關(guān)于有機(jī)廢氣的凈化治理與回收探究

滑 鵬

（中升太環(huán)境技術(shù)（江蘇）有限公司，江蘇 蘇州 215101）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，大氣污染問題日益嚴(yán)峻，尤其是以工業(yè)有機(jī)廢氣為代表的大氣污染物，在影響整體大氣環(huán)境的同時(shí)，也對(duì)人類身體健康產(chǎn)生了嚴(yán)重的負(fù)面影響，加強(qiáng)對(duì)有機(jī)廢氣凈化治理與回收的探索及研究已成為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中的重要議題。

1 有機(jī)廢氣相關(guān)概述

1.1 有機(jī)廢氣的產(chǎn)生原因

有機(jī)廢氣是一種揮發(fā)性較強(qiáng)、有一定危害性與刺激性的氣體，多產(chǎn)生于化工生產(chǎn)活動(dòng)中的反應(yīng)揮發(fā)及有機(jī)溶劑揮發(fā)，有機(jī)溶劑種類很多，如苯類、腈類、烯烴類塑料聚合物、乙酯類、芳香族化合物等[1]。有機(jī)溶劑如果不經(jīng)過凈化治理與回收，可能造成嚴(yán)重的大氣污染問題，不僅會(huì)破壞臭氧層，而且會(huì)影響人類的身體健康。其中反應(yīng)揮發(fā)類主要為生產(chǎn)加工過程中高分子聚合物受熱分解而產(chǎn)生的揮發(fā)性強(qiáng)的烯烴類塑料聚合物，而有機(jī)溶液揮發(fā)多產(chǎn)生于噴涂過程中，如金屬涂裝、印刷工藝等。

1.2 常見的有機(jī)廢氣

從產(chǎn)生途徑來看，有機(jī)廢氣常產(chǎn)生于油漆生產(chǎn)、金屬涂裝、膠合板制造等制造型行業(yè)，其中橡膠類產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中，內(nèi)部高分子聚合物在熱力作用下發(fā)生分解，就會(huì)揮發(fā)烯烴類塑料聚合物；油漆噴涂等表面處理企業(yè)在作業(yè)過程中常常會(huì)產(chǎn)生丙醇、丁醇、二甲苯等揮發(fā)性有機(jī)化合物；化纖企業(yè)生產(chǎn)過程中，塑料、塑膠等粒子在加工受熱過程中容易揮發(fā)乙烯、丙烯、丙烯腈等聚合物單體；印刷型企業(yè)在油墨印刷過程中也會(huì)產(chǎn)生非甲烷類、乙酸乙酯等有機(jī)廢氣。

1.3 有機(jī)廢氣的危害

由上可知，不同化工企業(yè)所產(chǎn)生的有機(jī)廢氣種類千差萬別，而不同的有機(jī)廢氣對(duì)人體健康的傷害及危害程度也不同。苯類有機(jī)廢氣會(huì)傷害人體神經(jīng)系統(tǒng)，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐杉毙灾卸荆环枷惆奉悤?huì)嚴(yán)重?fù)p傷人體器官功能，甚至導(dǎo)致死亡；腈類有機(jī)廢氣會(huì)刺激呼吸系統(tǒng)，甚至引發(fā)窒息。此外，這些有機(jī)廢氣一旦進(jìn)入大氣層，還會(huì)對(duì)臭氧層造成破壞，從而影響生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。

2 治理有機(jī)廢氣的必要性及治理現(xiàn)狀

從有機(jī)廢氣的危害環(huán)境來看，主要有室內(nèi)危害與室外危害兩種形式，其中室內(nèi)危害會(huì)直接對(duì)人體的健康及生命安全造成威脅，而室外危害會(huì)影響人類整體的生產(chǎn)及生活環(huán)境，引發(fā)霧霾、空氣污染超標(biāo)、動(dòng)植物生長秩序紊亂等問題。研究表明，長期吸入有機(jī)廢氣會(huì)嚴(yán)重破壞人體BP神經(jīng)系統(tǒng)，甚至導(dǎo)致昏迷或死亡，而長期受有機(jī)廢氣影響，動(dòng)植物在生長速度、品質(zhì)、產(chǎn)量等方面都不容樂觀[2]。因此，為了創(chuàng)設(shè)更加美好的人居環(huán)境，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，我們必須加強(qiáng)對(duì)有機(jī)廢氣的凈化治理與回收。

