生物滴滤塔处理挥发性有机物 VOCs 工程设计

浙江大学硕士学位论文生物滴滤塔处理挥发性有机物（VOCs）工程设计姓名：杨冰雪申请学位级别：硕士专业：环境工程指导教师：金一中；顾震宇20120309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(vocs)，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、DMF等挥发性有机废气。研究表明：生物法对单一vocs去除能力的大小顺序是：醇、醛、酮等含氧烃类>BTEx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ⅣoCs)，生物降解浙江大学专业硕士学位论文AbsnactAbStraCtTtlech锄icalifldust叮isanilnponantpillarindust搿ofnationalcconomy．ChemicalcompaIliesintheprodu矾onprocessusually锄itcomplextIDXic，h锄lfIllvolalileo唱卸icC0mpounds(VOCs)，o玛anicw嬲tegasesh硒fasterdifmsionspeedandf醯tureslowodormreshold，theimpact∞thesu玎0unding锄osphericcIlViro啪entisve巧large，isex仃emely铋silycausedarolJndtlleliViIlgc11V沛锄entqual时deteriomted．AndorganicwaStegasescanattendphotochemicalr∞ctionsandaccelerateddamagemeozonelayer．O唱anicwastegaseshascarcinogenictcratogellicrole，也reateninghlmmnhealth∞ri伽sly．Sothemanagementofo唱anicwaStegas髓hasbecomeoneofave巧pressingtaskintlletlleenv砷nmentalprotectionwork．ThispaterisawastegasdeepeIlillgregul撕ondesi印衙zllejiangachemicalCo．，LTD．ThechemicalplantwastegasesmainlyhaveoFganicwastegasesincludetoluene、cthylacetate、metllanol锄dacidgas懿includephosphomsoxychloride、hydrogenchloride、chlome．Accordillgtome、Ⅳastegas’scharacteristics，ill也isanicletllepre仃ea恤entu∞wat*washing锄dL0wTelllpe咖rePlasm，by嘶cklingbiofilerpmcessingtoluene、ethylacetatc、methanolethanol、DMFVolatileorgallicwastcgas，etc．ResearchshowsⅡlat：Ⅱ心order0f崩noValcapac时0fsingleVOCsbybiological雠thodisalcohols，aldehydes柏dketonesandoXygen>BTEXmon0Cylicarom撕cshydroca而0ns∞ch嬲>halogellatedhydrocarbon．F0fasinglecoInpon髓tmo∞cylicaromaticsreInovet11eordcrofabil时is：tolu％e>xylene甜lylbellzenebellzeneorchlorobeIlzene0r觚ochlorobenze：ne．Engin∞ringpmcticeshowsthebasics)，stemisexpectedtor鼢chthedesignresult，achievedgoodeconomicand∞cialbenefits．Xeywor山：髓cⅫ山曙bIo丘ner；vId珊eOrg柚直c∞mp岫山；BiodeF_以缅nII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2012．3．12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(VOcs)，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(ABL)和2，4，6，8．四氯嘧啶并嘧啶(DDH)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ABL和DDH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》要求，企业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、废水化整治验收监测报告》(2007)；(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：ABL车间及DDH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(ABL)10007醋酸乙酯工业级5502．22'4'6，舡四氯嘧啶并嘧啶pD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：H0H+4P052．2．2工艺流程2，4，6，8．