化工行業有機廢氣治理新技術研究

陳申盤，劉亞紅

（山東韜立環保科技有限公司，山東 濟南 250000）

近年來，各種各樣的環境問題時有發生，而環境保護就成為了社會的熱點討論話題之一。因此，對于高能耗、高污染的企業進行管理與限制，就是保護環境的重要措施。其中，化工行業在國民經濟中發展中具有重要地位，對于許多國家而言，是經濟支柱型產業。但化工行業在生產過程中產生的種類繁多、數量龐大且毒性較重的有機廢氣，對生態系統造成了嚴重危害。所以，在環保型經濟發展的要求下，對化工行業的污染治理尤為重要，且迫在眉睫，一方面是為了有力保障人與自然的和諧共處，以及保護我國的公共衛生安全，另一方面也是為了切實促進化工行業長期健康的可持續發展。面對這種形式，我國加大了對化工行業有機廢氣處理的力度，并不斷研發新技術對廢氣進行凈化和降解，以最大程度地降低排出廢氣的毒性，從而減少對環境的危害。

1 有機廢氣的危害與治理現狀

1.1 有機廢氣的危害

（1）當前，有機廢氣已嚴重影響了生態環境，其危害也是多方面的。其中，有機廢氣在陽光的照射下，部分成分會與空氣中的物質發生化學反應，而生成的臭氧可轉化為光化學煙霧，一旦與人體發生接觸或被人體吸入，就會對人們身體健康造成危害。同時，有機廢氣本身具有較強的刺激性和毒性，當人們過量吸入時，可能會導致急性中毒事件的發生，嚴重時甚至會出現一定的致死率。此外，有機廢氣中的部分成分還會引發腫瘤病變和其他重疾，其中部分病變是不可逆的，這會對人體健康造成嚴重威脅。

（2）對植物而言，有機廢氣中的光化學煙霧、二氧化硫、氟化物等成分會導致植物枯黃落葉直至死亡，同時還會影響植物的光合作用。因此，每年都有大量的農作物受有機廢氣的影響導致減產，造成了嚴重的經濟損失，而我國作為農業大國，有機廢氣對農產業造成的危害是不容忽視的。

（3）對氣候而言，有機廢氣是引發大氣污染的主要的原因，并且這種污染是全球性的。主要表現為以下三個方面：其一，破壞了臭氧層。臭氧層對地球而言具有極其重要的保護作用，其承擔著過濾紫外線、熱能的轉換等多種作用，當臭氧層被破壞后就會對全球的氣候調節與轉換產生影響，一旦受到嚴重破壞，后期修復極為困難且艱難；其二，酸雨。酸雨具有一定腐蝕性，并且雨區覆蓋面積均為受災面積，而區域內的動植物、水源、建筑、人體等均會受到嚴重影響，從而造成不可估量的損失；其三，氣候變化。有機廢氣會直接加劇溫室效應，造成全球氣候變暖，導致各種極端天氣增加，自然災害增多，其中冰川融化，海平面上升會給全球的生態環境、人文發展、經濟建設均帶來嚴峻挑戰[1]。

1.2 有機廢氣的治理現狀

由以上內容可以看出，對有機廢氣進行有效治理也是在保護人類賴以生存的資源環境。通常，有機廢氣的主要來源為煤炭、石油和天然氣，而與這三種原材料密切相關的就是化工行業。因此，治理有機廢氣主要是針對化工行業。目前，雖然我國對化工行業的有機廢氣處理已具有較為完善的處理流程，比如處理方法、處理原則以及處理標準等，但受各種主客觀因素的影響，處理效果往往不理想。一方面是由于有機廢氣具有成分復雜，易燃易爆、有毒有害、不溶于水等諸多特點，所以，導致各種廢氣的處理方式不同，處理難度也較高，一旦不慎還可能會引發相關安全事故；而另一方面在于許多企業對有機廢氣的處理不夠重視或處理能力較為低下，比如部分企業為了提升經濟效益，在擴大生產規模的同時不斷加大對生產設備的投入，但卻忽略了對有機廢氣處理設施方面的相關建設，導致有機廢氣處理的效率和效果一直不佳，或部分企業的有機廢氣處理技術較為落后、單一，且過于依賴方法簡單、成本低廉的活性炭吸附法。這種方法僅能對濃度較低以及成分較為簡單的有機廢氣進行處理，而對于高濃度以及成分復雜的有機廢氣進行處理則會達不到預期的效果，最終導致排放超標，無法滿足現階段的處理要求[2]。

