基于冶金行業VOCs廢氣治理技術應用

田野 張曉琳 王志成 李井斌

摘 要：隨著社會各領域對冶金產品需求量的持續增長，冶金行業的經營生產規模也不斷擴大，而冶金生產過程產生的VOCs（揮發性有機物）廢氣量也越來越多，如果這些廢氣濃度嚴重超標，不僅污染自然生態環境，同時，也危及人民群眾的身體健康。因此，本文將圍繞冶金行業在治理VOCs廢氣時所遵循的基本原則，以及VOCs廢氣治理技術的實際應用效果予以闡述。

關鍵詞：冶金行業;VOCs廢氣;治理技術;應用

冶金行業的生產規模不同，產生的VOCs廢氣量也存在較大差異，一旦這些廢氣排放到大氣當中，將與大氣中的氣體成分發生化學反應，而產生有機氣溶膠，這種揮發性有機物將直接造成大氣污染，甚至給人民群眾的身體健康帶來諸多不利影響。因此，近年來，冶金行業在治理VOCs廢氣時，不斷對現有治理技術進行創新改良，引入了納米凈化、微波催化氧化等新型技術，并收到了理想的治理效果。

1.冶金行業治理VOCs廢氣時遵循的基本原則

1.1 安全性原則

與其它氣體不同，VOCs廢氣多數屬于易燃易爆氣體，比如甲苯、二甲苯、苯乙烯、三氯乙烯、三氯甲烷等，因此，對VOCs廢氣凈化裝置的安全性提出嚴格要求。技術人員在治理VOCs廢氣時，首先需要考慮的是制訂針對性的關于VOCs混合氣體爆炸性問題的處理方案，以防患于未然，在前期準備工作階段，應當及時獲取和收集大量的與VOCs廢氣相關的數據，并對凈化裝置以及周邊環境進行深入細致調研，同時，需要了解和掌握每一種VOCs廢氣的物理與化學性質。比如以苯為例，這種揮發性氣體的爆炸極限值介于1.5%～9.5%之間，如果低于爆炸下限，既不會燃燒也不會爆炸，如果高于爆炸上限，只能燃燒，卻不會產生爆炸現象。這主要是由于苯與冷空氣接觸后，空氣的冷卻作用遏制了火焰的蔓延。而高于爆炸上限，則是由于空氣量不足，火焰也不會蔓延。由此可見，只有熟練掌握VOCs廢氣的基本性質與反應原理，將會大幅減少安全事故的發生[1]。

1.2 經濟性原則

由于冶金行業生產過程中產生的VOCs廢氣成分呈現出多樣化特征，因此，在治理VOCs廢氣時，需要投入大量的治理成本，才能收到理想的效果。但是，如果將多數經費投入到治理工序當中，無疑會給企業的經濟效益造成重創。為了降低VOCs廢氣的治理成本，冶金行業應當建立一個事前經濟性評估體系，借助于大數據技術的分析、篩選與計算功能，得到最為優化的治理成本數據，進而促進企業經濟效益的提升。另外，也可以運用新技術或者資源能源二次利用技術對廢氣進行無害化處理。比如近年來，冶金化工行業引進的H2S脫硫塔余熱回收系統，該系統能夠將生產過程中產生的有害煙氣轉化為二次能源，以供給加熱爐足夠的熱量，相比于第一種方法，這種方法的應用效果更為明顯。

2. VOCs廢氣治理技術在冶金行業生產過程中的實際應用

2.1 直接燃燒法

過去，冶金行業在治理VOCs廢氣時，常常直接燃燒的方法，即將生產過程中產生的VOCs廢氣導入燃燒爐當中，通過燃燒，來消除廢氣中的有害氣體，燃燒過程將產生大量的二氧化碳氣體與水，但是，如果氣體燃燒不充分，VOCs廢氣反而會轉化為一氧化碳、硫化氫等有毒有害氣體，進而造成二次污染。因此，直接燃燒法需要借助于輔助性燃料，才能促使VOCs廢氣得到充分燃燒。由于這種方法經濟性好，操作便捷，許多中小型冶金企業仍在沿用這種VOCs廢氣治理技術。

