挥发性有机废气治理技术发展研究

2022-09-11

前言

随着我国工业化和城市化进程的不断加快, 经济快速增长, 环境污染的区域化、复合化趋势显著, 突出表现在出现灰霾天气几率增大、臭氧超标频率较高、颗粒物浓度居高不下等。作为细粒子 (PM2.5) 和臭氧的重要前体物, 同时可能具有毒性和异味, 挥发性有机物 (VOCs) 具有较大的环境危害。因此, 研究挥发性有机废气的关键技术是新时期意向重要的工作和内容。

一、挥发性有机废气治理技术的分析

(一) 利用直接燃烧法处理挥发性有机废弃

直接燃烧法就是使挥发性有机废气利用燃气或燃油等辅助燃料将干燥后高浓度的有机废气通过引风机直接送入废气焚烧炉, 有机废气首先进入换热器进行预热, 然后进入炉膛, 在燃烧机的火焰高温 (680~760℃) 作用下, 使VOCs分解成二氧化碳和水。直接燃烧法通常是在高温下产生氧化反应, 在620-760℃之间一般会存在完全氧化反应跟不完全氧化反应两种, 完全氧化的比例占60%-70%, 完全氧化反应最终产生物是CO2和H2O, 不完全氧化反应产生的是含氧有机物和CO。不完全氧化的原因是挥发性有机废气的浓度过低, 燃烧不够充分所导致的。为了使得燃烧足够充分, 就需要采取必要的措施, 可以在炉内加入辅助燃料, 使得挥发性有机废气完全燃烧。使用此类方法工艺简单、投资费用低, 适用于高浓度、小风量的废气, 但对安全技术、操作要求较高, 又由于这种燃烧方法必须保证在高温状态下进行, 很容易产生NOx化合物, 这种化合物会使得燃烧结果产生二次污染物。

(二) 利用催化燃烧法处理挥发性有机废气

催化燃烧法是把有机加热到150-300℃时, 在催化剂的作用下进行的无火焰燃烧法。通过把废气加热, 经催化燃烧转化成无害无臭的二氧化碳和水。采用这种方法由于起燃温度较低, 可以避免产生NOx二次污染物, 更为环保。但是处理费用高、投资较大。适用于高温或高浓度的有机废气。

(三) 利用吸附法处理挥发性有机废气

利用吸附法处理挥发性有机废气的原理是, 由于吸附剂具有微孔结构, 可以将挥发性有害物质吸附在吸附剂表面, 从而使有机物从主体中分离出来。这种方法适用于治理中、高浓度的VOCs, 对于低浓度的VOCs没有很明显的处理效果。

(四) 利用生物法处理挥发性有机废气

生物处理法是利用生物过滤法处理挥发性有机废气, 这种废气主要来源于市政污染、工业生产以及污泥处理等等。生物过滤法处理的是比较低浓度的挥发性有机废气, 挥发性有机气体通过生物滤床的处理作用, 与生物膜填料发生反应, 从而产生CO2和H2O, 然后直接排放在空气中。

二、挥发性有机废气治理技术进展和应用

(一) 光催化氧化技术

光催化降解治理技术是指在在一定波长光照下, 利用某些催化剂的光催化特性, 激发出“电子-空穴” (一种高能粒子) 对, “电子-空穴”对与水、氧发生化学反应, 产生具有极强氧化能力的自由基活性物质, 将有机物氧化为二氧化碳和水。Albericial发现纳米Ti O2因具有较高的化学稳定性、催化活性高、价廉和来源广泛, 对紫外线吸收率高, 抗光腐蚀性、无毒且对多种有机物有较强的吸附作用。

(二) 活性炭吸附-催化燃烧治理技术

活性炭纤维治理技术是时代创新的产物, 与传统的碳吸附技术相比, 会有更好的吸附效果。活性炭吸附-催化燃烧技术工作原理是先利用活性炭进行吸附浓缩, 当活性炭吸附达到饱和时启动催化燃烧设备, 并利用热空气局部加热活性炭吸附床, 从吸附床解吸出来的高浓度废气就可以在催化反应床中进行氧化反应, 达到VOCs去除的目的。当活性炭再生到一定次数后, 吸附容量明显下降, 则需要再生或更新活性炭。目前处理有机废气使用最多的方法就是活性炭纤维治理技术, 对苯类废气具有良好的吸附性能, 但对烃类废气吸附性较差。它的主要缺点是运行成本较高, 如果湿度环境较大, 就不适用于此类技术。

(三) 沸石转轮吸附-蓄热式热氧化技术

沸石转轮吸附浓缩-蓄热式热氧化是将吸附浓缩和蓄热式热氧化相结合的一种集成技术, 将大风量、低浓度的有机废气经过吸附-脱附过程转换成小风量、高浓度的有机废气, 然后经过蓄热氧化净化。它的主要流程为待处理的大风量有机混合废气经风机排出, 再经过转轮排风机动力进入预处理过滤装置去除废气中的粉尘及杂质部分, 经过滤后“相对纯净的有机废气”最终进入吸附装置进行吸附净化处理, 有机物质被吸附剂特有的作用力截留在其内部, 洁净气体排出, 经过一段时间吸附后, 吸附剂达到饱和状态, 进入冷却和高温脱附区域。

吸附剂脱附出来的高浓度废气直接进入RTO蓄热式焚烧炉进行焚烧净化处理, 废气焚烧后的氧化室高温气体与脱附废气通过热交换器进行热交换, 脱附废气换热后进入脱附区进行脱附, 吸附剂的有机物受到热空气加热后从吸附剂中挥发出来, 此时脱附出来的废气浓度高、风量小、温度高。有机废气直接进入RTO焚烧炉氧化后释放出大量能量, 利用有机物燃烧释放出的热量维持自燃。该方法净化效率高, 但同时存在投资大、运行费用高、可能产生NOX等缺点。

三、总结

综上所述, 因为挥发性有机废气种类丰富多样, 性质也有各自不同的特点, 再加之挥发性有机废气的排放情况也有着很大的不同。所以, 在对挥发性有机废气进行治理时, 必须详细了解各个治理技术和使用范围, 从而做到有效治理挥发性有机废气。

摘要：挥发性有机化合物, 简称VOCs, 是指沸点在50~250℃的化合物, 室温下饱和蒸汽压力超过133.32Pa, 在常温下以蒸汽形式存在于空气中的一类有机物。VOCs是造成大气污染的重要源头, 对环境、动植物及人类的健康有很大的危害。因此, 针对挥发性有机废气治理技术的研究就很有必要。本文, 首先介绍了各种处理挥发性有机废气的方法, 包括直接燃烧法、催化燃烧法、吸附法、生物法等。最后分析了挥发性有机废气治理技术进展和应用, 以期给相关工作人员提供一定的借鉴意义。

关键词：挥发性有机废气,治理技术,发展研究