2 化工行業有機廢氣常見的治理方法

2.1 熱力燃燒法

由于在有機廢氣中，部分成分具有可燃性，且在完全燃燒后可被完全氧化分解，從而會被轉化為無害物質排放至空氣中。因此，該方法主要適用于高濃度、小氣量的可燃性廢氣，其優勢在于方法簡便、成本低廉，但也具有較多的局限性，適用范圍較為狹隘。需要注意的是，由于化工行業的有機廢氣成分往往較為復雜，當包含不可燃燒氣體時會導致燃燒后依然存在較多的污染廢氣，同時對燃燒的充分性要求較高，一旦無法保證完全燃燒就會導致排放超標的情況發生。

2.2 吸收/吸附法

吸收法主要是利用有機廢氣中的部分成分易溶于水的特性，在處理時直接與水接觸從而達到凈化的目的，該方法的優點為工藝簡單、管理方便；其缺點為需要對洗滌液進行處理，否則容易造成二次污染，凈化效率較低。而吸附法主要是利用活性炭、多孔碳、沸石等吸附劑，吸附有機廢氣中各種有害的氣體及液體分子，該方法優點為工藝成熟、效果可靠、易于回收；缺點為吸附劑具有吸附的上限，一旦達到或超過標準就會停止凈化。

2.3 生物法

自然界存在各種各樣的微生物，可利用這些微生物對各種常見的有機污染物以及無機污染物進行分解，從而轉化為少量甚至無害的物質，該方法的優勢在于成本低廉、資源投入較少、轉化過程安全可靠等；缺點在于其中的部分污染物質具有二次利用的價值，但該方法無法進行回收，這一定程度上浪費了一定的生產資源，同時分解的效率也較低。因此，生物法也僅適用于廢氣量小的情況[3]。

3 化工行業有機廢氣處理的新技術

3.1 光催化氧化技術

在上世紀70年代，科學界發現了光催化裂解水，自此揭開了多相光催化新時代的序幕，隨后有科學家又研究了多氯聯苯的光催化氧化作用。該研究也是首次利用光催化技術消除環境污染物，而后，許多的科學家也陸續開展了一系列的研究，均證實了光催化氧化對許多的有機污染物具有良好的降解作用，這既拓寬了光催化氧化技術的應用范圍，又促進了該技術的實際應用進度。在治理有機廢氣的過程中，該技術一方面具有光化學氧化的優勢，能夠在可見光及紫外光的作用下使有機污染物氧化降解，而另一方面極大地提升了光化學氧化的效率，使得在反應過程中產生的有機中間體大幅度減少。因此，利用該技術可以高效地完全降解常見的化工產業有機廢氣中的污染物，且不會產生二次污染。比如NO2、SO2、H2S等酸性氣體和NH3、CS2等堿性氣體，最終會使之轉化為水之類的安全物質，不僅可供生產再次利用，同時在排放后也不會對環境造成危害，可使這些物質直接加入到生態循環之中。目前在國際范圍內，該技術已具有較為豐富的應用經驗以及先進的應用體系，但我國在這方面的研究起步相對較晚，客觀上還存在一定的差距。因此，化工企業可根據自身的實際情況進行選擇應用，且還要購買相對可靠的設備，來建設凈化體系，從而有效降低有機廢氣的排放率。光催化氧化設備如圖1所示。

圖1 光催化氧化設備

3.2 變壓吸附分離與凈化技術

變壓吸附分離與凈化技術實際上已具有多年的研究歷史，但在早期由于技術水平低下，收率較低所以沒能大范圍推廣。而近年來，隨著相關技術的發展，有效減少了氣體損失，收率逐漸提升，因此，逐漸受到了廣泛的推廣應用。該技術與通過化學反應使污染物質轉換為安全物質不同，是屬于物理凈化方式。在實際應用過程中，先將有機廢氣吸附在固體材料上，然后經過凈化設備且在壓力的作用下對污染物進行分離和凈化，最后排放出安全無害的氣體。但與普通的物理凈化方式相比，該技術具有可循環利用的優勢，比如普通的吸附劑在達到吸附上限后便失去了活性，這時就需要不斷的投入吸附劑，導致處理成本較大。而變壓吸附分離及凈化技術在完成吸附后，可通過抽真空的方法迅速完成廢氣的回收并進入到下一步的處理階段，且在回收后吸附材料恢復活性，可繼續吸附使用。因此，該技術有效提升了有機廢氣的處理的效率，在處理過程中基本實現了自動化，減少了化工企業人力、物力及資金方面的投入，同時設備投入較低，作業過程中消耗較少，具有較高的可靠性，并且，后期維護費用也較低，處理后的廢氣完全能達到排放標準，這對于化工企業而言都是不錯的選擇。目前，該技術依然還具有較大的發展前景，化工企業可根據自身的情況選擇應用。變壓吸附分離與凈化設備如圖2所示[4]。

