染整行业有机废气治理_监测技术现状及发展趋势.pdf

印染（2023 No.8）染整行业有机废气治理/监测技术现状及发展趋势查向浩1，穆莹2，谢开3，张博文1，马承愚41.喀什大学 化学与环境科学学院，新疆 喀什 844006；2.河北省生态环境科学研究院，河北 石家庄 050000；3.中机中联工程有限公司，重庆 400039；4.国家环境保护纺织工业污染防治工程技术中心(东华大学)，上海 201620摘要：介绍了近十年来我国染整行业有机废气治理和监测情况，对各种有机废气治理技术和监测方法进行分析。目前染整行业有机废气治理技术包括：静电处理法、吸收法、焚烧法、蓄热燃烧法、催化氧化法等；对三种不同面料热定形机排放有机污染物进行表征，对染整行业排放有机物监测方法进行剖析，并结合绿色发展理念，对染整行业有机废气治理及监测技术发展趋势进行探讨。关键词：染整行业；有机废气；处理技术；监测技术；热定形机中图分类号：TS190文献标志码：B文章编号：1000-4017（2023）08-0088-04Current situation and development trends of organic flue gas treatment/monitoring technologyin dyeing and finishing industryZHA Xianghao1,MU Ying2,XIE Kai3,ZHANG Bowen1,MA Chengyu41.College of Chemistry and Environmental Science,Kashgar University,Kashgar 844006,China;2.HeBei Provincial Academy of EcologicalEnvironmental Science,Shijiazhuang 050000,China;3.China CMCUEngineering Corporation,Chongqing 400039,China;4.State EnvironmentalProtection Engineering Center for Pollution Treatment and Control in Textile Industry,Donghua University,Shanghai 201620,ChinaAbstract:The treatment and monitoring of organic flue gas in dyeing and finishing industry of our country in recent ten years are introduced.Various technologies and monitoring methods of organic flue gas treatment areanalyzed.At present,the organic flue gas treatment technology of dyeing and finishing industry includes:electrostatic treatment,absorption,incineration,heat storage combustion,catalytic oxidation,etc.The organic pollutants emitted from heat setting machine of three different fabrics are characterized,and the monitoring methods for organic pollutants emitted from the dyeing and finishing industry are analyzed.The development trendof organic flue gas treatment and monitoring technology in the dyeing and finishing industry is discussed.Key words:dyeing and finishing industry;organic flue gas;treatment technology;monitoring technology;heat-setting machine染整行业是大气污染物排放“大户”。