四氯嘧啶并嘧啶(DDH)生产工艺流程如图2．1．CI+4P003+4Ha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2000L反应釜中投入计量好的四羟基物、三氯化磷、三氯氧磷，在20℃下，缓慢通氯气，通氯结束后，升温保温，反应40h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216kg(其中杂质48．6kg，折合纯组分产品167．4kg)，年产量150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24．2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。23．1主要反应反应方程式：oO+c鸭COOc哒C鸭+Na——+c鸭c鸭oNa+也Pq—c鸭c鸭oH+№吐PC苎I2．3．2工艺流程洳乙酰基吖．丁内酯(ABL)生产工艺流程如图2-2。5c鸭c哒oNa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5000L反应釜中投入甲苯500kg、金属钠120kg加热至110℃溶解后，加混酯(500kgy．丁内酯+600kg醋酸乙酯)，加毕在80℃温度下保温反应lO小时，转至脱溶釜脱去甲苯混合液，冷却后加625kg85％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．2．33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670．2k，年产量looo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1122．2蒸馏产物747．9合计1122．2合计1122．2精馏蒸馏产物747．9产品叶乙酰基670．2精馏回收益篮金33．3里基Q．6废气洳乙酰基n，收集处理前馏分液甲苯12．7其他19．8回用合计33．333．37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(m3／lI)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—10。表2一lO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500L受液罐19只、1000L套用三氯氧磷计量罐2只。受液罐放空管管径DN25，尾气进入废气处理系统。(2)车间二楼二楼共有2000L反应釜14只、3m?玻璃冷凝器19个、3000L三氯氧磷减压蒸馏釜1只、1000L回收三氯氧磷接受罐2只、1000L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300kg的PP桶中抽料(每次2桶，总抽料时间20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300k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3000L冰解釜3只、1000L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、5000L冷却液贮罐1只、500L冷却液贮罐1只、500L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DN50．2)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PCI3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PCI3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PCI3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HCl并回收盐酸。废气量约750m3／h，废气总管DNl25；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440m3／ll。2台7．5kw箱式真空机组共产生废气200m3／11．(5)DDH车间废气总量按表2．5，DDH车间废气总产生量约为1379．2m3／h，圆整按1400m3／h计。现有废气总管DN300，接入原废气处理系统的碱洗塔处理。2．4．2ABL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，10浙江大学硕士学位论文产品和产污情况管径DNl00。2)2台W4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770m3／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)ABL车间总废气总量按表2．5，DDH车间废气总产生量约为877．8m3／h，圆整按900m3／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2．5×1．5m、2．5×3．0m、2．5×1．5m、3．0×5．Om．按12次／h进行抽风，抽风管大小分别为DN50、DN65、DNl00。总废气量约720m3／11。2．6储罐区储罐区现有8个储罐，分别为2只20m3甲苯储罐、2只20m3乙酸乙酯储罐、2只20m～．丁内酯储罐、1只20m3氢氧化钠储罐、1只20m3盐酸储罐；计划新增1只30m3甲苯储罐、2只20m3乙酸乙酯储罐、1只20m3Y．