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线路板生产丝印区有机废气的净化 ＊ 李珊红 李彩亭 邓久华 崔 箫 肖辰畅 湖南大学环境科学与工程系, 长沙 410082 摘要 针对电子线路板厂洁净房丝印区有机废气污染的问题, 选择间歇式固定床活性炭吸附法净化有机废气的工艺 流程, 通过制冷能力和吸附量的估算, 设计空塔气速为 0 . 6 m s, 吸附剂为果壳活性炭, 装填高度为 1 m, 分双层多个抽 屉式填装, 运行后, 实际监测净化效果明显, 苯、甲苯、二甲苯的净化效率分别为 81. 59, 83 . 50, 85. 43, 换下的废活 性炭经再生解吸后可循环使用。 回收的有机溶剂掺在柴油中作为发电机的燃料。 关键词 线路板生产 有机废气 活性炭吸附法 净化 ＊湖南省自然科学基金重点项目 03JJY2002 资助; 湖南省科技攻关 重点项目 00SSY1007 资助。 1 前言 目前国内有多家港、台、 外资电子线路板生产厂, 其生产过程中有许多工序要用酸碱和有机溶剂进行 加工处理, 致使生产车间的空气中弥漫着酸 、 碱和有 机溶剂的蒸气, 明显感到有强烈的刺激性气味 。产生 的废气通常有 4 大类 酸性废气 、 碱性废气 、 铅烟和有 机废气 [ 1] 。这些废气刺激性很大, 腐蚀设备和建筑 物,且有机气体 主要成分为苯 、甲苯 、二甲苯 有剧 毒,浓度虽低,但能在人体内积累,是“致癌、 致畸、 致突 变”的三致物质 ,严重危害人体健康。若直接排放到环 境中,会造成大气污染。另外, 得不到 ISO14001 认证 , 其产品在国际市场上的销售也会因贸易壁垒问题而受 到影响 [ 2] 。为此,某公司在车间安装了通风换气设施 , 生产设备采用局部通风, 车间是全面通风换气, 酸、 碱 气体采用常规的吸收法进行了治理。但因有机废气难 以吸收,已有措施并未取得预期效果。目前,对于低浓 度有机气体 ,常用的治理方法很多 [ 3] , 但由于该线路板 厂有机废气产生点多,且这种有机气体的浓度很低,目 前在国内外其治理仍是一个难题 [ 4,5] 。本工程选取广 东某公司线路板厂处理难度大 、 产气量多的丝印区的 低浓度有机废气进行试点治理。 2 工艺设计 洁净房丝印区存在的问题 洁净房丝印区已安装 有空调装置,进出车间的风管装有高效过滤器 。但丝 印用有机油墨的溶剂挥发进入空气中, 尽管起始浓度 较低 ,但由于室内空气不断循环,污染物不断积累 ,致 使循环空气受污染, 室内感到有刺激性气味。 2. 1 设计要求 由于该公司产品对环境的要求 ,车间温度要求控 制在20 2 ℃, 相对湿度 50 5。在不增加空调 设备的条件下, 要求增设的废气净化系统对有机物的 去除效率高 ,且不能影响车间的正常运行 ,投资与运 行费用较低 。 处理后要求苯、甲苯 、 二甲苯等有机物达到大气 污染物综合排放标准 GB16297- 1996 的二级标准, 即苯 、 甲苯 、 二甲苯的最高允许排放浓度分别为 17、 60 和 90 mg m 3 。车间内空气中有毒物质容许浓度达 到中华人民共和国国家职业卫生标准 GBZ2- 2002 。即车间内苯、 甲苯、二甲苯的最大容许浓度为 6、 50 和 50 mg m 3 。 2. 2 工艺选择 丝印间的废气成分主要为挥发出的有机物,包括 苯、 甲苯和二甲苯等。其治理方法有 一是采用通风 换气的方法 ,把一定量受污染的空气排出去 ,补充新 鲜空气维持室内空气污染物的浓度在车间卫生标准 允许的浓度以下 。但实验证明 ,尤其是严冬或酷暑季 节,要将室外空气调节到室温的费用很高 [ 6] 。该方法 需要增加空调机的制冷能力, 能量消耗很大 ,运行费 用很高,且污染物总量没变,不宜采用。其二 增加中 效和高效过滤器及 TiO2光催化剂 , 以去除有机物的 异味 [ 7] ,排出废气再经净化塔吸收, 达标排放。该方 法需要净化吸收塔, 吸收液循环泵等 ,能量消耗很大, 运行费用也很高 ,且产生二次污染, 不宜采用 。其三 采用活性炭吸附法 [ 8,9] , 该法工艺成熟, 技术可靠, 净 化后亦可维持室内空气污染物浓度在车间卫生标准 允许的浓度以下 ,对大气环境的污染较小 。对类似这 43 环 境 工 程 2005年 6 月第23 卷第3 期 种生产情况的低浓度的有机废气的治理在国内外进 行了广泛的调研 ,未见处理实例。为此我们进行了一 系列研究试验发现 ,活性炭吸附法处理效果好 ,且不 影响正常的生产运行 ,故采用第3 种方法 。即在空调 机的回风管上增设 1 台活性炭吸附器和 1 台增压风 机,活性炭吸附器作保温处理 ,其余不须改动 ,大大节 省了投资 。 2. 3 活性炭吸附器的选择 活性炭吸附有机气体 苯 、甲苯和二甲苯 的机 理 [ 10] 由于活性炭为多孔性固体吸附剂, 表面存在着 剩余吸引力 ,故表面具有吸附力, 低温时主要是物理 吸附 ,也称范德华吸附。这种吸附过程是可逆的, 且 放热 。当系统的温度升高或被吸附气体的压力降低 时,被吸附气体将从固体表面逸出, 而并不改变吸附 剂与吸附质分子原来的性状。低压时, 物理吸附一般 是单分子层吸附 ,当吸附质气压增大时 , 也会变成多 分子层吸附。 按活性炭是否可再生 ,活性炭吸附器分为有再生 功能和没有再生功能两类 [ 11] 。