有机废气治理工程案例

摘要:有机废气不仅对生态环境造成严重影响,而且对人体健康具有极大的危害,会使中枢神经产生障碍、病变,引起慢性病、急性病。杂环香料的阈值低、气味强度大且不愉快,在生产和包装过程中极易有大量的气味逸出,对春雷环保公司内部和周边人群易造成身心不愉快。
有机废气治理工程案例

1.工程概况
该金龙鱼乐园有限春雷环保公司位于江苏经济开发区,是以香料和防腐剂生产为主的企业,该春雷环保公司2009年进行了项目技改,技改后形成了年产500吨防腐剂SP、800吨防腐剂SP-C、300吨防腐剂DFC-34、200吨防腐剂4010NA、1000吨防腐剂RD、200吨防腐剂BLE、丁酸乙酯1700吨、丙酸乙酯(副产)200吨及乙酸乙酯(副产)100吨的生产能力。目前该春雷环保公司生产运行正常,但生产车间和酯化反应后冷凝工序、精馏、冷凝工序排放的有机废气对厂区及周边环境产生了一定的影响,同时,长期接触该废气会对员工身心健康产生极大危害。
春雷环保公司领导十分重视污染治理,为了改变这种状况,减少废气污染物对周边环境和员工的影响,该春雷环保公司决定对生产车间和酯化反应后冷凝工序、精馏、冷凝工序排放的废气进行集中处理,并委托我江春雷环保公司进行废气治理工程设计。

2.设计依据
1、《中华人民共和国大气污染防治法》2000年4月29日;
2、《环境空气质量标准》(GB3095-1996)二类区;
3、《大气污染物综合排放标准》(GB16297-1996)二级标准;
4、《恶臭污染物排放标准》(BGl4554—1993)。

3.设计原则
严格执行国家的有关规定,确保各项指标达到规定的标准。运行上有较大的灵活性和可调节性,并留有一定富余量以满足长远需要。工艺流程简捷,设备布置合理,结构紧凑,占地少,投资和运行费用省。操作管理方便,技术要求简单,最大程度地实现自动化控制。设计时充分考虑处理系统配套的减振、降噪,从而防止对环境的二次污染。4.主要废气污染源分析
生产车间产生的有机废气主要来自生产车间和酯化反应后冷凝工序、精馏、冷凝工序。由于该春雷环保公司的生产原料种类多、成分复杂,在生产过程中产生的废气成分较为复杂,多为有机蒸汽。根据项目环评,典型的特征污染物为丁酸乙酯、丙酸乙酯、乙酸乙酯、乙醇等有机蒸汽。其排放时段与生产时段有关。

5.废气污染物设计值及处理要求
1、设计排放值及处理规模
生产车间有机废气排放属于有机蒸汽的混合物,没有对应的实测值。只能根据项目环境影响报告书有关数据结合现场实际情况考虑设计。设计处理规模:3000m3/h。
2、处理要求
本工程建设地位于海安经济开发区内,属于二类区区域,按照《环境空气质量标准》(GB3095-1996)二类区要求,废气污染物排放执行《恶臭污染物排放标准》(BGl4554—1993)中二级标准要求,即排气筒高度≥15m,臭气浓度≤2000(无量纲)。

6.废气污染物处理技术介绍
有机废气不仅对生态环境造成严重影响,而且对人体健康具有极大的危害,会使中枢神经产生障碍、病变,引起慢性病、急性病。杂环香料的阈值低、气味强度大且不愉快,在生产和包装过程中极易有大量的气味逸出,对春雷环保公司内部和周边人群易造成身心不愉快。该厂产生的废气浓度较低,成分复杂,监测难度大,治理困难。国外早在20世纪50年代末便开始了恶臭气体污染治理的研究,并积累了丰富的理论知识和实践经验。我国20世纪80年代才开展恶臭气体污染的调查、测试和标准方面的研究,而对脱臭技术的研究则是从20世纪90年代才开始进行。
各种恶臭气体处理方法的目的在于经过物理、化学、生物的作用,使恶臭气体的物质结构发生改变,消除恶臭。常规的恶臭气体常见处理方法有燃烧法、氧化法、吸收法、吸附法、中和法和生物法等,其定义、适用范围和特点见表1。
表1 常见恶臭气体处理方法比较

