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浅谈袋式除尘器废旧滤袋的处置
        袋式除尘器至今已有百余年的历史,其很大的优点就是除尘效率可高达99.99%以上,排放浓度可达到10mg/m?以下,其分级效率也很高,对2.5μm以下的微细颗粒物也有很好的捕集效率,因此得到广泛的应用。袋式除尘器在其运行的同时,也会产生大量破损的废、旧滤袋,但由于这些滤袋多数是合成化纤原料制造,生物降解性差,在自然界中难以被降解;又由于目前没有有效的处置方法,随意堆放后又成为了新的污染源。因此,如何有效处置破损的废旧滤袋已成为当前迫切需要解决的问题。
  1 国内滤袋市场现状
  国内早期的袋式除尘器使用的滤袋为普通的工业机织布,个别高端应用场合采用工业呢,1974年武汉冶金安全研究所研制了208工业涤纶布,得到了广泛的应用,直到现在仍有一些场合在使用。20世纪80年代初,东北大学与抚顺第三毛纺厂共同研发了针刺毡非织造滤料,由传统的织造滤料走向非织造滤料,实现了滤料革命性的转变,开始了滤料国产化的进程。与织造滤料相比,非机织造滤料生产流程短、生产效率高、自动化程度高、产品价格低,可广泛应用于各种除尘场合。
  滤料的性能依赖于纤维的特性,在产生工艺变更的同时,纤维的种类也在快速发展。从早期的天然纤维、涤纶纤维、玻纤滤料,到NOMEX、PPS、PTFE等合成纤维,目前NOMEX、PPS、PTFE等纤维都已实现国产化,P84纤维、垃圾焚烧用同步除尘去除二英滤料也正在研制中。
  在滤料品种不断创新的同时,滤料的产量也在飞速发展。
  从1985年到2005年的20年间,我国的滤料产量增长了23倍以上,进入21世纪以来,滤料的发展速度更快,从2005年到2008年仅仅3年的时间里,滤料的产量几乎翻了一番。2008年我国年产量150万米以上滤料企业就有15家,另有外资企业5家,其中年产量超过500万米的大型企业。预计2010年国内的滤料产量可达到9000万米以上。每年淘汰下来以及历年积累的破损的废旧滤袋的数量也是天文数字。
  2 破损废旧滤袋处置方法
  2.1 回炉熔化重新拉丝
  将破损的废旧滤袋回收、清洗后重新回炉熔化、拉丝;重新制成纤维,循环使用。这是解决破损的废旧滤袋的最佳方法。但在实际操作中则是难以实现,因为存在以下问题:
  2.1.1 收集、运输问题
  历年积累的破损废旧滤袋,数量巨大,这些滤袋分布在全国各地,而且在损坏时间不确定的情况下,要想将其全部收集起来统一处理是很难做到的;其次,由于废旧滤袋的表面附着大量粉尘,因此在运输中,尤其是在长途运输过程中难以保证粉尘不四处飞逸,成为流动污染源而污染周围环境。
  2.1.2 清洗问题
  对破损的废旧滤袋的清洗是非常麻烦、棘手的问题。由于废旧滤袋表面黏有大量粉尘,而这些粉尘成分复杂(如垃圾焚烧等行业所用的滤袋,表面含有重金属、二 英等有毒、有害、腐蚀性物质),在清洗废旧滤袋时就会产生大量的污水和污泥。而且这些含有重金属、二 英等有毒、有害、腐蚀性物质的污泥属于危险化学品,而危险化学品的处置则要复杂得多。这使得废旧滤袋的清洗也变得复杂起来。
  2.1.3 废旧滤袋纤维成分复杂