在大气污染物中，有机废气占比最大1。十八大以来，我国实施绿色发展战略，2013年，国务院制定了史上最严厉的污染治理三个行动计划，其中之一就是 大气污染防治行动计划（也称“气十条”），打响了以废气治理为标志的“蓝天保卫战”，全国印染企业热定形机的油烟由肆意排放转变为按各地生态环境保护部门制定的排放标准达标排放。根据调研及污染因子估算，目前我国染整行业挥发性有机物（VOCs）的年排放量在50103t左右2。本文根据前期调研收集的资料，对我国近十年来染整行业有机废气的治理及监测情况进行分析，对几种面料热定形机排放的烟气进行红外光谱表征，并对印染行业有机污染物治理及绿色发展进行了探讨。1有机废气治理及监测技术现状本文的调研团队在充分考虑染整企业所处的地域、规模及管理水平等因素的基础上，对全国纺织染整企业进行选择性调研，涉及8个省市，共计98家企业，以下对调研情况进行介绍与分析。1.1染整行业有机废气治理情况1.1.1热定形机烟气治理工艺染整行业热定形工艺产生的大气污染物主要为苯系物、丁酮和卤代烃等挥发性有机物（VOCs），印花过程产生的大气污染物基本为苯系物2。在所调研的企业中，所有热定形机排放的废气均采取不同的工艺进行净化处理，详细统计数字见表1。表1调研企业的热定形机油烟治理方式Table 1The treatment methods of oil fume from heat settingmachines in enterprises烟气净化工艺静电除油洗涤吸收高温焚烧蓄热燃烧催化燃烧净化设备数量/台28436228占比/%85.510.80.60.62.5由表1可见，所调研的热定形机的油烟处理设备中，静电除油式油烟净化器占85.5%，为主要的净化设备。油烟进入该设收稿日期：2023-04-11；修回日期：2023-07-19基金项目：新疆维吾尔自治区中央引导地方科技发展专项基金项目（ZYYD2023B16）。作者简介：查向浩（1981），男，硕士研究生，主要从事污染治理研究。E-mail：。通信作者：马承愚，E-mail：。88染整行业有机废气治理/监测技术现状及发展趋势印染（2023 No.8）备后首先荷电（即油烟颗粒带上电荷），在电场力的作用下移动到集油极，从气体中分离出来。该类型净化器体积小，净化效率高，运行稳定，被广大用户认可，但也需要增加防火措施（进口处安置隔火网）。洗涤吸收工艺主要依靠洗涤吸收器。该净化器结构简单，一般采用5%的碱液吸收油烟气体，颗粒状和气态有机物均能吸收，但运行时吸收效率不稳定，随着风机风量的变化，吸收装置会出现液泛和淹塔现象。高温焚烧处理工艺是将油烟气体直接通入锅炉或加热油炉中，作为助燃气体。但随着染整企业逐渐使用产业园区锅炉的中压蒸汽，企业的炉窑被逐步淘汰，因此该处理工艺也正逐渐被淘汰中。蓄热燃烧是利用蓄热燃烧炉（RTO）来焚烧气态有机污染物。RTO技术是一种常见的有机废气治理方法，其工作原理是在高温条件下将有机废气燃烧氧化成相应的CO2和水，从而净化有机化合物废气。RTO通过蓄热体贮存氧化燃烧产生的高温气体的热量，以此预热加热油烟，可以有效减少助燃柴油的消耗，降低该工艺的实际运行成本。实践证明，RTO适合处理高浓度、成分复杂的有机污染物，但不适用于热定形机油烟处理。原因是：热定形机油烟浓度较低和热值较小，不如石化行业的有机废气浓度含量高；RTO需要数小时才能把炉膛蓄热体加热，热效率才能达到理想值，而且蓄热式加热炉（RTO）燃烧起来后停机不方便，如果停机，蓄热体重新加热需要较长时间才能工作，而热定形机不存在这个问题，因此两者的工作时间不匹配。实践证明，蓄热燃烧炉投资大，运行成本高，并不适用于热定形机油烟处理。催化燃烧工艺是利用催化剂来降低所需反应的活化能，使有机废气可以在较低的起燃温度下进行无焰燃烧。但催化剂使用一定时间后，停机后表面会粘附油污，使催化剂中毒，运行一定时间后影响废气处理效率。催化燃烧法处理工艺要求严格，为防止废气含有使催化剂中毒的物质，在催化燃烧处理废气前，通常将废气进行预处理，而热定形机运行过程中废气污染物较多，若使用该工艺，投入成本较高。1.1.2印花及其他工段挥发性有机物弥散情况印花工段排放的有机污染物主要为苯、甲苯等苯系物，主要产生在配料、制版冲洗网及印花机部位。