低濃度VOCs廢氣處理技術(shù)及其應(yīng)用探究

VOCs是一類疏水及持久性有機(jī)污染物，大多具有致癌、致畸、致突變性，對(duì)環(huán)境具有潛在危害，多種VOCs已被國(guó)家環(huán)保局列為優(yōu)先控制和優(yōu)先監(jiān)測(cè)的污染物，如鹵代烷烴、氯烯烴、氯芳烴、芳烴及其氧化物和氮化物等。隨著化工行業(yè)的發(fā)展，VOCs排放量與日俱增，具有范圍廣、排放量大等特點(diǎn)，其處理已成為目前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)之一。

1、我國(guó)VOCs排放現(xiàn)狀

由于VOCs的排放狀況比較復(fù)雜，在我國(guó)當(dāng)前的污染檢查和統(tǒng)計(jì)中，并沒有將其列入檢查范圍。在常規(guī)檢測(cè)中，也沒有將其收入檢測(cè)目錄。這導(dǎo)致目前為止，我們國(guó)內(nèi)仍然沒有有效的VOCs監(jiān)測(cè)機(jī)制，對(duì)其排放狀況和排放來源的統(tǒng)計(jì)缺乏數(shù)據(jù)，以至于我們只能通過估算來進(jìn)行VOCs排放狀況統(tǒng)計(jì)。清華大學(xué)和同濟(jì)大學(xué)等高校的科研人員曾經(jīng)對(duì)人為排放源進(jìn)行過估算，結(jié)果表明在所有人為排放中，工業(yè)排放占據(jù)第一，達(dá)到了54.5%，其中，又分為四個(gè)部分，其各個(gè)部分的VOC排放狀況如圖1所示。

2、低濃度VOCs廢氣處理技術(shù)

2.1蓄熱式焚燒技術(shù)

蓄熱式焚燒設(shè)備的形式常見有二室和三室結(jié)構(gòu)，處理大風(fēng)量時(shí)也可以設(shè)計(jì)成五室七室等結(jié)構(gòu)。以三室結(jié)構(gòu)為例：低濃度VOCs先通過已經(jīng)蓄熱的第一蓄熱槽吸熱，在燃燒室中焚化后再經(jīng)過第二蓄熱槽放熱加熱蓄熱槽。此外，第三蓄熱槽同時(shí)以小風(fēng)量風(fēng)機(jī)將風(fēng)管與蓄熱槽內(nèi)殘VOC氣體吹入燃燒室內(nèi)燃燒裂解,吹掃風(fēng)量依爐膛溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，可避免吹掃風(fēng)量過大造成爐膛溫度大幅降低，造成能源浪費(fèi)。三槽切換依序?yàn)檫M(jìn)氣→吹除→排氣→進(jìn)氣之順序進(jìn)行。整個(gè)進(jìn)排氣室間的切換是以提升閥切換進(jìn)行批次操作。燃燒室通常保持在800-850℃并達(dá)某一段滯留時(shí)間去氧化有機(jī)廢氣。燃燒室與蓄熱室是一高效率燃燒設(shè)備，VOC破壞去除效率一般能達(dá)到99.9%以上。同時(shí)該設(shè)備一般設(shè)置緊急排放風(fēng)門，防止?fàn)t膛超溫?fù)p壞蓄熱材。RTO爐采用的是微正壓設(shè)計(jì)，當(dāng)爐膛壓力超過預(yù)設(shè)壓力時(shí)，為防止回火或發(fā)生爆炸危險(xiǎn)，緊急風(fēng)門也會(huì)打開。同時(shí)，為防止閥門超溫?fù)p傷，閥門設(shè)有空氣降溫管線；為保證煙氣溫度，緊急排放閥門后設(shè)有噴槍給煙氣降溫。燃燒器安裝于中間燃燒室上，有合適的天然氣燃料串組件，含入口過濾網(wǎng)的助燃風(fēng)機(jī)與安全控制。燒嘴結(jié)構(gòu)搭配陶瓷內(nèi)襯，需周邊填實(shí)。燒嘴結(jié)構(gòu)并配備有目視鏡以清楚地觀察主火火焰，以利于燃料氣和空氣的配比調(diào)整。并搭配火檢檢查火焰狀態(tài)。