早在21世紀(jì)初期，國家就加大了對(duì)有機(jī)廢氣排放的監(jiān)管力度，制定了相應(yīng)的廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)，有機(jī)廢氣治理與回收技術(shù)獲得了一定程度的發(fā)展，治理效果日益顯著。然而社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展突飛猛進(jìn)，傳統(tǒng)有機(jī)廢氣治理技術(shù)已無法滿足新時(shí)期有機(jī)廢氣的治理與回收需求，我們必須充分應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)手段進(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化，同時(shí)還要結(jié)合不同的有機(jī)廢氣類型制定科學(xué)的治理方案，實(shí)行個(gè)性化治理，并加強(qiáng)對(duì)有機(jī)廢氣治理與回收過程的環(huán)境監(jiān)測。只有這樣才能切實(shí)提升有機(jī)廢氣凈化處理能力，促進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)長遠(yuǎn)發(fā)展。

3 傳統(tǒng)有機(jī)廢氣治理技術(shù)討論

3.1 冷凝有機(jī)廢氣凈化處理技術(shù)

不同的物質(zhì)在不同的溫度條件下具有不同的特性，因此可以利用這一原理，采用蒸汽冷凝的方式排除污染物質(zhì)，這項(xiàng)處理技術(shù)在治理有機(jī)廢氣方面成效比較顯著。但一般情況下，僅通過冷凝處理就排出的氣體無法達(dá)到國家規(guī)定的廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)，必須經(jīng)過其他程序的處理。具體流程如表1所示。

表1 冷凝廢氣凈化處理8步走方法

按照以上八個(gè)步驟處理有機(jī)廢氣，可以最終測出有機(jī)廢氣的煙氣濕度，并通過煙氣濕度來判斷有機(jī)廢氣凈化與回收效率。值得注意的是，如果有機(jī)廢氣濕氣過重，則需要先進(jìn)行干燥處理。

3.2 吸附處理技術(shù)

吸附處理技術(shù)在我國有機(jī)廢氣處理方面得到了廣泛應(yīng)用，其操作較簡單，而且經(jīng)過處理的廢氣有很高的安全性。該技術(shù)主要依靠吸附劑吸附有機(jī)廢氣中的污染物，讓污染物在吸附劑小孔縫隙內(nèi)發(fā)生物理或化學(xué)反應(yīng)，從而吸附在吸附劑內(nèi)，吸附處理效果與吸附劑的性能及處理的有機(jī)廢氣種類密切相關(guān)。活性炭在有機(jī)廢氣處理中應(yīng)用較多，使用便捷且價(jià)格低廉，能夠有效降低有機(jī)廢氣的潛在污染性。但是它的吸附性不強(qiáng)，難以進(jìn)行大批量的有機(jī)廢氣吸收與處理，因此，工作人員務(wù)必要嚴(yán)格按照有機(jī)廢氣的種類及吸附需求選擇相應(yīng)的吸附劑，只有這樣才能保障有機(jī)廢氣得到有效凈化與回收。一般情況下，高吸附性的吸附劑價(jià)格也更高，在工業(yè)化生產(chǎn)中大批量使用會(huì)產(chǎn)生很高的廢氣處理成本。這項(xiàng)技術(shù)比較常用于一些常見的有機(jī)廢氣治理中，或作為一種輔助性手段，與其他工藝聯(lián)合完成有機(jī)廢氣的治理。比如目前許多生產(chǎn)型企業(yè)所采用的新型吸附回收凈化處理技術(shù)，就是以原有吸附技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合治理需求融入一些新型回收凈化技術(shù)。一些企業(yè)在吸附技術(shù)中添加了催化劑，并在多層面凈化與回收中輔以燃燒或高溫條件，有效提升了有機(jī)廢氣的治理效率[3]。

3.3 液體吸收處理技術(shù)

許多企業(yè)會(huì)結(jié)合有機(jī)廢氣類型調(diào)配液態(tài)溶液，并將有機(jī)廢氣通入液態(tài)溶液中，使其與液體溶劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，讓部分化合物溶解至溶液內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)凈化處理與回收。這種有機(jī)廢氣處理方法操作便捷，但對(duì)溶液類型及濃度的把控要求很高，相關(guān)人員必須嚴(yán)格按照有機(jī)廢氣的構(gòu)成及含量進(jìn)行調(diào)配和管理。因此，工作人員要加強(qiáng)對(duì)溶液質(zhì)量的監(jiān)測力度，及時(shí)更換不達(dá)標(biāo)的溶液，以保障有機(jī)廢氣的充分凈化處理。目前，這項(xiàng)技術(shù)廣泛應(yīng)用于對(duì)二氧化碳、二氧化氮等具有液化特性的有機(jī)廢氣處理中。比如在進(jìn)行二氧化氮廢氣液化處理時(shí)，會(huì)先結(jié)合二氧化氮特有的化學(xué)特性，統(tǒng)一進(jìn)行有機(jī)廢氣混合物的液體吸收處理，先使用風(fēng)機(jī)將廢氣排入水霧凈化塔，經(jīng)過降溫及水吸收后導(dǎo)入堿霧凈化塔中進(jìn)行中和，最后再使用離心風(fēng)機(jī)凈化纖維吸附裝置中的其他剩余氣體，從而徹底完成有機(jī)廢氣的凈化治理與回收。

