半導體制程有機廢氣處理技術研究

嚴斌 朱曉靜

摘要：隨著我國工業化的發展，有機廢氣對大氣環境的污染也是越來越嚴重，嚴重影響了人類的生存和動植物的健康成長。廢臭氣物質種類繁多，來源廣泛，對人體呼吸、消化、心血管、內分泌及神經系統都會造成不同程度的毒害，其中芳香族化合物如苯、甲苯、苯乙烯等還能使人體產生畸變、癌變。因此，必須要加大對有機廢氣的處理力度，提高有機廢氣的處理技術。目前來說，在有機廢氣的處理方面來說，已經形成了一些比較成熟的工藝的技術，并且取得了一定的效果。本文主要對傳統的控制技術如熱破壞法、冷凝法、吸收法等，還有新控制技術如生物法、電暈法、等離子分解法等作了較為詳細的介紹。

關鍵詞：有機廢氣；處理技術；研究進展

隨著經濟的發展，工業廢氣排放量的增大導致環境質量越來越差，尤其是近兩年霧霾天氣嚴重影響了人們的身體健康，給國民經濟的發展造成了阻礙。這就需要加大對有機廢氣的處理力度，開發應用一些有成效的控制技術，來應對當前嚴峻的形勢。本文通過對一些傳統的有機廢氣處理方法進行介紹，同時也一些正在研究的新方法進行闡釋，以期能夠使它們迅速推廣。

1 傳統有機廢氣處理技術

1.1 熱破壞法

熱破壞法是傳統的廢氣處理技術之一，也是應用比較廣泛的方法。這種方法主要用于低濃度有機廢氣，分為直接火焰燃燒和催化燃燒兩種。一種有機物在氣流中直接燃燒和輔助燃料燃燒的方法是直接火焰燃燒。由于有機物濃度較低，多數情況下，都需要輔助燃料，在適當溫度和保留時間條件下，直接火焰燃燒的熱處理效率可以達到99%。

催化燃燒是在催化劑的作用下，加快有機物化學反應。催化劑在其中起著重要作用，它可以使有機物在熱破壞時需要更低的溫度和更少的保留時間。用于有機廢氣凈化的催化劑主要是金屬和金屬鹽，金屬包括貴金屬和非貴金屬。雖然催化劑的使用可以使有機廢氣的處理達到事半功倍的效果，但是由于有機廢氣中常出現雜質，很容易導致催化劑中毒。催化劑載體的應用可以有效得解決這個問題，它可以增大催化劑的有效面積，提高催化劑的活性和穩定性。因此，在催化燃燒方面，探索高效高活性的催化劑及載體是今后研究的重點。

1.2 冷凝法

物質都有在不同溫度下具有不同飽和蒸汽壓的特性，利用這一性質采用降低系統溫度或提高系統壓力的方法，使處于蒸汽狀態的污染物冷凝并從廢氣中分離出來的過程是冷凝法。在恒定溫度狀態下提高壓力或者在恒定壓力的狀態下降低溫度這兩種方法都可以實現冷凝過程，但在實際應用過程中一般采用第二種。雖然冷凝法可以使廢氣得到高程度的凈化，但凈化程度越高，冷凝溫度就要越低，必要時還要增大壓力，處理的難度和費用就會相應的增高。因此，在實際應用中，吸附、燃燒等凈化手段與冷凝法一起使用，既回收有價值的產品又不會增加處理的費用。

1.3 吸收法和吸附法

利用液體吸收液和有機廢氣相似相溶性的原理來處理有機廢氣的方法就是液體吸收法。吸收液通常由液體石油類物質、表面活性劑和水組成。比如環糊精的水溶液何以對有機鹵化物氣體進行吸收，它就利用了環糊精對有機鹵化物親和性極強的原理。這種方法的優點有：無毒無污染、回收率高、解吸率高、可反復使用等。

