VOCs凈化技術(shù)

1、VOCs凈化技術(shù)1VOCs概述1.1定義VOCs指揮發(fā)性有機(jī)化合物(volatileorganiccompounds)的英文縮寫。它包括烴類、芳烴類、醇類、醛類、酮類、脂類、胺類和有機(jī)酸等。1989年，世界衛(wèi)生組織(WHO)對總揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)的定義是熔點(diǎn)低于室溫，沸點(diǎn)范圍在50-260°C之間的揮發(fā)性有機(jī)化合物的總稱。1.2來源VOCs排放源非常復(fù)雜，從大類上分，主要包括自然源和人為源，自然源主要為植被排放、森林火災(zāi)、野生動(dòng)物排放和濕地厭氧過程等，目前仍屬于非人為可控范圍。VOCs主要人為源包括移動(dòng)源和固定源，固定源中又包括生活源和工業(yè)源等。移動(dòng)源是指汽車、輪船、飛機(jī)等

2、各種交通運(yùn)輸工具的排放。生活源VOCs排放對象復(fù)雜，包括建筑裝飾、油煙排放、垃圾焚燒、秸稈焚燒、服裝干洗等。其中，建筑裝飾、垃圾焚燒、秸稈焚燒等只能從源頭進(jìn)行控制。餐飲油煙可以通過末端控制進(jìn)行凈化。服裝干洗則主要在于設(shè)備的改進(jìn)，通過推行密閉干洗機(jī)，使含VOCs溶劑密閉運(yùn)行，可起到很好的減排作用。工業(yè)源主要包括石油煉制與石油化工、煤炭加工與轉(zhuǎn)化等含VOCs原料的生產(chǎn)行業(yè)，油類(燃油、溶劑等)儲存、運(yùn)輸和銷售過程，涂料、油墨、膠粘劑、農(nóng)藥等以VOCs為原料的生產(chǎn)行業(yè)，涂裝、印刷、粘合、工業(yè)清洗等含VOCs產(chǎn)品的使用過程。1.3危害VOCs是強(qiáng)揮發(fā)、有特殊氣味、有刺激性、有毒的有機(jī)氣體，部分己被列為

3、致癌物，如氯乙烯、苯、多環(huán)芳烴等。其危害主要有：(1)在陽光照射下，NOx和大氣中的VOCs發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，生成臭氧、過氧乙酰硝酸酯(PAN)、醛類等光化學(xué)煙霧，造成二次污染，刺激人的眼睛和呼吸系統(tǒng)，危害人的身體健康。這些污染物同時(shí)也會危害農(nóng)作物的生長，甚至導(dǎo)致農(nóng)作物的死亡；（2）大多數(shù)VOCs有毒、有惡臭，使人容易染上積累性呼吸道疾病。在高濃度突然作用下，有時(shí)會造成急性中毒，甚至死亡；（3）大多數(shù)VOCs都易燃易爆，在高濃度排放時(shí)易釀成爆炸；（4）部分VOCs可破壞臭氧層。2VOCs污染控制技術(shù)VOCs的控制技術(shù)基本分為兩大類。第一類是預(yù)防性措施，以更換設(shè)備、改進(jìn)工藝技術(shù)、防止泄漏乃至消除V

4、OCs排放為主，這是人們所期望的，但是以目前的技術(shù)水平，向環(huán)境中排放和泄露不同濃度的有機(jī)廢氣是不可避免的，這時(shí)就必須采用第二類技術(shù)。第二類技術(shù)為控制性措施，以末端治理為主。末端控制技術(shù)包含兩類，即回收技術(shù)和銷毀技術(shù)（圖1）?；厥占夹g(shù)是通過物理的方法，改變溫度、壓力或采用選擇性吸附劑和選擇性滲透膜等方法來富集分離有機(jī)污染物的方法，主要包括吸附技術(shù)、吸收技術(shù)、冷凝技術(shù)等?；厥盏膿]發(fā)性有機(jī)物可以直接或經(jīng)過簡單純化后返回工藝過程再利用，以減少原料的消耗，或者用于有機(jī)溶劑質(zhì)量要求較低的生產(chǎn)工藝，或者集中進(jìn)行分離提純。銷毀技術(shù)是通過化學(xué)或生化反應(yīng)，用熱、光、催化劑或微生物等將有機(jī)化合物轉(zhuǎn)變成為二氧化碳和水

