有機(jī)廢氣VOCs治理技術(shù)及應(yīng)用研究

文_李東陽 南安市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測站

化工業(yè)生產(chǎn)作業(yè)中、化石能源使用中都會排放出大量的VOCs有機(jī)廢氣，這些有機(jī)物中含有多種有害物質(zhì)并且極易揮發(fā)，性質(zhì)活潑，易與空氣中的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生產(chǎn)有害煙霧，對大氣造成破壞性污染。隨著環(huán)保成為越來越多人的共識，公眾對VOCs有機(jī)廢氣的排放和治理也給予了更多重視。但，當(dāng)前VOCs的治理技術(shù)與排放達(dá)標(biāo)的要求還有很遠(yuǎn)的距離，治理成效與預(yù)期目標(biāo)差距大。還需要不斷極強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，吸引借鑒有益處理經(jīng)驗和技術(shù)，更新治理理念，使治理技術(shù)更加科學(xué)有效，推動環(huán)境政治見成效。

1 有機(jī)廢氣VOCs的技術(shù)原理

有機(jī)物是合成產(chǎn)品的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，在促進(jìn)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展中關(guān)鍵作用，同時也帶來VOCs排放量的升高，VOCs治理成效性的提高有賴于增強(qiáng)治理技術(shù)的有科學(xué)有效性，這在環(huán)保要求不斷提高的當(dāng)下顯得尤為重要且異常緊迫。VOCs的組成成分復(fù)雜多樣、治理難度大、治理技術(shù)要求高，難以簡單依賴某類處理技術(shù)進(jìn)行有效處理，需要結(jié)合VOCs各組成成分的特性、該化合物的性質(zhì)、排放要求等，對癥選擇合適的治理方案，組合采用不同凈化技術(shù)以達(dá)到最佳處理效果。

2 有機(jī)廢氣VOCs的治理技術(shù)

VOCs有機(jī)廢氣是化工品生產(chǎn)、化石燃料燃燒等行業(yè)中產(chǎn)生的，來源的范圍廣泛，含有的化學(xué)物質(zhì)種類多。治理難度的提升對技術(shù)提出了更高要求。主要采用的技術(shù)見圖1。

圖1 VOCs治理技術(shù)分類

2.1 回收法治理技術(shù)

2.1.1 吸附法

吸附法是采用吸附性的物質(zhì)制成吸附劑，通常選用表面孔多的物質(zhì)，使用時利用強(qiáng)吸附性分離化學(xué)鍵，將VOCs吸附在物體表面。結(jié)合廢氣中不同物質(zhì)的沸點，可以通過升溫、制造蒸汽等方式將吸附劑與吸附物進(jìn)行物理分離。該技術(shù)在治理非高濃度VOCs時的效果更好，吸附脫離后的物質(zhì)純度高，可以收集進(jìn)行集中再利用。吸附劑自身的吸附能力、吸附物的濃度、廢氣的組成成分、溫度壓力等環(huán)境等都在不同程度上影響吸附成效。該技術(shù)的兼容性好、與催化等技術(shù)結(jié)合使用能達(dá)到更好的治理效果，并且具有能源消耗低、使用成本低等優(yōu)勢，因此被廣泛應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)實踐中。但是設(shè)備體量大、前期投入巨大、占據(jù)空間大等也限制了該技術(shù)應(yīng)用范圍的擴(kuò)大。

2.1.2 吸收法

吸收法的原理是廢棄中不同成分的溶劑不同，可以采取溶劑對相應(yīng)的成分進(jìn)行吸收分離。利用該成分的壓力、沸點等性質(zhì)進(jìn)行后續(xù)分離。通常采用的溶劑具有沸點高、不易揮發(fā)的油類物質(zhì)進(jìn)行吸收。該技術(shù)應(yīng)用的對象為濃度低、流動性好的廢氣處理，使用的設(shè)備、吸收對象都會在不同程度上影響吸收的成效。該技術(shù)的優(yōu)勢在于去除率高、效果好、回收利用率高。待處理廢氣的濃度、壓力與處理成效成正比，溫度與處理效果成反比。

2.2 分解法治理技術(shù)

2.2.1 燃燒法

燃燒法是利用廢氣中不同成分的燃點不同，可以通過燃燒去除，根據(jù)處理裝置和處理環(huán)境的不同可以分為直接和間接燃燒兩類方式。前者是將VOCs在燃燒爐中進(jìn)行直接燃燒，在進(jìn)行操作時，需要對燃燒產(chǎn)生的物質(zhì)進(jìn)行有效處理，防止生產(chǎn)物的排放對環(huán)境造成污染，為此需要根據(jù)生成物的性質(zhì)設(shè)置專門的處理設(shè)備，如對硫氧化物和氮氧化物進(jìn)行處理，使最終排放到空氣中的物質(zhì)無污染。后者是控制溫度，投放催化劑，使廢氣中的成分最終反應(yīng)生產(chǎn)CO2、H2O等，從而對廢氣進(jìn)行無害化處理，可以對反應(yīng)過程中的熱量進(jìn)行有效利用提高產(chǎn)出。

