目前國內(nèi)外對VOC的末端治理方法有:冷凝、吸附、氧化、生物處理、吸收、等離子體凈化等。以沸石材料為載體的吸附濃縮法處理VOC廢氣(沸石轉(zhuǎn)輪)得到了較為廣泛的應(yīng)用。全國對VOCs污染物防治的要求和力度逐漸加強,低濃度廢氣治理的沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮法成為了很多企業(yè)的優(yōu)選治理方案。
在使用的過程中,因為VOCs在轉(zhuǎn)輪內(nèi)部的殘留,會導(dǎo)致沸石轉(zhuǎn)輪劣化,處理效率降低,要如何避免和應(yīng)對這樣的情況呢?
降低沸石轉(zhuǎn)輪設(shè)備內(nèi)部VOCs殘留主要從改善VOCs廢氣的進氣質(zhì)量和加強脫附效率兩方面入手。
01. 廢氣預(yù)處理
廢氣預(yù)處理措施通常有除塵、除濕、除霧、除高沸物等。針對要處理的VOCs廢氣實際情況,需選取適當(dāng)?shù)膹U氣預(yù)處理措施。比如,半導(dǎo)體生產(chǎn)制造過程對生產(chǎn)場所的顆粒物有嚴格的要求,生產(chǎn)場所通常為潔凈車間。因此,有機廢氣中的顆粒物含量極少,通常無需進行除塵預(yù)處理。
比如,芯片制造業(yè)生產(chǎn)過程中使用的主要有機原料通常具有低沸點、易揮發(fā)的特點,但仍不排除少量高沸點物質(zhì),如剝離液的主要成分二甘醇胺(沸程218~224℃)等??稍诟叻悬c物質(zhì)的處理工序中增設(shè)冷凝、前道活性炭吸附等預(yù)處理裝置,以避免VOCs廢氣中難脫附的高沸點物質(zhì)進入沸石轉(zhuǎn)輪。
高沸點VOCs進入廢氣管道后容易凝結(jié),從而使廢氣濕度增大。當(dāng)進入沸石轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)的有機廢氣濕度大于80%時,將對疏水性沸石分子篩產(chǎn)生較為嚴重的影響。因此,建議對高濕度廢氣增設(shè)干燥除濕預(yù)處理裝置,使得進入廢水轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)的廢氣濕度保持在穩(wěn)定、可控的范圍內(nèi)。
02. 高溫再生
根據(jù)對國內(nèi)芯片企業(yè)開展的調(diào)研可知,芯片制造業(yè)常用的有機物質(zhì)有異丙醇(沸點為82.45℃)、丙二醇單甲醚乙酸酯(沸點為146℃);同時還含有少量的高沸點物質(zhì),例如二甘醇胺(沸程218~224℃)。
通常芯片制造業(yè)沸石轉(zhuǎn)輪的再生溫度為180-200℃,在此再生溫度下,高沸點的二甘醇胺等物質(zhì)將無法從沸石轉(zhuǎn)輪上有效脫附,從而逐漸積聚在轉(zhuǎn)輪內(nèi)部。
經(jīng)過對沸石轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)的高沸點物質(zhì)聚集情況開展的研究,可知當(dāng)沸石轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)運行1個月后,轉(zhuǎn)輪內(nèi)部確實有較大量的有機物積聚,其有機物積聚量即達6wt%。進行有效的高溫脫附之后,其內(nèi)部的有機物積聚量可降低約40%~60%。因此,高溫脫附可較為有效地去除沸石轉(zhuǎn)輪內(nèi)部積聚的高沸點有機物質(zhì)。
企業(yè)應(yīng)根據(jù)廢氣的實際產(chǎn)生情況,分析廢氣組成分布,分析高沸點物質(zhì)占比情況,以及廢氣的產(chǎn)生總量等內(nèi)容,從而確定高溫再生頻次。較為適宜的高溫再生頻次為2~3個月一次。
高溫再生的溫度也會影響高溫脫附效果。若高溫脫附溫度選取過低,則高沸點物質(zhì)仍無法有效脫除;若高溫脫附溫度選取過高,將對沸石分子篩的骨架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的影響,從而降低其使用壽命。高溫脫附溫度宜選取300℃左右,并且,相應(yīng)的沸石轉(zhuǎn)輪內(nèi)部配件均需采用可耐300℃高溫的密封配件。
03. 水洗再生
芯片制造業(yè)常用的有機物質(zhì)(如異丙醇、丙二醇單甲醚乙酸酯等)通常具有較好的水溶性,可采用水洗再生的方式去除沸石轉(zhuǎn)輪內(nèi)部聚集的高沸點物質(zhì)。
水洗再生可有效提高沸石轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)的治理效率,對于工廠,當(dāng)水洗再生次數(shù)達到4~6次/年時,沸石轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)的治理效率可達95%~99%。因此,適當(dāng)增加定期水洗再生頻次,可有效防止高沸點物質(zhì)在沸石轉(zhuǎn)輪內(nèi)部的聚集,保持高治理效率。
由于沸石轉(zhuǎn)輪通常采用無機粘合劑將分子篩涂覆在陶瓷纖維紙表面制造而成,故水洗時不僅轉(zhuǎn)輪不會發(fā)生龜裂形變,也不會發(fā)生由于分子篩脫落所導(dǎo)致的性能劣化、使用壽命縮短等問題。
但是,水洗時需要注意水質(zhì)狀況,若其中大量含有鈣、鎂等離子,將可能在沸石內(nèi)部形成碳酸鹽,阻塞沸石轉(zhuǎn)輪的蜂窩狀孔道;水中所含微量重金屬物質(zhì)、氯等也會毒化沸石。
值得注意的是,并非所有沸石轉(zhuǎn)輪材質(zhì)均耐水洗,企業(yè)應(yīng)在水洗再生之前,向沸石轉(zhuǎn)輪設(shè)備的制造廠商做好相關(guān)的咨詢工作。
04. 高壓空氣吹掃
企業(yè)在停機檢維修期間,采用高壓空氣對沸石轉(zhuǎn)輪進行吹掃。然而,高壓空氣吹掃通常只可清除沸石轉(zhuǎn)輪表面附著的灰塵,而VOCs有機質(zhì)通常吸附在分子篩孔道內(nèi)部,無法得到有效的脫除,還需與上述其他處理方式配合選用。