其中，配料、制版操作台部位挥发性有机物（VOCs）浓度最高，现场检测结果达到2 000 mg/mL。但由于调研时，国家尚未颁布 纺织染整工业大气污染物排放标准，各地厂界执行的排放标准也截然不同。1.2染整行业有机废气监测情况浙江省颁布了地方标准 纺织染整工业大气污染物排放标准（DB33/9622015），江苏省吴江市涂层商会颁布了行业标准 纺织涂层工业大气污染物排放标准（Q/LMS20032015），而福建省尚未颁布相关标准。DB33/9622015是在2013年浙江省原绍兴县颁布的 染整行业定形机废气排放限值 地方标准颁布之后，于2015年颁布的国内第一个省级染整行业大气污染物排放标准。原绍兴县颁布的标准只有两项污染物指标：颗粒物和油烟浓度。油烟浓度是依据 饮食业油烟排放标准（GB 184832001）附录A中的红外分光光度法进行测试，其中标准曲线由食用花生油（或菜籽油、调和油等）加热（300）回流2 h后稀释制成，油烟浓度由波数分别为2 930 cm-1、2 960 cm-1和3 030 cm-1谱带处的A2930、A2960、A3030进行计算得出。据报道，热定形机油烟中含有至少19种VOCs3，包括：三氯甲烷、四氯化碳、二氯乙烷、正丁醇、甲醇、氯乙醇、二丙酮醇、乙醚、乙酸乙酯、丙酮、乙酸丁酯、乙酸正戊酯、N，N-二甲基甲酸铵、苯、甲苯、苯酚、吡啶、松节油等，不含植物油。笔者对人造毛纺丝、涤纶和尼龙三种织物的热定形机油烟成分进行了红外光谱分析，见图1。FE)#FP（a）人造毛纺丝FE)#FP（b）涤纶FE)#FP（c）尼龙图1不同面料热定形机油烟的红外光谱Fig.1Infrared spectra of oil fume from heat setting machine ofdifferent fabrics图1（a）显示SiO键的伸缩振动峰、CN键的伸缩振动吸收峰、CH的不对称伸缩振动吸收峰，COOH中OH的弯曲振动吸收峰及芳香烃中的碳氢伸缩振动吸收峰。由此可知，人造毛纺丝热定形排放的油烟中含有胺类物质和芳环类化合物。89印染（2023 No.8）图1（b）显示CH3的不对称变形振动、伸缩振动和对称变形振动的吸收峰，以及4个以上亚甲基相连时其平面振动吸收峰。由此可以确定涤棉织物用油剂含有烷烃类物质。图1（c）显示C=C的伸缩振动、CH键的伸缩振动和弯曲振动吸收峰，CH2的伸缩振动吸收峰，CH3的不对称伸缩振动吸收峰，以及CHO中的碳氧双键的伸缩振动吸收峰。由此可以确定尼龙纺织用油剂含有烯烃及醛类物质。因此，浙江省标准中的监测方法与实际热定形机油烟监测会存在较大的差别，且该方法采用四氯化碳萃取采样滤筒中的油烟，而四氯化碳又属于 关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书 附件B第二类受控物质，截至2019年1月1日禁止使用，应使用其他替代品作为萃取剂，因此该监测方法建议做相应修改。1.3染整行业有机废气管控情况由于国家尚未颁布纺织染整工业大气污染物排放的相关标准，各地环境主管部门对染整企业执行的有机污染物排放标准也不统一。除浙江省颁布了纺织染整行业大气污染物排放标准外，北京、上海、河北、广东、厦门、四川、贵州、山东、重庆、陕西等省市根据自己的实际情况，执行当地的挥发性有机物排放标准，对于无有机物排放标准的省市仍执行GB 162971996 大气污染物综合排放标准、GB 145541993 恶臭污染物排放标准。部分省市染整行业执行的相关标准见表2。表2部分省市染整企业执行的挥发性有机物排放标准Table 2VOCs emission standards by dyeing and finishing enterprises in some provinces and cities相关省市及标准河北省重庆市1）上海市1）江苏省厦门市浙江省（DB 33/9622015）GB16297-2016挥发性有机物最高允许排放速率或排放浓度苯1.0 mg/m30.5 kg/h1.0 mg/m3或0.1 kg/h1.0 mg/m3或0.1 kg/h1.0 mg/m3或0.2 kg/h1.0 mg/m315 mg/m3甲苯-3.1 kg/h10 mg/m3或0.2 kg/h10 mg/m3或0.2 kg/h5 