有機(jī)硅行業(yè)有機(jī)廢氣VOCs末端治理生物除臭工藝

隨著國內(nèi)有機(jī)硅數(shù)量和品種的持續(xù)增長，應(yīng)用領(lǐng)域也不斷拓寬，已形成了化工新材料界獨(dú)樹一幟的重要產(chǎn)品體系。由于近幾年產(chǎn)能的快速增加，對環(huán)境的壓力也越來越重，而硅油行業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的VOCs廢氣也一直是行業(yè)治理的難點(diǎn)。尤其是硅氧烷成分的存在，使得常規(guī)的廢氣處理工藝在本行業(yè)的應(yīng)用受到了限制。但隨著生物技術(shù)不斷的研發(fā)和突破，根據(jù)已搜尋相關(guān)資料我們認(rèn)為生物法將成為此行業(yè)廢氣治理的解決方案之一。
一、硅油行業(yè)廢氣特點(diǎn)
1.1廢氣來源及污染物種類
硅油生產(chǎn)過程中涉VOCs廢氣主要來源于真空泵尾氣以及儲罐大小呼吸段產(chǎn)生的有機(jī)廢氣，主要污染物為：硅氧烷、異丙醇、環(huán)氧類、丙烯酸酯等，其他污染物隨使用原料成分和施工工藝等不同而有差異。
1.2廢氣濃度及風(fēng)量
真空泵尾氣根據(jù)實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生污染物濃度波動較大，在500~3000 mg/m³，風(fēng)量約為6000~30000 m³/h不等。
二、排放要求
硅油行業(yè)營運(yùn)期工藝廢氣和儲罐廢氣主要污染因子為非甲烷總烴，其有組織排放執(zhí)行《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB16297—1996)表2“新污染源、二級標(biāo)準(zhǔn)”中相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，其中非甲烷總烴要求＜120 mg/m3；對于某些區(qū)域則執(zhí)行《合成樹脂工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB31572-2015）標(biāo)準(zhǔn)，非甲烷總烴＜60 mg/m3。
三、行業(yè)痛點(diǎn)分析
根據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，近年來在硅油行業(yè)廢氣治理普遍采用兩種處理工藝：RTO蓄熱式熱力燃燒、噴淋法+活性炭吸附，由于行業(yè)廢氣特點(diǎn)，尤其是硅氧烷成分的存在，使得常規(guī)的廢氣處理工藝在本行業(yè)的應(yīng)用受到了限制。
原因分析如下：
1.廢氣濃度波動大，導(dǎo)致運(yùn)維成本高：硅油行業(yè)在實(shí)際生產(chǎn)過程產(chǎn)生的廢氣濃度波動范圍是比較大的。對于RTO處理工藝來說，在進(jìn)氣濃度達(dá)不到特定范圍時(shí)，為了保證出氣達(dá)標(biāo)，需補(bǔ)充大量的天然氣，使之廢氣充分燃燒分解。而對于噴淋塔+活性炭處理工藝來說，雖前期投資較低，但其具有選擇性，其吸附能力是有總量限制，存在著各別污染物因子不易被吸附，難以持續(xù)性穩(wěn)定達(dá)標(biāo)；而另一方面濃度范圍的波動會造成活性炭吸附飽和狀態(tài)較快，需定期進(jìn)行更換。且吸附飽和后的活性炭還需委外進(jìn)行處理。由此可以看出這兩種處理工藝為了確保前端生產(chǎn)能力不受到影響，需投入大量的運(yùn)行費(fèi)用。
2.硅氧烷特殊的理化性質(zhì)，造成處理難度較大不易出氣達(dá)標(biāo)：硅油在實(shí)際生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生污染因子硅氧烷，而對于RTO處理工藝來說，硅氧烷會與氧氣燃燒生產(chǎn)細(xì)小的二氧化硅晶體，其治理過程中會在陶瓷蓄熱磚內(nèi)壁及表面累計(jì)形成硅垢，繼而會造成處理設(shè)備壓阻過大而無法正常運(yùn)行，導(dǎo)致企業(yè)需停產(chǎn)進(jìn)行整修，清理蓄熱磚；且蓄熱磚隨著清理次數(shù)的增加，其蓄熱能力也不斷降低，處理效果難以保障，給生產(chǎn)型企業(yè)帶來了一定的安全和環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。而對于活性炭吸附技術(shù)來說，處理原理只是將污染物進(jìn)行轉(zhuǎn)移，并未徹底消解，其治理過程中會因硅氧烷揮發(fā)性較強(qiáng)的特性造成出氣可能超標(biāo)，同樣導(dǎo)致了企業(yè)運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)。
綜上所述，RTO及活性炭吸附處理工藝對于硅油行業(yè)的廢氣情況來說，治理存在著運(yùn)行操作繁瑣、出氣可能會不達(dá)標(biāo)、并且需投入不小的運(yùn)行費(fèi)用等缺點(diǎn)。
四、生物法適用分析
生物法是利用微生物的代謝功能對污染物進(jìn)行無害化處理，最終達(dá)到凈化的目的。整套工藝運(yùn)行安全、節(jié)能、不需要天然氣及電加熱，二次污染產(chǎn)生極少?？舍槍ξ廴疚镞x擇合適的微生物菌種以及運(yùn)行參數(shù)，給化工企業(yè)的VOCs尾氣治理帶來一個(gè)優(yōu)化的工藝選擇，與現(xiàn)有的廢氣技術(shù)形式互補(bǔ)，在一定程度上可扭轉(zhuǎn)化工企業(yè)面臨的環(huán)保與安全相矛盾局面。