4 有機(jī)廢氣治理技術(shù)的現(xiàn)代化發(fā)展

4.1 新型吸附回收凈化處理技術(shù)

新型吸附回收凈化處理技術(shù)在傳統(tǒng)吸附技術(shù)物理方式吸附有機(jī)廢氣的基礎(chǔ)上，通過高溫加熱提高小縫隙吸附材料的吸附劑性能，使物理吸附與化學(xué)反應(yīng)同步發(fā)生作用，極大地提高了有機(jī)廢氣吸收濃度與吸附效果，使得有機(jī)廢氣得到有效的吸收、匯集與固化[4]。這種新型吸附技術(shù)的應(yīng)用效果與吸附材料密切相關(guān)，需要結(jié)合不同類型的有機(jī)廢氣采用氧化鋁、硅膠等相對(duì)應(yīng)的吸附劑，并合理添加一定數(shù)量的活性炭，以保障凈化吸附效果。具體流程如圖1所示。

圖1 高溫吸附回收凈化處理技術(shù)原理圖

研究表明，科學(xué)應(yīng)用高溫吸附回收凈化處理技術(shù)可以有效提高有機(jī)廢氣吸附與凈化效果，但由于活性炭吸水性強(qiáng)，在吸附有機(jī)廢氣過程中會(huì)吸收大量水分，導(dǎo)致吸附劑內(nèi)水分含量過高，從而影響對(duì)有機(jī)廢氣的吸附效果。因此，在使用過程中，工作人員要合理控制活性炭的使用量，在保障吸附劑吸附活力的同時(shí)減少活性炭高吸水性可能造成的不利影響。在具體操作中可以在吸附劑中添加一定數(shù)量的沸石，這樣既能保障吸附劑達(dá)到有機(jī)廢氣治理的濕度要求，又能有效降低吸附劑的吸水性。實(shí)驗(yàn)證明，在高溫吸附回收凈化處理有機(jī)廢氣過程中使用活性炭作為輔助吸附劑，當(dāng)有機(jī)廢氣濕度達(dá)到50%時(shí)，吸附劑就會(huì)因吸收水分而徹底飽和；而使用沸石作為輔助吸附劑，吸附劑具有一定的不吸水性，只有當(dāng)有機(jī)廢氣濕度達(dá)到75%時(shí)，吸附劑才會(huì)達(dá)到飽和，從而停止吸收有機(jī)廢氣[5]。由此可見，在具體操作過程中，工作人員應(yīng)結(jié)合具體需求靈活選擇輔助吸附劑。此外，新型吸附回收凈化處理技術(shù)還可應(yīng)用于一些成分復(fù)雜且有爆炸風(fēng)險(xiǎn)的有機(jī)廢氣凈化治理與回收中，結(jié)合混合氣體的爆炸極限，有針對(duì)性地去吸附有機(jī)氣體，將混合氣體控制在爆炸極限范圍內(nèi)。在進(jìn)行此類有機(jī)廢氣處理時(shí)，工作人員要先找出具有爆炸特性的廢氣，并加強(qiáng)對(duì)此類氣體的濃度測試與監(jiān)測，有針對(duì)性地調(diào)整吸附劑的類型及構(gòu)成，將爆炸性氣體濃度控制在一定范圍內(nèi)，以保障有機(jī)廢氣凈化治理與回收過程的安全性。一般情況下，應(yīng)將混合氣體濃度控制在爆炸極限濃度的十分之一以內(nèi)，方可在高溫、高壓環(huán)境下最大限度地避免有機(jī)廢氣爆炸的發(fā)生。

4.2 燃燒技術(shù)

