废气，一起进入集中碱洗塔。集中处理的预期效果见 表4 - 5 表销集中处理预期效果 4 2 3 2 废气集中处理 d d h 生产过程中排放的废气主要成份氯化氢和丙酮都是水溶性很好的物质，从 分类治理角度出发，方案设计将该车间的废气经过单独水喷淋处理后在与经过处理 的其他废气一起进入碱液喷淋塔处理后排放考虑到以后报批的新产品废气将并入 该系统，设计该部分废气量放大到2 0 0 0 m 。 其他废气中除含有的甲苯为难降解物质外，其他均为生化性较好的物质，同时 考虑到以后报批的新产品废气将并入该系统，风量放大按2 5 0 0m 3 _ h 设计废气首先 经过一道水洗塔( 新增) 水洗并除雾后，进入低温等离子有机废气处理装置，用于 打破甲苯的环状结构，从而提高生化性然后进入现有的水洗塔，去除富余的臭氧， 避免对后续生化系统产生影响。进过水洗后在进入生物滴滤塔进行生物降解，最后 与经过处理的d d h 废气一起进入现有的碱吸收塔处理后由现有2 5 m 排气筒高空排 放。总风量按4 5 0 0 m 3 h 设计。整改后处理工艺流程见图4 4 4 2 2 3 生物滴滤工艺说明 生物滴滤装置由生物滴滤床、循环喷淋系统、参数控制系统等组成，其原理是 利用附着在反应器内填料上的微生物，在新陈代谢过程中将废气中的污染物降解为 简单的无机物和微生物细胞质的过程，代谢产物和老化的生物膜可被循环液及时转 移，对处理污染物中含有恶臭气体( 如硫化氢、氨等) 的效果显著其中，含硫恶 臭污染物中的硫转化为环境中稳定的硫酸盐；含氮污染物中的氮转化为环境中稳定 1 9 浙江人学硕上学位论文废气处理= 艺设计 的硝酸盐。 其反应式为： 含硫有机或有机化合物+ 仍垡生 + 垦p + 贶2 - + 细胞物质 朋毛或含脯机化合物+ 仍塑生吸+ 以p + 哆一+ 细胞物质 其他挥发性有机物+ 仍垡生：+ 鼠p + 细胞物质 产生的废液进入废水预处理段以后的工序，最后处理达标后排放，因其产生量 少( 少于3 m 3 d ) ，对污水处理系统影响很小与其他方法相比，该工艺具有运行成 本低、管理方便、环境友好等特点 生物滴滤塔的说明：主体为一填充塔，内有一层或多层填料，填料表面是由微 生物区系形成的几毫米厚的生物膜。含可溶性无机营养液的液体从塔上方均匀地喷 洒在填料上，液体自上向下流动，然后由塔底排出并循环利用。有机废气由塔底进 入生物滴滤塔，在上升的过程中与润湿的生物膜接触而被净化，净化后的气体由塔 顶排出。生物滴滤塔使用的填料多为粗碎石、塑料、陶瓷等，填料表面形成几毫米 厚的生物膜，填料比表面积一般为1 0 0 3 0 0 m 2 m 3 这既为气体提供了大量的空间， 又可使气体对填料层造成的压力以及由微生物生长和生物膜疏松引起的空间堵塞的 危险性降到了最低限度。生物滴滤塔还有一个生物滤池不具备的优点就是其反应条 件易于控制，通过调节循环液的p h 、温度，即可控制反应器的p h 和温度。 4 3 整改后的工艺流程 a b l 车间废气、污水 站以及储罐区废气 排气筒排放 圈4 5 整改后废气处理工艺流程图 浙江大学硕士学位论文废气处理上艺设计 废气经收集系统收集后经过预处理后进入生物滴滤塔后，在附着于生物填料上 的微生物的新陈代谢作用下，最后降解为c 0 2 、h 2 0 以及其它无低害物质，净化后 的气体进入喷淋塔进行氧化，填料层采用板式结构，以改善气流分布，污染负荷与 生物量、养分合理匹配，减少气流短路。 生物滤床喷淋配制好的营养液，循环使用，间歇排放废液，既满足微生物生长 营养成分需要，又排出其代谢产物。 特别说明：营养液可使用合格的污水站二沉池出水，其中含有微生物生长需要 的营养成分，废液不循环，直接进入污水处理系统，可节约营养液费用。 