  早期的滤袋主要采用天然纤维:如棉、麻及动物纤维等,结构简单、成分单一。而目前所用滤袋基本上是采用二种或二种以上的合成纤维混合纺制而成(有的表面还采用了覆膜)。如梯度滤料,其由外而内的结构为:表层:超细纤维;基层:细纤维;骨架:基布后表层粗纤维层。P84+PPS梯度纤维复合滤料就属于此类结构。由于玻纤纤维滤料的价格较低,采用PTFE、PPS纤维+玻纤纤维(基布)制成梯度结构,能有效地降低滤料价格,提高过滤性能和清灰性能;PTFE和PPS细纤维作为滤料迎风面层能有效捕集粉尘粒子,对微小粒子也有较好的捕集效果;清灰效果更好;底层基布主要用于支撑和抵抗骨架摩擦腐蚀。因此,梯度滤料对微小粒子的捕集能力明显高于普通滤料。
  目前,除了个别厂家为了降低生产成本,以次充好外,大部分滤料基本都是采用两种或两种以上的合成纤维混合纺制而成的。为了提高滤料的性能及加工工艺的需求,例如针刺毡滤料加工工艺的关键是纤维的均匀度,而均匀度的好坏关键在于开松、梳理两道工序。由于针刺毡生产工艺流程较短,均匀度很难控制。因此,有时为了便于加工也要向纤维中混入其它纤维,以保证其均匀度。如PTFE纤维,由于其纤维介电常数非常大,开松、梳理时产生很大静电,造成加工时难以开松、梳理。而加入5%的涤纶后,其开松、梳理的性能得到极大的提高,加工也变得容易了。
  综上所述,由于现代滤料是多种纤维混合纺制而成的。所以,当清洗完的废旧滤袋重新回炉熔化、拉丝时又面临以下难以解决的问题:1)熔化温度如何确定,因为各种纤维的熔化温度是不同的;2)重新拉出的丝的材质是不确定的;3)重新拉出的新丝的各项理化性能如何保证。
  2.1.4 原废旧滤袋纤维成分发生化学变化
  袋式除尘器烟气成分复杂,使用环境恶劣,经过长期使用后的滤袋材质的化学成分也都发生了化学变化。造成滤袋材质发生化学变化的主要原因有:
  (1)氧化
  氧化是滤袋损坏的主要因素之一。纤维氧化是纤维中分子失去(或离解)电子的过程,这一反应会使纤维中元素的氧原子增加。在常用的纤维中易被氧化的主要是聚合类化合物,如聚丙烯、聚苯硫醚等。氧化反应原理如下:
  从上式可见,氧化后纤维的大分子链被击碎,变成小分子结构。分子结构发生了变化,纤维性能也发生了变化。
  又如聚苯硫醚(PPS)纤维,其分子式为:
  其分子主链由苯环在对位上连接硫原子而形成大分子主键,其结构中至少有85%的硫醚键(-S-)是直接结合在两个芳香族环之中。在高温(150℃)条件下,即氧分子攻击分子中的“-S-”鍵,并与之结合,生成SOx。使大分子链被击碎,变成小分子结构。由于苯环提供PPS纤维以刚性,而硫醚则提供PPS纤维以柔顺性。因此,当烟气中的氧或氧化剂与PPS纤维中的-S-结合生成SOx,造成PPS纤维变色、变硬、变脆,强度降低而破损,严重时纤网会破碎而脱离基布(见图1)(2)水解
  水解即缩合的逆反应。纤维水解是由于水分子介入到纤维中而使高分子分解为二的反应,母体分子的一个部分从水分子中获取了一个氢离子(H+),而另一个基团则从水分子中聚集了羟基(OH-),使其分子链断裂生成新的小分子物质的过程。由于分子量变小,纤维抗拉强度减弱而损坏。所以缩聚型聚合体生产的合成纤维是不耐水解的。如常用的聚酯类、聚丙烯、诺梅克斯等滤料很容易发生水解。聚酯类纤维与诺美克斯纤维水解式如下:
