冯雅，柴方刚 ，刘小荷，刘培华

(1.青岛双星装备制造有限公司，山东 青岛 266400；2.青岛海信日立空调系统有限公司，山东 青岛 266400)

1 橡胶生产废气概述

随着我国经济的快速发展，橡胶工业在工业领域中占据了重要地位。从改革开放以后，伴随我国汽车工业的崛起，带动与其紧密相关的橡胶工业也发展迅速。然而生产橡胶排出的废气会对动物和环境造成不利的影响。

橡胶制造生产工艺对废气产生有很大的影响。一般情况下生胶如丁苯橡胶、氯丁、顺丁等，在规定的储存及使用条件下并不会产生毒害作用[1]。在橡胶生产过程中使用的有机溶剂易在加热过程中释放出来，会造成空气污染。除此之外，在炼胶、压延、硫化等工序的高温塑炼和氧化过程中，生胶也会释放出毒害气体；原材料中部分有机物由于沸点低，也会在加热过程中挥发到空气中从而造成污染。

橡胶轮胎行业产生的挥发性污染物主要包含恶臭、工业粉尘等，由于污染物成分多种多样，且生产工厂排放量大，因此会对导致周边环境空气质量下降，对人类健康也会造成威胁。

橡胶轮胎废气成分[2]大致可分成六类：

（1）烃类：烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃等；

（2）胺类：苯胺类、环己胺、三甲胺、二甲胺等；

（3）粉尘类：炭黑、胶粒等；

（4）含氯的化合物：酰胺、吲哚类等；

（5）含硫的化合物：硫醇类、硫醚类、二氧化硫等；

（6）含氧的有机物：醇、酚、醛、酮、有机酸等。

危害人类健康的橡胶轮胎废气中，无机物包含硫化氢、炭黑等，有机污染物在恶臭气体中所占比例更大。

2 橡胶行业的排放标准及解决对策

2.1 橡胶类工业废气排放标准

2.1.1 参考标准

橡胶类工业废气排放主要参照以下两种国家标准：

（1）GB 14554—93《恶臭污染物排放标准》。

（2）GB 27632—2011《橡胶制品工业污染物排放标准》。

2.1.2 具体排放表

（1）《橡胶制品工业污染物排放标准》（GB 27632—2011）对应排放表，见表1。

（2）《恶臭污染物排放标准》（GB 14554—93）中对应排放表，见表2。

2.2 设计原则和目的

项目按照达标安全性、技术合理性、经济实用性原则设计和建设。项目完成和投产后，达到国家《橡胶制品工业污染物排放标准》（GB27632—2011）及《恶臭污染物排放标准》 （GB14554—93）中二级标准（其中烟囱高度按照15 m）。

（1）达标安全性：项目设计应遵守国家环境保护的相关规章制度，保证处理后的废气各项指标达到设计要求，满足排放标准；除此之外，对于废气的分散点源和季节性浓度变化的特点，要有具体的应对措施，确保恶劣条件下也能够稳定达标。

表1 《橡胶制品工业污染物排放标准》（GB 27632-2011）

表2 《恶臭污染物排放标准》（GB 14554-93）

（2）技术合理性：在完全达到现行的所有相关标准、规范的同时，项目设计方案需要考虑到操作管理、维护巡检的安全和便利，处理工艺应具备充分的技术合理性。

（3）经济实用性：应以科学、尽量简便和为使用者节省造价、运行成本为目标，兼顾设备的可操作性、易维护性、实用性等进行设计。

3 技术方案

3.1 密炼车间

3.1.1 概况

轮胎行业的密炼车间一般分为母炼车间和终炼车间，但是对于一些小型的密封件、胶管等橡胶制品，企业母炼和终炼是用同一台密炼机进行的。橡胶轮胎行业废气浓度最高的工序，其主要的废气泄漏点为密炼机的上顶栓、下顶栓、挤出机、开炼机、隔离剂和胶冷线位置。

母炼工序：是将各种原材料加入母炼机在一定压力和温度下炼成初始的胶料，其中上顶栓工位主要以颗粒物为主。整个密炼工序VOCs浓度最高的位置是密炼机的下顶栓和挤出机位置。开炼机、隔离剂及胶冷线工位的浓度相对较低，但是风量较大。

终炼工序：是将母炼生产的胶料加入一定的化学物质重新炼制的过程，相当于进行深加工，终炼完成的胶料进入压延车间进行下一个工序。终炼工序比母炼少1台挤出机，密炼机下顶栓出料后直接进入开炼机，但是要比母炼多1～2台开炼机。其中上顶栓工位产出主要以颗粒物为主。整个工序VOCs浓度最高的位置是密炼机的下顶栓位置；开炼机、隔离剂及胶冷线工位的浓度相对较低，但是风量较大。

3.1.2 处理方案

（1）上顶栓位置

处理方式：单台处理（除尘器出口与开炼机、隔离剂、胶冷线的废气治理设备合并）。

处理工艺：收集+布袋除尘+注入式低温等离子+复合光氧催化+动力排空。

（2）下顶栓和挤出机位置

处理方式：多机并联处理。

处理工艺：收集+布袋除尘+活性炭吸附浓缩/沸石转轮浓缩+催化燃烧+动力排空。

（3）开炼机、隔离剂、胶冷线位置

处理方式：单台处理。

处理工艺：收集+高效过滤+注入式低温等离子+复合光氧催化+动力排空。

3.1.3 工艺流程

废气治理工艺流程图如图1和图2所示。

图1 上顶栓、开炼机、隔离剂、胶冷线废气治理工艺流程图

3.2 压延/硫化车间

图2 下顶栓与挤出机废气治理工艺流程图

压延硫化车间的VOCs浓度相比于密炼车间要低很多，并且风量较大，若采用燃烧法，其运行及投资费用巨大，因此不建议使用燃烧法进行处理，建议采用复合光催化废气治理设备进行处理。复合光催化废气治理工艺流程图如图3所示。