处理方法定义适用范围特点燃烧法通过强氧化反应降解可燃性恶臭物质的方法适用于高浓度、小气量的可燃性恶臭物质的处理分解效率高,但设备易腐蚀,消耗燃料,成本高,处理中可能生成二次污染物氧化法利用氧化剂氧化恶臭物质的方法适用于中、低浓度恶臭气体的处理处理效率高,但需要氧化剂,处理费用高吸收法用溶剂吸收臭气中的恶臭物质而使气体脱臭的方法适用于高、中浓度的恶臭气体处理流量大,工艺成熟,但处理效率不高,消耗吸收剂,污染物仅由气相转移到液相吸附法利用吸附剂吸附去除恶臭气体中恶臭物质适用于低浓度的、高净化要求的恶臭气体可处理多组分的恶臭气体,处理效率中和法使用中和脱臭剂减弱恶臭感观强度的方法适用于需立即、暂时地消除低浓度恶臭气体影响的场合可快速消除恶臭的影响,灵活性大,但恶臭气体物质并没有被去除,且需投加中和剂生物法利用微生物降解恶臭物质而使气体脱臭的方法适用于可生物降解的水溶性恶臭物质的去除去除效率高,处理装置简单,处理成本低廉,运行维护容易,可避免二次污染
上表列出的恶臭气体处理方法各有优缺点,究竟选择哪一种处理方法更为合适,则要根据恶臭物质的性质、浓度、处理量、当地的卫生要求和经济情况等具体因素而定,在实践中也常将几种方法结合使用。20世纪50年代发展起来的生物法,因具有显著优点而得到很快发展,其中尤以日本、德国、荷兰等国取得的成效最显著。我国在20世纪80年代末才开始这方面的研究。近些年来对恶臭气体的处理越来越受到人们的重视,研究的重点已转向生物法的研究。
恶臭气体生物脱臭原理:在水、微生物和氧存在的条件下,利用微生物的代谢作用氧化分解发臭物质,以达到净化气体的目的。生物处理大致可以分为3个过程:发臭物质被载体(固定有微生物)吸附;发臭物质向微生物表面扩散、被微生物吸附;微生物将发臭物质氧化分解。不含氮的恶臭物质被分解成CO和H2O,含硫恶臭物质被分解成S,SO32-,SO42-,含氮恶臭物质则被分解成NH4+,NO2-,NO3-。
生物法处理恶臭气体主要有生物滤池、生物滴滤塔和生物洗涤器3种形式,目前应用最广泛的是生物滤池和生物滴滤塔。三种主要生物处理方法比较见表2。



