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多段式臭氧光催化技术在制药企业有机废气治理中的应用

北极星VOCs在线  来源:《广东化工》  作者:敬丹丹 赖庆智等  2017/11/14 15:02:49  我要投稿  
所属频道: VOCs检测  关键词:有机废气 VOCs排放 光催化技术

北极星VOCs在线讯:摘要:文章阐述了制药行业面临的有机废气(VOCs)及其恶臭气味整治压力,介绍了多段式臭氧光催化技术的工作原理,并通过实际案例证明了此项技术在制药企业VOCs废气及其恶臭气味治理上的可行性,通过对某制药企业应用多段式臭氧光催化技术的工艺流程、处理效率、运行费用等指标的深入分析总结,以期为最终解决制药企业VOCs废气及其恶臭问题提供指导。

制药工业的各个生产环节中不可避免地要使用到大量的易挥发有机溶剂与生物制剂,产生大量挥发性有机物(VOCs)污染。国家统计局2010年的数据显示。制药行业含VOCs废气 排放量高达l603亿立方,约占全国人为VOCs排放量的3%, 甚至更多,严重制约着行业的发展。制药行业所排放VOCs 成分复杂,包括烷烃、烯烃和芳香烃以及各种含氧烃、卤代烃、 含氮烃、含硫烃、低沸点多环芳烃等,不但具有毒性和“三致(致 癌、致畸、致突变)”效应,且在一定条件下能与NO 或大气中 自由基发生光化学反应。形成二次有机气溶胶,对大气和生态 环境造成破坏。此外这些VqOCs组分对人体嗅觉感官有不同程 度的恶臭刺激,对人的呼吸系统、循环系统、消化系统、内分 泌系统和神经系统都有不同程度的损害,若不妥善处置易造成 严重的扰民和环境灾害事件。

近年来,对制行业V0Cs及其恶臭的治理,己经有一些 技术先后投入应用。如冷凝、吸附、燃烧、吸收和生物法等上述技术应用时均具有一定的局限性,如在持续高浓度VOCs 条件下,活性炭吸附法存在易吸附饱和。造成效率显著降低、 材料再生困难及后处理复杂等问题。而化学吸收法加药量较大,动力消耗大,运行维护成本高。生物法主要适用于去除H2S为 主的废气,受外界操作条件影响较大,工艺稳定性差。热力焚 烧或催化燃烧存在前后处理复杂、能耗高及一次性投入成本高等问题。针对间歇性排放、瞬时浓度高值且排气存在恶臭的情 况,应用上述方法均存在一定难度。本案例对某制药企业VOCs 排放情况监测研究,并研发多段式臭氧光催化技术进行强化氧 化处理,取得了良好的处理效果,文中对其工艺流程、处理效 率和运行费用也进行了分析总结。通过本案例的成功应用和深 入探讨,以期在同类企业更进一步地推广,为我国制药行业 VOCs治理和削减提供指导。

1多段式臭氧光催化技术和设备

多段式臭氧光催化技术主要有三段强化氧化过程:第一段为紫外光光解阶段,在这里短波长高能紫外光(Deep UV)直接作 用于VOCs而光化学解离反应.与此同时,紫外光光解空气产 生少量臭氧分子,在后续氧化段中继续降解有机物。

第二段为臭氧氧化阶段,外加臭氧和前段的光解臭氧分子 在紫外线照射下形成氧自由基与VOCs接触反应.同时,臭氧 与紫外线协同作用,净化效果增强。

第三段为臭氧催化氧化阶段,前段中残存臭氧在催化剂下 分解产生氧自由基、羟基自由基,进一步氧化分解余下VOCs, 提高去除效率,同时消除残留臭氧,以免臭氧过量排入外界大 气,引起其他污染。

