揮發(fā)性有機(jī)廢氣處理分析

1.1.1揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）的分類

揮發(fā)性有機(jī)物(Volatile Organic Compounds,VOCs)是對(duì)一大類物質(zhì)的統(tǒng)稱，通常是指沸點(diǎn)在50℃至260℃之間、室溫下飽和蒸汽壓超過71Pa的有機(jī)物，由于VOCs種類繁多，導(dǎo)致?lián)]發(fā)性有機(jī)廢氣的類型也多種多樣，組成復(fù)雜。有機(jī)廢氣中經(jīng)常碰到的VOCs有烴類（烷烴、烯烴和芳烴）、酮類、酯類、醇類、酚類、胺類、氰類等。其中工業(yè)配方量最大的物質(zhì)為三苯類（苯、甲苯、二甲苯）和鹵代烴類，三苯物質(zhì)和鹵代烴同時(shí)也是高毒性物質(zhì)。

常見VOCs污染物分類

1.1.2揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）的危害

   （1）大多數(shù)VOCs有毒、有惡臭，一部分有致癌性，如氯乙烯、苯、多環(huán)芳烴、甲醛等；

    (2)多數(shù)VOCs易燃易爆，對(duì)生產(chǎn)企業(yè)存在不安全性；

  (3)在陽光照射下，大氣中的氮氧化合物、碳?xì)浠衔锱c氧化劑發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，生成光化學(xué)煙霧，產(chǎn)生的二次污染對(duì)人類健康造成更大的危害；

 （4）鹵烴類VOCs可破壞臭氧層，如氯氟碳化物（CFCs）；

(5)揮發(fā)性有機(jī)化合物中的芳香烴（如：二甲苯、甲苯等）及含氧碳?xì)浠衔铮ㄈ纾阂掖肌⑼?、酯等）由于揮發(fā)性較大，易擴(kuò)散在大氣中，嚴(yán)重污染環(huán)境和影響人體健康。

此外，VOCs的污染范圍不僅僅局限在一個(gè)城市或國家內(nèi)，隨著它的擴(kuò)散和遷移，可引起包括酸雨、臭氧層破壞、大氣變暖等全球環(huán)境問題，具有跨國性和全球性。因此，VOCs被視為繼粉塵之后的第二大類量大面廣的大氣污染物，VOCs的凈化治理也逐漸成為了大氣污染治理中非常重要的一部分。

1.1.3揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）的來源

大氣中的VOCs分為天然源和人為源。通常人們關(guān)注的大氣中VOCs主要來自人為污染源：即生產(chǎn)過程的排放。這些生產(chǎn)過程包括石化廠、煉油廠及生產(chǎn)過程中大量使用有機(jī)溶劑的相關(guān)行業(yè)，如涂料生產(chǎn)、涂裝、印刷、制藥、皮革加工、樹脂加工、電器外殼噴涂等。VOCs主要來源見表2所示。

有機(jī)廢氣處理工藝

4.3.1廢氣處理-吸收凈化法

吸收凈化包括噴淋水洗、霧化洗滌、無泵水幕處理、水旋式處理等。

噴淋水洗采用噴嘴組成的噴淋室，將水霧化來沖洗漆霧，水過濾后重復(fù)利用效果一般。

霧化洗滌采用螺旋進(jìn)氣，在高級(jí)霧化作用下，氣液充分接觸，廢氣中的細(xì)小顆粒物、未凝固的涂料顆粒及少量有機(jī)廢氣被吸收；

無泵水幕噴漆室和無泵水激噴漆室是利用高速排風(fēng)誘導(dǎo)提水，將排風(fēng)系統(tǒng)和排水系統(tǒng)合二為一，形成無泵的水循環(huán)系統(tǒng)，由于漆霧經(jīng)過水幕、水簾以及氣水通道與水幕強(qiáng)烈攪拌，形成多級(jí)凈化過程，提高了凈化效率。

水旋式噴漆室主要是靠在柵格上的水旋器來分離空氣中的漆霧，當(dāng)含有漆霧的空氣直接被吸收入水旋器與柵格板下的水面撞擊后，同水一起以漩渦運(yùn)動(dòng)流入水旋器，漆霧和空氣分離。目前廣泛采用的是水幕、水旋及水激式噴涂設(shè)備，均能取得較好的凈化效果，但因甲苯、二甲苯等有機(jī)物不溶于水，對(duì)該類有機(jī)污染物的去除效率甚微。還需要進(jìn)一步處理。

