1概述

橡膠輪胎的生產(chǎn)制造是橡膠行業(yè)的主體部分，約占橡膠行業(yè)工業(yè)生產(chǎn)總值的90％以上。2014年，全世界汽車使用橡膠輪胎約30億條，銷售額為2200多億美元。煉膠工序是輪胎生產(chǎn)的重要工序，生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量廢氣，并且組分復(fù)雜。根據(jù)美國(guó)國(guó)家環(huán)?？偩志幹频摹犊諝馕廴疚锱欧畔禂?shù)匯編》(俗稱AP一42)，橡膠輪胎廢氣排放因子高達(dá)63種，其主要排放因子為顆粒物、非甲烷總烴、氨氣、苯乙烯、硫化氫、二甲苯、甲硫醇、甲硫醚、羰基硫化物等物徹。除顆粒物、氨以及硫化以外，其他主要排放因子都可以歸為揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)的范疇。VOCs不僅會(huì)造成大氣污染，并且對(duì)人類健康危害巨大，會(huì)讓人們感到頭痛、惡心、嘔吐、四肢乏力，甚至出現(xiàn)抽搐、昏迷。

橡膠輪胎VOCs廢氣具有濃度低、氣量大、成分復(fù)雜等特點(diǎn)，國(guó)外VOCs廢氣治理技術(shù)分為物理回收技術(shù)和化學(xué)銷毀技術(shù)兩大類。物理回收技術(shù)包括壓縮冷凝、吸附、吸收等，化學(xué)銷毀技術(shù)包括熱力(催化)燃燒、(催化)氧化、催化轉(zhuǎn)化、生物轉(zhuǎn)化等。

2煉膠廢氣治理工藝選擇

目前，針對(duì)煉膠廢氣治理的方法主要有光氧化法、熱力燃燒法、活性炭吸附法、催化氧化法、低溫等離子體法。這幾種治理方法的優(yōu)缺點(diǎn)比鉸見表1。

由表1可見，采用低溫等離子+光氧化技術(shù)在處理煉膠廢氣方面具有很強(qiáng)的綜合優(yōu)勢(shì)。

3低溫等離子體-光氧化技術(shù)特點(diǎn)介紹

3.1低溫等離子體工藝原理

等離子體是繼固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)之后的物質(zhì)第四態(tài)，隨著電極兩端外加電壓的升高，電極之間的絕緣體(空氣、玻璃、其他絕緣體)被擊穿，產(chǎn)生包括電子、各種離子、原子和自由基在內(nèi)的混合體。當(dāng)電壓升高到一定值（N）的時(shí)候，達(dá)到電子和離子的運(yùn)動(dòng)極限值，達(dá)到這一極限叫等離子體。

根據(jù)試驗(yàn)測(cè)得等離子體的能級(jí)為15eV，有機(jī)污染物分子的能級(jí)小于11eV，因此等離子體完全有能力裂解污染物~-Y-7：的化學(xué)鍵。此外，空氣中的H2O、O2分子

將污染物氧化為CO和H2O。光化學(xué)反應(yīng)需要分子吸收特定波長(zhǎng)的電磁輻射，受激產(chǎn)生分子激發(fā)態(tài)，然后會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成新的物質(zhì)，或者變成引發(fā)熱反應(yīng)的中間化學(xué)產(chǎn)物。光化學(xué)反應(yīng)的活化能來源光子的能量。

光化學(xué)氧化技術(shù)的核心：一是利用185nmUv／O。紫外線燈，產(chǎn)生高能紫外線光束照射廢氣，裂解氣體中如苯、甲苯等的分子鏈結(jié)構(gòu)，使有機(jī)或無機(jī)高分子污染物分子鏈在高能紫外線光束照射下，降解轉(zhuǎn)變低分子化合物，如COHO等(如圖2所示)。二是利用高能紫外線光束分解空氣中的氧分子產(chǎn)生游離氧，因游離氧所攜正負(fù)電子不平衡，所以需與氧分子結(jié)合，進(jìn)而產(chǎn)生臭氧。眾所周知，臭氧對(duì)有機(jī)物具有極強(qiáng)的氧化作用，可氧化部分大部分有機(jī)物和處于激活狀態(tài)的短鏈小分子有機(jī)物，對(duì)有饑氣有較好的清效果(如圖3所示)。

3.3低溫等離子體+光氧化

低溫等離子體+光氧化則是等離子體技術(shù)與氧化的強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，等離子體與催化劑的協(xié)同作用可更好地去除廢氣中的惡臭氣體，提高污染物去除效率。在等離子體裝置中，部分污染物不是完全轉(zhuǎn)化為CO2和H2O等物質(zhì)，而是生成短鏈小分子有機(jī)物或其他活生態(tài)物質(zhì)，這些物質(zhì)接下來再進(jìn)入光解氧化設(shè)備，在紫外線和臭氧的共同作用下，被完全氧化，形成最基本的CO2、H2O等無機(jī)污染物。

3.4工藝流程簡(jiǎn)介

根據(jù)工程凈化要求并實(shí)現(xiàn)廢氣凈化目標(biāo)，考慮等離子體技術(shù)和光化學(xué)氧化技術(shù)的適用范圍和最佳運(yùn)行狀態(tài)，一般以“低溫等離子體+光氧化”組合工藝為主處理系統(tǒng)，在該組合工藝前端增加旋流板塔，在末端設(shè)置噴淋洗滌塔，從而獲得適用性好、處理能力強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單的“旋流板塔+等離子體+光氧化+噴淋洗滌”系統(tǒng)處理工藝。本項(xiàng)目工藝流程框圖如圖4所示。