2.2光催化氧化技術(shù)

光催化氧化技術(shù)指的是通過光的作用而形成化學(xué)反應(yīng)，讓揮發(fā)性有機(jī)廢氣包含的有害物質(zhì)向無害化合物進(jìn)行不斷轉(zhuǎn)化，讓揮發(fā)性有機(jī)廢氣自身污染性大大降低。起初，光催化氧化技術(shù)主要在處理廢水的方面應(yīng)用，后來逐漸開始應(yīng)用到處理廢氣?，F(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外的大量專家學(xué)者都對(duì)應(yīng)用光催化氧化技術(shù)的應(yīng)用展開了大量研究，其研究結(jié)果表明:若催化劑的選擇合理，應(yīng)用光催化氧化技術(shù)可以讓揮發(fā)性有機(jī)廢氣去除污染物的比率高達(dá)50%-70%，具有明顯的處理效果。應(yīng)用光催化氧化技術(shù)時(shí)，特定波長(zhǎng)的光照條件下，可借助催化劑具備的光催化性，讓表面揮發(fā)性有機(jī)化合物進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，然后使有機(jī)物最終氧化成為H2O、CO2與無機(jī)小分子物質(zhì)。通過UV紫外線的光束對(duì)揮發(fā)性有機(jī)廢氣進(jìn)行照射，將其中的二甲苯、甲苯、苯等分子鏈結(jié)構(gòu)進(jìn)行裂解，讓高分子化合物的分子鏈經(jīng)過紫外線高能光束的照射，向低分子的化合物進(jìn)行轉(zhuǎn)變與裂解，比如H2O與CO2等。同時(shí)，該光束還能將空氣氧分子有效分解成游離氧，游離氧自身正負(fù)電子不具有平衡性，和氧分子相互結(jié)合后會(huì)有臭氧形成。由于臭氧自身氧化作用較強(qiáng)，因此，能夠充分清除低濃度的揮發(fā)性有機(jī)廢氣。按照揮發(fā)性有機(jī)廢氣濃度高度與風(fēng)量大小，光催化氧化過程中為了讓設(shè)備的使用壽命、處理效果得到保證，需要進(jìn)行廢氣源預(yù)處理的工作，將酸性的氣體預(yù)處理后方可讓其進(jìn)入到凈化設(shè)備中。酸性氣體能夠很好地溶于水中，因此，預(yù)處理的工藝應(yīng)采用弱堿性水洗裝置。

2.3低溫等離子體催化技術(shù)

不同于傳統(tǒng)的活性炭吸附等方式，該技術(shù)利用等離子體與催化手段的結(jié)合，能夠完成許多傳統(tǒng)方式難以解決的問題。將等離子體運(yùn)用于低濃度VOCs廢氣排放處理始于20世紀(jì)80年代，那時(shí)候只是將等離子體技術(shù)進(jìn)行單一使用，雖然也起到了一定的凈化效果，但是效率比較低，而且成本也高。在后續(xù)應(yīng)用中，人們發(fā)現(xiàn)將催化技術(shù)與等離子體技術(shù)相結(jié)合，能夠在凈化低濃度VOCs廢氣排放物時(shí)產(chǎn)生極高的效用，由此形成了現(xiàn)在使用的低溫等離子體催化技術(shù)。其不僅克服了高能耗的問題，還能夠節(jié)省大量的時(shí)間，擁有較高的凈化效率。

2.4生物處理技術(shù)

