三方機械工業股份有限公司

一、引言：環保技術革新背景與裝置定位

在全球 “雙碳” 目標與環境污染治理攻堅的雙重驅動下，工業廢氣、廢水協同處理技術成為破解高污染行業環保難題的關鍵。根據《節能減排綜合工作方案》（重點行業需實現 “污染物深度治理 + 能源高效利用” 雙重目標，傳統單一處理技術（如濕式洗滌、靜電除塵）因 “處理效率低、二次污染風險高、能耗顯著” 等局限，已難以滿足嚴苛環保標準。

2024 年研發的複合式水洗電能淨氣除塵裝置，創新性融合 “三方特製溜水式物理分離技術” 與 “多層電極電化學氧化還原技術”，突破 “氣液協同處理”“多污染物同步去除”“資源循環利用” 三大技術瓶頸，可實現粉塵、VOCs、油霧、油脂、重金屬、氨氮等多類污染物的一體化治理，處理後廢氣、廢水指標均符合《大氣污染物綜合排放標準》、《污水綜合排放標準》及國際 ESG（環境、社會和公司治理）體系要求，為半導體、化工、機械加工等行業提供可持續污染治理解決方案。

二、核心技術體系：物理分離與電化學協同原理

（一）三方特製溜水式物理分離技術

該技術基於流體力學與重力沉降理論，通過 “穩壓 – 渦旋洗滌 – 氣液分離” 三級結構實現污染物初步捕捉，無需額外耗能設備，符合對工業節能設備的技術要求。

1. 技術原理與結構設計

• 穩壓進氣階段：廢氣在負壓 / 正壓驅動下進入穩壓腔室，通過放大面積減速穩流讓氣流分佈實現流速均勻化，避免氣流擾動影響後續洗滌效率，並可降低壓力損失。
• 渦旋洗滌階段：氣流進入螺線渦旋水洗腔室，與切線方向注入的洗滌水形成 “氣液渦旋流”，水霧粒徑被剪切至≤50μm，氣液接觸面積較傳統洗滌塔提升 10-30 倍，接觸時間延長至 2-3 秒（傳統洗滌塔僅 0.5-1 秒）。根據傳質動力學理論（Lewis-Whitman 雙膜理論），該結構對粉塵（粒徑≥1μm）去除率達 90% 以上，對極性 VOCs（如醇類、醛類）捕捉率達 70%-90%。
• 氣液分離階段：洗滌後氣體進入降壓減速腔室，水霧在重力作用下沉降回歸水槽，潔淨氣體通過防霧板排出。該過程符合斯托克斯沉降定律，液體分離效率≥98%，避免二次霧滴夾帶污染。

2. 技術優勢與傳統洗滌塔對比

技術指標	三方特製溜水式洗滌設備	傳統填充式洗滌塔	依據標準 / 理論支撐
能耗（處理 1000m³/h 廢氣）	無額外耗能	需 3-5kW 循環水泵 + 風機額外負載	《用能設備能量測試導則》
維護週期	180-360 天	30-60 天（噴嘴 / 填充物更換）	工業設備維護管理規範
粉塵去除率（≥1μm）	≥90%	60%-70%（易堵塞）	《袋式除塵器性能測試方法》
耗材需求	無噴嘴、填充物	需定期更換拉西環 / 噴嘴	固體廢物污染環境防治法