其经济技术参数对比 如表 1 所示 。 表 1 两种活性炭吸附器的经济技术参数对比 吸附器的类型有再生功能没有再生功能 设备的处理能力 m3h- 1 10 00040 000 压降 Pa3 924980 单价 元120 00075 000 数量 台41 配套风机功率 kW430 12030 运行电费 元d- 11 584396 一次性投资费用 元480 00075 000 活性炭一次填装量 kg1 5001 500 备注 装炭装置是单层, 炭可再生。再生几 次后效率降低。 装炭装置是双层多 个抽屉, 换炭时只需 拉出抽屉换炭即可。 由表 1 可知, 前者活性炭虽可再生, 但因为车间 温度的要求 , 能量损耗很大, 且造价昂贵 , 两者相差 40 多万元。而果壳活性炭不到1 000元 t , 3 个月更换 1 次, 其差价可供换炭十几年。而换下的废活性炭可 利用该公司锅炉房的水蒸汽经集中再生解吸后可循 环使用; 回收的有机溶剂掺在柴油中作为该公司发电 机的燃料 ; 实现资源的综合利用 。其次 , 前者动力消 耗为后者的4 倍 ,风机功率将达 120 kW, 运行电费多 1 188元 d ,1年则为 43. 36万元,可见前者并不比后者 经济 。故该工程工艺设计中选用不可再生的固定床 活性炭吸附器。 2. 4 工艺流程 有机废气治理工艺流程如附图所示 。 附图 活性炭吸附有机废气工艺流程图 1, 10阻火过滤器; 5, 14进气口; 2, 9总风阀; 6, 13活性炭吸 附器; 3离心风机 带防火设施 ; 7, 12出气口; 4, 8, 11, 15支管 风阀; 16补风阀。 当废气净化系统正常运行时,吸附Ⅰ和Ⅱ部分同 时工作。即先开启总风阀 2,支管风阀 4 和支管风阀 15,车间回风由增压风机从回风管抽送到活性炭吸附 器,在吸附器中清除污染成分后经支管风阀 8 和支管 风阀 11 及总风阀 9 送入空调器补充冷量再送入车 间。其次, 补风阀的开启程度依据空调机上显示的温 湿度来调节 。当监测车间卫生指标超标时,调节总风 阀2 中的风量 ,依次关闭支管风阀15 和11, 再拉出活 性炭吸附器 Ⅱ部分的抽屉更换活性炭 。然后依次开 启支管风阀 15 和 11, 活性炭吸附器 Ⅱ部分工作。再 关闭支管风阀 4和 8, 拉出活性炭吸附器 Ⅰ部分的抽 屉更换活性炭。均更新完活性炭后 ,重新调节总风阀 2 中的风量 , Ⅰ 、Ⅱ部分又同时工作。依次循环进行。 当需要检修时, 总风阀 2 和 9 同时关闭 , 废气净化系 统停止运行 ,不会影响正常的生产。换下的废活性炭 经再生解吸后可循环使用 ; 回收的有机溶剂掺在柴油 中作为该公司发电机的燃料。 3 设计参数 3. 1 制冷能力估算 3. 1. 1 原始条件 1 车间空调控制条件 20 2 ℃, 相对湿度 50 5; 2 空调机送入车间的冷风量 Q1 50 000m 3 h; 3 燧道炉烘干间抽走风量 Q210 000 m 3 h ; 44 环 境 工 程 2005年 6 月第23 卷第3 期 4 空调机循环 回风 风量 Q340 000 m 3 h ; 5 补充新鲜空气量 Q4 10 000 m 3 h; 6 现有 空调机 制冷 能力 C 120 2 240 kW。 3. 1. 2 冷量消耗 1 补鲜风由35 ℃ 降至20 ℃ 所需冷量 53 . 0 kW; 2 循环风循环中损失冷量 约 5 ℃ 70. 7 kW; 3 丝印机消耗的冷量 26台 30. 3 kW; 4 操作工散热 40 人 损失的冷量 6. 0 kW。 考虑 20 的估算误差, 消耗总冷量为 192. 0 kW 空调制 冷 能 力 为 240 kW , 较 估 算的 制 冷 能 力 192. 0 kW高 48. 0 kW ,制冷能力可满足要求。 3. 2 吸附设备的设计参数 1 活性炭吸附器 不可再生固定床活性炭吸附 器, Q 40 000 m 3 h,压降为 785～ 980 Pa, 空塔气速为 0. 6 m s, 壳体为 6 mm 普通钢板 ,内外做防腐处理。 2 活性炭 果壳活性炭 ,炭层厚度为1 000 mm, 分两层 ,活性炭的装入量为1 500 kg 次 , 当定期监测 卫生指标超标时 , 更换活性炭。卫生监测表明, 3 个 月更换1 次 。换下的活性炭经集中再生解吸后,可循 环使用。回收的有机溶剂掺在柴油中作为该公司发 电机的燃料。 3 保温材料 聚苯乙烯泡沫塑料板保温 [ 12] 。 4 增压风机 型号 BF4-72 -11, No . 12C, 风量 Q 40 107 m 3 h , 压 头 H 1 166 Pa, 电 机 转 速 900 r min, 功率 30 kW。选用的风机带有防火防爆装 置,采用降压启动。 4 运行效果 系统运行后, 对洁净房丝区废气净化系统的进出 口排气作了采样监测,分析监测结果报告如表 2所示。 表 2 丝印区废气净化系统进出口气体的浓度 项目 进气口污染物的浓度 mgm- 3 第1 次第 2 次第3 次 出气口污染物的浓度 mgm- 3 第 1 次第2 次第 3 次 净化 率 苯52. 8652 . 7052. 709 . 719 . 719 . 7181 . 59 甲苯18. 3718 . 3618. 353 . 033 . 033 . 0383 . 50 二甲苯2 . 582. 