在上述技术原理基础上,设计并装配多段式臭氧光催化设 备(专利号:201621041216_3)用于制药企业有机废气治理。

2多段式臭氧光催化技术在某制药企业废气 治理中的应用

2.1某制药企业生产情况及其废气排放特征

某制药企业排放有机废气量为l0000 m3/d,其中主要有毗 啶、正丁酸酐、乙醚、二氯甲烷等组分,其中尤以吡啶、正丁 酸酐等物质质量占比大,伴随有恶臭气味,难以处理。该企业 采用骤时投料(8:00-9:00).连续生产(8:00~l6:00)的方式运营。 在线监测仪采集数据表明,在投料阶段,因容器敞开、投料和 关闭等过程有机物逸出,废气中非甲烷总烃浓度(non—methane hydrocarbons,NMHC)'维持在100—300 mg/m3 (采集间隔时间5 min);其余生产时间段内NMHC浓度维持在10 mg/m3以下:非 工作时间段在线监测设备不开机。采集连续3天内废气浓度如 图2所示,受在线监测系统采集周期限制,该企业排放NMHC 浓度呈现“尖峰”特征,大概出现在8:30前后,持续时间较短, 而后浓度急速下降.并最终在当天生产设备停机(16:00)时保持 在1-3.0mg/m3 。

2.2设计及实施处理工艺流程简介

考虑到制药厂生产车间废气间歇性排放、浓度时间变异系 数人,每 产投料时间段内(8:00~9:001表现出骤时高浓度 (1()0~300mgtm ),其他生产时段浓度较低(<10mg/m3 ),采用前 端活性炭床作吸附均化处理,后端多段式臭氧光催化对V0Cs 及恶臭味高效氧化去除的组合处理工艺。在投料时段高浓度废 气进入处理 系统,其中大部分VOCs被吸附截留在炭床中,后 端多段式臭氰光催化氧化去除剩余未被截留污染物使其达标排放:其他时段低浓度废气进入处理系统后持续吹脱炭床中VOCs 使其进入后端多段式臭氧光催化单元,经紫外光解、臭氧氧化 秆J自由基氧化等多段氧化过程被彻底氧化去除。在废气处理后 的排气口发装 线浓度分析仪,通过监测排气口的实时浓度反 馈控制紫外光强度、臭氧供给量,确保整个系统持续高效稳定运行。

2.3处理效率

有机废气处理效率与其排放特征变化相符合。随着生产投 料的进行,废气浓度出现高值,此时设备处理效率也随之上升, 处埋效率存70%~80%:之后随着投料结束,排气浓度很低, 处理效率逐渐下降并稳定在20%~3O%,可能是当浓度很低时, VOCs分很少,其与O3 碰撞几率大为减少,氧自由基轰击 VOCs分子化学键与氧自由基自我碰撞结合成氧气,二者中后者更为容易。另一方面当v0cs浓度很低时,臭氧氧化的速 率变慢。在同样停留时间下,VOCs分子来不及被氧化就已通 过反应器进入排气简了。高浓度峰值越高,去除率下降的趋势 放缓,可能是高浓度v0Cs进入时,大部分vOCs被吸附在活 性炭床上,VOCs浓度峰值越高时,吸附在活性炭床的VOCs 越多,后续吹脱所需时间更长,进入多段式臭氧光催化单元的高浓度废气持续时间更长,故去除率下降放缓。

2.4运行费用和经济性

多段式臭氧光催化装置处理有机废气的运行费用主要来自风机、臭氧发生器、紫外灯电耗.臭氧催化剂费用等。企业年 操作时数按2000 h计,多段式臭氧光催化装置年运行费用为9.3 万元。

1)将催化剂的消耗折算成电耗计。

与单独使用活性炭吸附处理,或低温等离子体法处理相比, 采用多段式臭氧光催化技术,效率高,运行费用最低。

3结语

针对废气间歇性排放、浓度时间变异系数大且存征恶臭气 味的制药企业废气,先用活性炭床对其vOCs进行吸附均化, 之后再用多段式臭氧光催化技术强化氧化分解去除,能保证制 药企业VOcs及恶具稳定达标。实际运行时,根据处理前后 VOCs浓度反馈调节臭氧发生量、紫外灯歼启数量,极大降低 运行能耗,提升处理效率。本案例运行数据表明多段式臭氧光 催化技术在化学制药企业有机废气治理过程中取得了成功,可 在类似排气特性的制药企业中进行推广。

原标题:多段式臭氧光催化技术在制药企业有机废气治理中的应用

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