2.2.2 光催化法

2.1 缺氧脅迫對蔬菜種子發(fā)芽的影響 3種不同類型共15份蔬菜材料的露白種子進(jìn)行水淹12 h繼續(xù)生長6 d，直接鑒定其胚根生長點的耐濕能力。由表1可知，漢斯八寶菜和結(jié)球生菜的出苗率為107.7%和104%，顯著高于其他3個品種的生菜，且5種生菜的相對莖長和相對鮮重的指標(biāo)上沒有顯著性差異。5種菠菜中，香港速生大葉菠菜在相對根長、相對莖長和相對鮮重均顯著高于其他4個品種；其相對出苗率為84.78%，顯著低于紫妃菠菜的出苗率，但紫妃菠菜在相對莖長的指標(biāo)表現(xiàn)出較弱的優(yōu)勢。5種青菜中，矮箕蘇州青、熱矮001和東方18在缺氧脅迫條件下均表現(xiàn)出較顯著的優(yōu)勢。

光催化分解法的原理是利用光作為催化劑，在紫外線的照射下，對廢氣進(jìn)行分解生成CO2和H2O。該方法基于光照射下半導(dǎo)體具有強(qiáng)氧化性，該過程中半導(dǎo)體內(nèi)的電子發(fā)生移動，氧化性增強(qiáng)，會將廢氣中的有機(jī)物氧化。該方法的特征在于氧化性強(qiáng)、適用性強(qiáng)、成效好、前期的設(shè)備投入低、使用過程產(chǎn)生的耗費(fèi)少，催化劑易得，這使得該項技術(shù)的應(yīng)用前景廣闊。

2.3 等離子體技術(shù)

等離子體技術(shù)是一種新型治理技術(shù)。等離子體是由不同大小、性質(zhì)不同的粒子組成的，該類混合氣體的電離度高，正負(fù)性不同的粒子電荷彼此抵消，整體呈現(xiàn)中性不帶電狀態(tài)，被稱為“第四態(tài)”。混合氣體中帶有不通電荷的高能粒子在反應(yīng)過程中釋放大量的能力，在各類物理或化學(xué)反應(yīng)中，這些具有高能量的粒子相互碰撞，使等離子體具有高能量。這一性質(zhì)使等離子體具有性質(zhì)穩(wěn)定、破壞化學(xué)鍵等方面的優(yōu)勢，而絕大多數(shù)的氣體不具備該特性。當(dāng)溫度處于500～1000K區(qū)間時，等離子體能夠創(chuàng)設(shè)高能量、高溫、反應(yīng)速度快的環(huán)境，在提高處理速度的同時，達(dá)到更好的更徹底的處理效果，對工業(yè)生產(chǎn)中的廢氣進(jìn)行清除。

3 有機(jī)廢氣VOCs治理技術(shù)的案例應(yīng)用

3.1 項目概況

SLQ樹脂有限公司的經(jīng)營范圍主要是生產(chǎn)樹脂、各類膠，該公司的專業(yè)化程度高、產(chǎn)量高、生產(chǎn)經(jīng)營時間長。在運(yùn)行過程中，生產(chǎn)車間會排放對環(huán)境有害的廢氣，如果不經(jīng)環(huán)保設(shè)備處理達(dá)標(biāo)直接排放，會對周圍大氣和居民造成嚴(yán)重危害。企業(yè)通常采用“水洗+活性炭吸附”兩種處理方式對廢氣進(jìn)行處理，但由于產(chǎn)生的廢氣來源渠道多樣，包括釜、混合操作過程和人工實驗室等環(huán)節(jié)中排放的廢氣，這些廢氣具有的典型特征是排放不連續(xù)、無組織、排放量不穩(wěn)定。廢氣中的絕大部分優(yōu)化有機(jī)物具有強(qiáng)揮發(fā)性屬性，組織專業(yè)人員對該公司生產(chǎn)排放的廢氣進(jìn)行檢測分析后發(fā)現(xiàn)，廢氣中揮發(fā)性物質(zhì)多，濃度大，與國家要求的排放標(biāo)準(zhǔn)還有很大差距。

3.2 各區(qū)域排放特征分析

3.2.1 反應(yīng)釜排氣

連續(xù)性差、無組織、產(chǎn)生渠道不穩(wěn)定、排出量變化大，廢氣中的有機(jī)污染物揮發(fā)性強(qiáng)、沸點低、濃度高，與國家要求的排放標(biāo)準(zhǔn)有很大差距，通過經(jīng)過吸附處理后進(jìn)行排放。