丁内酯储罐、1只20m3丙酮储罐；另外建议再增加2只20In3三氯化磷储罐。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220m3／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3240m3／ll，其中DDH产品相关废气1400m3／ll，ABL产品相关废气900m3／ll；污水站废气720m3／ll，储罐废气220m3／h。现有污染源强行汇总见表2．11．浙江大学硕士学位论文产品和产污情况表2-1l污染源强汇总2．8排放设计取排放筒高度15m，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》(GBl6297．1996)表2中规定的限值和《(恶臭污染物排放标准》(GBl4554-93)中规定的限值．具体见表2．12。表2112排放污染物浓度限值12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50；一号调节池设置2个吸风口，规格为咖65；二号调节池设置2个吸风口，规格巾65；兼氧池设置2个吸风口，规格由100．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TF-24lB，风量4980m3／ll，全压2800Pa，功率7．5kW，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：GB50243—2002《通风与空调工程施工质量验收规范》GB5464一1999《建筑材料与不燃性试验方法》JGJl4l一2004《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．13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VOCs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50％以上对温度要求较低的VOcs。吸附法主要应用于处理低浓度、气流稳定．成分单一的VOCs．冷凝法适用于VOCs浓度大于5％的工况，对沸点60℃以下的VOCs降解效率在80％~90％【11．冷凝法对沸点高的VOcs回收效果较好，对挥发性高、浓度过低的VOCs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VOCs的净化去除率可达90％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VoCs，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95％．99％【卅．具体比较见表4．1．14Administrator高亮Administrator高亮Administrator高亮Administrator高亮Administrator高亮Administrator高亮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PomeroyRD，1957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．5．1．2cIl以的缓慢速度导入40—60cm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80年代后期，德国应用这一技术处理vOCs废气取得了成功，到1994年德国利用生物净化技术处理恶臭废气的比例已经达到78％【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(pH、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．15Administrator高亮Administrator高亮Administrator高亮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grafSPP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(bioscrubber)2)生物滤池(biofilter)3)生物滴滤塔((Biotrickling丘lter)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nⅧ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【17】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pH对二16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pH值范围5．0～9．O，此时二氯甲烷的去除率可以达到80％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【18】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10h维护系统运行模式，生物滴滤塔的处理气量lO～15mⅦ，有机废气浓度范围450～1000mg／m3，停留时间为16．9—25．4S，有机废气中平均去除率可以稳定在80％以上；甲苯的去除效率在在95％以上．