流程說明如下。

(1)旋流板塔。煉膠廢氣通過袋式過濾器后，仍殘余一定量的固相的炭黑等顆粒物及油性狀物質(zhì)。旋流板塔的主要作用是去除廢氣中的顆粒物和油性物質(zhì)，以保障后續(xù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。根據(jù)煉膠廢氣的一般特性，煉圖2污染物氧化成CO、H2O膠廢氣通常含有一定量的固相顆粒物及油性狀物質(zhì)，這些物質(zhì)對(duì)等離子體裝置和光化學(xué)氧化裝置的效率和使用壽命具有一定的影響。本項(xiàng)目中，為保證等離子體裝置和光化學(xué)氧化裝置的正常運(yùn)行，順利實(shí)現(xiàn)廢氣的凈化，煉膠3#密煉機(jī)生產(chǎn)的廢氣先進(jìn)入位于最前端的微旋流器，去除氣體中顆粒物和油性物質(zhì)。

(2)低溫等離子體裝置。煉膠廢氣經(jīng)微旋流器去除顆粒物和油性物質(zhì)后進(jìn)入等離子裝置，大部分污染物受等離子體中的高能電子、自由基等活I(lǐng)生粒子的作用，使得污染物分子在極短的時(shí)間內(nèi)打開化學(xué)鍵，直接發(fā)生分解反應(yīng)生成CO2和H2O，或從基態(tài)躍遷為活勝態(tài)隨后發(fā)生各種后續(xù)反應(yīng)，污染物轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)或轉(zhuǎn)化為短鏈小分子有機(jī)物。生成的部分短鏈小分子有機(jī)物和部分未被等離子體凈化的污染物在催化劑上進(jìn)一步反應(yīng)，由污染物轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)隨廢氣進(jìn)入光化學(xué)氧化裝置。等離子體技術(shù)與催化劑協(xié)同作用可提升等離子體裝置去除污染物的性能。

(3)光氧化裝置。收到電壓、能量利用率等因素的制約，等離子體裝置不能去除所有的污染物且部分污染物并不是完全轉(zhuǎn)化為CO和HO，而是生成短鏈小分子有機(jī)物，無法完全實(shí)現(xiàn)排放目標(biāo)，故需光化學(xué)氧化裝置將短鏈小分子有機(jī)物進(jìn)一步氧化為CO2和H2O，同時(shí)去除大部分未被等離子體裝置去除的臭味氣體。在光化學(xué)氧化裝置中大部分未被等離子體裝置分解的污染物和因污染物未完全分解生產(chǎn)的短鏈小分子受到紫外燈管產(chǎn)生的高能光束的轟擊和生成的臭氧的強(qiáng)氧化作用而被陜速氧1，生成CO2和H2O。

(4)噴淋裝置。由于光光化學(xué)氧化過程中生成了大量的O3，廢氣濃度存在一定的波動(dòng)，且為了保證凈化效果，O3的生產(chǎn)量可能會(huì)大于氧化污染的實(shí)際用量。大部分的O。在氧化有機(jī)物時(shí)被消耗，仍可能存在部分O3。在氧化有機(jī)物后隨尾氣排出，由于O3。也是一種大氣污染物，需要處理后才可排放，所以根據(jù)其微溶于水的特性，可采用噴淋裝置去除過量的O。。此外，噴淋裝置還可去除廢氣在等離子體裝置中的反應(yīng)最終產(chǎn)物，如NO3。等和未被光化學(xué)氧化的可溶于水的部分短鏈小分子有機(jī)物。噴淋產(chǎn)生的廢水進(jìn)入廢水處理系統(tǒng)進(jìn)行凈化處理。

(5)排氣筒。煉膠密煉機(jī)生產(chǎn)的廢氣經(jīng)過旋流板塔、等離子體裝置、光化學(xué)氧化裝置和噴淋裝置等凈化裝置后達(dá)到招標(biāo)文件中的排放要求，達(dá)標(biāo)排放。

3.5低溫等離子+光學(xué)氧化技術(shù)系統(tǒng)的處理效果

以某工程為例說明低溫等離子+光學(xué)氧化技術(shù)系統(tǒng)的處理效果。待處理的為密煉機(jī)投料口廢氣，處理設(shè)備采用連續(xù)24h運(yùn)行，處理系統(tǒng)氣流速度為5．90m／s，壓降小于500Pa，廢氣在反應(yīng)區(qū)停留的時(shí)間為2S，入口流量為6000m3／h下的凈化數(shù)據(jù)見表2。

在各組分檢測(cè)過程中，對(duì)臭氣濃度的測(cè)定分析方法采用三點(diǎn)比較式臭袋法，非甲烷總烴的測(cè)定分析方法采用氣相色譜法。

上述結(jié)果得出，非甲烷總烴去除率為80％，臭氣濃度去除率為90％。由于研究的是實(shí)際輪胎廠密煉機(jī)排放的廢氣，其中各組分的濃度波動(dòng)比較大。以上數(shù)據(jù)以平均數(shù)為判斷依據(jù)。

4結(jié)語

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，每年由輪胎行業(yè)排放的大量VOCs廢氣引起的污染日趨嚴(yán)重，而我國(guó)是發(fā)展中國(guó)家，更需要將有限的污染資金用好。低溫等離子體+光氧化技術(shù)作為一種新型的氣態(tài)污染物的治理技術(shù)，是一個(gè)集物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)和環(huán)境科學(xué)于一體的交叉綜合性電子化學(xué)技術(shù)，由于很容易使污染物分子高效分解且處理能耗低等特點(diǎn)，是目前國(guó)內(nèi)外大氣污染治理中最富有前景、最行之有效的技術(shù)方法之一，其使用和推廣前景廣闊，為工業(yè)領(lǐng)域有機(jī)廢氣及惡臭氣體的治理開辟了一條新的思路。