3.2.2 混合操作中的無組織廢氣

連續(xù)性差、無組織、產(chǎn)生渠道不穩(wěn)定、揮發(fā)性強(qiáng)、產(chǎn)生于反應(yīng)過程中或原材料中等。

連續(xù)性差、無組織、產(chǎn)生渠道不穩(wěn)定、揮發(fā)性強(qiáng)、產(chǎn)生于反應(yīng)過程中或原材料中等。對上述不同渠道排放的廢氣進(jìn)行分析總結(jié)得出，該企業(yè)排放的廢氣具有來源多、成分復(fù)雜、濃度高、嚴(yán)重超標(biāo)、排放規(guī)律性差、不穩(wěn)定。

3.3 處理技術(shù)對比

表1顯示了不同廢棄處理技術(shù)的適用情況及其使用過程中在處理成效、經(jīng)濟(jì)性、耗費(fèi)的時間長短、運(yùn)行速度、適用范圍等方面存在的優(yōu)勢及不足。現(xiàn)階段，公眾對環(huán)保的要求標(biāo)準(zhǔn)更高，法律的保障和約束力度更強(qiáng)，表中的處理技術(shù)綜合性能顯示了不足，缺少現(xiàn)代化和科學(xué)性，限制了這些技術(shù)的持續(xù)深入應(yīng)用，因此當(dāng)下迫切需要研發(fā)出使用面大、處理成效好、整體優(yōu)勢強(qiáng)的治理方法。在最新的治理技術(shù)中，熱等離子體技術(shù)的熱度最高，該技術(shù)優(yōu)勢明顯，成本低、簡單易操作、不存在次生污染，受到的認(rèn)可度高。其中，直流電弧等離子體的穩(wěn)定性、安全性、可靠性高、處理效率高、處理過程簡便，能夠高效應(yīng)對廢棄成分多、無組織程度大的情況，在處理濃度高、陣發(fā)性的廢棄中成效好。本文采用該技術(shù)設(shè)計處理方案進(jìn)行進(jìn)一步研究。

表1 各類技術(shù)比較

3.4 廢氣處理方案

3.4.1 處理工藝流程

工業(yè)生產(chǎn)中排放的廢氣成分復(fù)雜，產(chǎn)生渠道主要為生產(chǎn)過程和貯液罐泵料，不同渠道產(chǎn)生的廢棄構(gòu)成和性質(zhì)不同，前者濃度變化區(qū)間大、產(chǎn)生過程復(fù)雜，反應(yīng)釜排氣、混合操作、實驗中均會排放無組織廢氣；后者產(chǎn)生的廢棄濃度持續(xù)偏高、主要由貯液罐泵料時揮發(fā)生成。兩個渠道的廢棄混合排出，排出過程中的處理過程包括吸附罩吸附及等離子體反應(yīng)器中集中電解。電解時由施加負(fù)壓的收集器進(jìn)行收集，隨后經(jīng)真空泵被注入等離子體反應(yīng)器，采用的處理技術(shù)為瞬間集束式處理，經(jīng)過圖2所示處理流程后，廢氣中的主要成分發(fā)生反應(yīng)生成CO2和水，完成無害化處理。

圖2 車間廢氣處理流程

圖3為貯液罐泵料生成廢氣的處理流程，該廢氣初始濃度高，由施加負(fù)壓的收集器進(jìn)行收集，隨后被注入等離子體反應(yīng)器，采用的處理技術(shù)為瞬間集束式處理，處理過程在密封管路中進(jìn)行，為保證密封性能，管路采取電磁閥門。

圖3 儲藏罐廢氣處理流程

3.4.2 治理效果

企業(yè)治理技術(shù)實施前后，有機(jī)廢氣濃度發(fā)生了變化，甲苯、VOCs在不同時段的治理率均超過90%。其中，兩者三個時段的平均治理率分別為95.1%、93.1%，處于標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，詳見表2。

表2 有機(jī)廢氣濃度處理前后變化

4 結(jié)語

VOCs中含有的化合物種類多樣、性質(zhì)復(fù)雜，排放和智力技術(shù)要求不同，需要根據(jù)成分的性質(zhì)和排放的實際狀況明確治理要求和治理途徑，以靈活應(yīng)對復(fù)雜的排放狀況，達(dá)到最佳治理成效。因而，首要的是要充分掌握不同治理技術(shù)的作用和使用范圍，優(yōu)化治理效應(yīng)，使VOCs有機(jī)廢氣最大限度上接近預(yù)期的處理效果，不同時期的科學(xué)評估必不可少，這是檢驗治理成效，推動治理進(jìn)度的有利保障，以實現(xiàn)降低VOCs有機(jī)廢氣排放對環(huán)境、動植物造成破壞和目標(biāo)。