mg/m3或0.3 kg/h-40 mg/m3二甲苯-1.0 kg/h20 mg/m3或0.8 kg/h10 mg/m3或0.72 kg/h15 mg/m3或0.6 kg/h-70 mg/m3非甲烷总烃80 mg/m310 kg/h70 mg/m3或30 kg/h70 mg/m3或30 kg/h60 mg/m3或1.8 kg/h-120 mg/m3无组织排放/排放浓度非甲烷总烃2.0 mg/m34.0 mg/m34.0 mg/m3-2.0 mg/m3-苯0.1 mg/m3-0.1 mg/m30.1 mg/m30.2 mg/m3-注：1）表示排气筒高度均为15 m。国家环境保护部于2013年开始下达编制国家 纺织染整工业大气污染物排放标准 的立项文件，2015年向社会公布了 纺织染整工业大气污染物排放标准（征求意见稿），但至今没有颁布正式标准。浙江省正式颁布了地方 纺织染整工业大气污染物排放标准（DB 33/9622015），之前绍兴县颁布的 染整行业定型机排放限值 作废。福建省发布了地方 纺织染整工业大气污染物排放标准（征求意见稿），但至今没有颁布正式标准。江苏吴江市颁布了行业标准 纺织涂层工业大气污染物排放标准（Q/LM-20032015）。到目前未见其他省市区颁布染整大气污染物排放标准。由表2可见，国内几个省市结合当地实际情况，对纺织染整废气执行的有机污染物排放标准相差较大，无可比性。GB162971996 大气污染物综合排放标准 颁布时间较早，标准限值明显宽松，已无法满足目前的VOCs排放控制要求，不利于监管企业控制VOCs排放。2有机废气治理及监测技术发展趋势2.1大力推行绿色发展技术2019 年，国家工信部发布 染整行业绿色发展技术指南（2019版），涉及染整行业有机废气治理的多种优选技术。该指南提出了几项可行的染整行业清洁生产有机废气控制技术。2.1.1筒子纱数字化自动染色技术这是一项我国具有国际领先水平的染色技术，由中央控制系统采用数字化控制，自动化操作，实施筒子纱自动化染色，并且实现染色任务统筹规划、工艺参数实时监测，以及在线反馈、任务信息在线查询及追溯、生产流程在线监控。染纱车间全部由机械操作，称为“无人车间”，这也避免了工人受大气污染物的伤害。车间可以呈封闭状态，车间顶部安装有有机废气收集系统（几乎100%收集），之后再处理排放，因此挥发性有机污染物对室外及厂界大气环境影响极小。该生产技术与传统筒子纱染色技术相比，生产效率提高10%16%，而且由于自动化操作，染料挥发较少，可减少5%11%的染料有机物挥发。该技术虽然一次性投资较大，但用工量减少75%左右，仍具有经济效益。目前，该技术已经开始进一步推广应用，并获得国家科技进步一等奖。2.1.2染化料密闭自动化称量、配制和输送系统根据染整车间现场调研及监测，调浆配色操作点的VOCs检测浓度为全车间最高。染化料密闭自动化称量、配制和输送系统主要由称料、化料和输送三部分组成。密闭称料、化料和输送，避免了传统人工操作过程中带来的有机污染物挥发。根据生产配方配制染化料，再根据PLC指令将配制好的染料、助剂自动输送到指定的生产机台，实现染料和助剂的流体输送，PLC统一调度和管理。该系统使配方的匹配性更高，有机污染物挥发量减少了12%以上，从源头上控制了污染物的排放。2.1.3印花密闭自动调浆系统印花密闭自动调浆系统在全密闭条件下，由母液储存子系统、化料分配子系统、全自动上粉装置的糊料准备子系统、自动称粉化料子系统等组成。该系统依据生产订单要求，确定工艺配方、配浆量等参数，可准确控制色浆工艺配方的操作。实践证明，印花密闭自动调浆系统在调浆过程中，还可减少人为不确定因素干扰，有机污染物挥发量减少9%以上，也减少了色浆浪费的现象，可实现印花调浆中残浆的回用。同时有效提高了印花调浆配方的准确性和染整品的质量，避免以前浆90染整行业有机废气治理/监测技术现状及发展趋势印染（2023 No.8）料浪费造成的有机污染物在车间挥发，也改善了工人操作环境。2.1.4分色印花工艺分色印花采用固定几种基础色，利用色彩叠加混合印花工艺，实现宽色域、高精度的操作。分色印花比传统筛网印花色彩清晰度高，生产成本也降低。分色印花在低成本的同时，实现了高色牢度、自然色彩过渡和色域宽的印花，质量接近数码喷墨印花，实现了色浆重复利用，有机污染物挥发量减少了10%以上，相对减少了挥发性有机污染物向大气的排放。