（二）多層電極電化學深度降解技術

基於電化學氧化還原理論，通過 “陽極金屬離子釋放 – 陰極自由基生成 – 脈衝電流強化” 協同作用，實現液相污染物深度降解。

1. 核心電化學原理

• 陽極反應：採用鐵 / 鋁複合陽極，通電後發生氧化溶解：Fe – 2e⁻ = Fe²⁺、Al – 3e⁻ = Al³⁺。Fe²⁺在酸性條件下進一步氧化為 Fe³⁺（4Fe²⁺ + O₂ + 4H⁺ = 4Fe³⁺ + 2H₂O），Fe³⁺可氧化醛類、酮類等有機污染物，如將甲醛降解為 CO₂（HCHO + 2Fe³⁺ + H₂O = CO₂↑ + 2Fe²⁺ + 4H⁺），參考美國《電化學工程手冊》（第 3 版）“金屬離子催化氧化機制”。
• 陰極反應：金屬陰極發生水電解還原：2H₂O + 2e⁻ = H₂↑ + 2OH⁻，同時在強電場（5-20V）作用下生成氫氧自由基（・OH，氧化還原電位 2.8V）。・OH 可無選擇性破壞苯環、酯基等穩定結構，如甲苯降解路徑為 C₇H₈ + 16・OH = 7CO₂↑ + 12H₂O，降解效率是傳統化學氧化的 3-5 倍（借鑒日本《工業油霧處理技術白皮書》2023 版資料）。
• 脈衝電流強化：施加射頻脈衝電流（占空比 30%-70%），暫態高電壓打破污染物分子化學鍵，・OH 濃度提升 2-4 倍，同時避免電極表面鈍化（傳統直流電解鈍化率達 30%/ 月），反應時間縮短至毫秒級，符合歐盟 CE 認證 “脈衝電化學處理技術” 標準（EN 61010-2-061:2015）。

2. 智慧化與節能設計

• Fuzzy 控制技術實現精准運行：該技術能夠根據設備運行工況和污染物濃度等參數，自動調整設備的運行狀態，實現精准運行。自動化操作降低了人力需求，減少了人為因素對設備運行的干擾，提高了設備運行的穩定性和可靠性。

• 高效能耗設計：在滿足高效處理污染物的前提下，最大限度地降低能耗。同時，模組化簡化操作，使得設備的安裝、調試和維護更加方便。這種設計不僅符合當前企業對節能減排的需求，還降低了企業的運行成本。符合 ESG（環境、社會和公司治理）節能減排標準，有助於企業提升自身的可持續發展能力和社會形象。

3. 固液分離與資源循環

電化學反應生成的 Fe (OH)₃、Al (OH)₃膠狀沉澱，通過 “絮凝 – 沉降” 實現固液分離：

• 絮凝階段：金屬氫氧化物吸附液相中油滴、懸浮顆粒及降解產物，形成粒徑≥100μm 的絮體，依據《水處理劑 聚合硫酸鐵》，絮凝效率達 95% 以上；
• 資源循環：經二次陣列電極板再處理後，循環用於水洗腔室，水循環利用率≥90%；少量浮油通過二次陣列電極將油酯的自由基斷健處理。

複合式水洗電能除塵裝置動作介紹

三、關鍵污染物處理機制與效果驗證

（一）VOCs治理：氣液傳質 – 電化學協同降解

針對半導體、印刷行業常見的 “極性 + 非極性” 混合 VOCs（如異丙醇、甲苯），採用 “預捕捉 – 深度降解” 兩步法：

1. 預捕捉階段：非極性 VOCs（如甲苯）通過添加 0.1% 十二烷基苯磺酸鈉（表面活性劑），降低水 – VOC 介面張力，溶解度從 515mg/L（25℃）提升至 1200mg/L 以上（參考《表面活性劑應用技術手冊》）；
2. 降解階段：脈衝電化學作用下，甲苯去除率≥85%、異丙醇去除率≥95%，液相 COD 從 280mg/L 降至 15mg/L 以下。

案例驗證：某 12 英寸晶圓廠光刻工序 VOCs 處理專案，初始濃度異丙醇 80mg/m³、甲苯 50mg/m³，經裝置處理後排放濃度分別降至 3.2mg/m³、4.5mg/m³，符合《半導體行業大氣污染物排放標準》，運維成本較 “活性炭吸附 + RTO” 方案降低 40%。

