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袋式除塵器廢舊濾袋如何處置

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??袋式除塵器至今已有百余年的歷史,其最大的優點就是除塵效率可高達99.99%以上,排放濃度可達到10mg/m3以下,其分級效率也很高,對2.5μm以下的微細顆粒物也有很好的捕集效率,因此得到廣泛的應用。袋式除塵器在其運行的同時,也會產生大量破損的廢、舊濾袋,但由于這些濾袋多數是合成化纖原料制造,生物降解性差,在自然界中難以被降解;又由于目前沒有有效的處置方法,隨意堆放后又成為了新的污染源。因此,如何有效處置破損的廢舊濾袋已成為當前迫切需要解決的問題。

??1 國內濾袋市場現狀

??國內早期的袋式除塵器使用的濾袋為普通的工業機織布,個別高端應用場合采用工業呢,1974年武漢冶金安全研究所研制了208工業滌綸布,得到了廣泛的應用,直到現在仍有一些場合在使用。20世紀80年代初,東北大學與撫順第三毛紡廠共同研發了針刺氈非織造濾料,由傳統的織造濾料走向非織造濾料,實現了濾料革命性的轉變,開始了濾料國產化的進程。與織造濾料相比,非機織造濾料生產流程短、生產效率高、自動化程度高、產品價格低,可廣泛應用于各種除塵場合。

??濾料的性能依賴于纖維的特性,在產生工藝變更的同時,纖維的種類也在快速發展。從早期的天然纖維、滌綸纖維、玻纖濾料,到NOMEX、PPS、PTFE等合成纖維,目前NOMEX、PPS、PTFE等纖維都已實現國產化,P84纖維、垃圾焚燒用同步除塵去除二 英濾料也正在研制中。

??在濾料品種不斷創新的同時,濾料的產量也在飛速發展。1985—2008年國內濾料產量情況見表1。

袋式除塵器廢舊濾袋如何處置

??從表1可以看出,從1985年到2005年的20年間,我國的濾料產量增長了23倍以上,進入21世紀以來,濾料的發展速度更快,從2005年到2008年僅僅3年的時間里,濾料的產量幾乎翻了一番。2008年我國年產量150萬米以上濾料企業就有15家,另有外資企業5家,其中年產量超過500萬米的大型企業2家。預計2010年國內的濾料產量可達到9000萬米以上。從中可以看出,每年淘汰下來以及歷年積累的破損的廢舊濾袋的數量也是天文數字。

??2 破損廢舊濾袋處置方法

??2.1 回爐熔化重新拉絲

??將破損的廢舊濾袋回收、清洗后重新回爐熔化、拉絲;重新制成纖維,循環使用。這是解決破損的廢舊濾袋的最佳方法。但在實際操作中則是難以實現,因為存在以下問題:

??2.1.1 收集、運輸問題

??歷年積累的破損廢舊濾袋,數量巨大,這些濾袋分布在全國各地,而且在損壞時間不確定的情況下,要想將其全部收集起來統一處理是很難做到的;其次,由于廢舊濾袋的表面附著大量粉塵,因此在運輸中,尤其是在長途運輸過程中難以保證粉塵不四處飛逸,成為流動污染源而污染周圍環境。

??2.1.2 清洗問題

??對破損的廢舊濾袋的清洗是非常麻煩、棘手的問題。由于廢舊濾袋表面黏有大量粉塵,而這些粉塵成分復雜(如垃圾焚燒等行業所用的濾袋,表面含有重金屬、二 英等有毒、有害、腐蝕性物質),在清洗廢舊濾袋時就會產生大量的污水和污泥。而且這些含有重金屬、二 英等有毒、有害、腐蝕性物質的污泥屬于危險化學品,而危險化學品的處置則要復雜得多。這使得廢舊濾袋的清洗也變得復雜起來。