結(jié)合對硅油行業(yè)的廢氣成分進(jìn)行分析，處理的難點(diǎn)主要在于硅氧烷的治理，通過相關(guān)文獻(xiàn)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)生物法是有機(jī)硅行業(yè)廢氣處理的解決方法之一。
在文獻(xiàn)“硅氧烷在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化及其對生物氣應(yīng)用的影響（環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào).35(10):3050-3056）中報(bào)道：在環(huán)境中，厭氧產(chǎn)甲烷、硫酸還原、硝酸鹽還原、好氧代謝等微生物化學(xué)過程均可能使聚硅氧烷發(fā)解聚/分解反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為揮發(fā)能力較強(qiáng)的小分子硅氧烷．這些小分子揮發(fā)性硅氧烷可以進(jìn)一步被生物降解，形成中間水解產(chǎn)物，一般為二甲基烷醇(Dimethylsilanediol，DMSD)．二甲基烷醇可以被進(jìn)一步生物降解 ，礦化成SiO₂、CO₂和H₂O。以D4為例，微生物對其降解的代謝途徑如下：

同時(shí)已有國內(nèi)科研團(tuán)隊(duì)證明，在DMC底物濃度為200 mg/L的情況下，72h生物降解后的濃度為14.68mg/L，降解效率在92.66%，由此可見，微生物降解硅氧烷的技術(shù)空間是較為巨大的，故此應(yīng)用在實(shí)際過程中，微生物法技術(shù)應(yīng)用在硅油行業(yè)廢氣治理是可行的，需選擇具針對性和定制性的微生物菌種和運(yùn)行工藝，有望便于達(dá)到預(yù)期的處理效果。
五、案例分析
某有機(jī)硅企業(yè)實(shí)際生物法治理VOCs廢氣工程案例：該企業(yè)主要生產(chǎn)有機(jī)硅高級產(chǎn)品，其生產(chǎn)波動較大，廢氣濃度范圍在500-1000 mg/m³，廢氣主要來源為：真空泵區(qū)域、儲罐區(qū)域，處理風(fēng)量為10000 m³/h。主要的污染物為：異丙醇、三甲胺、硅氧烷、甲醇、二甲苯等。處理工藝流程如下：

廢氣在經(jīng)過收集后進(jìn)入二級噴淋塔后，主要起到去除粉塵、調(diào)節(jié)溫度及pH的作用，隨后從生物滴濾系統(tǒng)底部進(jìn)入，有機(jī)廢氣在上升的過程中與循環(huán)液及填料表面的生物膜接觸，污染物分子首先被循環(huán)液及生物膜吸附，然后進(jìn)入微生物細(xì)胞被降解成CO2和H2O，凈化后的氣體從塔頂排出。含有微生物和營養(yǎng)鹽的循環(huán)液從塔頂向下噴淋，在填料層中自上而下流動，流回系統(tǒng)底部，再由循環(huán)水泵抽回塔頂。廢氣通過前端治理后最終排放。
此技術(shù)處理效率如下表顯示，在進(jìn)氣濃度為500~1000 mg/m³，出氣濃度在70~90 mg/m³ ，處理除率為 90 %左右，出氣達(dá)標(biāo)。由此看出生物法能夠?qū)υ撔袠I(yè)廢氣進(jìn)行有效處理，有望成為有機(jī)硅行業(yè)廢氣處理的解決方案。

來源：VOCs減排工作站