环保知识:浅谈活性炭吸附工艺的十大问题

2018-12-14 10:18:10 130

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活性炭工艺现场示意图

使用方法:通过活性炭的自然吸附能力吸附废气,当吸附饱和后,活性炭脱附再生或交给专业危废公司处理。

原理:活性炭净化空气的物理吸附,如图所示四种情况:

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1.分子直径大于孔的直径,由于空间位阻,分子不能入孔,因此不吸附;

2.分子直径等于孔的直径,吸附剂的捕捉力很强,非常适合低浓度吸附;

3.分子直径小于孔的直径,孔内发生毛细管冷凝,吸附容量大;

4.分子直径远小于孔的直径,吸附分子很容易解吸,解吸速率高,低浓度下的吸附量较小。

国内运用活性炭吸附的治污工艺设备,制造其的环保公司对设备的除污参数,基本上都会提到这类设备的除污效率达到90% 以上, 但是事实呢? 经专家和实验数据表明,在实际除污应用过程中,除污效率达到90%以上只是理论值。但是,在不同的工作环境下,其除污效率远比这个理论数值低。那这是什么原因呢?

活性炭的吸附作用,主要是与活性炭的结构有关。活性炭表面原子通过络合作用、氢键、离子交换等多种方式结合起作用。活性炭虽然吸附速率快,但对有机气体吸附的选择性低,同时,活性炭对有机气体的吸附过程也受多种因素的影响,主要包括温度、工作环境湿度、水雾、酸度、灰尘及被吸附气体之间的相互作用等。

1、吸附量小

物理吸附存在吸附饱和问题,随着吸附剂的消耗,吸附能力也变弱,使用一段时间后可能会出现吸附量小或失去吸附功能,不适用于高浓度废气。吸附时,存在吸附的专一性问题,对混合气体,可吸附性会减弱,同时也存在分子直径与活性炭孔径不匹配,造成脱附现象;更为明显的是,从原理上看活性炭吸附只是将有毒害气体转移,并没有达到分解有害气体的功效。

2、温度影响

在通常情况下,活性炭吸附设备在温度方面,一般要求废气的温度低于40℃,25℃的吸附条件比较好,原则上需要对VOCs 气源进行冷却才能达到这个温度,而在实际的工作环境中很难做到恒温吸附VOCs,如果废气的温度超过400℃,活性炭的吸附效率就会急速下降。而且,当活性炭吸附一定量的VOCs 后暂停工作,则已经吸附VOCs 的活性炭会因气温或气压的改变又释放脱附VOCs。

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                    温度对VOCs吸附影响关系图

3、相对湿度影响

相对湿度也会对活性炭吸附设备的 吸附效率产生影响。

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      VOCs在不同湿度下的吸附效果

从我国华南地区的一个沿海大省气象局发布的环境数据看到,自2016年4月,该省白天气温已经出现30℃以上的温度,甚至在7-9月份,频繁地出现白天气温超过35℃的极端气候,碳箱蓄热近50℃。另外,该省自2016年3月开始,平均湿度长期超过70%了。再加上企业生产过程中产生的VOCs 的温度长期偏高,所含的湿气也超过了50%。因此,室外环境条件和废气环境条件共同作用下,导致了活性炭吸附效率大为降低。活性炭吸附设备的整体吸附效率不到其设计标准的50%。可想而知,在这种情况下,排出的气体,所含的VOCs肯定是超出了国家规定的可排放标准,直接对大气产生了污染。

4、气压影响

活性炭吸附VOCs过程,如果从低浓度向高浓度吸附,需要确保活性炭在负压环境下才能进行,在工厂生产实际应用中,设备不可能不停运作。当停止工作不再形成负压的环境,活性炭已经吸附的VOCs会脱附释放,再次污染环境。

5、酸性气体影响

活性炭表面酸性与吸附平衡有着密切的关系。活性炭表面酸性增加,则对酸性及中性有机物的吸附能力大幅降低,而大部分VOCs均显酸性。

6、粉尘影响

活性炭对VOCs 的吸附则主要受活性炭比表面积、孔径大小等物理特性的影响。因为活性炭的吸附是无选择性的,除了吸附VOCs,也会吸附粉尘,随着活性炭表面粉尘量的增加,活性炭的微孔被堵塞,比表面积降低,降低活性炭对VOCs的吸附能力,致使活性炭“中毒”失活。

