印染行业定型废气减污降碳技术初探

顾震宇，王蕾豪，缪孝平，陆建海，杜彦磊

（1.浙江省生态环境科学设计研究院；杭州 310000；2.浙江省环境污染控制技术研究重点实验室，杭州 310000；3.浙江工业大学，杭州 310014；4.湖州市生态环境局长兴分局，湖州 313100）

我国印染行业定型废气治理技术主要以湿式静电为主[1，2]，存在有机废气净化效率较低的问题，高华生、陈和平等[1]采用传统“水喷淋+静电技术”处理定型废气，增加气/气换热回收余热，设备节能效率超过10%，但从全行业调研情况看，推广覆盖率并不大。当前，我国印染行业正处于深度转型，推动绿色化生产，实现减污降碳是印染行业迫切需要解决的问题。

1 定型废气处理技术

定型废气具有高温高湿、成分复杂等特点，处理环节难度较高，现有处理技术可分为回用技术与销毁技术两大类。回用技术是指通过改变温度、压力或采用吸附剂等物理条件达到分离定型废气中颗粒物、油烟及VOCs等污染物的方法，主要包括湿法除尘法、吸附技术、静电收集法等。销毁技术是指通过高温燃烧、光催化分解或生物发酵等使废气中的污染物转化为二氧化碳、水等无害无机物的方法，主要包括燃烧法和光催化法等。

1.1 湿法除尘法

湿法除尘法是一种印染行业常用的清洁技术，通过水泵增压和喷头作用，将液体雾化与油烟污染物碰撞接触，颗粒物被水雾捕获吸附截留在净化器内，达到气固分离的目的。喷淋洗涤通过对烟气进行喷淋洗涤，气液直接接触，可有效地降低烟气温度，使油烟颗粒冷凝聚集变大而易脱除，同时溶剂水也可吸收部分可溶性的有机气体，或通过掺入药剂提高疏水性物质的溶解度，进而提高废气处理效率。湿法除尘法能去除大部分直径＞2μm的油烟颗粒，净化后油烟浓度基本能满足现有排放标准的要求。目前，我国常用喷淋洗涤塔、文丘里除尘器等湿法除尘设备具有造价低廉、运行成本较低、运行稳定和除尘效率高等特点。但湿法除尘法仍存在对直径＜1μm的次微米颗粒物去除效率较低，废气降温时会产生刺激性气味等问题。

1.2 吸附法

吸附法是一种去除VOCs的传统方法，利用风机使定型废气通过装载活性炭、沸石分子筛等材料的吸附装置分离废气中的有害成分。目前，我国印染行业一般选用活性炭做为吸附剂，这是因为活性炭可以有效吸附定型废气中的VOCs成分，吸附效果较好，而且吸附饱和的活性炭在高温条件下能够脱附再生，活性炭可进行重复利用，同时活性炭表面吸附的有害物质能够在高温条件下催化燃烧转化成二氧化碳、水蒸气等无害物质排放。但活性炭吸附法存在运行成本较高、运行管理不到位等问题。谢开光、付智明等[2]在原有湿式静电处理的基础上增加了活性炭吸附、再生和催化氧化处理单元，颗粒物和有机废气的去除效率分别提高15%和13%。

1.3 静电收集法

静电收集法利用颗粒物经过静电场后获得荷电，形成荷电颗粒物，在电场力的作用下，向集尘极移动而被捕获。其完成需要具备2个条件：（1）有直流高压电源产生的不均匀强电场；（2）废气中需含有自由电子。根据极板是否使用水清洗，静电收集法可分为干式和湿式两种。

干式静电除尘器制造简单，净化效率高、运行费用低[3]且不产生废水，不足之处在于电极易被油性物质黏附，造成极板结垢，导致放电效果差；电极短路时（主要是废气中的纤维所致）容易造成黏附在电极表面的油性物质着火，发生火灾甚至爆炸。一般印染定型废气中纤维含量较低时，采取干式静电处理法。湿式静电除尘器的极板表面具有水膜，难以使黏附性油脂积聚，而且无颗粒物逸散现象，但需考虑洗涤废液的处理。静电处理方式去除效率高且操作压损小，附带有去除腐蚀性、毒性、少量臭味废气的功能，其在定型废气处理中的应用越来越广。

1.4 燃烧法

燃烧法是指借助燃油等助燃物质燃烧释放的热量完全分解定型废气中的VOCs，使其转化为CO2、水蒸气等，实现无害化处理。研究表明，定型废气平均氧含量为21%，而且废气中约98%的油烟颗粒具有可燃性[4]，故定型废气可通过燃烧法实现废气的无害化处理。

燃烧法可以分为直接燃烧法、热力燃烧法和催化燃烧法，三种燃烧法对定型废气的净处理效率均可达到95%以上[5]，处理后废气满足印染行业废气排放标准。同时，燃烧法在处理废气的过程中会释放大量反应热，可进行能量的回收利用。