462 . 380 . 360 . 360 . 3685 . 43 注 出气口苯及苯系物的排放速率均为0. 00003 kg h。 8 月 17 日, 在气温 25 ℃, 相对湿度 55, 气压 102 kPa,风速 0. 7～ 0. 9 m s 的条件下, 对该公司线路 板车间丝印区的 11 号机 、 21号机、 4 号机、 2 号遂道炉 的员工操作位的油墨气体采样进行卫生监测 ,结果如 表3 所示 有毒作业劳动时间为 8 h 。 表 3 线路板车间丝印区有毒物质监测结果 采样 地点 毒物 种类 毒物 级别 测定结果 mgm- 3 第 1 次第 2次第 3 次 苯Ⅰ0. 50. 5 0. 5 11甲苯Ⅲ1. 01. 0 1. 0 二甲苯Ⅲ2. 02. 0 2. 0 苯Ⅰ0. 50. 5 0. 5 21甲苯Ⅲ1. 01. 0 1. 0 二甲苯Ⅲ2. 02. 0 2. 0 苯Ⅰ0. 50. 5 0. 5 4甲苯Ⅲ1. 01. 0 1. 0 二甲苯Ⅲ2. 02. 0 2. 0 苯Ⅰ0. 50. 5 0. 5 2甲苯Ⅲ1. 01. 0 1. 0 二甲苯Ⅲ2. 02. 0 2. 0 由表 2、 表 3 可知 ,经过上述工艺流程处理后, 排 放废气中苯 、 甲苯、 二甲苯等有机物浓度均优于大气 污染物综合排放标准 GB16297-1996 二级标准的要 求 苯 ≤17 mg m 3 , 甲 苯 ≤60 mg m 3 , 二 甲 苯 ≤ 90 mg m 3 。车间内空气中有毒物质浓度达到中华 人民共和国国家职业卫生标准 GBZ2 -2002 的要求。 即车间内苯 、 甲苯、二甲苯的浓度远小于规定的最大 容许浓度值 6、 50 和 50 mg m 3 。丝印间有毒物质苯、 甲苯 、 二甲苯的净化效率分别为 81. 59, 83. 50, 85. 43。 5 问题 在运行和未运行净化系统时,丝印区空气中含尘 浓度均有超标, 但 8 月 30 日下午清洁后含尘浓度大 大降低。尘超标可能是丝印区设备 、 人员洁净服及地 面粉尘过大引起的 ,务必每周清洗洁净服一次以上, 其他清洁工作应做好 。另外, 活性炭比设计时间提前 达到饱和, 其原因可能是室内湿度较大 , 水分子易吸 附在活性炭表面 ,降低了对有机物的吸附能力 [ 13,14] 。 6 结论 电子线路板生产洁净房丝印区的有机废气可通 过新增净化系统 固定床活性炭吸附器的方法治 理。优点在于废气净化效率高 , 无二次污染 ,废气净 化系统运行与否均不影响正常生产 。以果壳活性炭 作为吸附剂 ,经吸附处理后 , 有机废气中的苯、甲苯、 二甲苯的净化率分别为 81. 59, 83. 50, 85. 43, 达到废气排放要求及车间卫生要求 。且该方法处理 线路板废气充分考虑了该公司的实际情况,综合考虑 了经济效益 、 环境效益和社会效益, 实现了处理效果 好、 操作简单、 投资省 、 运行费用低的目标 。 下转第 48 页 45 环 境 工 程 2005年 6 月第23 卷第3 期 中低沸塔的尾气处理措施进行改造 ,由变温吸附工艺 改造为变压吸附 ,在聚氯乙烯生产规模不断扩大的同 时使其对环境的污染程度减轻 。 4 结论与建议 1 聚氯乙烯树脂是我国重要的有机合成材料。 广泛用于工业、建筑、农业、日用生活 、 包装、电力、公 用事业等领域。随着国民经济的发展, 其需求量也不 断地增加, 聚氯乙烯树脂的生产规模将逐步扩大, 其 生产工艺也将不断的进行改进 ,与此同时也应加大生 产过程中的污染物的治理力度 ,减少对环境的污染 。 2 不论是采用石油法和电石法生产聚氯乙烯树 脂,其生产过程中, 均会产生含有高浓度氯乙烯单体 的分馏废气 ,氯乙烯单体为 Ⅰ级危险毒物 ,强致癌物 质。如果采取的治理措施处理效率达不到要求,导致 分馏废气的超标排放, 对环境和人体会造成较大的 影响 。 3 目前 ,我国现有聚氯乙烯生产过程中治理含 高浓度氯乙烯单体的分馏尾气 ,均采用活性炭变温吸 附的方法; 从多年来的运行情况来看, 这种方法对操 作和管理水平的要求比较高, 对工艺条件如温度、压 力等控制要求也比较严格 ,如果出现过高或过低都会 影响处理效率, 且能耗较高。 4 采用活性炭变压吸附处理聚氯乙烯生产过程 中低沸塔尾气的方法是目前较为理想的处理措施 ,建 议对目前的变温吸附方法进行改造 ,以保证在聚氯乙 烯生产规模在扩大的同时 ,不增加甚至减少对环境的 污染 。 作者通讯处 师莉娟 030002 太原市桃园三巷 93 号 太原市环境 科学研究设计院 2004 -10 -10 收稿 上接第 45页 参考文献 1 岑超平. 线路板生产废气的治理. 环境科学与技术, 2001. 7 24～ 26. 2 郑亚南主编. 如何通过ISO14001认证. 北京 学苑出版社,2000. 3 田森林, 宁平. 有机废气治理技术及其新进展. 环境科学动态, 2000. 1 23～ 28. 4 杨显万等. 生物法净化低浓度挥发性有机废气研究. 中国工程科 学, 2001. 3 9 64～ 68. 5 毛国柱, 闻见平等. 生物法净化有机废气研究进展. 现代化工, 2002. 第22 卷增刊 70～ 72. 6 赵毅, 李守信主编. 有害气体控制工程. 北京 化学工业出版社, 2001. 8 142～ 144. 7 P . 