• 與傳統 VOC處理技術的對比優勢

複合式水洗電能技術在 VOC 處理效率、能耗、運維成本等方面，全面優於傳統單一技術

（如吸附法、光催化法、單純電化學法），具體對比見下表：

對比維度	複合式水洗電能技術	傳統吸附法（活性炭）	傳統光催化法（UV+TiO₂）	單純電化學法
VOC 去除率	極性 VOC≥95%，非極性 VOC≥85%	初期≥80%， 30 天后降至 50% 以下	極性 VOC≥70%， 非極性 VOC≤50%	≥80% （但易受水質影響）
適用 VOC 類型	全品類（極性、非極性、高濃度）	低濃度、非極性為主	低濃度、 易氧化類型（如醛類）	中低濃度、 水溶性 VOC
能耗（處理 1000m³/h 廢氣）	5-7kWh	3-5kWh （但需定期更換活性炭）	10-15kWh （UV 燈耗能高）	8-12kWh
運維成本（年）	無耗材，僅需電極維護 （約 20,000 元）	活性炭更換成本 （約 10-15 萬元）	UV 燈更換 + 催化劑 再生（約 7.5 萬元）	電極更換 + 電解液 補充（約 7 萬元）
二次污染風險	無（VOC 降解為 CO₂、H₂O）	廢活性炭屬危險廢物 （需專業處置）	可能產生臭氧（O₃） 二次污染	無， 但需處理電解廢水
穩定性（連續運行）	365 天無故障（模組化設計）	30-60 天需停機換炭	90-120 天需更換 UV 燈	60-90 天需清理 電極鈍化膜

（二）油霧 / 油脂治理：渦旋破乳 – 電化學分解

針對機械加工、食品行業的油霧（1-10μm）與油脂污染，遵循 “物理破乳 – 化學降解 – 固液分離” 技術路徑：

1. 物理破乳：渦旋流剪切力破壞 “水包油” 乳液，5μm 以上油滴聚結上浮，捕捉率達 70%-85%（符合德國 DIN 1946-4《工業洗滌設備技術規範》）；
2. 電化學分解：陣列電極將油酯的自由基斷鍵處理，・OH 破壞油脂酯基（C-O-C），長鏈脂肪酸（如硬脂酸 C₁₈H₃₆O₂）降解為乙酸（C₂H₄O₂），異味物質（己醛、壬醛）去除率≥92%；
3. 固液分離：Fe (OH)₃吸附殘留油滴，絮體沉降後廢水含油量≤5mg/L。

案例驗證：某汽車發動機加工工廠油霧處理專案，初始油霧濃度 80-120mg/m³、異味強度 4-5 級，處理後油霧濃度降至 3-5mg/m³、異味強度 1 級，設備連續運行 180 天無電極鈍化，運維成本僅為傳統靜電除油設備的>1/3。

（三）氨氮治理：氣液吸收 – 氧化還原協同

針對半導體 CMP 工藝、化工行業的氨氮污染（氣相 NH₃、液相 NH₄⁺），採用 “吸收 – 降解” 協同技術：

1. 氣相吸收：氨氣通過渦旋水洗溶解為 NH₃・H₂O（捕捉率≥92%），電離為 NH₄⁺；
2. 電化學降解：陽極 Cl・氧化 NH₄⁺為 NO₂⁻（NH₄⁺ + 3Cl・→ HNO₂ + 5H⁺ + 3Cl⁻），陰極・OH 進一步氧化為 NO₃⁻，最終通過 “折點氯化” 反應生成 N₂（NH₄⁺ + NO₂⁻ → N₂↑ + 2H₂O），氨氮去除率≥97%。

案例驗證：某廠 CMP 工序氨氮處理專案，初始液相 NH₄⁺濃度 180mg/L，處理後降至 3.8mg/L，符合《電子工業水污染物排放標準》，水循環利用率達 85%，日均節水 20 噸。

複合式水洗電能淨氣除塵裝置的壓損優勢與節能效益分析

一、壓損特性：複合式裝置與水漩式水洗機的核心差異

複合式水洗電能淨氣除塵裝置在流體阻力控制上實現關鍵突破，其壓損特性顯著優於傳統水漩式水洗機，具體資料對比如下表所示：

設備類型	平均壓損範圍（mmaq）	壓損控制核心技術	資料來源
複合式水洗電能淨氣除塵裝置	≤110	1. 螺線渦旋水洗腔室流線型設計， 減少氣流湍流； 2. 多層電極模組化排布，避免氣流局部擁堵； 3. 氣液分離階段低阻多層平行陣列電極；	三方公司設計基礎及實測技術參數
傳統水漩式水洗機	≥130-280	1. 腔室結構設計偏向高湍流以強化洗滌， 氣流阻力大； 2. 單一氣液分離單元，需高風速維持分離 效率，導致壓損升高	行業常規水漩式設備測試資料