與上述的廢氣處理技術(shù)相比，生物處理技術(shù)是一種無污染、無害的有機(jī)廢氣處理方式。該技術(shù)是通過微生物的生理過程來處理廢氣的，即將有機(jī)廢氣中的有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為二氧化碳、水等簡(jiǎn)單無機(jī)物。通常情況下，生物處理技術(shù)主要包括以下幾個(gè)步驟：其一，低濃度VOCs廢氣中的有機(jī)污染物與水接觸并發(fā)生反應(yīng)，迅速溶解于水中；其二，在液膜中溶解的有機(jī)物，當(dāng)液態(tài)濃度較低時(shí)，會(huì)向生物膜進(jìn)行擴(kuò)散，進(jìn)而被附著在生物膜上的微生物吸收；其三，微生物吸收有機(jī)廢氣后，經(jīng)過自身的生理代謝，轉(zhuǎn)化為對(duì)環(huán)境無害的化合物質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢氣的降解。

3、低濃度VOCs廢氣處理工程技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展

第一，利用生物分子轉(zhuǎn)換。通過充分利用生物分子的轉(zhuǎn)換過程使得VOC_s廢氣能夠獲得更高效的處理，同時(shí)將內(nèi)部中大量有害的物質(zhì)氣體轉(zhuǎn)化成可二次利用的成分然后通常重新組織的方式，這種治理技術(shù)在當(dāng)前的發(fā)展中，適用性非常廣泛，相比上述技術(shù)由于需要投入大量的運(yùn)營(yíng)成本相比，其運(yùn)營(yíng)成本較低，系統(tǒng)整體的運(yùn)行特征非常便捷，能夠適應(yīng)不同類型VOCs廢氣的治理工程中，針對(duì)可以促進(jìn)有害物質(zhì)在進(jìn)行二次利用的優(yōu)勢(shì)，在當(dāng)前的發(fā)展背景中，完全符合綠色環(huán)保的理念，因此，市場(chǎng)的推廣價(jià)值較高。第二提取并分離有害物質(zhì)治理。提取并分離有害物質(zhì)治理指的是提取并分離低濃度VOCs廢氣中的有害物質(zhì)，并回收剩余氣體中的有用成分，減少有害廢氣對(duì)環(huán)境造成的污染，這項(xiàng)技術(shù)投入的資金比較多，適用于大范圍的工業(yè)區(qū)。隨著現(xiàn)代化社會(huì)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平得到了很大提升，這項(xiàng)技術(shù)將有更加廣闊的適用范圍。第三，光解技術(shù)。光分解技術(shù)采取新型低濃度VOCs廢氣治理方案，利用光的分解作用協(xié)同催化共同對(duì)廢氣進(jìn)行處理。半導(dǎo)體材料為常見的催化劑，具有較強(qiáng)的催化能力，并且無需花費(fèi)較高成本，具有安全可靠的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)多種行業(yè)較為適用。現(xiàn)階段科學(xué)家對(duì)新一代催化劑材料進(jìn)行研究，科學(xué)技術(shù)在不斷發(fā)展過程中，納米材料進(jìn)入人們眼簾。納米材料也是催化劑研究的主要方向，該材料比半導(dǎo)體材料更加優(yōu)質(zhì)，能夠?qū)崿F(xiàn)環(huán)保的目標(biāo)，為未來光分解治理低濃度VOCs廢氣的最佳催化劑，是低濃度VOCs廢氣治理的跨越性進(jìn)步。

4、結(jié)束語

VOCs是有機(jī)化合物，具有揮發(fā)性質(zhì)的物體的一種總稱。VOCs常常作為一種有機(jī)溶劑使用在工業(yè)生產(chǎn)的過程中，因?yàn)槠渚邆涞膿]發(fā)性能，在生產(chǎn)過程使用中對(duì)環(huán)境造成巨大的污染，對(duì)人體造成危害。研究低濃度揮發(fā)性有機(jī)廢氣處理技術(shù)與應(yīng)用具有重要的意義。研究人員應(yīng)對(duì)當(dāng)前揮發(fā)性有機(jī)廢氣的概況有一個(gè)全面了解，能夠?qū)⑸锛夹g(shù)、光催化氧化技術(shù)、低溫等離子體技術(shù)等多種技術(shù)充分應(yīng)用到處理低濃度揮發(fā)性有機(jī)廢氣的過程中，從而實(shí)現(xiàn)VOCs污染的有效治理，使排放的VOCs濃度符合國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。

文章來源：北極星VOCs在線

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