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It was indicated that desulfurization of condensing fluegaswas intensified by fog lye. Keywords Ca OH 2slurry droplet, condensing flue -gas, desulfurization and spray PURIFICATION OF ORGANIC WASTE GAS FROM THE WIRE PRINTED DISTRICT OF PRINTED CIRCUIT BOARD PLANTLi Shanhong et al 43 Abstract The flowchart of the intermittent fixed be active carbon adsorption for purification of the organic waste gas was selected in accordance with the organic waste gas pollution problems from the wire printed district of the printed circuit board plant. Through the calculation ability of the causing cold and quantitites of the adsorption. some parameters of the activated carbon adsorption are designed, such as the gas velocity of the empty tower was about 0. 6 m s, the activated carbon is coconut. The activated carbon adsorption bed was designed as double story with drawers. After the adsorption bed purification, practical monitor testified the efficient of the benzene. toluene andxylene purifiedto 81. 59, 83. 50, 85. 43 by adsorption. The waste activated carbon was accumulated and desorption. The recycle organic products were mixed into the diesel oil to be used as fuel of motors. Keywords organic waste gas, production of printed criculit board, activated carbon adsorption and purification ATION OF ATMOSPHERIC POLLUTANTS DURING PRODUCTION OF POLYVINYL CHLORIDE AND TREATMENT MEASURESShi Lijuan et al 46 Abstract It is explained that the production position and features of vinyl chloride monomer during the production of polyvinyl chloride PVCby analyzing the manufacturing process of PVC. Based on which its treatment conditions are also analyzed, and finally high -efficient and feasible controlling measures are proposed. Keywords PVC, production of pollutant, influence and control measures APPLICATION OF AMMONIA PROCESS FLUE GAS DESULPHURIZATION TO COAL -FIRED BOILERZhou Jianhong et al 49 Abstract Taking the project of 75 t h pulverised coal combustion boiler as an example, this paper discusses the application of ammonia processflue gas desulphurization to the coal -fired boiler. The result shows that, with the desulphurization unit is put into operation, average desulphurization effect in the system has reached 95. 