揮發性有機物廢氣處理技術進展與前瞻

王雄科

武漢市環境保護科學研究院 湖北 武漢 430000

引言

大部分的揮發性有機物都具有很強的毒性,對人體傷害性極大,甚至有致癌的可能性。現階段,研究揮發性有機物的中外專業人員都在不斷創新治理污染技術,并取得了極大進展。

1 概述

揮發性有機化合物,簡稱VOC,是石油、化工、制藥、印刷、噴漆等工業生產過程和機動車輛排放的常見的污染物之一。VOCs是一類疏水及持久性有機污染物,大多具有致癌、致畸、致突變性,對環境具有潛在危害,多種VOCs已被國家環保局列為優先控制和優先監測的污染物,如鹵代烷烴、氯烯烴、氯芳烴、芳烴及其氧化物和氮化物等。隨著化工行業的發展,VOCs排放量與日俱增,具有范圍廣、排放量大等特點,其處理已成為目前國內外研究的熱點之一,相關環境立法也日趨嚴格。有機廢氣的處理技術基本可分為兩大類:一類為回收技術,通常用于治理較高濃度有機廢氣,常用的措施有:吸附、冷凝以及吸收等；另外為銷毀技術,常用措施有:燃燒、生物凈化和催化氧化等。在有機廢氣回收處理技術中,吸收法在多數情況下需要再生吸收液,否則會造成二次污染。冷凝法只適用高濃度有機廢氣的預處理,如果要將有害物質濃度降低到較低水平,所需費用昂貴。吸附法存在吸附劑再生問題,工業上吸附法多與其它技術組合使用時才具有經濟可行性。

2 揮發性有機廢氣的處理技術

2.1 吸附法 通常情況下,吸附技術是指從多種混合物中,選擇具有吸附能力的吸附劑,吸收有機污染物中相應成分,吸附劑類型以多孔結構固體為主,如活性炭等。在選擇和使用吸附劑時,應該考慮揮發性有機廢氣自身性質,不同污染物的性質對吸附劑的使用有著很大的影響,嚴重時會大大降低吸附效果,另外,物理性質、耐高溫情況、空氣阻力情況等,都是選擇吸附劑時所需要考慮的重要因素,選擇合適的吸附劑類型,才能大大提高吸附能力和效果。

2.2 冷凝技術方法 冷凝技術主要應用在低溫度、高濃度的小氣體量的操作過程中,但其不適用于低濃度揮發性有機化合物的處理。該技術可減輕揮發性有機化合物居高不下的有機負荷,也可更有效地進行有機物的回收與利用,常將其用在其他凈化高濃度VOCs之前的預處理。冷凝技術主要是通過科學的方法使氣體溫度逐漸下降,使揮發性有機化合物所產生的氣體達到飽和狀態之后,依據揮發性有機化合物的化學性質,由氣體轉化成為液體得以凈化,達到回收目的。一般情況下,此項技術運用在一級處理當中。

2.3 燃燒法 對于濃度較低的揮發性有機廢氣而言,燃燒技術最具有實效性,這種方法操作流程簡便,同時去除效率較高。近幾年來,有關學者對這項技術不斷進行深層次研究,根據燃燒技術的不同,將其分為了直接燃燒法、熱力燃燒法、催化燃燒法三種類型。(1)直接燃燒法是指不添加任何的物質,直接對揮發性有機廢氣進行燃燒,一般情況下,燃燒的溫度需要控制在1000℃左右。盡管這種操作方法較為簡單,但卻容易產生二次污染物,對環境造成一定的破壞和影響。(2)熱力燃燒法則需要以一些助燃物質作為輔助,這種處理方式具有以下幾點優勢:其一,燃燒溫度相對較低,只需要控制在850℃左右,就能有效處理揮發性有機廢氣。其二,燃燒產生的廢氣能夠作為助燃物質,極大的節省了助燃物質所需的開支。(3)催化燃燒法是一種無火焰燃燒方式,與其他燃燒方法相比具有很多優點,不需要使用火焰進行燃燒,安全性較高,同時也存在著一些缺陷,如使用的催化劑中含有稀有的金屬成分,價格相對較高。

3 揮發性有機物廢氣處理技術展望

由于很多揮發性有機廢氣的組成復雜,僅僅采用單一的處理方法難以有效保證排放達標,并且單一的處理方法經濟性較差。在這種情況下我們必須結合各種處理工藝的優勢,將多種處理工藝進行組合,保證多揮發性有機廢氣有效治理。針對噴漆行業產生的揮發性有機廢氣,其具有廢氣成分單一、濃度低、風量大等特點,僅僅采用吸附法或燃燒法單一工藝會使用大量的吸附材料或能源,非常不經濟。但是我們可以首先通過沸石轉輪或活性炭吸附將廢氣進行吸附處理,處理后的廢氣可以直接達標排空排放,吸附飽和后的沸石轉輪或活性炭采用熱風進行脫附,熱風脫附后的廢氣可以送入蓄熱式催化燃燒設備(RCO)或蓄熱式燃燒設備(RTO)進行處理,實現吸附材料的再生。在脫附處理過程中我們可以有效控制脫附后廢氣的濃度,保證滿足燃燒法的能量需求,從而可以不補充或少補充燃料使廢氣得到凈化,同時脫附后的吸附材料可以重復利用,避免吸附材料的浪費。針對一些飽和蒸汽壓較低的揮發性有機物如二氯甲烷,利用冷凝法進行回收,需要較低的冷凝溫度,能量消耗巨大,在治理這些有機物時我們可以采用吸附+冷凝的處理工藝進行處理,首先利用吸附材料將二氯甲烷等有機廢氣吸附到吸附材料上,然后利用蒸汽對吸附材料進行脫附,蒸汽脫附后的混合氣體送入冷凝器中進行冷凝,有機物會聯同蒸汽在較高的溫度下冷凝下來,從而有效實現有機物的回收,降低能源消耗。針對一些水溶性和水不溶性揮發性有機廢氣的混合氣體,我們可以首先利用水對水溶性的有機廢氣進行吸收以降低廢氣的濃度,再利用吸附法或燃燒法等其他方法進行處理,降低后續處理工藝的處理負荷。

結語

通過以上分析能夠看到,揮發性有機廢氣的種類較多、性質各異,處理不當不僅會危害人身健康,更會影響我國經濟發展。因此相關部門必須要提高重視力度,結合揮發性有機廢氣的性質采取最科學有效的處理方法,只有這樣才能保障處理質量。