從流體力學原理來看，壓損本質是氣流通過設備時克服摩擦阻力、局部阻力所消耗的能量。複合式裝置通過結構優化，將氣流湍流程度控制在 “高效傳質 – 低阻運行” 平衡點，既保留了螺線渦旋水洗的氣液接觸效率（如對粉塵去除率≥90%、VOCs 預捕捉率 70%-90%），又通過流線型腔室、低阻平行陣列電極排布等設計，將壓損穩定控制在 110mmaq 以下，從源頭降低氣流輸送的能量消耗。

二、壓損與能耗的關聯機制：理論依據與實際影響

根據流體力學與風車能耗計算公式（風車軸功率P=(Q×ΔP)/(6120×η​)，其中Q為風量（m³/min），ΔP為壓損（mmaq），η為風車效率），壓損（ΔP）與風車能耗呈正相關關係 —— 在風量、風車效率固定的前提下，壓損每降低 10%，風車能耗可同步降低 8%-10%。結合兩類設備的壓損差異，其能耗對比可通過典型工況（風量 166m³/min，風機效率 70%）量化計算：

1. 複合式裝置能耗計算：
   壓損 110mmaq，代入公式得：P1​=(166×110)/(6120×0.7)​≈4.3kW
2. 傳統水漩式水洗機本體能耗計算：
   壓損 280mmaq，代入公式得：P2​=(166×280)/(6120×0.7)​≈10.9kW

由此可見，在相同工況下，複合式裝置風車能耗較傳統水漩式水洗機降低約 60.6%，印證了 “壓損越低越省電” 的核心邏輯 —— 壓損的降低直接減少了風車驅動氣流的能量消耗，這與複合式水洗電能淨氣除塵裝置中 “節能環保、省能源” 的技術優勢描述完全契合。

四、行業應用適配性與市場價值

（一）重點行業應用場景

行業領域	主要污染物	裝置應用優勢
半導體與電子製造	VOCs、粉塵、氨氮、氟化物	模組化設計適配潔淨廠房，無微生物污染風險
化工與製藥	多組分 VOCs、重金屬、臭氣	耐腐蝕性電極（Ti 基塗層），適應強酸堿環境
機械加工	金屬切削液油霧、粉塵	無耗材設計，避免過濾棉堵塞導致的設備停機
食品加工與餐飲	食用油脂霧、煎炸臭氣	油脂回收利用率≥80%，無二次廢油污染

（二）ESG 符合性與投資回報

1. ESG 指標契合：裝置能耗較傳統設備降低 50%-70%，水資源循環利用率≥80%，無危廢產生（如廢活性炭、廢填充料），符合聯合國全球契約組織（UNGC）ESG 披露框架及歐盟《可持續金融資訊披露條例》（SFDR）要求；
2. 投資回報分析：以 10 年運行週期測算，裝置初期投資雖較傳統設備高 30%-50%，但通過節能（年節電 10-15 萬度）、減少運維成本（年節省25-35 萬元）、避免環保罰款（單次罰款 60-150 萬元），投資回收期可縮短至 2-3 年，總成本較傳統設備降低 30%-50%（參考《工業環保設備經濟評價方法》）。

五、結論與展望

複合式水洗電能淨氣除塵裝置通過 “物理分離 – 電化學降解 – 資源循環” 的協同技術體系，解決了傳統環保設備 “單污染物處理、高能耗、高維護” 的痛點，實現了多行業、多污染物的一體化治理。其技術優勢體現在：

經濟可持續性高：節能與資源循環設計降低長期運行成本，投資回報顯著。

學理支撐充分：融合流體力學、電化學、傳質動力學等多學科理論，技術參數可通過理論模型定量計算；

法規符合性強：處理效果滿足國家及行業環保標準，適配 ESG 體系要求；