4.3.2廢氣處理-吸附凈化法

吸附法是目前廣泛使用的有機(jī)廢氣處理技術(shù)，其原理是利用吸收劑的多孔結(jié)構(gòu)，將廢氣中的VOC捕獲。吸附劑應(yīng)能滿足：比表面積和空隙率大，吸附能力強(qiáng)，具有一定的顆粒度，較好的機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，使用壽命長，價(jià)格低廉，原料來源充足。處理噴涂廢氣選用的吸附劑有活性炭、活性炭纖維、焦炭粉粒等。活性炭過濾吸附法是一種較為經(jīng)濟(jì)的方法，與其他方法比較，具有去除效率高、能耗低、工藝成熟、易于推廣的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是處理設(shè)備較大?；钚蕴课斤柡秃?，需對(duì)飽和的炭床進(jìn)行脫附再生。

4.3.3廢氣處理-直接燃燒法

直接燃燒法（或?yàn)闊嵫趸┦峭ㄟ^燃燒來消除有機(jī)物廢氣污染物的方法，是使用有機(jī)廢氣在溫度600-800℃和滯留時(shí)間0.3-0.5S的條件下直接燃燒，變成二氧化碳和水，適用于濃度較高的有機(jī)廢氣。為降低燃料費(fèi)用，需要回收排放氣中的熱量。

4.3.4廢氣處理-催化燃燒法

催化燃燒法是一種類似燃燒法的方式來處理VOC，操作溫度較普通燃燒法低一半，通常為200-400℃，將有機(jī)物氧化成二氧化碳和水，同時(shí)發(fā)出燃燒熱。它凈化有機(jī)物是用鉑、鈀等貴重催化劑及過渡金屬氧化物催化劑來代替火焰，由于溫度降低，允許使用標(biāo)準(zhǔn)材料來代替昂貴的特殊材料，大大地降低了設(shè)備費(fèi)用和操作費(fèi)用。對(duì)于大流量、低濃度的有機(jī)廢氣、燃燒或催化燃燒處理費(fèi)用太高，不經(jīng)濟(jì)。

4.3.5廢氣處理-等離子電離法

等離子電離法主要是通過脈沖電暈的技術(shù)，將有機(jī)廢氣中的有機(jī)物分化成空氣中的無害物質(zhì)，適合于處理低濃度（1-1000PPM）劇毒劇臭有害氣體，操作簡單。但該技術(shù)還不夠成熟，在處理有害氣體時(shí)還是有其欠缺的地方，如不能完全徹底地把有害氣體轉(zhuǎn)化為無害氣體，副產(chǎn)品較多；且在氧等離子體下產(chǎn)生大量臭氧；能耗高；脫除效率較低等。

4.3.6廢氣處理-臭氧氧化法

臭氧是公認(rèn)的強(qiáng)氧化劑，能迅速氧化分解有機(jī)污染物。但價(jià)格昂貴，能耗高。

4.3.7廢氣處理-光催化氧化（光觸媒）法

光觸媒氧化是在外界特殊光的作用下發(fā)生催化作用，光催化氧化反應(yīng)是以半導(dǎo)體及空氣為催化劑，以光為能量，將有機(jī)物降解為CO₂和H₂O。采用的半導(dǎo)體是目前反應(yīng)效率最高的納米TiO₂光催化劑，經(jīng)過特殊處理后達(dá)到理想效果。

在光催化氧化反應(yīng)中，通過紫外光照射在納米TiO₂光催化劑上產(chǎn)生電子空穴對(duì)，與表面吸附的水分和氧氣反應(yīng)生產(chǎn)氧化性很活潑的氧氫自由基（OH-）和超氧離子自由基（O₂-、O-）。能夠把各種廢臭氣體如醛類、苯類、氨類、氮氧化物、硫化物及其他VOC有機(jī)物、無機(jī)物在光催化氧化的作用下還原成二氧化碳、水、以及其他無害物質(zhì)，同時(shí)具有除臭、消毒、殺菌的功效，由于在光催化氧化反應(yīng)過程中無任何添加劑，因此不會(huì)產(chǎn)生二次污染。

