宋圣才，李 敏，王东芳

（山东省环境保护产业协会，济南 250101）

目前，国家对玻璃钢行业的环境要求越来越严格，挥发性有机化合物（VOCs）的综合治理已成为国家和地区层面“赢得蓝天之战”的关键措施之一[1]，为更好地指导玻璃钢生产企业开展生态环境和安全问题整治，促进全面解决玻璃钢行业污染控制技术与装备落后、安全生产条件差的问题，引导玻璃钢企业实现转型升级、健康发展，安丘市出台《安丘市玻璃钢生产企业生态环境问题整治工作方案》（安政办〔2019〕38号）和《全市玻璃钢企业安全生产专项治理工作方案》（安安委办字〔2019〕18号）文件，引导了当地玻璃钢行业的新一轮提级改造工作。

本文以潍坊联荣环保设备有限公司生产玻璃房阳极管产生的VOCs废气处理为例，介绍了一种乳化液吸收+催化氧化处理含苯乙烯VOCs废气技术，处理后废气优于《区域大气污染物排放标准》（VOCs＜20mg/m3）。

1 工程概况

潍坊联荣环保设备有限公司主要加工生产玻璃钢阳极管，在混料、喷衬、缠绕成型、固化过程中会有大量的苯乙烯、非甲烷总烃等废气产生。联荣环保自2019年8月至9月底通过了中试至工业化应用，废气排放量为20 000m3/h，入口废气浓度（VOCs）600mg/m3，出口稳定在20mg/m3以下。

2 工艺流程及说明

工艺流程见图1所示，有机废气通过底部吸气方式收集后，通过管路进入乳化液喷淋塔，在3级喷淋塔内，喷洒的乳化液与废气完全接触，将废气中的大部分苯乙烯吸收净化，进入高效催化氧化装置进一步净化处理后达标排放。

图1 工艺流程图

3 设计思路及主要设备

玻璃钢生产厂房内苯乙烯气体的浓度情况为：以地面为基准，高度1m以下苯乙烯浓度≥500g/m3；1～2m苯乙烯浓度100～500g/m3；2m以上苯乙烯浓度≤100g/m3。因此，对该类气体的收集应以下方收集为主。

3.1 废气收集管路系统

为保证车间符合职业环境卫生要求，苯乙烯浓度需低于40mg/m3。为此经计算，此区域新房送风量需达到26 400m3/h以上，为保废气不外溢，设计废气总排放量需达到40 000m3/h以上。

3.2 乳化液吸收塔

（1）喷淋塔自最上层喷淋层至进气管上口段，是VOCs废气和乳化液进行接触传质的主要区段，直接决定了VOCs废气净化处理的净化水平与净化效率，因此该喷淋层装置的设计非常重要。针对有机废气VOCs中污染物浓度不是太高但是气体进气量大的特点，设计了液相为分散相而气体为连续相、相界面大的多级喷淋装置，以满足大风量、高效率处理VOCs废气的目的，具体结构详见图2。

图2 多级喷淋装置刨面图及局部放大图

（2）在实际运行过程中，由于喷淋乳化液雾化状况、VOCs气体在本体截面分布情况等条件的影响，此段的长度是VOCs废气吸收效率一个主要影响因素。如此段喷淋塔的截面布满液滴，自由面大大缩小，会导致气流实际速度增大很多倍。喷嘴的功能是将乳化液喷洒为细小液滴，设置合理的喷嘴能使乳化液充分雾化，增大气液接触面积。反之则乳化液喷洒不佳，气液接触面积小，影响设备的净化效率。通过改进不同规格口径、不同螺旋线的喷头增加乳化液喷淋面积和喷淋效率。该螺旋喷头可喷出大锥角的乳化液滴，在出喷嘴不远处即可布满整个塔截面，使液体不仅向前进方向运动，而且产生旋转运动，这样有助于将喷出液洒开，也有利于将喷出液分散为细雾。同时，选用了一定规格的镂空积液球组成积水球层，用于提高气液接触时间和接触方式。

（3）改进了喷淋脱水除雾装置。自最上层喷淋层（最上一层的喷嘴）以上部分至出气管口为脱水段，该部分的作用是使大液滴依靠自重降落，以除掉小液滴，使气液较好的分离。为了提高除雾效率，该部分应充分预留足够的空间，一般设计时应保证该部分的高与直径比（H/D）在4～7。其中防水层装有聚乙烯、聚丙烯、发泡聚苯乙烯或多孔橡胶制成的轻质之字阻水层和蜂巢状水平阻水层，在一定的气流速度作用下，乳化液液滴在湍流运动的泡沫层中所捕获，然后在重力作用下回流至喷淋塔底部。

3.3 催化氧化装置

本装置分为过滤区、超能离子场区、催化氧化区、高效吸附臭氧分解区等，主要是依靠高能电子轰击、臭氧和羟基自由基的作用，打开苯乙烯的分子结构，进行充分氧化，最终以CO2和H2O的形式排出。具体装置示意图如图3所示。

图3 催化氧化装置示意图

4 中试情况

在设备稳定运行期，采集反应系统出口气体样品，并利用气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）分析样品，得到气相色谱图如图4所示。

图4 气相色谱图

通过质谱库搜索可定性确定气样的组分，出口气体组分GC-MS分析结果如上图所示。出口气体中检测出2种物质：苯甲醛（CHCHO）和苯甲酸（CHCOOH），均为不完全氧化的产物。苯乙烯气体氧化的两条主要路径包括乙烯基侧链的氧化和芳香环开裂。根据GC-MS分析测试结果，可推导出臭氧高级氧化苯乙烯有机气体的路径如下：第一步，臭氧分子攻击苯乙烯的C-C双键，发生乙烯基侧链的环加成反应形成苯乙烯臭氧化合物，且容易转换成环氧化物；第二步，生成的环氧化物发生裂解形成Criegee中间体——苯甲醛，继而被氧化成苯甲酸；第三步，苯甲酸中的芳香环被破坏而开环，生成顺丁烯二酸酐和甲醛，最终被氧化降解为CO2和H2O。

5 结论

1）本工艺处理效果经潍坊恒洋玻璃钢有限公司的实际应用，并在稳定期进行实时监测，结果显示设备的处理效果稳定，可以实现达标排放，且费用较低，有较大的推广价值。

2）乳化液的配制和循环利用。该技术扩大了喷淋吸附的应用范围，改变了常见的喷淋吸收只能做酸碱中和及粉尘吸收的现状。乳化液的配备和循环利用减少了工厂三废的排放，是一项环境友好、可循环性的先进技术。为提高乳化液喷淋吸收的效果，对喷淋塔的结构进行了改良，更好地促进了吸收效果，对提高设备的处理效率起到了重要作用。

3）综合应用高能电场进行各种形式的氧化，实现了高效开环和彻底氧化的效果。为玻璃钢行业的尾气处理提供了一种综合性的高效处理工艺，解决了普通处理设备内部苯乙烯气体易结聚的问题，在该行业内具有普遍的应用前景。