吴献花【t9】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200一1000mg／m3，停留时间50～65s去除效率可以达到90％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54s和43．2s，进气甲苯浓度为544一1044咖3，环境温度为17~26℃的条件下，口检测不到甲苯，去除率接近100％。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cOD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(cOD>50000m∥L)的废气，可采用冷凝预处理，将废气进行减量，以保17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>10000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(DDH)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(ABL)生产车间的甲苯废气。DDH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。DDH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HCI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80％的Hcl，同时去除60％的丙酮以及80％的氯气．对ABL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70％的甲苯．预处理预期达到的处理效果见表4．3至4．5．(1)DDH废气经三级降膜吸收后，预期处理效果见表4．3．表钓DDH废气预期处理效果(2)ABL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_4ABL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ABL废气．18浙江大学硕士学位论文废气处理工艺设计ABL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DDL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DDH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2000mⅦ。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2500m3_／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DDH废气一起进入现有的碱吸收塔处理后由现有25m排气筒高空排放。总风量按4500m3／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19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3m3／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100～300m2／m3．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pH、温度，即可控制反应器的pH和温度。4．3整改后的工艺流程ABL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c02、H20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4．4．1DDH车间废气处理系统(1)第一级旋流板吸收塔DDH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2000m3／ll，参考设计资料【221。设计吸收液液气比为6L／m3，则吸收液循环量为12m3／ll，假设气体为常温常压．DDL车间废气的平均分子量：叭．力：竺x36．5+旦×58+坐×7l：39．8—5．5475．5475．547塔板数计算：按80％去除效率计算：(2)⋯址础-2．69则需3块塔板，则单板效率约45％．实际气体重度：(3)⋯’，：婴×票×罂：2．1讼斤／历3、’’22．4303760气流负荷：(4)⋯“厅：2000×瓜：292讼斤z米z／时根据：(5)⋯4≈12、／嘶=12√2000×厄百=649嬲21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<等于争)；∽⋯：=二：意k瑚肿∥_0．785(o．62_o．22)(鳓5。一≮≯_0．07∥(8)．．．Fo：!虹：丝鱼：11．6～3600A．3600×0．07m卜．蚴再瑚再q。一(14)⋯妊坐siIl口+6：墅塑sin25。+5：38姗；、’m24(15)．．．卢=arcsiIl去=盯csiIl器础．50浙江大学硕士学位论文废气处理工艺设计板间距H：(16)⋯Ⅳ≈o．ol×(11．6)×(o．5+2×o．46x800+700一200)+loo=414删实际取H=420Inm；全塔压降预计：(17)⋯尸=(1．1×3+0．5)×(11．62／19．6)+3．6×3×0．46×11．6+12=96毫米水柱除雾板的计算：板上塔段的高度根据经验值取彬=(O．8～1)(D一么)，取髟=(刃一吃)=500咖，塔板和除雾板可以采用相同尺寸，只是塔板为内向板，除雾板为外向板。(2)第二级填料吸收塔生化管路废气与非生化管路废气经过分别处理后汇总经过最后一级填料塔，设计抽风量为4500m3／h．