燃燒技術(shù)在凈化治理揮發(fā)性有機(jī)廢氣方面應(yīng)用較廣，根據(jù)燃燒形式的不同又可以細(xì)分為直接燃燒、蓄熱式燃燒、催化燃燒等。其中直接燃燒技術(shù)主要用于處理回收價(jià)值不大、燃燒熱值較高的高濃度有機(jī)廢氣，讓這類有機(jī)廢氣在1 100度高溫下充分燃燒，分解為水和二氧化碳。雖然操作比較簡單，但這項(xiàng)治理技術(shù)能耗高，易產(chǎn)生二次污染，還存在一定的安全隱患。蓄熱式燃燒技術(shù)在包裝印刷、石油化工等領(lǐng)域應(yīng)用較多，通過蓄熱材料與熱交換技術(shù)處理有機(jī)廢氣，使用RTO三床式蓄熱式熱力氧化器在800 ℃條件下就可以完成涂裝產(chǎn)生的苯類有機(jī)廢氣的凈化處理。催化燃燒技術(shù)通過催化劑的有效應(yīng)用降低了有機(jī)廢氣的凈化處理溫度，僅需200～400 ℃即可促使有機(jī)廢氣徹底分解，反應(yīng)速率更高，且廢氣治理效果好，基本無二次污染。上海寶鋼包裝公司通過合理應(yīng)用這項(xiàng)工藝有效治理了生產(chǎn)過程中苯、甲苯等揮發(fā)性有機(jī)廢氣，并有效降低了企業(yè)廢氣處理成本，數(shù)額高達(dá)200萬元[6]。但值得注意的是，這項(xiàng)工藝的應(yīng)用效果與催化劑密切相關(guān)，而廢氣濃度較高時(shí)，一些催化劑可能會(huì)失活，從而使廢氣治理效果大打折扣。而且一些貴金屬催化劑如Pt－Pd催化劑成本較高，且耐熱性差，很容易因操作失誤而影響催化劑活性，從而增加企業(yè)在能源上的投入，因此，研究人員很有必要研發(fā)替代型催化劑。

4.3 生物處理技術(shù)

針對(duì)低濃度揮發(fā)性有機(jī)廢氣，還可使用生物洗滌法、生物滴濾法等生物處理技術(shù)，通過合理選擇菌種與填料，應(yīng)用反應(yīng)器創(chuàng)設(shè)合適的反應(yīng)條件與溫度等，依托生物凈化治理廢氣。生物洗滌法整體操作過程較為穩(wěn)定，使用大于表面積的多孔惰性材料可去除60%～98%的有機(jī)廢氣，雖然過程容易控制，但設(shè)備配置要求高，運(yùn)行費(fèi)用高。生物滴濾法雖然運(yùn)行費(fèi)用低，且能去除90%～99%的有機(jī)廢氣，但需要使用聚氨酯、樹脂等合成填料，且在操作中容易產(chǎn)生廢水。生物過濾法在運(yùn)行費(fèi)用及投資成本方面都具有優(yōu)勢，通過泥炭、堆肥、土壤等有機(jī)填料可以去除90%～95%的有機(jī)廢氣，但填料pH值及濕度控制難度較大，且在操作過程中容易發(fā)生床層堵塞。

4.4 低溫等離子體技術(shù)

低溫等離子體技術(shù)在有機(jī)廢氣凈化治理中也得到了一定程度的應(yīng)用，該技術(shù)主要用于治理低濃度揮發(fā)性有機(jī)廢氣，處理效率高，可以將有機(jī)廢氣轉(zhuǎn)化為無污染的水和二氧化碳，同時(shí)還能生成高活性低溫等離子。這項(xiàng)技術(shù)通過高壓電場中的介質(zhì)放電產(chǎn)生大量高能電子轟擊有機(jī)廢氣，使其發(fā)生電離、解離等反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)凈化治理。這項(xiàng)技術(shù)能耗很高，且對(duì)均勻低溫等離子產(chǎn)生條件有嚴(yán)苛的要求，只有嚴(yán)格把控反應(yīng)條件才能保障有機(jī)廢氣的高效治理。目前，業(yè)界主要就低溫等離子體技術(shù)介質(zhì)阻擋放電、電暈放電兩種放電方式與催化劑或吸附劑的有效結(jié)合展開研究，分析了有機(jī)廢氣流量、初始濃度與放電方式的影響。比如，針對(duì)每分鐘流量10升、質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.035%的苯乙烯，基于脈沖等離子體源在每升27.4焦的能量密度、8.5千伏的電壓條件下進(jìn)行電暈放電，可以去除98.6%的有機(jī)廢氣[7]。

5 結(jié)語

總而言之，加強(qiáng)對(duì)有機(jī)廢氣凈化治理與回收的探究是新時(shí)期社會(huì)經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必然要求，而我國相關(guān)的研究與應(yīng)用尚處于發(fā)展階段，仍有很大的進(jìn)步與創(chuàng)新空間，相關(guān)部門應(yīng)加大對(duì)有機(jī)廢氣凈化治理與回收的研究力度，加強(qiáng)對(duì)有機(jī)廢氣產(chǎn)生企業(yè)的指導(dǎo)與監(jiān)管力度，以有效控制有機(jī)廢氣的排放量，切實(shí)提升有機(jī)廢氣治理水平。