化工企业实验室有机废气光催化净化工程研究

化工企业实验室有机废气光催化净化工程研究

王程帆

云南巨星安全技术有限公司，云南昆明650106

摘要：常规的废气控制技术有冷凝法、吸收法、燃烧法、吸附法和光催化氧化法等，但上述技术均存在自身局限性。冷凝法对冷媒和操作条件要求较高，且此方法不适用于低浓度有机废气。吸收法只对水溶性好的废气有效，同样不适于低浓度废气处理且二次污染问题严重。燃烧法能耗大、运行技术要求高、不易控制。吸附法具有设备庞大，流程复杂，当废气中有胶粒物质或其他杂质时，吸附剂易中毒等缺点。本文以某工程为例，对化工企业实验室有机废气光催化净化工程进行研究。

关键词：化工企业；实验室；有机废气；净化工程

一、处理要求和处理工艺

1.1废气处理要求

企业实验室废气污染因子为甲醇和非甲烷总烃，排气筒20m。废气最高允许排放浓度和厂界大气污染物排放限值执行《化学合成类制药工业大气污染物排放标准》(DB332015-2016)的规定，最高允许排放速率执行《大气污染物综合排放标准》(GB16297-1996)中二级排放标准的规定。如表1

1.2工艺流程设计

实验室中废气主要来源于通风橱、万向集气罩及定型机实验过程中产生的废气。鉴于各实验室尾气排风管的布置，结合实验室屋顶的实际情况，为避免废气的长管道输送，本方案将通风主管分为PF1-PF6，PF1为一组，PF2-PF6为一组，另外测试中心分为F12-F15四个废气收集管道。综合各实际情况，废气设计风量和处理工艺见表2。

实验室废气主要为甲醇等有机化合物，本设计中两套处理系统均以光催化氧化为主体工艺，风量分别为54000和56000m3/h。工艺流程见图1，实验室废气经过收集系统收集后，首先进入光催化装置，在紫外灯的照射下，大分子类物质发生一系列分解氧化过程，同时在该过程中还会产生少量的臭氧，可起到除臭味、杀菌的作用，净化后的气体经引风机至20m高排气筒达标排放。

三、工程运行分析

1、运行效果

分别对设备进出口废气浓度进行检测，排气筒高度为15m，主要检测项目为甲醇和非甲烷总烃。检测仪器为气相色谱仪，甲醇的测定依据《空气和废气监测分析方法》；非甲烷总烃的测定依据固定污染源排气中非甲烷总烃的测定(气相色谱法HJ/T38-1999)。检测结果见表4。

虽废气处理设备进口污染物浓度均未超出国家标准，但不排除由于特殊实验需要导致浓度骤升的可能，因此仍需做好废气净化工作。由表4可知，废气处理设备1#出口甲醇和非甲烷总烃的浓度分别为0.242和0.23mg/m3，结合进口浓度，可知设备1#对甲醇和非甲烷总烃的去除率分别为98.0%和98.6%。废气处理设备2#出口甲醇和非甲烷总烃的浓度分别为0.526和0.18mg/m3，去除率分别为96.1%和99.8%。两设备排气口污染物浓度远低于《化学合成类制药工业大气污染物排放标准》(DB332015-2016)规定的20和80mg/m3，同时满足90%以上的规定。废气处理设备1#出口甲醇和非甲烷总烃的排放速率分别为8.13×10-3和1.72×10-2kg/h，废气处理设备2#出口甲醇和非甲烷总烃的排放速率分别为7.74×10-3和6.21×10-3kg/h，均低于《大气污染物综合排放标准》(GB16297-1996)中新污染源的二级标准8.6和17kg/h。由此可知光催化氧化系统对有机废气中甲醇等污染物处理效果均非常显著。

TiO2的光催化反应的活性取决于许多因素，光催化剂表面因素如表面羟基、活性中心位、表面原子的种类及其配位状态等以及外界因素如光源、光照时间、废气浓度等。针对不同成分和浓度废气，要选择合适的反应条件，以产生更多的光生电子和空穴，并最大限度地避免电子—空穴对的复合，提高TiO2光催化剂的催化效率。光催化设备存在以下不足：第一，由于光催化剂分解有机物没有选择性，负载催化剂的材料也可能会遭到分解，一旦催化粒子脱落，负载材料便会失效；第二，催化剂粒子的团聚现象比较严重，导致比表面积太小，催化效果太弱，而由此又导致氧化反应不彻底，反而容易产生其他有害物质。第三，光催化反应对光源的选择性很强，只能在紫外光作用下反应，这也在一定程度上限制了催化效率。在工程应用过程中应做适当改良或注意规避可能出现的问题。

2、经济效益分析

该工程固定投资费用92万元；风机采用变频控制，实际使用功率按照35%计算，光催化实际使用功率按照50%计算，装机功率为158kW，运行功率为62.5kW，按每天工作8h，电耗为500kW·h/d，按电价为0.8元/(kW·h)计，则电费为400元/d；系统运行过程中无其他费用产生，因此运行费用合计为400元/d。

结束语：

针对化工企业实验室废气的特性，本工程采用两套光催化氧化工艺对其进行净化处理。处理系统稳定运行一段时间后，监测结果显示处理设备出口甲醇和非甲烷总烃的浓度分别不高于0.5264和0.18mg/m3，去除率分别可达98.0%和99.8%。处理系统污染物排放浓度和去除率均满足《化学合成类制药工业大气污染物排放标准》(DB332015-2016)规定。处理设备出口甲醇和非甲烷总烃的排放速率均不超过8.13×10-3和1.72×10-2kg/h，达到《大气污染物综合排放标准》(GB16297-1996)的要求。工程实例证明光催化氧化工艺对低浓度有机废气具有良好的处理效果。该工程固定投资92万元，运行费用400元/d，安装成本和运行成本低廉。

参考文献：

[1]杨玉峰，葛海泉．光催化氧化法处理挥发性有机废气的分析研究[J]．科技与创新，2017，1：105．

[2]曾斐，梅瑜，成卓韦，等．二氧化钛紫外光催化降解有机废气研究进展[J]．环境科学与技术，2013，36(6)：91-98．