??2.1.3 廢舊濾袋纖維成分復雜

??早期的濾袋主要采用天然纖維:如棉、麻及動物纖維等,結構簡單、成分單一。而目前所用濾袋基本上是采用二種或二種以上的合成纖維混合紡制而成(有的表面還采用了覆膜)。如梯度濾料,其由外而內的結構為:表層:超細纖維;基層:細纖維;骨架:基布后表層粗纖維層。P84+PPS梯度纖維復合濾料就屬于此類結構。由于玻纖纖維濾料的價格較低,采用PTFE、PPS纖維+玻纖纖維(基布)制成梯度結構,能有效地降低濾料價格,提高過濾性能和清灰性能;PTFE和PPS細纖維作為濾料迎風面層能有效捕集粉塵粒子,對微小粒子也有較好的捕集效果;清灰效果更好;底層基布主要用于支撐和抵抗骨架摩擦腐蝕。因此,梯度濾料對微小粒子的捕集能力明顯高于普通濾料。

??目前,除了個別廠家為了降低生產成本,以次充好外,大部分濾料基本都是采用兩種或兩種以上的合成纖維混合紡制而成的。為了提高濾料的性能及加工工藝的需求,例如針刺氈濾料加工工藝的關鍵是纖維的均勻度,而均勻度的好壞關鍵在于開松、梳理兩道工序。由于針刺氈生產工藝流程較短,均勻度很難控制。因此,有時為了便于加工也要向纖維中混入其它纖維,以保證其均勻度。如PTFE纖維,由于其纖維介電常數非常大,開松、梳理時產生很大靜電,造成加工時難以開松、梳理。而加入5%的滌綸后,其開松、梳理的性能得到極大的提高,加工也變得容易了。

??綜上所述,由于現代濾料是多種纖維混合紡制而成的。所以,當清洗完的廢舊濾袋重新回爐熔化、拉絲時又面臨以下難以解決的問題:1)熔化溫度如何確定,因為各種纖維的熔化溫度是不同的;2)重新拉出的絲的材質是不確定的;3)重新拉出的新絲的各項理化性能如何保證。

??2.1.4 原廢舊濾袋纖維成分發生化學變化

??袋式除塵器煙氣成分復雜,使用環境惡劣,經過長期使用后的濾袋材質的化學成分也都發生了化學變化。造成濾袋材質發生化學變化的主要原因有:

??(1)氧化

??氧化是濾袋損壞的主要因素之一。纖維氧化是纖維中分子失去(或離解)電子的過程,這一反應會使纖維中元素的氧原子增加。在常用的纖維中易被氧化的主要是聚合類化合物,如聚丙烯、聚苯硫醚等。氧化反應原理如下:

袋式除塵器廢舊濾袋如何處置

??從上式可見,氧化后纖維的大分子鏈被擊碎,變成小分子結構。分子結構發生了變化,纖維性能也發生了變化。

??又如聚苯硫醚(PPS)纖維,其分子式為:

袋式除塵器廢舊濾袋如何處置

??其分子主鏈由苯環在對位上連接硫原子而形成大分子主鍵,其結構中至少有85%的硫醚鍵(-S-)是直接結合在兩個芳香族環之中。在高溫(150℃)條件下,即氧分子攻擊分子中的“-S-”鍵,并與之結合,生成SOx。使大分子鏈被擊碎,變成小分子結構。由于苯環提供PPS纖維以剛性,而硫醚則提供PPS纖維以柔順性。因此,當煙氣中的氧或氧化劑與PPS纖維中的-S-結合生成SOx,造成PPS纖維變色、變硬、變脆,強度降低而破損,嚴重時纖網會破碎而脫離基布(見圖1)

袋式除塵器廢舊濾袋如何處置

??(2)水解

??水解即縮合的逆反應。纖維水解是由于水分子介入到纖維中而使高分子分解為二的反應,母體分子的一個部分從水分子中獲取了一個氫離子(H+),而另一個基團則從水分子中聚集了羥基(OH-),使其分子鏈斷裂生成新的小分子物質的過程。由于分子量變小,纖維抗拉強度減弱而損壞。所以縮聚型聚合體生產的合成纖維是不耐水解的。如常用的聚酯類、聚丙烯、諾梅克斯等濾料很容易發生水解。聚酯類纖維與諾美克斯纖維水解式如下:

袋式除塵器廢舊濾袋如何處置

??水解會破壞聚合物的主要結構,使纖維分子變小。煙氣中水分子含量和溫度越高,濾袋水解越嚴重。不同的濾料其水解溫度也不相同。其中P84是目前所用濾袋中抗水解性較差的一種,水解后,濾袋強度嚴重下降,易破損,縫紉線發生水解后,濾袋從縫紉線處開裂,使濾袋不再是筒狀而成為一塊布(見圖2)。