后置辅助除臭工艺采用氧化剂喷淋工艺，该处理段为保证手段，内置化工填料， 经生物滴滤床净化后的臭气，在填料层与氧化剂作用，进一步去除污染物，保证达 标排放。同时在生物处理系统运行初期，系统未达到理想效果时，可保证达标排放。 4 4 主要设备设计及选型 4 4 1d d h 车间废气处理系统 ( 1 ) 第一级旋流板吸收塔 d d h 车间废气处理系统采用两级碱吸收的处理工艺，两级碱吸收第一级采用旋 流板塔，第二级采用厂区原处理设施塔径为2 米的填料塔，废气合计抽风量为 2 0 0 0 m 3 l l ，参考设计资料【2 2 1 。 设计吸收液液气比为6 l m 3 ，则吸收液循环量为1 2 m 3 l l ，假设气体为常温常压 d d l 车间废气的平均分子量： 叭力：竺x 3 6 5 + 旦5 8 + 坐7 l ：3 9 8 5 5 4 75 5 4 75 5 4 7 塔板数计算：按8 0 去除效率计算： ( 2 ) 址础- 2 6 9 则需3 块塔板，则单板效率约4 5 实际气体重度： ( 3 ) ，：婴票罂：2 1 讼斤历3 、 2 2 43 0 37 6 0 气流负荷： ( 4 ) “厅：2 0 0 0 瓜：2 9 2 讼斤z 米z 时 根据： ( 5 ) 4 1 2 、嘶= 1 2 2 0 0 0 厄百= 6 4 9 嬲 2 1 浙江火学硕士学位论文废气处理上艺设计 ( 6 ) 刃= 7 。溯织= 6 。嬲、见= 2 。蒯 第二级填料吸收塔 生化管路废气经过等离子体的处理后汇总经过第二级填料塔，设计抽风量为 2 5 0 0 m 3 1 1 设计吸收液液气比为6 l n 1 3 ，则吸收液循环量为1 5 m 3 危 假设气体为常温常压。吸收液比重按照1 0 5 计算，、i ，= p 水p l = o 9 5 ，2 5 水的粘 度为1 0 m p a s ，填料选择5 0 衄的阶梯环 则：2 5 ，1 0 1 3 k p a 下， ( 1 ) p g = 1 2 9x2 7 3 2 9 5 = 1 2 0 k 耐 关联图上横坐标： ( 2 ) 岳赝= 器 = 0 1 7 8 根据横坐标0 1 7 8 ，查得液泛线下纵坐标为o 1 ，则液泛气速为： 浙江大学硕士学位论文废气处理工艺设计 设计气速取液泛速度的7 0 ，则设计气速： ( 4 ) u = 3 0 x0 7 = 2 1 n 以 所需塔径： ( 5 ) = 3 0 m s 。= 层= 焉- o - 6 5 m ， 厂区现有塔径为2 o 填料塔，在2 o m 塔径下，气速0 2 2 毗，在该气速下，填料 塔泛点和压降通用关联图上纵坐标： ( 6 ) 孚鲁w 2 = 丝等塑x 高x 1 0 2 - o 毗gp l y 西l u ) u 查关联图，纵坐标0 0 0 2 ，横坐标为0 1 7 8 的点在4 0 p a 等压线之下。 设计填料层总高度为4 5 米，填料分三段，中间安装再分布器，吸收塔塔顶设除 雾段，塔体总高为8 0 米，采用防紫外聚丙烯材料制作。 ( 3 ) 生物滴滤塔设计 生物滴滤塔设计资料参考实验室小试废气处理装置见下图4 - 6 1 空气泵：2 ，3 4 ，8 流量计；5 ，6 有机物吹脱瓶；7 混合气缓冲瓶；9 进气口； l o 生物滴滤塔；l l 营养液计量泵；1 2 ，1 3 填料取样口，1 4 废气出口 图“实验室小试装置漉程图 浙江人学硕上学位论文 废气处理工艺设计 已知实验室小试中，滴滤塔由塔径1 2 ，塔高1 4 的有机玻璃制成，填料 层总高度6 0 0 l n m ( 3 2 0 0 m m ) ，循环液槽高3 0 0 i n m ，塔内填料采用直径约1 6 m m 2 0 衄 聚氨酯小球，实验过程采用气液逆流操作，气体由塔底进入由下至上流动，营养液