设计吸收液液气比为6L／IIl3，则吸收液循环量为27m3m。参考相关设计资料【23】，假设气体为常温常压。吸收液比重按照1．05计算，、I，=p水／pL=0．95，25℃水的粘度为1．OlllPa．s'填料选择50II蛐的阶梯环，国内阶梯环特性数据见下表4_6，表“碱洗塔内阶梯环填科特性数据口Ⅷ则：25℃、101．3kPa下，(1)⋯pg=1．29x273／295=1．20kg／m3关联图上横坐标：㈤⋯岳×后=器x=O．178根据横坐标0．178，查得液泛线下纵坐标为0．1，则液泛气速为：(3)⋯Vf=设计气速取液泛速度的70％，则设计气速：(4)⋯u=3．O×0．7=2．1毗23=3．Om／s浙江大学硕士学位论文废气处理工艺设计所需塔径：㈣⋯。=悟=鼯堋7m，厂区现有塔径为2．O填料塔，在2．Om塔径下，气速0．63m／s，在该气速下，填料塔泛点和压降通用关联图上纵坐标：(6)⋯孚×告w2=咝等业×怎×10一一o．叫gpLy·西Iu)u查关联图，纵坐标0．004，横坐标为0．178的点在40Pa和50Pa这两条等压线之间，内插即得单位高度填料压降约为45P池。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(2)风管风管采用聚丙烯外包玻璃钢管道，系统主风管风速取4。0n以，则主风管直径为600I砌，实际风速4．42In／s，车间管径根据实际风量分别决定。(3)水泵旋流板塔吸收液循环液量为12m3m，吸收液循环泵采用40FS．12．18，1．5kw型增强型聚丙烯耐腐蚀泵，流量12m3／h，扬程18m，共2台，一开一备。填料塔吸收液循环量为27m3／h，吸收液循环泵采用FP65．50．160，5．5kw型增强型聚丙烯耐腐蚀泵，流量30m3／h，扬程25m，共2台，一开一备。(4)pⅡ和电气控制填料碱洗塔内均安装pH自动控制系统一套。系统安装电气控制柜一套。4．4．2ABL车同、储罐区、污水站废气处理系统(1)吸收塔ABL车间和储罐区废气处理系统采用水洗+等离子体+碱洗+生物滴滤塔的处理工艺，水洗塔采用旋流板塔，碱洗塔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2500m3／h。设计吸收液液气比为6Um3，则吸收液循环量为15m3／h，假设气体为常温常压．ABL车间废气的平均分子量：(1)--．五：竺删+旦×58+坐×71：39．8浙江人学硕上学位论文废气处理．[艺设计塔板数计算：按80％去除效率计算，(2)⋯厶=躐观69，则需3块塔板，则单板效率约45％．实际气体重度：(3)⋯y=翥×蠹x等观-4从斤脯气流负荷：(4)⋯形万：2500×瓜：3657公斤Z米％／时按照：(5)⋯级≈lo、／嘶=lo√3657×压可=665毫米，考虑到塔径规格，现取(6)．．·。=700一、4=600嬲、见=2。。d等于孚)初取叶片参数：口=25。，6=5mm，m=24片；穿孔面积：(7)⋯A俨娜na一蒜】_o．785(0．62_o．22)(sin25。一焉箸M。97m2核算穿孔动能因子：(8)．．．胁∑型!：塑Z：lo．5～3600A。3600×O．07基本符合要求溢流装置：溢流口总面积：(9)⋯Ay=6L=6×12=72cm2溢流口总面积72cm2用2根溢流管，i_2，每溢流口面积Ayl气Ay／译36锄?取b=3cm，l-10cln，(10)⋯Ayl=lOx3+o．785×9=37．065cIn2此结果与理论结果36锄2相差不大，此溢流口参数基本可行；溢流管直径：(11)．．．蚴忙20挎4‰浙江人学硕士学位论文废气处理工艺=设计选用①57×3．5的管子；溢流口流速：(12)⋯u-2．78L／Ay=2．78×12／(2x36)=o．46m瓜；罩高：(13)⋯hz=坐咖瑾+6：掣咖25。+5：38姗；、’m24叶片径向角：(14)⋯p：arcsin丝：arcsin型≈19．5。、7’历600板间距H：(15)⋯∥≈o．ol×(11．6)×(o．5+2×o．46x800+700一200)+100=414毫米实际取H=420Il：1lIl；全塔压降预计：(16)⋯尸=(1．1×3+O．5)×(11．62／19．6)+3．6×3×O．46×11．6+12=96毫米水柱除雾板的计算：板上塔段的高度根据经验值取够=(O．8～1)(刃一见)，取够=(刃一见)=500Imn，塔板和除雾板可以采用相同尺寸，只是塔板为内向板，除雾板为外向板。(2>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2500m3／11．设计吸收液液气比为6L／n13，则吸收液循环量为15m3危．假设气体为常温常压。吸收液比重按照1．05计算，、I，=p水／pL=o．95，25℃水的粘度为1．0mPa．s，填料选择50衄的阶梯环．则：25℃，101．3kPa下，(1)⋯pg=1．29x273／295=1．20k耐关联图上横坐标：(2)⋯岳×赝=器×=0．178根据横坐标0．178，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70％，则设计气速：(4)⋯u=3．0x0．7=2．1n以所需塔径：(5)⋯=3．0m／s。=层=焉-o-65m，厂区现有塔径为2．O填料塔，在2．Om塔径下，气速0．22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w2=丝等塑x高x102-o．毗gpLy·西lU)U查关联图，纵坐标0．002，横坐标为0．