5、等無毒害無機(jī)小分子化合物的方法，主要包括高溫焚燒、催化燃燒、生物氧化、低溫等離子體破壞和光催化氧化技術(shù)等。2.1 回收技術(shù)對于高濃度或比較昂貴的具有回收價(jià)值的VOCs,宜采用回收技術(shù)加以循環(huán)利用。常用的回收技術(shù)主要有吸附、吸收、冷凝技術(shù)等。2.1.1 吸附技術(shù)吸附法是目前最廣泛使用的VOCs回收法。它屬于干法工藝，是通過具有較大比表面積的吸附劑對廢氣中所含的VOCs進(jìn)行吸附，將凈化后的氣體排入大氣。吸附法主要用于低濃度，高通量的VOCs處理。吸附法是一種傳統(tǒng)的廢氣治理技術(shù)，具有能耗低，工藝成熟，去除率高，凈化徹底，易于推廣的優(yōu)點(diǎn)，有很好的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益。其缺點(diǎn)是設(shè)備龐大，流程復(fù)雜，再生的液體不

6、能回用，這些液體必須進(jìn)行處理，不僅可能造成二次污染，而且增加許多處理成本，另外當(dāng)廢氣中有氣溶膠或其他雜質(zhì)時(shí)，吸附劑易失效。由于全過程的復(fù)雜性，費(fèi)用也相對較高。2.1.2吸收技術(shù)吸收法是采用低揮發(fā)或不揮發(fā)液體為吸收劑，利用廢氣中各種組分在吸收劑中溶解度或化學(xué)反應(yīng)特性的差異，使廢氣中的有害組分被吸收劑吸收，從而達(dá)到凈化廢氣的目的。VOCs的吸收通常為物理吸收。根據(jù)有機(jī)物相似相溶原理，常采用沸點(diǎn)較高、蒸汽壓較低的柴油、煤油作為溶劑，使VOCs從氣相轉(zhuǎn)移到液相中，然后對吸收液進(jìn)行解吸處理，回收其中的VOCs,同時(shí)使溶劑得以再生。對一些水溶性較高的化合物，也可以使用水作為吸收劑。當(dāng)吸收劑為水時(shí)，采用精餾

7、處理就可以回收有機(jī)溶劑；當(dāng)吸收劑為非水溶劑時(shí)，從降低運(yùn)行成本考慮，常需進(jìn)行吸收劑的再生。吸收技術(shù)是控制大氣污染的重要手段之一，不僅能消除氣態(tài)污染物，而且能將污染物轉(zhuǎn)化為有用產(chǎn)品。2.1.3冷凝技術(shù)冷凝法是利用物質(zhì)在不同溫度下具有不同飽和蒸汽壓這一性質(zhì)，采用降低系統(tǒng)溫度或提高系統(tǒng)壓力的方法，使處于蒸汽狀態(tài)的污染物冷凝并從廢氣中分離出來的過程。冷凝法適用于高濃度有機(jī)溶劑蒸汽的凈化，經(jīng)過冷凝后尾氣仍然含有一定濃度的有機(jī)物，需進(jìn)行二次低濃度尾氣治理。在有機(jī)廢氣治理中，通常采用常溫水或低溫水對高濃度的廢氣首先進(jìn)行冷凝回收，冷凝后的尾氣再進(jìn)行吸附或催化燃燒處理。對于低濃度的有機(jī)廢氣，當(dāng)需要進(jìn)行回收時(shí)，可以

