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VOCs废气危害与治理技术
作者:管理员    发布于:2017-09-13 13:39:49    文字:【】【】【
摘要:VOCs废气危害与治理技术,治理技术分两大块:回收利用技术、销毁技术以及这两种技术的组合工艺形式。回收利用技术包含:冷凝法、吸收(洗涤)法、吸附法、膜分离法;销毁技术包含:燃烧法、催化燃烧法、生物降解法、光催化降解法、等离子体技术。其中膜分离技术、光催化降解法以及等离子体技术为近几年兴起的新技术。
VOCs废气危害与治理技术
一、VOCs 的定义及危害
        挥发性有机物(简称VOCs)是指在正常状态下(20℃,101.3kPa)蒸汽压在0.1mmHg(13.3Pa)以上,沸点在260℃(500°F)以下的有机化学物质。这类物质因其分子量小、沸点低、易挥发,一般以气态的形式存在,主要包括脂肪族、芳香族碳氢化合物、卤代烃、醛、酮、醇等。同时,这类物质也是大气臭氧和二次有机气溶胶污染的关键前提物。
        VOCs 的主要危害有:室内空气中挥发性有机化合物浓度过高时很容易引起急性中毒,轻者会出现头痛、头晕、咳嗽、恶心、呕吐、或呈酩醉状;重者会出现肝中毒甚至很快昏迷,有的还可能有生命危险。
        二、VOCs治理技术
        治理技术分两大块:回收利用技术、销毁技术以及这两种技术的组合工艺形式。回收利用技术包含:冷凝法、吸收(洗涤)法、吸附法、膜分离法;销毁技术包含:燃烧法、催化燃烧法、生物降解法、光催化降解法、等离子体技术。其中膜分离技术、光催化降解法以及等离子体技术为近几年兴起的新技术。
        (一)吸附法。吸附法是通过吸附剂对有机物分子的吸附作用达到废气的净化,常用的吸附剂是活性炭。利用吸附法治理VOCs 废气污染工艺成熟,能耗低,净化率高,操作简单,且吸附剂在一定温度下可脱附再生;缺点是设备庞大,流程复杂,当废气中有胶粒物质或其他杂质时,吸收剂易中毒,对于沸点高的VOCs,吸附剂难以再生脱附。吸附法一般用于低浓度VOCs 且要求净化效率高的废气治理项目[3]。
        (二)冷凝法。主要是利用物质在不同温度下具有不同饱和蒸汽压这一物理性质,采用降低系统温度或提高系统压力的方法,使处于蒸汽状态的污染物冷凝并从废气中分离出来的过程。冷凝法设备简单,操作方便,并容易回收较纯产品,用于去除高浓度有害气体更有利。但该法不宜用于净化低浓度、成分复杂的有害气体。
        (三)生物膜法。废气中的气态VOCs 首先经气相转移到液相或固体表面的液膜中,然后在液相或固体表面的VOCs 被微生物吸收降解,把废气中的有害物质转化成简单的无机物如二氧化碳、水以及细胞物质等。生物膜法不需要再生和其他高级处理过程,与其他净化法相比,具有设备简单、能耗低、安全可靠、无二次污染等优点;缺点主要是微生物的生长条件要求比较严格,主要包括介质、温度、PH、溶解氧浓度、湿度和污染物浓度等。该技术适合处理无回收利用价值又污染环境的低浓度VOCs 废气。
        (四)浓缩催化燃烧法。主要由吸附过滤设备和废气催化燃烧设备组成;吸附过滤设备设计为分腔式工作模式,每个腔式单独进行废气吸附过滤和反吹再生过程,各个腔式之间依次循环进行吸附过滤+ 反吹再生作业。电加热催化氧化设备只有在需要进行反吹氧化燃烧时才工作,因此,采用间歇性工作的方式,大大节省能源,同时催化燃烧产生的高温气体作为反吹气体循环使用,避免能量损失。浓缩催化燃烧技术是一种简洁实用、占地面积小、运行费用低的有机废气处理系统,对于大流量低浓度有机废气净化领域具有很大的优势。
        (五)UV 光解法。主要利用紫外线光束分解空气中的氧分子,产生游离氧,由于游离氧所携正负电子不平衡,因此与氧分子结合,进而产生臭氧,利用臭氧极强的氧化能力,使VOCs 发生氧化反应,最终分解产生无害的无机物,如水、二氧化碳等。UV 光解法适用于浓度较低,且能吸收光子的污染物质,可以处理大气量的、低浓度的VOCs,操作极为简单,占地面积小。对不能吸收光子的污染物质处理效果差,对于成分复杂的废气无法达到预期处理效果。