7、企业易造假,存在着巨大环保风险

活性炭虽然便宜,但使用活性炭吸附法处理VOCs达标排放实际运维费用是十分高昂的,同时自然吸、脱附管理难、适用性受多种因素影响,不适合含粉尘、水汽、乳状物等废气处理,难稳定环保达标。且大量饱和后的活性炭处理更耗费巨大,该方法仅是将污染物吸附转移,如对饱和后活性炭转移过程无严格把关跟踪,则极易造成二次污染。但因前期投资少,企业自然选用较多,现虽监管难(炭箱内没有活性炭,活性炭设施过于简陋、几乎不换炭,活性炭选用与实际设计不符,使用量过少等),但环保部门终会有所行动的,存在着巨大环保风险。而且容易造假应付环保管理。(如:炭箱内没有活性炭,活性炭设施过于简陋、几乎不换炭,活性炭实际工程与设计不符,使用量过少等。)

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    图为广东某企业仅放少许活性炭并长期不更换、造假

6月12日,督查组对北京市东城区典盛经贸有限公司现场检查时发现,该公司调漆房作业期间门窗敞开,废气直排,VOCs收集处理设施闲置;打磨、抛光工序无抑尘设施;喷漆房底棉、活性炭长期未更换;大量废机油滤芯、废机油桶、废漆桶堆放在维修车间未转移处置。督查组已将检查发现的问题移交当地环保部门调查处理。

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有机废气处理设施内部无活性炭吸附装置

6月14日夜,督查组对济南市长清区济南艺高数控机械有限公司现场检查时发现,该公司喷漆房中漆雾和有机废气未经过滤棉和活性炭吸附直排,废气处理设施中有大量粉尘,活性炭吸附装置未安装到位。督查组已将检查发现的问题移交当地环保部门调查处理。

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废气治理设施无活性炭

8、使用过后的废活性炭是危险废物

性炭形状不定,通常是黑色粉末状或块状、颗粒状、蜂窝状,通过加工处理所获得。由于活性炭本身具有的吸附性能,能够吸大多数大气污染物,吸附效率较为理想,因此在生活中常被当作吸附剂使用。活性炭本身不具备危险性,因此被抛弃的纯活性炭不属于危险废物。

吸附VOCs后的废活性炭是不是危废?

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根据《国家危险废物名录》中关于HW12、HW49大类危险废物的定义,涂装行业和化工行业的吸附VOCs后的废活性炭(以下简称“VOCs废活性炭”)可明确认定为危险废物;

那么有的企业要问了:“我们不涉及上述两个行业在生产过程中产生的VOCs活性炭可不可以按一般固废的要求处置呢?”答案是:绝对不行。

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可见,其他行业的VOCs废活性炭属于HW49其他废物900-041-49的描述“含有或沾染毒性、感染性危险废物的过滤吸附介质”,故也应该被认定为危险废物。

VOCs废活性炭也没有在危险废物豁免管理清单之列。

可以确认,VOCs废活性炭不存在豁免情形,而是直接按照危险废物进行管理。

9、后期处理及其麻烦

产生了VOCs废活性炭该如何处理?

首先,废活性炭的管理计划必须向环保部门备案。

其次,企业不得擅自处置废活性炭。

最后,企业必须委托具资质单位或个人进行处置。

禁止将废活性炭交给供货商带回。(这是实务工作常见的违法情形)

违法处置VOCs废活性炭,该承担民事、行政、刑事责任。


10、安全性低

虽然活性炭吸附技术的设备相对简单,只需将一定量的活性炭颗粒固定在载体上就可以使用,且活性炭吸附在VOCs的稳定气流中,短时间内活性炭横截面积的吸附效果也显著,但是,对于源源不断的废气气流,这只是很小的一部分吸附,容易达到饱和,对于总体的吸附效率很低;再者,对废气中的臭氧、氮氧化物需要特种吸附材料吸附,常用的活性炭吸附材料不能满足。此外,由于VOCs绝大部分是易燃、易爆的化合物,VOCs处理工程在设计时要充分考虑安全。

总结:

1、活性炭吸附量小,不适用于高浓度以及混合气体废气

2、活性炭吸附只是将有毒害气体转移,并没有达到分解有害气体的功效。

3、 运维费用十分高昂。

4、 受温度、湿度、气压、PH值及粉尘的影响极大,难稳定环保达标。

5、 企业易造假,存在着巨大环保风险。

6、使用过后的废活性炭是危险废物。

7、后期处理及其麻烦。

8、安全性低,易燃易爆


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