8、首先采用吸附濃縮的方法，吸附濃縮后高濃度廢氣再采用冷凝技術(shù)處理。2.2銷毀技術(shù)對于中等濃度或低濃度（1000mg/m3）的VOCs般選擇銷毀的方法，常見的銷毀技術(shù)有：燃燒法（直接燃燒、熱力燃燒和催化燃燒）、生物法（主要是生物過濾、生物洗滌、生物滴慮三種）、光催化降解、電暈法、等離子體技術(shù)等等。2.2.1燃燒法熱破壞是目前應(yīng)用比較廣泛也是研究較多的有機(jī)廢氣治理方法，特別是對低濃度有機(jī)廢氣。目前使用的燃燒凈化方法有直接燃燒、熱力燃燒和催化燃燒。燃燒時(shí)所發(fā)生的化學(xué)作用主要是燃燒氧化作用及高溫下的熱分解。因此，這種方法只能適用于凈化那些可燃的或在高溫情況下可以分解的有害物質(zhì)。對化工、噴漆、絕緣材料等行

9、業(yè)的生產(chǎn)裝置中所排出的有機(jī)廢氣，廣泛采用了燃燒凈化的手段。由于VOCs燃燒氧化的最終產(chǎn)物是co2,h2o等，因而使用這種方法不能回收到有用的物質(zhì)，但由于燃燒時(shí)放出大量的熱，使排氣的溫度很高，所以可以回收熱量。2.2.1.1 直接燃燒直接燃燒法是使VOCs在較高溫度下迅速轉(zhuǎn)化為co2和h2o,直接燃燒法溫度一般在1100°C以上。適合于治理高濃度的有機(jī)廢氣。處理VOCs濃度范圍在5000-10000mg/m3。直接燃燒法工藝成熟，在適當(dāng)?shù)臏囟群捅Ａ魰r(shí)間下，可以達(dá)到99%的熱處理效率。優(yōu)點(diǎn)：在適宜的溫度和保留時(shí)間下，處理率可達(dá)99%，運(yùn)行費(fèi)用較低。缺點(diǎn)：容易發(fā)生爆炸，并且浪費(fèi)熱能產(chǎn)生二次

10、污染，能耗高，投資大，易氧化空氣中的N2。2.2.1.2 熱力燃燒熱力燃燒一般用于處理廢氣中含可燃組分濃度較低的情況。它和直接燃燒的區(qū)別就在于直接燃燒的廢氣由于本身含有較高濃度的可燃組分，它可以直接在空氣中燃燒。熱力燃焚燒則不同，廢氣中可燃組分的濃度很低，燃燒過程中所放出的熱量不足以滿足燃燒過程所需的熱量。因此，廢氣本身不能作為燃料，只能作為輔助燃料燃燒過程中的助燃?xì)怏w，在輔助燃料燃燒的過程中，將廢氣中的可燃組分銷毀。與直接燃燒相比，熱力燃燒所需要的溫度一般較低，通常為540820C。2.2.1.3 催化燃燒目前，VOCs治理技術(shù)中催化燃燒技術(shù)相對成熟。催化燃燒是在催化劑存在的條件下，VOCs

11、氣體中的可燃組分在較低的溫度下進(jìn)行的一種無焰燃燒，將有害VOCs轉(zhuǎn)化成無害的二氧化碳和水的過程。由于催化劑的存在，氧化反應(yīng)的活化能得到降低，氧化分解可在較低的溫度下進(jìn)行，一般為200-400C。2.2.2生物技術(shù)生物降解技術(shù)最早應(yīng)用于脫臭，近年來逐漸發(fā)展成為VOCs的新型污染控制技術(shù)。廢氣生物凈化技術(shù)實(shí)質(zhì)上就是通過附著在反應(yīng)器內(nèi)填料上的微生物，在新陳代謝過程中將廢氣中的污染物轉(zhuǎn)化為簡單的無機(jī)物（CO2、H2O和SO42-等）和微生物細(xì)胞質(zhì)的過程。其中，廢氣中的VOCs分解為二氧化碳、水等無機(jī)物；含硫惡臭污染物中的硫轉(zhuǎn)化為硫化氫并進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為環(huán)境中穩(wěn)定的硫酸鹽；含氮污染物中的氮轉(zhuǎn)化為環(huán)境中穩(wěn)定的

