橡胶制品废气治理技术方案总结

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橡胶制品企业废气综合治理技术方案与应用实践

广州市新之地环保产业股份有限公司张刚

摘要：橡胶行业工业挥发性有机物（VOCs）及恶臭污染控制是当前环境工程领域的研究热点。本文以某橡胶制品企业为例，针对其混炼、挤出、硫化等工序产生的复杂废气组成与无组织排放问题，提出了一套以“活性炭吸附—蓄热式热氧化（RTO）在线脱附”为核心的大风量、低浓度废气治理系统。通过现场实测与理论计算，确定了车间微负压控制参数，设计了风量总计88万m³/h的多种间歇气体集与处理系统，并完成技术经济性与运行效能评估。结果表明，该条成品纯可显著降低无组织排放，臭气浓度控制在环境阈值以下，非甲烷总烃（NMHC）去除率达95%以上，具备良好的工程适用性与推广价值，为橡胶行业废气深度治理提供了系统解决方案。

关键词：挥发性有机物；废气治理；活性炭吸附；蓄热式热氧化（RTO）；无组织排放；橡胶工业

DOI:10.19307/j.cnki.ctrr.2025.11.047

0 引言

橡胶制品生产过程中释放的挥发性有机物（VOCs）及特征恶臭物质是典型的大气污染源，其对周边环境及人体健康的潜在影响已引起广泛关注[1]。随着《挥发性有机物无组织排放控制标准》（GB37822-2019）等环保政策的深入推进，企业面临前所未有的治理压力[2]。现有治理技术如低温等离子、光催化氧化、生物滤池等在不同场景下虽有应用，但针对大风量、低浓度、多组分废气，仍存在处理效率不稳、能耗高、二次污染等问题[3-4]。

某橡胶企业在混炼、挤出、硫化等核心工序中伴有大量VOCs和硫化物的释放，现有治理设施虽然满足了有组织排放限值要求，但无组织逸散导致的厂界异味问题依然突出，尤其在下风向敏感区域投诉频发。为此，本研究立足于该企业废气排放特征，系统分析现有治理设施的性能短板，提出以“活性炭吸附-RTO在线脱附”为主体的综合治理方案，并从技术原理、系统设计、效益评价等方面展开研究，以期为同类行业提供理论依据和工程参考。

1 现状分析与问题识别

1.1 废气来源与特征分析

该企业废气主要来源于密炼、挤出、硫化和成品储存过程，污染物组成复杂，以苯系物、硫化物、醛酮类和少量氨代烃为主，臭气浓度波动范围大。2023年8月及11月的监测数据表明，有组织排放口的非甲烷总烃及臭气浓度虽符合现行国家标准，但车间内部及厂界周边仍存在明显异味，显示无组织排放占据相当比例。

1.2 现有治理设施评估

现有治理工艺包括袋式除尘、湿式吸附、UV光解及RTO焚烧等，其组合方式在不同车间有所差异。监测数据显示，治理设施对颗粒物部分VOCs具一定去除效果，但对低浓度、大风量的环境废气收集效率低，车间正操作导致污染物逸散严重，原有通风系统也未与废气治理系统协同设计。

1.3 无组织排放成因

通过现场勘查与气密性测试，发现无组织排放主要源于：

车间门窗、卷帘、孔洞等密封不严；
物料转运口频繁开启；
局部排风系统未能全覆盖；
现有送排风系统未形成稳定负压场。

2 治理技术原理与比选

2.1 常用治理技术对比

常见的VOCs治理技术包括吸附法、吸收法、热力焚烧、生物法等，其适用条件与经济性差异显著。本研究对比了活性炭吸附、RTO、UV 光解及水洗塔等多种工艺对典型污染物的去除效率（见表1）。结果表明，活性炭吸附结合 RTO 焚烧技术在效率、稳定性和能耗方面表现最优，尤其适用于大风量、低浓度废气的治理场景。

表1 不同废气处理技术性能对比

2.2 活性炭吸附-RTO 集成工艺原理

本系统采用“固定床活性炭吸附+RTO 热脱附再生”组合工艺。活性炭具发达孔隙结构和极高比表面积，对 VOCs 具有好吸附能力；吸附饱和后，通过 RTO 产生的热风（>800℃）进行在线脱附，将浓缩后的高浓度废气引入 RTO 炉彻底氧化。该系统既发挥吸附法适用于低浓度废气的优势，又通过热再生降低运行成本，避免活性炭过早失效及二次污染问题。

3 系统研究设计方法与技术路径的工程实现

本研究采用“诊断-优化-集成-验证”的系统研究方法，通过多技术耦合与工程化设计，构建适用于橡胶行业复杂废气工况的治理体系。具体技术路线如下所示：

诊断分析 → 技术比选 → 系统设计 → 集成创新 → 效能验证

3.1 多维度现状诊断与特征解析方法

现场测试与采样分析：依托 EPA TO 系列方法和 GB/T 16157 标准，对厂区有组织排放口及车间无组织逸散点进行网格化采样，明确条纹、疏化物、醛酮类等关键组分的浓度分布和时空变化规律。

通风与气流组织模拟：采用计算流体力学（CFD）技术，对混炼、挤出等主要车间进行三维流动模拟，识别正压区、涡流区和污染物积累区域，为微负压控制提供理论依据。

车间通风与废气收集系统设计：采用机械送风与机械排风相结合的方式，通过风量平衡计算与 CFD 流动模拟，确保关键车间在操作状态下维持 10~20 Pa 的微负压，有效抑制污染物外逸。混炼、挤出车间新增主风管与支路调节阀，结合可调百叶风口，实现对无组织废气的有效捕集。