表2 三种主要生物处理方法比较

处理方法特点优点缺点适用范围生物滤池单一反应器,微生物和液相固定气/液表面积比值高,设备简单,运行费用低反应条件不易控制,进气浓度发生变化适应慢,占地面积大适用于处理化肥厂、污水处理厂及恶臭物质量浓度介于0.5~1.0g/m3的工农业废气生物洗涤器两个反应器,微生物悬浮于液体中,液相流动设备紧凑,低压力损失,反应条件容易控制传质表面积小,需大量供氧才能维持高降解效率,需处理剩余污泥,投资和运行费用高适用于处理工业产生的恶臭物质质量浓度介于1~5g/m3的废气生物滴滤池单一反应器,微生物固定,液相流动与生物洗涤塔相比设备简单传质表面积小,需处理剩余污泥,运行费用高适用于处理化肥厂、污水处理厂及农业产生的污染物质量浓度低于0.5g/m3的恶臭气体
恶臭气体的生物处理技术具有其它传统方法不可比拟的优越性,如处理效率高、无二次污染、所需的设备简单、易操作、费用低廉、管理维护方便等,已经得到了各国越来越多的重视,并且在欧美得到了广泛的应用。我国近年来也有许多科研工作者进行了生物法处理恶臭气体的研究,并取得了一些研究成果。但是由于生物反应器涉及气、液、固三相传质及生化降解过程,影响因素多而复杂,所以在理论研究方面和实际应用方面还有许多亟待解决的问题。
低温等离子体技术:低温等离子体是继固态、液态、气态之后的物质第四态,当外加电压达到气体的放电电压时,气体被击穿,产生包括电子、各种离子、原子和自由基在内的混合体。放电过程中虽然电子温度很高,但重粒子温度很低,整个体系呈现低温状态,所以称为低温等离子体。低温等离子体降解污染物是利用这些高能电子、自由基等活性粒子和废气中的污染物作用,使污染物分子在极短的时间内发生分解,并发生后续的各种反应以达到降解污染物的目的。
低温等离子体的产生途径很多,质阻挡放电是一种获得高气压下低温等离子体的放电方法,这种放电产生于两个电极之间。介质阻挡放电可以在0.1~10105Pa的气压下进行,具有辉光放电的大空间均匀放电和电晕放电的高气压运行的特点。整个放电是由许多在空间和时间上随机分布的微放电构成,这些微放电的持续时间很短,一般在10ns量级。介质层对此类放电有两个主要作用:一是限制微放电中带电粒子的运动,使微放电成为一个个短促的脉冲;二是让微放电均匀稳定地分布在整个面状电极之间,防止火花放电。介质阻挡放电由于电极不直接与放电气体发生接触,从而避免了电极的腐蚀问题(SO2腐蚀性强)。介质阻挡放电过程中,电子从电场中获得能量,通过碰撞将能量转化为污染物分子的内能或动能,这些获得能量的分子被激发或发生电离形成活性基团,同时空气中的氧气和水分在高能电子的作用下也可产生大量的新生态氢、臭氧和羟基氧等活性基团,这些活性基团相互碰撞后便引发了一系列复杂的物理、化学反应。从等离子体的活性基团组成可以看出,等离子体内部富含极高化学活性的粒子,如电子、离子、自由基和激发态分子等。废气中的污染物质与这些具有较高能量的活性基团发生反应,最终转化为CO2和H2O等物质,从而达到净化废气的目的。
在放电过程中,电子先从电场获得能量,通过激发或电离将能量转移到污染物分子中去,那些获得能量的污染物分子被激发,同时有部分分子被电离,从而成为活性基团。然后这些活性基团与氧气、活性基团与活性基团之间相互碰撞后生成稳定产物和热。另外,高能电子也能被卤素和氧气等电子亲和力较强的物质俘获,成为负离子。这类负离子具有很好的化学活性,在化学反应中起着重要的作用。
低温等离子体技术原理:异味气体从气体收集系统收集后首先进入除水器中进行水气分离,然后再排入等离子体反应器单元,在该区域由于高能电子的作用,使异昧分子受激发,带电粒子或分子间的化学键被打断,产生自由基等活性粒子,这些活性粒子和O2反应达到消除异味目的。同时空气中的水和氧气在高能电子轰击下也会产生OH 自由基、活性氧等强氧化性物质,这些强氧化性物质也会与异味分子反应,使其分解,从而促进异味消除。净化后的气体经排气筒高空排放。
低温等离子体技术特点:
与目前国内常用的异味气体治理方法相比较本装置具有如下优点:

