公司型砂鑄造線于2002年導(dǎo)入并于當(dāng)年投產(chǎn)，是中國唯一擁有中空凸輪軸生砂生產(chǎn)技術(shù)的工廠，同時實現(xiàn)盤類等部品一型多件化生產(chǎn)，在鑄造生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生惡臭氣體，其治理一直是鑄造行業(yè)長期研究和改善的課題。

2001年前，公司周邊為工業(yè)用地，無商住樓，由于政府規(guī)劃的變更，公司周邊商住樓逐漸增多。而公司與最近的商住樓（和瑞大廈）的廢氣類衛(wèi)生距離僅30m，不滿足法規(guī)要求（≥400m）。因此，公司產(chǎn)生的臭氣未來得及有效擴(kuò)散就達(dá)到居民區(qū)，影響周邊居民及單位的生活與工作，導(dǎo)致公司2012年~2014年間累計受到52起投訴，公司面臨的的環(huán)境風(fēng)險逐漸增大。為減少臭氣對周邊單位和居民的影響，確保公司正常生產(chǎn)經(jīng)營，研制一套高效的鑄造臭氣處理裝置成為公司研究的重點項目。

 

具體技術(shù)方案

1.設(shè)計圖

2.臭氣處理流程

圖1  處理流程

3.技術(shù)原理

（1）鑄造惡臭氣體的產(chǎn)生及組成

公司的鑄造工藝均采用粘土濕砂型，即以粘土和適量的水為型砂的主要粘結(jié)劑，制成砂型后直接在濕態(tài)下合型和澆注（以下簡稱型砂鑄造）。型砂鑄造工藝在生產(chǎn)過程會加入原料，主要有酚醛樹脂、硬脂酸鈣、烏洛托品、淀粉、膨潤土以及煤粉等，這些原料在高溫條件下會分解各種氣體，由于溫度從1500℃下降到常溫這個跨度大，產(chǎn)生的惡臭氣體成分很復(fù)雜，經(jīng)檢測分析，主要成分有氨氣、二氧化硫、硫化氫、油脂類、醛類、酚類以及烴類。這些惡臭物除了氨氣、硫化氫和二氧化硫外，大部分都為有機(jī)物。

（2）處理技術(shù)研究

紫外線（英文ultraviolet，簡稱UV），UV技術(shù)是一種新興技術(shù)，屬于光化學(xué)氧化法的一種。按照光化學(xué)Einstein公式，當(dāng)光照射到惡臭氣體分子時，光子的能量大于惡臭分子的化學(xué)鍵能時，便會引起光解反應(yīng)，其化學(xué)鍵被打斷，即分子被分解。

根據(jù)波長λ與能量E的關(guān)系式：E=1240/λ，可知能量與波長成反比關(guān)系，即波長越短，光子能量越大。λ＜400nm為紫外光，E＞300.1KJ/mol，當(dāng)波長λ=184.9nm時，其光子能量E=670.6 KJ/mol，該波段的紫外線能量當(dāng)級大于絕大多數(shù)惡臭氣體分子的結(jié)合能，所以可被裂解呈游離態(tài)的離子。且波長在200nm以下紫外線能分解氧氣O2分子，最終形成臭氧O3。臭氧對惡臭氣體及其它異味氣體有強(qiáng)氧化效果，最終達(dá)到除臭的效果。

表1是部分化學(xué)分子的結(jié)合能，可見，184.9nm的紫外光能打斷含有該化學(xué)鍵的分子。

表1  部分化學(xué)分子的結(jié)合能

當(dāng)惡臭分子量越大，UV光解效果越明顯。在184.9nm能量當(dāng)級的紫外線作用下，大分子惡臭分子吸收光能分解成無臭小分子，臭氣濃度得到降低，去除效率約60%~75%。

通過試驗研究，在確保發(fā)揮UV光解效率時，處理惡臭分子停留時間宜大于1.5s，選用150w的UV燈，單根處理能力為200m3/h，光解效率80-85%，光衰減5%-10%，則UV光解處理效率為75%，當(dāng)風(fēng)量為10000m3/h，臭氣濃度為5000，燈光數(shù)量宜200盞。

分解反應(yīng)如下：

C6HmR/RCHO/C3H5(RCOO)3/CnHm＋UV→CO2+H2O+NOx+SO2+其他無味氣體

NH3 + UV（能量）+ O2→NOx+H2O

H2S + UV（能量）+ O2→SO2+H2O

SO2 + 2H2O →H2SO4

圖2 UV光解氧化法原理

由于UV光解并不能100%分解所有惡臭氣體，除了受UV燈發(fā)射能量效率影響外，還因為鑄造廢氣中含有80mg/m3~260mg/m3的顆粒物，這部分顆粒會阻擋UV光分解惡臭分子，且大流量的廢氣在某程度上制約了處理效率。顆粒物中的所含的煤粉體積小，附著力強(qiáng)，且?guī)в杏椭徒购叮琔V技術(shù)無法解決此難題。而在實績工程中發(fā)現(xiàn)，在UV光解之后增加一套噴淋系統(tǒng)可明顯的解決此難題。