2.2 低溫等離子治理技術

該技術主要利用除固、液、氣三種常見物質形態以外的第四種物質形態，即帶有中性離子與正負帶電離子的準中性氣體作為介質，對VOCs廢氣進行處理。準中性氣體在低溫作用下，能夠電離出VOCs廢氣中的異味氣體，進而將其轉化無害氣體化合物。相比于直接燃燒法，低溫等離子治理技術具有處理裝置簡單、操作便捷、空間占用小、能耗低等優點，比如利用該技術處理VOCs廢氣，單位時間內的耗電量僅為0.003KW/m3。而低溫等離子技術的缺點是在處理VOCs廢氣過程中，極易生成一些小分子化合物，而給自然生態環境帶來二次污染[2]。

2.3 微波催化氧化技術

微波催化氧化技術的反應式為：CmHn+O2→CO2+H2O+Q，從反應式可以看出，有機污染物與氧氣結合發生化學反應，生成無害、無污染的二氧化碳與水，進而達到凈化VOCs廢氣的目的。利用微波催化氧化技術能夠有效縮減VOCs廢氣的吸附時間，使工作效率得到大幅提升，而且處理成本較低，一般可以重復處理20次以上，也不會影響吸附能力。同時，該技術去除VOCs廢氣中有害成分的去除率高達95%以上，與直接燃燒技術相比，其優勢顯而易見。微波催化氧化技術與直接燃燒技術數據比對如表1所示。

2.4 納米凈化技術

與微波催化氧化技術類似，納米材料凈化技術也是近年來，冶金行業治理VOCs廢氣的一種新型技術，該技術應用超細的納米材料，借助于這種材料的高強吸附力，在光照條件下，能夠將VOCs廢氣中的有害物質轉化為無污染、無公害的二氧化碳氣體以及有機酸，可以說，這種納米材料是VOCs廢氣治理過程中一種高效催化劑，能夠加快VOCs廢氣的分解速度，甚至一些大分子粒徑的有害物質也能夠被同時分解。

比如TiO2屬于納米光凈材料，在日光的照射下，材料本身并不會發生任何反應，但是，它可以起到催化劑的加快物質反應速度的作用。其治理VOCs廢氣的基本原理是，TiO2 材料內部的電子在太陽光或者紫外線的照射下被激發出來，產生電子—空穴對，進而形成電子（e-）和空穴（h+）兩種載流體，這兩種載流體快速遷移到材料表面，吸附材料表面的水分與氧氣，而產生氧化能力強的自由氫氧基（·OH）和活性氧（O2 ）， 并與VOCs廢氣中的有害成分發生氧化反應，最終分解有害物質，達到凈化的目的。但是，相比于前幾種VOCs廢氣治理技術，納米凈化技術在廢氣處理后期，需要使用配套的活性炭再生系統，來處理多余的尾氣，要想實現VOCs廢氣的達標排放，冶金企業需要投入巨大的成本。因此，這種方法在處理VOCs廢氣時，如果沒有特殊要求，則很少應用于實際生產過程。

結束語：

為了積極響應國家關于“節能降耗、綠色環保”的號召，近年來，冶金生產企業著力從VOCs廢氣的產生源頭抓起，在現有治理技術的基礎，不斷引進行一些先進的、成功的VOCs廢氣處理技術，在提升廢氣治理效果的同時，為企業的健康可持續發展注入了生機與活力。

參考文獻：

[1]雷海森.冶金化工行業VOCs廢氣治理技術應用[J].中國金屬通報，2020（9）：295-296.

[2]李慶輝.基于VOCs有機廢氣處理技術研究進展[J].建筑工程技術與設計，2020（22）：3524.

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