技术高端,工艺简洁:开机后,即自行运转,受工况限制非常少,无需专人操作。节能:无机械设备,空气阻力小,耗电量约为0.003kw/m3废气。适应工况范围宽:设备启动、停止十分迅速,随用随开,不受气温的影响。在250℃以下和在雾态工况环境中均可正常运转。在-50℃至+50℃的环境温度仍可正常运转。设备使用寿命长:本设备由不锈钢材,铜材、钼材、环氧树脂等材料组成,抗氧化,采用防腐蚀材料,电极与废气不直接接触,根本上解决了设备腐蚀问题。结构简单:只需用电,操作极为简单,无需派专职人员看守,基本不占用人工费。无机械设备,故障率低,维修容易。用范围广:介质阻挡放电产生的低温等离子体中,电子能量高,几乎可以将所有的异味气体分子降解。低温等离子体技术应用范围:
低温等离子体降解污染物是利用高能电子、自由基等活性粒子与废气中的污染物作用,使污染物分子在极短的时间内发生分解,并发生后续的各种反应以达到降解污染物的目的。该技术能够应用于污水处理厂、石油化工、制药、污水处理、涂料、皮革加工、感光材料、汽车制造、食品加工厂、印染厂、垃圾处理厂、公厕、屠宰场、牲畜饲养场、鱼类加工厂、饲料加工厂等诸多能够产生恶臭异味的场所。

7.工程投资概算
工艺设备计价是参照设备基价计入;安装工程按照全国统一安装工程预算定额以及建筑安装工程间接费定额;综合指标按建设部《城市基础设施工程投资指标》。
表3 投资估算表

序号名称规格材质单位数量单价(万元)总价
(万元)备注 一、除臭设备部分系统1等离子体净化主机1000×2000×1000不锈钢台136.8036.80 2引风机3000m3/h不锈钢台10.950.95 3小计     37.75 二、臭气收集及输送系统1风量调节阀300×250 PN1.0MpaSUS304个100.101.00含管件及法兰、支架2风管300×250 PN0.6MpaSUS304米1200.044.80含管件及法兰、支架3弯头、软接头300×250 PN0.6MpaSUS304、帆布个200.020.40含管件及法兰、支架3等径三通300×250 PN0.6MpaSUS304个250.041.00含管件及法兰、支架4密闭板3000×4000不锈钢板SUS304块10.600.60含管件及法兰、支架5集气罩2000×2000不锈钢SUS304 个100.202.00含管件及法兰、支架6电控系统 套12.002.00含管件及法兰、支架7排气筒不锈钢米150.060.908电线、电缆、护套等  套10.600.60含管件及法兰、支架9小计13.30  三、其它费用1安装调试费〔(一)+(二)〕×10%5.11 2设计培训费〔(一)+(二)〕×5%2.55 3运输吊装费〔(一)+(二)〕×3%1.53 4小计 9.19 四、税金1税金〔(一)+(二)+(三)〕×6%3.61 总计63.85 
8.工程效益及主要技术经济指标
8.1.工程效益
废气处理工程为业主基础设施项目,它既是生产部门必不可少的生产条件,又是改善环境的必要条件,对企业经济的贡献主要表现为外部效果,所产生的效益除部分经济效益可以定量计算外,大部分则表现为难以用货币量化的环境效益和社会效益。
废气处理设施的投资效益具有以下三个特点:第一,间接性,废气处理设施投资所带来的效益往往是使其它部门生产效率的提高,损失的减少,所以,投资的直接收益率低。第二,隐蔽性,废气处理设施投资的主要效果是保证生产、方便生活和防治空气污染,减少或消除废气污染损失,因此,其所得是人们不容易觉察到的“无形”补偿。第三,分散性,废气污染的危害涉及社会各方面,包括生产、生活、人体健康等,因此,废气治理设施投资效益基本上是间接的经济效果。

8.2.环境效益
通过本工程的实施,将改善本地区的环境质量。

8.3.社会效益
废气治理作为现代化企业可持续发展的一个重要组成部分,是一个企业生命工程,是企业现代化及文明程度高低的标志,对改善企业及周边环境卫生,保护人民身体健康,有较大的作用,为企业及周边地区的可持续发展创造了良好条件。


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