圖2 變壓吸附分離與凈化設備

3.3 膜分離法

（1）膜分離法是上世紀70年代研發出來的氣體分離技術，發展至今其工藝技術已較為成熟，并且在世界各國的長期應用過程中，證實了該技術對化工企業有機廢氣的處理具有獨到之處，因此，受到了許多企業的青睞與應用。該技術的原理主要在于以多種膜材料作為隔擋，在分子水平上使不同顆粒的混合物通過半透膜時實現選擇性地分離，從而達到提純的效果。但如果有機混合廢氣的成分較為單一，會極大降低后續的處理難度，因此，該技術適用于處理復雜成分的有機廢氣。

（2）膜分離法也屬于物理處理方法，在處理的過程中無需添加化學試劑，只需電能驅動，能耗較低，因此，可有效降低化工企業廢氣處理的投入成本。此外，該技術的適用性也較強，無論化工企業的規模大小均可采用，且操作也較為簡單，可以連續也可以間斷進行，易于自動化作業，所以，可推廣性較強。當前，隨著科技的發展，各種性能優良的膜材料被研發出來，比如聚砜，該物質具有耐熱、耐微生物降解、內層孔隙率高以及價廉易得等多種優勢，因此，在處理有機廢氣中常被作為氣體分離膜的材料，得到了廣泛運用[5]。

3.4 低溫等離子體技術

該技術也是當下處理有機污染物的研究熱點。在應用過程中研究人員發現，等離子體放電對四氧聯苯具有很好的降解作用，同時，在多項研究的支撐下，也對等離子的降解原理、過程及反應方程式等進行了詳細研究，證實了經低溫等離子體技術處理后的四氯聯苯可顯著降低毒性，并且不會產生有害的中間污染物，這也為低溫等離子體技術持久性的處理有機污染物提供了理論上的支持。目前，該技術依然處于發展階段，離廣泛推廣還具有一定的距離，但其優勢在于適用范圍廣，即在電子能量較高的情況下，幾乎可以使有機廢氣中的所有成分發生反應，從而轉化為CO2和H2O等物質，且反應快，凈化效率高。但缺點也較為明顯，主要在于設備一次性投資較高，因此，對化工企業的經濟實力有較高要求，同時，設備在運行過程中也具有一定的安全隱患，所以，對設備后期的維護與監管要求較高[6]。

4 化工行業有機廢氣處理的未來研究方向

近年來，隨著污染治理觀念的成熟與經驗的積累，對未來的有機廢氣污染治理也提出了新的要求和希望，主要有以下幾點。

4.1 循環再利用

有機廢氣中的污染物質本身也是許多生產企業的原料，因此，在節能降耗、減少浪費的循環理念下，對于如何加強有機廢氣的回收與再次利用，也成為現階段需要重點考慮的問題。而如果能將有用的工業原料進行回收，就可以在降低處理成本的基礎上，又增加了一系列的經濟效益。

4.2 處理重心前移

對于有機廢氣的處理，雖然目前依然將重心放在生產過程中形成的有機廢氣，但科學界普遍認同“防大于治”的理念，認為最大程度地減少污染物的生成比后續的處理更為有效，這樣也可以解決處理過程中存在的安全隱患。因此，應將有機廢氣地處理重心前移，比如可將原料的開采、分離等工作更加精細化，以高質量的原料減少廢氣的生成，實行清潔生產，從而降低后期處理的壓力[7]。

4.3 多種技術聯合使用

目前，絕大多數的處理技術均難以徹底解決有機廢氣中的污染問題，且一個單元過程基本只能解決一種或幾種性質接近的污染物。因此，在實際處理過程中往往需要將多種技術聯合使用，才能有效達到排放標準，但對于化工企業而言，無疑會增加一定的經濟成本和管理負擔。所以，未來需要研發在一套裝置下能處理多種廢氣成分的系統，以實現真正的自動化[8]。

5 結語

綜上所述，隨著環境問題的日益突出，我國也對世界表達了“碳中和”的決心，作為負責任的大國，應拿出實際手段切實緩解污染問題。在此背景下，國家對各行各業都下達了節能減排的任務。因此，化工企業更應該正視自身的責任與義務，加強對有機廢氣排放的重視程度，要積極引入新技術，不斷提升處理有機廢氣的效率，從而減少污染物的生成，為我國環境保護工作的可持續發展作出自身的貢獻。