直接燃烧法适用于风量相对较小的废气，废气中可燃组分浓度过低时需要添加助燃剂。

催化燃烧法对废气成分组成要求较高，如在染色、印花等环节中使用了含硫染剂或助剂，需先经过预处理后再进行催化燃烧，避免催化剂中毒等情况。

由于印染定型废气浓度相对较低，在湿式静电法能满足处理需求的情况下，企业没有追求更高去除效率的需求，因此当前利用燃烧法处理印染定型废气的案例并不多见。

1.5 光催化氧化法

光催化氧化法是指在特定波长的照射下，光化学性能材料激发生成·OH，催化氧化定型废气中VOCs及油烟颗粒成分，使其完全矿物化、无害化。该方法适用于风量大、废气浓度高及稳定性较强的有害废气。章文斌、王玲玲等[6]在原有湿式静电处理的基础上，增加了光氧催化装置，非甲烷总烃排放浓度在原基础上下降了60%左右。光催化氧化法在废水处理中得到广泛运用，但该方法在废气处理中的使用受到催化剂制备、工艺参数优化等问题限制，其在废气处理中的应用大多处于实验室的小试阶段，国内应用实例较少。

回用技术在减少定型废气中污染物排放的同时，在一定程度上可以提高资源的回收利用效率，但是部分技术运行能耗较高。在减污的同时，也需要考虑运行能耗，降低碳排放量。销毁技术可以有效降低VOCs的排放，但其生成产物二氧化碳排会放到大气中，同时部分废气在燃烧过程中因温度太高会生成中间污染物，如二噁英等，增加了污染物种类。销毁技术运行成本较高，在减污过程中常伴有电加热、燃气、燃油助燃等情况存在，大幅增加了二氧化碳的排放。在使用销毁技术处理印染行业废气时，应提高废气处理效率，降低污染物的排放，同时通过余热回收利用，提高热回收效率，降低企业能耗以及天然气的使用。

2 余热回收方式

定型废气具有高温、排放量大等特点，废气携带大量热能，若不加以利用，将造成巨大的能源浪费。目前，定型废气余热回收方式主要是气/气换热与气/水换热两种方式。

2.1 气/气换热

气/气换热方式是目前我国应用最广泛的定型废气余热回用方式。气/气换热方式是指从换热器热端进入的定型废气与冷端进入的冷空气在换热器中无接触完成热交换的过程。高温废气降温后，废气中的油脂等污染因子转化为较大颗粒物[7]，有利于后续的废气处理工作。同时，冷空气经过换热过程，温度升高至100℃—120℃，可将其做为定型机作业所需的洁净干热风，从而降低定型作业的能耗，达到节能的目的。

2.2 气/水换热

气/水换热方式是指利用高温定型废气加热管式换热器中通入的冷水，实现热交换过程。加热后的热水可做为生活用水或投入印花、染色与漂洗等生产过程。龚海华、陈亢利等[8]利用气/水换热器回收定型废气余热，每台装置每日可生产60℃冷却水110t，可减少企业550kg煤用量。

3 定型废气处理存在的问题

水喷淋/冷却+静电技术是当前印染定型废气处理的主流技术，但在实际运行过程中，依旧存在较多问题，具体如下：

（1）静电收集法对热定型过程排放的油烟和颗粒物有较好的处理效果，但对VOCs、臭气浓度等污染因子的去除效果不佳。

（2）定型机的耗能占整个染整加工过程的60%以上，一台定型机每天耗能折算标煤为8—10t，但是定型织物仅用到总能耗的30%[9]。目前常用的静电处理工艺适用于处理低温废气，而定型过程产生的废气温度较高，因此需要消耗能源对烟气进行降温，大部分的热能通过排风排入空气中，能耗利用率低。部分回收烟气余热的静电处理工艺，受未净化烟气油烟影响，易造成换热器管道堵塞等问题，实际运行效果差，推广难度大。

4 建议与展望

探索更高效的印染定型废气治理技术、提升VOCs去除效果、提高余热回收效率，对实现印染行业减污降碳具有重要意义。基于对印染行业定型废气处理存在的问题，结合其他行业先进减污降碳技术，可尝试改进常规蓄热式燃烧装置来处理高温定型废气。

（1）将定型机产生的高温废气进行收集过滤后通过管道连接进入RTO，将原用于定型机加热的部分天然气用于RTO加热，将燃烧室加热到760℃以上，高效处理油烟及VOCs废气。

（2）燃烧后的烟气通过炉膛取热以气/气换热方式加热新鲜冷空气，使其达到150℃—200℃用于定型机烘箱，其余热烟气则经过蓄热室热交换后排放。

（3）建议配备3个RTO，在提高排气余热利用效率的同时，也能避免蓄热室切换过程中蓄热室内残留的未处理废气直排。从技术角度分析，通过改进RTO工艺并充分应用余热回用系统对实现印染行业定型废气的减污降碳具有可行性。