        (六)复合催化氧化法。

目前市场上新兴的一种VOCs 高效处理技术,以现有的空塔喷淋湿法脱硫工艺为借鉴,利用雾化喷头将Fenton试剂以雾化形式与含VOCs 废气逆向接触,其反应原理是Fenton 试剂能通过催化分解生成较为稳定的羟基自由基团或过氧化物自由基团,这些自由基团具有非常强的氧化性能,可以和废气中的VOCs 发生反应,反应生成的有机自由基可以继续参加链式反应,将无法被化学吸收液吸收的有机废气进行分解,并使其氧化成CO2、SO2、NOX、H2O 等无机物质,再通过碱性溶液进行吸收,从而达到对废气净化的目的。此技术运行成本低,效率高,安全可靠;但相应的存在废水排放的弊端。
        (七)光催化降解法。光催化降解VOCs 有两种形式:一种是一定波长的光直接照射使VOCs 分解;另一种是催化剂存在下,光照VOCs 使之分解。田中启一和三口伸一郎等利用紫外光分解VOCs作了研究,有机氯化物和氟氯烃在波长185nm 的紫外光照射下,两种物质都能在极短的时间内分解,卤代物的分解速度大于氟氯烃;三氯乙烯几秒钟内即能分解成氧气、氯气、氟气等。光分解可产生中间产物,可通过氢氧化钠溶液处理或延长滞留时间等手段最终去除。光催化剂的基本原理就是在一定波长照射下,光催化剂使H2O 生成(- H),然后- OH 将(VO)氧化成二氧化碳、水。由于其相中具有较高的分子扩散和质量传递速率及较易进行的链反应,光催化剂对气相化学污染物的活性比水溶液中高得多。
        (八)低温等离子体催化技术。采用等离子体技术分解VOCs 污染物时,等离子体中的高能电子起决定性的作用。数万度的高能电子与气体分子(原子)发生非弹性碰撞,将能量转换成基态分子(原子)的内能,发生激发、离解、电离等一系列过程使气体处于活化状态。电子能量较低(<10eV)时,产生活性自由基,活化后的污染物分子经过等离子体定向链化学反应后被脱除。当电子平均能量超过污染物分子化学键结合能时,分子键断裂,污染物分解。用等离子体联合催化剂处理挥发性有机化合物,降解率比较高,一般都能达到90%以上。
        三、废气净化设备的运行
        吸附-催化燃烧综合净化法是将吸附和催化燃烧两种净化工艺有机地结合起来,VOCs废气先通过吸附床,在此,气体中的有机物被吸附剂吸附,气体得以净化达标排放。吸附床一般配置两台以上,轮换使用。当一台吸附床吸附的有机物达到规定的吸附量时(即吸附饱和时),切换到另外一台吸附床继续吸附净化,已饱和的吸附床即可启动脱附再生程序。
        脱附再生是在再生风机、补冷风机、待再生吸附床与催化燃烧装置之间组成的循环系统内进行,由PLC控制。先启动催化燃烧装置的电热管将催化床升温,接着启动再生风机将空气送入催化床吸热后,热风进入吸附床,有机物从活性炭内解吸出来,热风所含VOCs的浓度较高,从吸附床出来后进入催化燃烧装置内的板式换热器吸热后进入催化床,热风中的VOCs被催化燃烧,氧化成CO2和H2O,在再生风机的驱动下热风继续再进入吸附床循环解吸。由于循环热风中的VOCs浓度高,催化床的温度可以由催化燃烧产生的热量来维持,电热管可自动切断电源,不需外来能源,可达到余热利用节能的目的。经过一段时间的循环脱附后,吸附床已获得再生,离开吸附床的热气中的VOCs浓度大幅降低,催化床的温度必须重新依靠电热管加温来维持,这说明吸附床已完全再生完毕,PLC令控制系统进入降温冷却程序,自动关闭电热管的电源,补冷风机启动,将冷风送入循环系统,对催化床和吸附床进行冷却,当吸附床的温度低于50℃时,脱附再生操作结束,吸附床进入备用状态。
        总结语
        VOCs废气对环境和人类均有较大的危害,并具有危害范围广、毒性明显等特点,已引起人们的广泛关注。随着工业化程度的不断提高,VOCs的污染有进一步扩大的趋势,因此,深入研究其污染治理技术,对于控制和治理VOCs废气的污染具有重要的意义。由于各种VOCs废气的特点各异,应该采取有针对性的处理方法,以期降低治理成本、避免二次污染,同时,研究开发联合协同处理工艺也将是一个重要方向。
标签:VOC废气治理
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