1. 光觸媒氧化適合在常溫下將廢氣中的廢臭氣體完全氧化成無害的物質(zhì)，適合處理濃度高、氣量大、穩(wěn)定性強(qiáng)的有機(jī)氣體。

2. 光催化氧化利用人工特殊紫外線燈管產(chǎn)生的真空紫外光作為能源來活化光催化劑，驅(qū)動(dòng)    氧化還原反應(yīng)，而且光催化劑在反應(yīng)過程中并不消耗，利用空氣中的氧作為氧化劑，有效降解有機(jī)廢臭氣體成為光催化節(jié)約能源的最大特點(diǎn)。

3. 半導(dǎo)體光催化具有氧化性強(qiáng)的特點(diǎn)，對(duì)臭氧難以氧化的某些有機(jī)物如三氯甲烷、四氯化炭都能有效地加以分解，所以對(duì)難以降解的有機(jī)物具有特別意義，光催化的有效氧化劑是氧氫自由基（OH-）和超氧離子自由基（O₂、O-），其氧化性高于常見的臭氧、雙氧水、高錳酸鉀、次氯酸等。

4. 光催化氧化對(duì)從烴到羧酸的種類眾多有機(jī)物都有效，即使對(duì)烷子有機(jī)物如鹵代烴、染   料、含氮有機(jī)物、有機(jī)磷殺蟲劑也有很好的去除效果，只要經(jīng)過一定時(shí)間的反應(yīng)可達(dá)到完全凈化。

5. 在理論上，光催化劑的壽命是無限的，無需更換。

以下是采用不同方法處理惡臭有機(jī)氣體的技術(shù)對(duì)比。

蜂窩狀活性炭為一種新型環(huán)保吸附材料，通過將優(yōu)質(zhì)活性炭和輔助材料制成蜂窩狀方孔的過濾柱，達(dá)到產(chǎn)品體積密度小、比表面積大的目的，目前已經(jīng)大量應(yīng)用在低濃度、大風(fēng)量的各類有機(jī)廢氣凈化系統(tǒng)中。被處理廢氣在通過蜂窩活性炭方孔時(shí)能充分與活性碳接觸，吸附效率高，風(fēng)阻系數(shù)小，具有優(yōu)良的吸附、脫附性能和氣體動(dòng)力學(xué)性能，可廣泛用于凈化處理含有甲苯、二甲苯、苯、等苯類、酚類、酯類、醇類、醛類等有機(jī)氣體、惡臭味氣體和含有微量重金屬的各類氣體。采用蜂窩狀活性炭的環(huán)保設(shè)備廢氣處理凈化效率高，吸附床體積小，設(shè)備能耗低，能夠降低造價(jià)和運(yùn)行成本，凈化后的氣體完全滿足環(huán)保排放要求。

其吸附性能主要取決于它的幾個(gè)主要材料參數(shù)和過程參數(shù)。材料參數(shù)包括炭的吸附孔隙率、蜂窩結(jié)構(gòu)的壁厚和炭的含量；過程參數(shù)包括流體流速、吸附質(zhì)的濃度、吸附能(吸附能取決于碳結(jié)構(gòu)和吸附質(zhì)的特征如分子量) 。

穿透曲線是表征材料吸附性能的主要性能之一,是吸附前后吸附質(zhì)濃度比值隨時(shí)間變化的一個(gè)函數(shù)?！　?/span>

此比值達(dá)到0.95時(shí),所吸附的吸附質(zhì)的總量就稱為穿透容量。穿透容量取決于流體流速、吸附質(zhì)濃度和蜂窩炭組分含量等因素。

對(duì)蜂窩狀活性炭來說,壁厚是一個(gè)非常重要的參數(shù),可以通過改變壁厚來提高它的吸附效率。在孔隙率相同的情況下,壁厚增加,則單位體積蜂窩的炭含量也隨之增加,從而可以提高吸附容量。這是因?yàn)楸诤裨黾?/span>,蜂窩中流體通道的截面積減少,這樣真實(shí)的表面或體積流速也會(huì)增大。同時(shí),吸附質(zhì)與炭之間的接觸效率也會(huì)提高,這兩者之間存在一個(gè)平衡關(guān)系。在給定的條件下,這個(gè)平衡關(guān)系將決定吸附增加還是減少。

工藝流程圖

如果吸附質(zhì)以較高的擴(kuò)散速度擴(kuò)散到蜂窩壁的內(nèi)部,由此空出來的吸附位又可連續(xù)吸附,因此厚壁蜂窩應(yīng)該具有更好的吸附效率和吸附容量 。