92percent, and sulfur dioxide content in the flue gas from the boiler has been reduced to less than 135 mg per cubic meter, which is far lower than the specified limits. This paper also discussed operating index, treatment effect and existing problems. Keywords desulfurization by ammonia process, FGD, coal-fired boiler and sulfur dioxide DESIGN PRINCIPLE OF MODERN SOLID WASTE LANDFILL SITE AND ITS APPLICATION Wang Yanming et al 51 Abstract The design principle of modern landfilling site is summarized herein. An example project called Shanghai Laogang Landfill Site Phase -Ⅳis referred to show the detailed application of the theory. Keywords modern landfilling, design principle, constructing by stages, developing plan, high dimension and double anti-seepaging layer STUDIES ANDTECHNICAL DESIGNS OF ON -SITE TREATMENT OF NIGHSOIL AND KITCHEN GARBAGEChen Zhulei et al 54 Abstract This paper offers a suitof disposal techniques at source of the night soiland kitchen garbage. A pilot -scale system. whichwasused to dealwith the night soil and kitichen garbage from one unit of a residential building for simulationwas designed according to the data of lab-scale trials. The system comprises vacuum collection, anaerobic digestion of solids, composting of digestive sludge and anaerobic -aerobic disposal of mixed sewage. Its handling capacity was0. 2 t d. The night soil and kitchengarbage can be collected at source and disposed at locale, synchronously, the bacterial fertilizer and methane can be produced through the system. Keywords night soil, kitchen garbage, vacuum collection and anaerobic digestion STUDY ONTECHNOLOGY OF OPTIMIZAITONTREATMENT OF LIVING RUBBISHES IN CITIES AND TOWNSLiu Dayi et al 57 Abstract The present situation of technology of treating living rubbish is synopsized, the technology of optimization treatment of living rubbish is put forward, and comparedwith the present technology. The engineering example indicates that the new technology has high efficency of treatment, it isworth popularizing. Keywords cities and towns, living rubbish and optimization treatment technology STUDY ONDETERMINING CONCENTRATIONOF TOTALVOLATILE ORGANICCOMPOUND IN 4 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 23,No. 3, Jun. , 2005