2.1.5数码喷墨印花精准工艺数码喷墨印花工艺是将电脑上设计好的花型图案通过喷墨印花机将专用墨水直接喷印到织物上形成印花产品，减少了制版等程序。该工艺简单，流程短，印花精度高，能满足多品种、个性化订单的需求，减少了由于洗网、制版等工序造成的挥发性有机物污染问题。专用墨水直接、准确且较小范围地喷到织物上，减少有机油墨的无效挥发，有机污染物挥发量减少15%以上。2.2热定形机废气高效收集处理目前，大多数工厂采用防火隔离-过滤-喷淋-高压静电除油的有机废气处理工艺，由于热定形机废气的温度较高（180230），可回收其热能。另外，集油极板粘附油污后可采用高压水蒸汽清洗，清洗水进入隔油池，油水分离处理后循环利用。待国家颁布纺织染整工业大气污染物排放的相关标准后，对热定形机废气的排放要求会更加严格，需采用既可去除颗粒状油烟，又可净化气态状油烟的处理工艺，现在的热定形机废气静电除油处理工艺可能满足不了新标准的排放要求。2.3改进现有的有机废气监测项目根据市场需求，热定形机烟气有机物成分也复杂多变，而且加工不同织物的烟气成分也大不相同，建议国家颁布的排放标准中可以取消“油烟”污染物项目。为了控制黑油烟现象，可设置“烟气黑度-林格曼系数1级”。现行的GB 184832001 饮食业油烟排放标准 中油烟排放质量浓度2 mg/m3，要达到这样的标准，从实际效果看也相当于林格曼系数1级，排放的气体中看不到黑油烟现象。另外，建议国家标准中设置总有机碳污染物项目，以控制有机污染物排放指标。2019年，国家生态环境部办公厅曾发文“环办监测函2019350号”，对废气中总有机碳监测给出明确方法，即参照HJ 382017 固定污染源废气 总烃甲烷和非甲烷总烃的测定 气相色谱法 使用总烃污染物项目监测。2.4尽快实施统一的大气污染物排放标准笔者截稿时，尚未颁布纺织染整工业大气污染物排放国家标准。各省市的生态环境主管部门对辖区内纺织染整企业执行的排放标准也各不相同，基本呈三类：（1）浙江省执行DB 33/9622015 纺织染整工业大气污染物排放标准，其中有组织排放污染物项目10项，无组织排放污染物项目7项，最为严格；（2）江苏、重庆、河北等省市的染整企业执行当地相关的有机污染物排放标准，较为严格；（3）新疆等省份的纺织染整企业仍执行GB 162971996 大气污染物排放标准，最为宽松，有机污染物稍微处理即可达到排放标准。因此，全国各地染整企业的有机污染物治理设备也有所不同，有的地方废气净化设备处理效率低，排放污染物相对较多，但也能达到当地管控的排放标准，也属于“达标排放”。综上所述，执行不同的排放标准会导致全国染整企业的管控力度不同，部分地区污染物排放标准值较高，企业需使用高净化效率的废气净化设备才能达标，造成环保设备运行成本较高；部分地区执行较低的污染物排放标准值，染整企业使用低效的废气净化设备处理后也能达标，环保设备运行成本也较低。总体来看，全国印染企业实际排放的VOCs总量区别较大，环保设备运行成本也不同，不利于企业间的竞争，利益驱动也会导致有些企业“偷排”有机污染物。为了统一全国各地防治染整企业的大气污染物排放标准，企盼国家生态环境主管部门尽快颁布有关纺织染整工业大气污染物排放标准。在国家标准颁布的同时，也相应出台该标准的实施指南，并对染整行业有机废气治理技术及设备进行评定，推荐一批适用的有机物治理技术和设备。3小结从调研情况看，全国的染整行业对有机废气都采取了治理措施，但由于种种原因，也存在不同区域、不同类型的染整企业有机废气治理技术的较大差异。期望尽快颁布国标的“纺织染整工业大气污染物排放标准”，根据新标准出台染整行业有机废气治理技术指南，确定相应的有机废气监测方法，使染整企业有机废气治理及绿色发展水平进一步满足新时代生态文明建设的要求。参考文献：1马承愚.纺织工业大气污染控制M.上海：东华大学出版社，2018.2陈玲.纺织行业热定形机油烟废气采样及分析方法研究D.上海：东华大学，2010.3刘鑫.玻璃纤维负载Cu-Mn催化燃烧涤棉热定形废气的性能研究D.上海：东华大学，2016.4姚轶，徐志荣，杨忠平，等.浙江省纺织染整大气污染物排放标准修订建议J.印染，2022，48（9）：53-585刘晓盛，钟少涛，陈定盛，等.印染定形机废气治理技术J.印染，2020，46（6）:49-53.欢迎订阅欢迎投稿欢迎评刊欢迎刊登广告91