袋式除塵器廢舊濾袋如何處置

??(3)酸、堿性腐蝕

??腐蝕是濾袋損壞最常見的原因之一。煙氣中含有多種腐蝕性物質,在高溫環境下的腐蝕作用更大,從而會造成濾袋損壞。

??濾袋被腐蝕的主要原因是煙氣中含有酸、堿性成分,隨著這些化學物質濃度的變化而造成露點的改變,如除塵器開機或停機在露點以下時,廢氣中的SO2遇水就會形成H2SO3,造成濾袋纖維發生炭化、原分子鏈結構遭到損壞,生成小分子化合物。

??濾袋被腐蝕損壞的痕跡多為放射狀,并在濾袋表面形成大面積變色,造成濾袋變硬、變脆和出現少量不規則的洞,用肉眼可分辨出來。圖3為河南某氧化鎂廠氯化工段被腐蝕的濾袋,由于該廠煙氣中的HCl含量非常高,PTFE濾袋平均使用壽命不到3個月就被腐蝕得千瘡百孔無法繼續使用。所以,如果在此條件下進行脈沖清袋,將會加速濾袋的損壞。

袋式除塵器廢舊濾袋如何處置

??(4)纖維高溫降解

??由于多數濾袋是在高溫下工作的,因此,高溫會造成濾袋纖維玻璃態化,使濾袋纖維發生降解變化,造成纖維大分子鏈斷裂。從外表上看,高溫造成濾袋收縮變形、變硬,濾袋緊緊箍在骨架上,甚至無法抽出濾袋中的骨架,從而在濾袋內表面形成深深的痕跡(如圖4所示),并使得濾袋纖維玻璃化變得極其脆弱,強度降低。圖5為廣州某垃圾焚燒廠除塵器的濾袋,濾袋材質為PPS纖維,高溫使得PPS纖維變得極其脆弱,強度降低,輕輕一拉,就會撕開一條長長的口子。

袋式除塵器廢舊濾袋如何處置

袋式除塵器廢舊濾袋如何處置

??2.1.5 經濟性

??綜上所述,由于廢舊濾袋存在收集、運輸、清洗、二次污染和處置費用高的問題,同時還存在加熱熔化重新拉絲的困難以及新拉出的纖維絲性能及價格等難以確定的問題,因此廢舊濾袋的回收從經濟性上看,是費時費力且很難做到的,沒有經濟效益。

??2.2 焚燒

??焚燒是實現廢舊濾袋減量化、無害化的有效手段,也是目前解決破損、廢舊濾袋最有效的方法之一。雖然在焚燒過程中也存在二次污染的可能,但焚燒后可以實現減量化、減容化和穩定化。廢舊濾袋焚燒后有機合成纖維會變成CO2和H2O等氣體,而玻纖濾袋經高溫焚燒后纖維會變成SiO2等,從而實現無害化。

??2.3 填埋

??填埋是解決廢舊濾袋最簡單實用的方法,也是目前應用最多的方法。

??2.4 其它用途

??國內外目前還沒有廢舊濾袋在其它方面得到應用的報道,但據悉也有人將廢舊濾袋清洗后用在圍攔上,圈養牲畜。由此可聯想,如將廢舊濾袋作為底布用在栽種草坪上,則可替代目前草坪栽種所用的底布,也是較好的用途,但要防止其對地下水的污染。

??3 小結

??(1)由于濾袋采用化纖合成原料,其生物降解性差。廢棄濾袋在自然界中難以被生物降解,又會成為新的污染源;

??(2)焚燒是目前處理廢舊濾袋的較好辦法;

??(3)收集、運輸、清洗、烘干、熔化等過程困難,是廢舊濾袋難以回收的關健所在;

??(4)經濟性也是廢舊濾袋難以回收的主要問題之一;

??(5)廢舊濾袋最理想的處置方式是收集后,熔化拉絲,重復利用,但在目前的技術條件下難以實現;

??(6)廢舊濾袋用在栽種草坪時要防止污染地下水;

??(7)填埋是目前處置廢舊濾袋最簡單實用的方法,也是應用最多的方法。


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