噴淋常用液體是水，水能將惡臭分子和顆粒物吸收、溶解，達(dá)到凈化的效果。為提高效果，可添加堿性物質(zhì)，吸收、取代、置換惡臭分子，改變其分子結(jié)果，使之變成無臭分子。也可添加具有微凝膠效果的藥劑，國內(nèi)外稱這種藥劑為除臭植物液。植物液包括人工合成的和天然植物提取的，藥劑分子是聚合大分子，分子間空隙大，且多數(shù)分子帶有分子電荷，可吸附比本身小的惡臭分子，宏觀表現(xiàn)為藥劑具有粘附性，可吸附惡臭分子，最終溶解于水中，快速、高效凈化廢氣。噴淋優(yōu)于噴霧，因為能減少藥劑和水的浪費，節(jié)約成本。經(jīng)UV光解之后增加噴淋裝置，噴淋液采用高效吸附能力的植物液，能進(jìn)一步降低臭氣濃度，去除效率可達(dá)81.7%以上。

整個系統(tǒng)的控制采用PLC編程，與生產(chǎn)現(xiàn)場除塵風(fēng)機(jī)操作連鎖，實現(xiàn)自動啟動和關(guān)閉，自動噴淋和補(bǔ)水，異常報警等全過程自動化，液晶實時顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。

4.與其他技術(shù)方案比較

鑄造惡臭氣體的治理相對于一般的空氣污染治理來說，難度更大。目前國內(nèi)比較常用的處理鑄造惡臭氣體的方法有：生物分解法、活性炭吸附法和等離子法、燃燒法等，結(jié)合公司已有的處理方法，對比除臭效果：

（1）生物分解法

生物除臭技術(shù)是借鑒生物污水處理技術(shù)的原理，利用微生物將臭味中的污染物生物氧化、降解為無害或低害物質(zhì)的過程。使收集到的廢氣在適宜的條件下通過生長有微生物的填料，氣味物質(zhì)先被填料吸收，然后被填料上的微生物氧化分解，完成廢氣的凈化過程。公司污水處理站運(yùn)用此工藝，除臭效果60%~75%。

（2）活性炭吸附法

活性炭是一種很細(xì)小的炭粒,有很大的表面積,而且炭粒中還有更細(xì)小的孔——毛細(xì)管.這種毛細(xì)管具有很強(qiáng)的吸附能力,由于炭粒的表面積很大,所以能與氣體(雜質(zhì))充分接觸,當(dāng)這些氣體(雜質(zhì))碰到毛細(xì)管就被吸附,起凈化作用。除臭效果50%~75%。

（3）等離子法

等離子體凈化技術(shù)就是利用高頻高壓的電場，將空氣中的氧分子和其它分子電離產(chǎn)生出電子、離子、自由基和中性粒子等小分子，這些等離子通過進(jìn)入需分解的臭氣分子內(nèi)部，打開分子鏈，破壞臭氣分子結(jié)構(gòu)，從而將有害物轉(zhuǎn)化為無害物的方法。除臭效果40%~60%。

以上三種方法較為常用，技術(shù)成熟，但在長期使用中也暴露不少缺點。生物分解法需要使微生物保持高的活性，為之創(chuàng)造一個良好的生存條件，比如：適宜的濕度、pH值、溫度和營養(yǎng)成分等，異常將導(dǎo)致微生物死亡，須重新培養(yǎng)，運(yùn)行條件苛刻；活性炭吸收法對于大流量的惡臭廢氣很快就會達(dá)到飽和，失去吸附活性，且高溫、高濕和細(xì)小的粉塵均會快速使活性炭失去效果，頻繁更換耗時、耗力、耗財；等離子法不適合用于大流量鑄造廢氣，惡劣的環(huán)境對設(shè)備設(shè)計和質(zhì)量要求高，投資大，維護(hù)保養(yǎng)難度大，而且存在火災(zāi)隱患。

綜上所述，鑄造廠產(chǎn)生的惡臭氣體需要一種更為高效、安全，投資和運(yùn)行成本較低的技術(shù)工藝，與以上三種方法相比，UV與噴淋相結(jié)合的組合式技術(shù)具有更高的穩(wěn)定性和高效性。

（三）應(yīng)用情況

該套除臭裝置高效率、低運(yùn)行成本的特點，可應(yīng)用鑄造行業(yè)臭氣治理，尤其是工業(yè)商業(yè)混合的工廠，在滿足法規(guī)要求的同時，能有效降低環(huán)境風(fēng)險。該套除臭裝置的綜合技術(shù)已在公司的新工廠鑄造3線得到推廣，且效果顯著。（處理后，鑄造冷卻工藝段有組織臭氣濃度為416，黑砂后處理工藝段臭氣濃度為309）

   

（四）創(chuàng)新點（亮點）

1.該成果將UV高能光解和多層旋流噴淋兩種不同處理技術(shù)相結(jié)合，運(yùn)用于鑄造臭氣的治理，克服了這兩種技術(shù)固有的不足，相互不缺，將處理效果發(fā)揮倒較高水平。

2.該成果可由工廠自身需求或地方法規(guī)要求，通過調(diào)整UV燈管的數(shù)量、噴淋量和停留時間，進(jìn)一步提高除臭效果，將臭氣濃度指標(biāo)穩(wěn)定控制在500以下，從而滿足400m衛(wèi)生防護(hù)距離以外居民區(qū)空氣質(zhì)量（無組織臭氣）標(biāo)準(zhǔn)（20以下）。

三、實施效果

（一）環(huán)境效益——臭氣削減

1. 有組織（煙囪）臭氣濃度削減。

該裝置經(jīng)調(diào)試后于2014年11月25日投入運(yùn)行。2015年1月15日對處理系統(tǒng)進(jìn)行效果檢證，同時委托兩家有資質(zhì)的檢測公司同一時間在處理前和處理后進(jìn)行采樣分析，分析數(shù)據(jù)如圖5和圖6。

【責(zé)任編輯：李凡】