  水解会破坏聚合物的主要结构,使纤维分子变小。烟气中水分子含量和温度越高,滤袋水解越严重。不同的滤料其水解温度也不相同。其中P84是目前所用滤袋中抗水解性较差的一种,水解后,滤袋强度严重下降,易破损,缝纫线发生水解后,滤袋从缝纫线处开裂,使滤袋不再是筒状而成为一块布(见图2)。
  (3)酸、碱性腐蚀
  腐蚀是滤袋损坏最常见的原因之一。烟气中含有多种腐蚀性物质,在高温环境下的腐蚀作用更大,从而会造成滤袋损坏。
  滤袋被腐蚀的主要原因是烟气中含有酸、碱性成分,随着这些化学物质浓度的变化而造成露点的改变,如除尘器开机或停机在露点以下时,废气中的SO2遇水就会形成H2SO3,造成滤袋纤维发生炭化、原分子链结构遭到损坏,生成小分子化合物。
  滤袋被腐蚀损坏的痕迹多为放射状,并在滤袋表面形成大面积变色,造成滤袋变硬、变脆和出现少量不规则的洞,用肉眼可分辨出来。图3为河南某氧化镁厂氯化工段被腐蚀的滤袋,由于该厂烟气中的HCl含量非常高,PTFE滤袋平均使用寿命不到3个月就被腐蚀得千疮百孔无法继续使用。所以,如果在此条件下进行脉冲清袋,将会加速滤袋的损坏。
  (4)纤维高温降解
  由于多数滤袋是在高温下工作的,因此,高温会造成滤袋纤维玻璃态化,使滤袋纤维发生降解变化,造成纤维大分子链断裂。从外表上看,高温造成滤袋收缩变形、变硬,滤袋紧紧箍在骨架上,甚至无法抽出滤袋中的骨架,从而在滤袋内表面形成深深的痕迹(如图4所示),并使得滤袋纤维玻璃化变得极其脆弱,强度降低。图5为广州某垃圾焚烧厂除尘器的滤袋,滤袋材质为PPS纤维,高温使得PPS纤维变得极其脆弱,强度降低,轻轻一拉,就会撕开一条长长的口子。
  2.1.5 经济性
  综上所述,由于废旧滤袋存在收集、运输、清洗、二次污染和处置费用高的问题,同时还存在加热熔化重新拉丝的困难以及新拉出的纤维丝性能及价格等难以确定的问题,因此废旧滤袋的回收从经济性上看,是费时费力且很难做到的,没有经济效益。
  2.2 焚烧
  焚烧是实现废旧滤袋减量化、无害化的有效手段,也是目前解决破损、废旧滤袋最有效的方法之一。虽然在焚烧过程中也存在二次污染的可能,但焚烧后可以实现减量化、减容化和稳定化。废旧滤袋焚烧后有机合成纤维会变成CO2和H2O等气体,而玻纤滤袋经高温焚烧后纤维会变成SiO2等,从而实现无害化。
  2.3 填埋
  填埋是解决废旧滤袋最简单实用的方法,也是目前应用最多的方法。
  2.4 其它用途
  国内外目前还没有废旧滤袋在其它方面得到应用的报道,但据悉也有人将废旧滤袋清洗后用在围拦上,圈养牲畜。由此可联想,如将废旧滤袋作为底布用在栽种草坪上,则可替代目前草坪栽种所用的底布,也是较好的用途,但要防止其对地下水的污染。
  3 小结
  (1)由于滤袋采用化纤合成原料,其生物降解性差。废弃滤袋在自然界中难以被生物降解,又会成为新的污染源;(2)焚烧是目前处理废旧滤袋的较好办法;(3)收集、运输、清洗、烘干、熔化等过程困难,是废旧滤袋难以回收的关健所在;(4)经济性也是废旧滤袋难以回收的主要问题之一;(5)废旧滤袋最理想的处置方式是收集后,熔化拉丝,重复利用,但在目前的技术条件下难以实现;(6)废旧滤袋用在栽种草坪时要防止污染地下水;(7)填埋是目前处置废旧滤袋最简单实用的方法,也是应用很多的方法。
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