图3 复合光催化废气治理工艺流程图

4 原理介绍

4.1 预处理

密炼车间粉尘含量高的地方通常应已安装除尘器，压延和硫化车间的粉尘含量较低，因此本次采用干式过滤的方式，即初中效过滤器，将废气中的粉尘、部分水蒸气和油雾去除，避免影响后端的光氧催化和低温等离子设备。

4.2 复合光催化主机

4.2.1 光氧催化

被公认为目前治理空气污染最理想材料的纳米二氧化钛，具有防污除臭、净化空气、抗菌防霉等功效。纳米二氧化钛借助光能，可以释放出具有极大活性的空穴电子对，随后与空气中的细菌和有机物进行降解反应。二氧化钛光触媒仅为反应提供条件与场所，本身并不参与反应，所以可永久循环使用，且天然无毒害作用。

所述纳米TiO2光触媒的光源为紫外光，紫外光照射在纳米TiO2上，激发在价电的电子跃迁至导带成为自由电子，使原价带出现带正电的空穴，从而促使空穴电子对的形成。空穴电子对具有极高的能量，纳米TiO2利用空穴的氧化性与自由电子的还原性，与空气中的水和氧气进行氧化反应，成为拥有极强氧化性的羟基（-OH）。羟基可以和有机物发生氧化反应，使有机物中原子团和O2分子发生连锁反应，最后将有机物分解为CO2与H2O；羟基还能够打破细菌的细胞膜，从而使其细胞质流失，细胞核被氧化，细胞被灭活，达到消毒杀菌[3]的作用。

过氧自由基、羟基、过氧氢氧自由基从纳米TiO2被辐照后生成，它们相较于臭氧负离子，具有更高的氧化性。TiO2和紫外光相组合可以分解细菌，这是HEAP和活性碳都不具有的功能，且比HEAP和活性碳的吸附性更好。欧美国家权威实验室测试结果显示，每平方厘米的二氧化钛的除臭性能比等量的高效能纤维活性碳高150倍，等同于500件活性碳冰箱除臭剂[4]。

4.2.2 后处理

后处理采用深度氧化床，一方面可以延长除味主机内废气停留时间，另一方面可以对氧化裂解产生的臭氧、氢氧基自由基、分子碎片等活性基团进行高效处理。该装置内部填充了包含催化剂的特殊填料。活性基团被吸附于填料的表面和内部孔隙里，借助催化作用发生深度反应，从而使污染物分子碎片被降解成二氧化碳和水等无污染产物。

该装置结构紧凑，方便配套使用，且使用年限久，日常维护简便。

4.3 注入式低温等离子

低温等离子体是一种对外不呈电性的低能混合物。这种混合物是由施加超过其放电电压的外部电压后，气体击穿生成含有多种自由基、原子、离子以及电子组成的。高能粒子高速碰撞污染物分子，使之在非常短的时间里被分解，随后进行其他反应，异味污染物进而被降解。

4.4 蓄热式燃烧

蓄热式燃烧在蓄热式热氧化焚烧炉（RTO）中进行。挥发性有机物借助高温环境被氧化生成CO2和H2O, 达到除味净化气体的目的。在RTO中，其主体分为燃烧室、蓄热室以及切换阀等，废气分解率高于99%，热回收率高于95%。

陶瓷蓄热体中流过氧化产生的高温气体流后温度增高，存储一些热量，这些热量会预热后续进入的挥发性有机物，可节约废气升温所需的燃料。蓄热体需分隔为多于或等于两部分，每个分隔顺次完成蓄热-放热-清扫等工序，循环往复，不间断工作。蓄热体一旦完成“放热”，需立刻通入一定量的干净空气使蓄热体得到清理，从而确保挥发性有机物废气净化率高于98%。

5 国家相关规范和标准

5.1 项目设计规范和标准

项目设计规范和标准如下：

（1）（87）国环字第002号 《建设项目环境保护设计规定》。

（2）1998年11月29日国务院令《建设项目环境保护管理条例》。

（3）GB 16297—1996（新二级） 《大气污染物排放标准》。

（4）GB 14554—1993 《恶臭污染物排放标准》。

（5）GB 50052—95 《供配电系统设计规范》。

（6）DB J08-11—1999 《地基基础设计规范》。

（7）HG/T 20507—2000 《自动化仪表选型规定》。

（8）HG/T 20509—2000 《仪表供电设计规定》。

（9）HG/T 20513—2000 《仪表系统接地设计规定》。

（10）HG/T 20508—2000 《控制室设计规定》。

（11）HG/T 20511—2000 《信号报警、联锁系统设计规定》。

5.2 施工设计规范和标准

施工设计规范和标准如下：

（1）GBJ 205—83 《钢结构工程施工及验收规范》。

（2）YSJ 411—89 《防腐工程施工操作规程》。

（3）YSJ 404—89 《结构吊装、工程施工操作规程》。

5.3 安装规范和标准

安装规范和标准如下:

（1）GB J93—86 《工业自动化仪表工程施工及验收规范工及验收规范》。

（2）GB J236—82 《现场设备、工业管道焊接工程及验收规范》。

（3）GB J232—82 《电气装置施工及验收规范》。

（4）GB 50275—1998 《压缩机、风机、泵安装工程施工及验收规范》。

5.4 劳动安全设计规范

劳动安全设计规范如下：

（1）GB 12801—91 《生产过程安全卫生要求总则》。

（2）劳动部3号令 《建设项目（工程）劳动安全卫监察规定》。

（3）GB 4064—83 《电气设备安全设计导则》。