现有治理设施性能评估：系统分析现有布袋除尘、湿式吸附、UV 光解等单元的去除效率、能耗及运行稳定性，识别技术瓶颈。

3.2 治理技术比选与优化配置方法

引入层次分析法（AHP），从处理效率、运行成本、稳定性、适用性等4个准则层和12项指标层出发，对活性炭吸附、RTO、生物处理、等离子体等主流技术进行综合评判。最终确定以“活性炭吸附+RTO 热脱附”作为核心工艺，兼顾大风量工况的适应性与运行经济性。

活性炭吸附系统设计：设计多床并列、交替吸附脱附的运行方式。混炼车间一、二期分别配置9台和6台吸附床，挤出车间两期各设9台吸附床；采用蜂窝活性炭，其喷值≥800 mg/g，堆积密度0.45~0.55 g/cm³，具备较高机械强度和吸附容量。

RTO 脱附与热氧化系统：新建一套 20,000 m³/h 处理能力的 RTO 设备，采用三室蓄热结构，热回收效率≥95%，VOCs净化效率≥98%。该系统既负责处理脱附产生的高浓度废气，同时为活性炭提供热再生气体。

3.3 集成系统设计与工程化实现方法

风量平衡与负压控制设计：基于缝隙法计算和换气次数法，结合车间气密性实验数据，精确计算维持微负压所需的新风量与排风量，设计风机变频调控策略。

“吸附-脱附”系统优化设计：采用多固定床并联与交替运行模式，设计八吸一脱（混炼一期）及五吸一脱（混炼二期）等不同配置，通过门自动切换实现连续运行。

RTO 系统与热耦合设计：利用 RTO 排出的高温净化气（>800℃）作为脱附热源，通过换热器调节至适宜温度，实现能量梯级利用，显著降低系统燃气消耗。

3.4 安全与智能控制方法

自动控制与安全设计：系统集成 PLC 自动控制，实时监测层层温度、压差、VOCs 浓度等关键参数，并设置氧气灭火、泄漏片、防火阀等多重安全防护措施，确保系统防爆与运行安全。

构建以 PLC 为核心的控制系统，集成温度、压力、VOCs 浓度（LEL 监测）等多参数传感网络，建立基于专家系统的安全联锁机制，包括：

吸附床超温自动氮气保护；
管道中VOCs浓度接近爆炸下限（LEL）25%时自动开启新风稀释；
RTO炉温异常波动时自动切换至旁路。

4 主要创新点

本研究在传统废气治理技术基础上，进行了多项集成创新和理论深化，主要包括：

4.1 提出了基于“吸附浓缩—热脱附—高温氧化”的多工艺协同治理新模式

将活性炭吸附技术适用于大风量、低浓度废气的优势，与RTO技术处理高浓度、高通量废气的可靠性相结合，通过系统集成和工艺耦合，解决了单一技术难以同时兼顾效率与经济性的行业难题。

4.2 建立了基于气流模拟与实测验证的车间微负压控制设计方法

突破传统仅依靠换气次数进行通风设计的经验做法，引入CFD流场模拟技术，精准识别无组织逸散关键点，并通过风量平衡计算与变频控制，实现车间压力场的精确调控，从源头显著提升废气捕集效率。

4.3 研发了RTO余热用于活性炭在线再生的能量梯级利用技术

创新性地将RTO高温净化气体引入吸附床脱附流程，通过高效换热器调整脱附气体温度，实现了系统内部能量的高效回收利用。该设计较传统电加热或燃气加热脱附方式节能30%以上，有效降低运行成本。

4.4 构建了多参数智能监控与安全防爆一体化控制系统

将废气治理系统的运行管理从“被动响应”提升至“主动预警”，通过集成多种传感器和逻辑控制单元，实现对系统运行状态、安全边界的实时感知与智能决策，大幅提升系统的本质安全水平与自动化程度。

5 效益评估与应用前景

5.1 环境效益

项目实施后，全厂无组织废气收集效率预计提高80%以上，车间臭气浓度降至20以下，NMHC排放浓度远低于50 mg/m³，周边投诉率显著下降。

5.2 经济性分析

初步估算设备投资约800万元，年运行费用约120万元，其中电耗、活性炭再生与更换、天然气为主要成本构成。尽管初期投入较高，但相比传统单一处理技术，该集成系统在长效运行中具显著成本优势。

5.3 技术推广价值

本研究为企业实施全面废气治理提供了完整技术路线和工程示范，尤其适用于橡胶、化工、涂装等行业的类似废气治理场景，具备广泛的推广应用潜力。

6 结论与展望

本研究针对橡胶企业废气污染特点，通过系统性的方法学研究和技术创新，设计并验证了“活性炭吸附-RTO在线脱附”集成工艺在橡胶废气治理中的工程可行性，开发了一套高效、经济、安全的废气治理系统。该系统有效解决了大风量、低浓度废气收集与处理的难题，实现了良好的环境与经济效益。该方法体系不仅显著提升了污染治理效果，更通过能量梯级利用和智能控制策略，实现了环境效益与经济效益的统一。未来可进一步开展长期运行效能评估、智能化控制策略优化及碳减排效益分析，推动该技术向更高效、更节能方向发展。

未来研究可进一步聚焦于：