12、硝酸鹽或氮?dú)狻?.2.3 光催化技術(shù)光催化氧化法主要是利用光催化劑（如TiO2）的光催化性，氧化吸附在催化劑表面的VOCs。利用特定波長的光（通常為紫外光）照射光催化劑，激發(fā)出“電子-空穴”（一種高能粒子）對，這種“電子-空穴”對與水、氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生具有極強(qiáng)氧化能力的自由基活性物質(zhì)，將吸附在催化劑表面上的有機(jī)物氧化為二氧化碳和水等無毒無害物質(zhì)。光催化氧化與電化學(xué)、03、超聲和微波等技術(shù)耦合可以顯著提高對有機(jī)物的凈化能力。光催化氧化具有選擇性，反應(yīng)條件溫和（常溫、常壓），催化劑無毒，能耗低，操作簡便，價(jià)格相對較低，無副產(chǎn)物生成，使用后的催化劑可用物理和化學(xué)方法再生后循環(huán)使用，對幾乎所有污染

13、物均具凈化能力等優(yōu)點(diǎn)。目前光催化氧化技術(shù)存在反應(yīng)速率慢、光子效率低、催化劑失活和難以固定等缺點(diǎn)。2.2.4 等離子體技術(shù)低溫等離子體凈化技術(shù)是近年來發(fā)展起來的廢氣治理新技術(shù)。低溫等離子體破壞技術(shù)屬低濃度VOCs治理的前沿技術(shù)。研究表明，C-S和S-H鍵比較容易被打開，因此低溫等離子體技術(shù)對于臭味的凈化具有良好的效果，如橡膠廢氣、食品加工廢氣等的除臭。低溫等離子體用于廢氣的凈化具有很多的優(yōu)勢。（1）由于等離子體反應(yīng)器幾乎沒有阻力，系統(tǒng)的動(dòng)力消耗非常低；（2）裝置簡單，反應(yīng)器為模塊式結(jié)構(gòu)，容易進(jìn)行易地搬遷和安裝，運(yùn)行管理方便；（3）不需要預(yù)熱時(shí)間，可以即時(shí)開啟與關(guān)閉；（4）所占空間較??；（5）抗顆

14、粒物干擾能力強(qiáng)，對于油煙、油霧等無需進(jìn)行過濾預(yù)處理；（6）無需考慮催化劑失活問題；（7）工藝流程簡單、運(yùn)行費(fèi)用低，是直接燃燒的一半；（8）對VOCs的去除率高，對VOCs的適應(yīng)性強(qiáng)；（9）有機(jī)化合物最終產(chǎn)物為CO2、CO和H2O,若有機(jī)物是氯代物,則產(chǎn)物應(yīng)加上氯化物，而無中間副產(chǎn)物，降低了有機(jī)物毒性，同時(shí)避免了其他方法中后期處理問題。今后應(yīng)加強(qiáng)以下兩方面的研究：對水蒸氣比較敏感，當(dāng)水蒸氣含量高于5%時(shí)處理效率及效果將受到影響；初始設(shè)備投資較高。2.2.5 脈沖電暈技術(shù)脈沖電暈技術(shù)基本原理是通過沿陡峭、脈沖窄的高壓脈電暈的電，在常溫常壓下獲得非平衡等離子體，即產(chǎn)生大量高能電子和o,OH等活性粒子