吸附法是利用吸附劑的密集細孔結構、化學性質穩定、吸附能力好等特點對低濃度、高通量可揮發性有機物進行處理的方法。常用的吸附劑有活性炭、氧化鋁、硅膠等。這種方法是目前應用廣泛的方法之一，它具有工藝成熟、凈化徹底、能耗低等優點，也有流程復雜，如廢氣中含有雜質時吸附劑容易中毒的缺點。

2 新型有機廢氣處理技術

2.1 生物法

生物凈化的實質是一種氧化分解過程，即附著在多孔、潮濕介質上的活性微生物以廢氣中的有機組分為能源或養分，轉化為簡單的無機物或細胞組成物質。生物過濾床、生物滴濾床和生物洗滌床是現階段的主要工藝。

在其中填入泥炭、活性炭等吸附性濾料的凈化裝置是生物過濾床。其工作原理為：在過濾床中加入N、P、K等營養物質和酸堿緩沖劑，然后掛上生物膜。當廢氣進入生物過濾床后，濾料中的微生物通過捕獲廢氣中的有機物來作為自身生長的養料，然后對污染物進行降解和繁殖，這樣生物濾池的操作可以持續進行。由于使用時間長了之后，濾料會呈酸性，要定期進行維護。這種方法主要適用于氣量大、濃度低的廢氣。

除頂部有噴淋裝置外，生物滴濾床與生物過濾床結構相似。不同于生物過濾床使用的具有吸附性的濾料，生物滴濾床采用樹皮、粗碎石、陶瓷、活性炭纖維等不具吸附性的物質作填料。填料的表面是由微生物形成的生物膜。生物滴濾池可以承受更大的污染負荷，在營養供給和微生物生長環境調節方面有優勢。對填料酸堿性的維護可通過加入硝酸銨等物質調節循環液的PH來實現。這種方法主要適用于降解后形成酸性物質以及負荷較高的廢氣。

生物洗滌塔的裝置更為復雜，它由裝有填料的洗滌器和具有活性污泥的生物反應器構成。洗滌器的作用是利用噴淋裝置使廢氣中的污染物與填料表面的水接觸，然后以液體形式轉入液相。這種洗滌液再在生物反應器中充分反應，最后被活性污泥懸浮液從液相中除去。其中流動的液相給控制反應條件提供了便利。這種方法適用于處理凈化氣量較小、濃度大、生物代謝率較低且易溶性廢氣。

2.2 電暈法

脈沖電暈法的基本原理是利用脈寬窄、前沿陡峭的高壓脈沖電暈放電，產生大量高能電子和活性粒子，將有害分子氧化降解為無害分子，從而實現污染物的處理。這種方法在常溫常壓下就可達到比較好的效率。

2.3 等離子體分解法

等離子體分解法采用兩個系統完成，一個是利用高頻等離子體急速加熱，利用高頻等離子體的化學作用與水蒸氣接觸進行分解的超高溫加水系統，另一個是將高溫分解的排氣急速冷到80攝氏度以下的排氣系統。利用等離子體分解氯氟烴的技術已經比較成熟，這個過程由氯氟烴和水蒸氣的供給裝置、等離子體發生裝置、反應爐、冷卻罐及排水處理裝置組成。這種方法反應速度快，效果好是有機廢氣處理技術研究的重要方向之一。

3 結語

對于有機廢氣處理技術的研究應該從兩方面進行，一是加快對傳統治理方法的工藝改進，以提高其處理效率并且節約成本；二是加緊對新型有機廢氣處理技術的研究，并逐漸在工業上推廣應用。隨著工業的發展，有機污染已經引起世界各國人民的關注，控制這類污染已經成為我們刻不容緩的任務，尤其在經濟全球化的今天，我國面臨經濟發展和環境保護的雙重任務。為了促進我國經濟、社會、環境的協調發展，為了人民的身體健康，改進傳統工藝，研究新興技術已經成為我國解決有機氣體污染的重要課題。

參考文獻

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（作者單位：貴州金誠環?？萍加邢薰荆?/p>