化学填料 代替活性炭可行性研究
2021-08-09 10:08:41   中国环境污染投诉网记者:德中报道   编辑:中国环境污染投诉网      阅读量:

       针对废气的特殊性质,我国卫生部门提出了许多的防治措施,而活性炭吸附法就是防治效果较为显著的手段之一。国家卫生部门在“十一五”期间将活性炭吸附法推向了全国范围内的生产制造和污水治理行业,至此活性炭吸附法已经得到了大规模的普及应用。
      自20世纪30年代活性炭应用在污水处理工业中,至今已成为目前国内外常用的吸附剂,它可经济有效地去除色度、臭、味、农药、氯化有机物、放射性有机物及其他人工合成有机物。 结合当前国内的废气防治发展现状分析,活性炭吸附法是效率较高、质量保障、使用频率最高的有机废气处理方法。
      吸附是一种物质附着在另一种物质表面上的缓慢作用过程,其与表面张力、表面能的变化有关。引起吸附的推动能力有两种,一种是溶剂水对疏水物质的排斥力,另一种是固体对溶质的亲和吸引力。废水处理中的吸附,多数是这两种力综合作用的结果。活性炭的比表面积和孔隙结构直接影响其吸附能力,在选择活性炭时,应根据废水的水质通过试验确定。对印染废水宜选择过渡孔发达的炭种。此外,灰分也有影响,灰分愈小,吸附性能愈好;吸附质分子的大小与炭孔隙直径愈接近,愈容易被吸附;吸附质浓度对活性炭吸附量也有影响。在一定浓度范围内,吸附量是随吸附质浓度的增大而增加的。另外,水温和pH值也有影响。吸附量随水温的升高而减少。
      近年来,市面上一种被称作化学芥子(化学滤料)的废气处理滤料。据记者在相关部门了解,该滤料在各大电商平台已经被作为甲醛去除剂广泛公开销售。据称,和活性炭的吸附除气原理不同,化学芥子可以直接将废气分解为对人体无害的水和二氧化碳。也有商家称该化学芥子可以替代活性炭成为更有效的污水厂臭气去除剂。经过深入调查,记者对这一说法产生了几点质疑:
1 化学芥子的最大废气处理能力
      据调查,某公司的化学芥子(化学滤料)产品近年来在各大化学空气净化公司得到了生产,下图是瑞典Camfil公司生产的混合化学滤料。但是,这类化学滤料的使用场景都是室内或者厂房的空气净化。所以我们不由得产生如下疑问,既然化学滤料已经得到大规模生产,那为何这些已经得到生产的化学滤料没用被采用在这些公司生产的废气处理装置中,而是被采用在了这些公司生产的空气净化剂中做填料?
     一个值得质疑的点是化学滤料对一定浓度废气的处理能力。首先,用来负载化学滤料的活性氧化铝球的孔道无论在任何孔道尺度上其孔容均不如活性炭。另一方面,由于化学滤料的原理是对臭气进行表面化学反应从而使废弃物分解,而固-气表面化学反应通常包括:
(1)反应物从气相主体扩散到固体颗粒外表面
(2)反应物经催化剂颗粒内微孔扩散到固体颗粒内表面
(3)反应物被催化剂表面活性中心吸附
(4)在表面活性中心上进行反应
(5)反应产物从表面活性中心脱附
(6)反应产物经固体颗粒内微孔扩散到固体颗粒外表面
(7)反应产物由固体颗粒外表面扩散返回气流主体
七个过程,而其中的(4)-(7)过程不存在于吸附剂活性炭中,且反应产物的脱附和扩散过程会在很大程度上影响吸附的效率。
      根据上述分析,结合目前这一产品的实际应用场景,我们对该化学芥子在臭气浓度比较高的情况下对臭气的处理能力提出质疑:因化学芥子(化学填料)的孔容较低,且涉及到反应速率较慢的固-气表面化学过程,所以化学芥子(化学填料)在环境治理行业中面对一定浓度的废气时处理能力是否有限?这是否是该滤料更多被采用于臭气浓度较低的空气净化场景中而不是工业场景中的原因?此外,由于化学反应在不同条件下的不确定性,尤其是在有机物参与反应时,通常无法获得单一的产物。在化学芥子对臭气进行氧化处理时,是否有可能生成其他有机副产物的可能?