15、，對有害物質(zhì)分子進(jìn)行氧化降解反應(yīng)，使污染物最終無害化。該技術(shù)適用于低濃度廣范圍的VoCs廢氣處理。電暈放電技術(shù)對VoCs的處理效率非常高，應(yīng)用范圍廣，基本上各類VoCs都能有效處理，對低濃度VoCs處理效果顯著。運(yùn)行工藝簡單，維護(hù)方便，能耗低，比傳統(tǒng)方法更經(jīng)濟(jì)有效。其優(yōu)點(diǎn)在于工藝流程簡單，維護(hù)方便；處理效率高，運(yùn)行費(fèi)用低，特別對芳烴的去除效率高。缺點(diǎn)：對高濃度VoCs處理效率一般還停留在實(shí)驗(yàn)室階段。2.2.6 紫外氧化法紫外氧化法是通過紫外光照射產(chǎn)生的臭氧將VoCs氧化分解成低分子化合物、二氧化碳和水的一種技術(shù)。紫外氧化法主要應(yīng)用于惡臭氣體的除臭，具有除臭效率高，設(shè)備簡單，運(yùn)行成本低，無需添加

16、化學(xué)藥劑等特點(diǎn)。但存在氧化不徹底，有低分子中間產(chǎn)物產(chǎn)生。3治理與綜合利用（一）鼓勵(lì)VOCs的回收利用，并優(yōu)先鼓勵(lì)在生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)回用。（二）應(yīng)根據(jù)廢氣的產(chǎn)生量、污染物的組分和性質(zhì)、溫度、壓力等因素進(jìn)行綜合分析后選擇廢氣治理工藝路線。（三）對于高濃度VOCs廢氣，宜首先采用冷凝回收、變壓吸附回收等技術(shù)對廢氣中的VOCs回收利用，輔助以其他治理技術(shù)實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。（四）對于中等濃度VOCs廢氣，宜采用吸附技術(shù)對有機(jī)溶劑進(jìn)行回收，或采用催化燃燒和熱力焚燒技術(shù)凈化后達(dá)標(biāo)排放。當(dāng)采用催化燃燒和熱力焚燒技術(shù)凈化時(shí)，應(yīng)對燃燒后的熱量回收利用。（五）對于低濃度VOCs廢氣，有回收價(jià)值時(shí)，宜采用吸附技術(shù)對有機(jī)溶劑回收

17、后達(dá)標(biāo)排放；無回收價(jià)值時(shí)，宜采用吸附濃縮燃燒技術(shù)、生物技術(shù)或等離子體技術(shù)等凈化后達(dá)標(biāo)排放。（六）惡臭氣體宜采用生物技術(shù)、等離子體技術(shù)、吸附技術(shù)等凈化后達(dá)標(biāo)排放。（七）對于催化燃燒和高溫焚燒過程中產(chǎn)生的含硫、氮、氯等的無機(jī)廢氣，以及吸附、吸收、冷凝、生物等治理工藝過程中所產(chǎn)生的含有機(jī)物的廢水，應(yīng)處理后達(dá)標(biāo)排放。4總結(jié)除了所處理VOCs氣體本身的特性外，技術(shù)選擇時(shí)還應(yīng)綜合考慮各種技術(shù)本身的性能指標(biāo)、建設(shè)和運(yùn)行成本、執(zhí)行的排放標(biāo)準(zhǔn)等因素。在VOCs處理技術(shù)選擇方面雖然有一些共性的規(guī)律和標(biāo)準(zhǔn)可以遵循，但是由于實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中不同行業(yè)企業(yè)所排放VOCs氣體的組成和特性往往存在較大差異，因此很難用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)覆蓋所有的情形。在實(shí)際工程中，往往單一處理工藝難以滿足排放要求，常常需要在主體工藝前加入預(yù)處理單元或進(jìn)行不同工藝的組合。比如對于含有顆粒物的氣體，需要在VOCs去除單元之前加入水洗或過濾等預(yù)處理單元.對于濃度較低、不適于直接催化燃燒的氣體，可采用吸附濃縮+催化燃燒的工藝組合進(jìn)行處理。吸附、催化燃燒、生物處理、熱力燃燒、等離子體等工藝在國內(nèi)外工