178的点在40Pa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；lO生物滴滤塔；ll营养液计量泵；12，13填料取样口，14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12‰，塔高14‰的有机玻璃制成，填料层总高度600lnm(3×200mm)，循环液槽高300Inm，塔内填料采用直径约16mm～20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，营养液由计量泵从循环液槽提升至塔顶向下喷淋．经过两个月的挂膜培养，实验期间考察工艺参数对去除效率的影响，实验表明：进气浓度一定时，随着停留时问的增加，去除效率相应增加。停留时间在20s至80s之间，随停留时间的增加去除效率从50％提高到95％以上；当停留时间一定时，随进口浓度的增加，去除效率呈现下降趋势，停留时间越长，这种趋势越明显，但是绝对去除量随停留时间的增加而增加．通过实验证明生物滴滤塔废气在进气量为0．685m3／ll，喷淋量为30m，EBRT(空塔停留时间)60s，塔内循环液pH在6．0～8．o之间时生物滴滤塔处理二甲苯取得较好的效果，二甲苯的处理效率达到稳定，连续的监测数据见下表4．7：表4-7生物滴滤塔稳定期连续监测数据由以上数据可知，在进口气体平均浓度为567n唔／m3，出口气体平均浓度为144咖3，二甲苯平均去除效率76．8％，由此可大致估算该滴滤塔对于二甲苯的有机负荷为47．59／(m3填料牡)．经过估算废气处理系统进口甲苯浓度为600m咖3左右，生物滴滤塔进口甲苯浓度为400吣3左右，依据以上数据以及参考相关资料【27l该生物滴滤塔设计参数见表4．8：浙江大学硕士学位论文废气处理j二艺设计该塔式结构配置风管接口、填料支撑板、填料，人孔、喷淋管路等。壳体采用PP材质，支撑板采用PP材质的格栅板．填料：采用多面空心球形悬浮填料。该填料具有比表面积大、压降小、免维护等特点。填料采用抗生物降解、耐酸碱、价廉易得的PP材质，该填料不会因自身腐烂而产生恶臭，材质对人体无害，不会造成二次污染，使用寿命10年以上。该填料空隙率90％，比表面积236m2／m3，堆积密度105kg／m3【冽(挂膜后300—400kg／m3)，工作压降<250P池．喷淋系统：主要包括喷淋管路、喷嘴和监测仪表等部件组成。喷淋管路由管道，流量计、喷嘴、阀门等部件组成。管道均采用PP材质；喷嘴选用PP材质的无堵塞螺旋喷嘴，该嘴喷雾效果好，雾化程度高，保证喷淋液均匀喷洒；循环水泵连续运行，出口上装有手动球阀。仪表为pH、温度一体化检测仪，共l套．喷淋水泵选用氟塑料泵，型号50FsB(L)．20，流量=20m3／ll，扬程-20m，N=4kw，共2台，l用1备。加药槽：外形尺寸Q1000×100011：吼，1只，带搅拌机，功率0．75kW．共配置计量泵l台，型号PSlD048c，流量170讹，压力lObar，用于供给营养液。(3)风管风管采用聚丙烯外包玻璃钢管道，系统主风管风速取5．0m／s，则主风管直径为300111IIl，实际风速5．5“s污水站主风管管径取300岫，实际风速2．75“s．车间管径根据实际风量分别决定．(4)水泵吸收液循环液量为15m3／h，吸收液循环泵采用PF65．50．10l，4．0kW型增强型聚丙烯耐腐蚀泵，流量25m3／h，扬程25m，共2台，一开一备．浙江人学硕上学f讧论文废气处理工艺设计圆pH和电气控制填料碱洗塔内均安装pH自动控制系统一套。系统安装电气控制柜一套。浙江大学硕士学位论文电气设计5电气设计5．1设计范围和设计依据电气设计依据参照((民用建设电气设计规范》(JGJ厂r161992)，《低压配电设计规范》(GB50054-95)。本工程电气设计范围为废气处理系统内全部供配电，具体包括：(1)380／220v低压配电间及配电系统；(2)所有用电设备的供电及控制；(3)建筑物、构筑物照明及控制；5．2工程界面与厂区供电部门的界面：以总控制柜的进线电缆为界，电缆头以前部分属厂区供电部门负责，电缆头以后部分属设计范围。5．3装机容量本工程所有用电设备电源电压为380／220V，装机容量见表5．1．表S11工程装机容量5．4电力与照明管线的敷设方式动力线、照明线，信号线将按照有关《低压配电装置及线路设计规范I(GB50054-92)和现场实际情况，采用穿管或埋地方式进行敷设。3l浙江大学硕士学位论文’技术经济分析6技术经济分析6．1工程设备材料投资费用各部分报价明细见表6．1。表6-l废气处理系统价格6．2运行费用本项目年运行费用包括电费、药剂费、人工费，具体为：1)电费项目使用功率28．45w，电费按照0．80元／kw．h计．年累计电费：28．45×24×300×0．8×0．8=13．1万元。2)水费消耗营养物平均每天消耗为4．okg，按8000元／吨计，平均每天费用约32元．运行过程中根据情况如需投加适量液碱，平均每天需要消耗约80kg，按2000元／吨32浙江人学硕士学位论文技术经济分析计，每天液碱费用为160元，共为6．06万元／年3)人工成本本项目建成投运后，基本无需管理操作，所以可由污水处理系统工作人员兼职不增加人工成本。综上所述，年运行费用：6．06万元．33浙江大学硕士学位论文安全牛产和环境保护7安全生产和环境保护7．1安全生产从1995年1月1日起，《中华人民共和国劳动法》正式实施，其中对操作工人的劳动保护和安全生产进行法律保护。因此，本工程的劳动保护安全卫生设施必须符合国家规定的标准。在废气处理系统运营之前，须对操作人员、管理人员进行安全教育，制定必要的安全操作和。各处理设施走道和领空天桥均设置保护栏杆，用黄色警告色标色，其走道宽度，栏杆高度和强度均符合国家劳动保护规定。在进入喷淋塔和生物滴滤塔装置、废气输送管道等含有毒有害气体的容器或场所前，必须先用空气换气l小时以上，并测试其中的空气质量，确认该场所不存在有毒