2 化学芥子的能够处理的废气类型
        高锰酸钾作为常见的氧化剂,其在酸性条件下的氧化性要远强于碱性环境中。这是因为高锰酸钾根与氢离子混合之后形成的高锰酸氧化性更强,在污水治理产生的臭气中、除了有酸性的硫化物之外、还有中性的有机物和碱性气体氨气。结合目前行业中高锰酸钾活性氧化铝球的使用场景来看,我们对化学芥子吸附臭气的广谱性提出质疑。由于活性炭的吸附原理主要是物理吸附,可以对各类酸碱及有机废气进行广谱吸附,而化学芥子的除气原理与之不同,相较于物理过程,化学反应的特异性更强,化学芥子是否对臭气中的所有有害成分能够进行处理还有待商榷。
3 化学芥子的使用寿命
       化学芥子是通过化学反应对臭气进行去除,活性成分之一为高锰酸钾。与催化反应不同,高锰酸钾氧化反应需要高锰酸钾自身作为反应物参与反应,并形成二氧化锰作为副产物。既然高锰酸钾在废气处理中需要以自身作为反应物参与反应,在反应过程表面的高锰酸钾中会持续被消耗。也就是说,高锰酸钾的使用寿命是有限的。据调查,化学芥子中高锰酸钾的成分一般不超过百分之十,而且在表面化学反应过程中由于界面处二氧化锰的生成会阻碍内部的高锰酸钾与气体接触,实际活性成分更少,因此我们质疑在面对废水中持续排放的废气时,化学芥子是否能保证足够的有效使用寿命。
      此外,根据我们了解,在某些特殊的工业领域,在针对少数几种还原性废气的吸收时会采用高锰酸钾化学滤料进行处理,但是每一个季度就需要对滤料进行更换,而由于活性炭孔容充足,且具有很高的比表面积,因此即便在废气含量较高的废弃处理实践中,也可以保持相对长时间的使用寿命,通常来说,活性炭的更换周期可以达到一年左右。
4 化学芥子的亲水性
       污水处理厂的臭气含水量较高,而高锰酸钾球以及氢氧化钠均为亲水性物质,极容易吸水变质,吸水之后生成的水合物有可能对吸附剂的孔道进行堵塞。此外由于化学芥子对水的浸润性较好,吸水之后的化学芥子对废气,尤其是亲水性不强的VOC废气是否还能保持较高的吸附效果?我们参看一些高锰酸钾活性氧化铝的产品说明,发现都有需要避湿保存的注意事项。而活性炭极性很低,属于疏水程度很高的吸附剂,可以对湿度比较高的废气中的污染物进行选择性吸附,而水的吸附量很低,保证了其孔道在长时间使用中的活性。
5化学芥子的安全性
       高锰酸钾为氧化剂,与乙醚、乙醇、硫酸、硫化氢、硫磺、双氧水等接触有可能发生爆炸;遇甘油立即分解而强烈燃烧。在化工生产实践中已经有多起高锰酸钾爆炸或者燃烧的事故发生。在废气处理时,高锰酸钾与废气发生的氧化还原反应多为放热反应,在下持续反应的情况下,可能会造成热的累计,再遇到氨气、甲烷等具有可燃性的爆炸性物质时有一定的安全隐患。化学芥子的两种活性成分均具有较高的化学反应活性,相比之下活性炭主要有碳、氢、氧等元素构成,化学反应活性极低,化学性质较之高锰酸钾和氢氧化钾要稳定得多。在废气处理应用中安全性很高。
       此外,高锰酸钾粉末被吸入后可引起呼吸道损害。溅落眼睛内,刺激结膜,重者致灼伤。刺激皮肤,浓溶液或结晶对皮肤有腐蚀性。另一方面,氢氧化钠则属于强腐蚀性物质,粉尘或烟雾会刺激眼和呼吸道,腐蚀鼻中隔,皮肤和眼与氢氧化钠直接接触会引起灼伤,误服可造成消化道灼伤,粘膜糜烂、出血和休克。在装填和运输过程中,化学芥子不可避免地会产生上述有害物质粉体,对我们地员工的健康带来隐患。相比之下,未使用的活性炭对人的健康几乎没有影响。
5化学芥子的后期处理
      记者质疑化学芥子在后期处理中的定性归类情况。
1)根据《国家危险废物名录》的900-039-49项条款,在VOCs治理中产生的废活性炭均被定性为危险废物,而化学芥子中仍然含有活性炭的成分,因此我们对化学芥子能够避免被定性为危废提出质疑。
2)根据《国家危险废物名录》的900-041-49项条款,含有或沾染毒性危险废物的过滤吸附介质,需要被定性为危废。而污水治理臭气中含有的氨气等成分均属于毒性危险废物,因此我们对化学芥子能够避免被定性为危废提出质疑。
3)根据《国家危险废物名录》的900-999-49项条款,废弃的具有环境危害和健康危害的危险化学品需要被定性为危废。根据《危险化学品目录(2015版)》,高锰酸钾属于危险性类别:第5.1类——氧化剂,吸收后会有健康危害:吸入后可引起呼吸道损害。溅落眼睛内,刺激结膜,重者致灼伤。刺激皮肤,浓溶液或结晶对皮肤有腐蚀性。口服腐蚀口腔和消化道,出现口内烧灼感、上腹痛、恶心、呕吐、口咽肿胀等。口服剂量大者,口腔粘膜肿胀糜烂、剧烈腹痛、呕吐、便血、休克,最后死于循环衰竭。因此我们对化学芥子能够避免被定性为危废提出质疑。
4)根据《国家危险废物名录》的900-999-49项条款,废弃的具有环境危害和健康危害的危险化学品需要被定性为危废。根据《危险化学品目录(2015版)》,氢氧化钾属于危险性类别:第8.2类——碱性腐蚀品,属于危险废物。因此我们对化学芥子能够避免被定性为危废提出质疑。
     根据上述科学理性的报道,希望引起相关职能部门的高度重视,记者不停地跟踪事态追逐报道。
           中国环境污染投诉网记者:德中报道




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