談VOC廢氣的治理現(xiàn)狀與進展

近年來隨著經(jīng)濟的發(fā)展， 化工企業(yè)的新起， 再加上環(huán)保投資力度的不夠， 導(dǎo)致了工業(yè)有機廢氣的排放， 使得大氣環(huán)境質(zhì)量下降， 給人體健康來嚴重危害，而目前主要的廢氣控制技術(shù)有熱破壞法、冷凝法、吸收法、有害煙霧去除法等。本文主要闡述揮發(fā)性有害廢氣的治理技術(shù)，可供從事相類似工程同行技術(shù)參考使用。 
　　1.VOC廢氣的危害 
　　揮發(fā)性有機廢氣（Volatile Organic Compounds，簡稱為VOC廢氣）指的是揮發(fā)性的碳氫化合物及其衍生物，它包括烴類、芳烴類、醇類、醛類、酮類、酯類、胺類、有機酸等[1]。其對環(huán)境與人類生存處境的危害主要體現(xiàn)在如下幾個方面： 
　?。?）在陽光照射下，NOX與大氣中的VO C發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，生成臭氧、過氧硝基酰（PAN）、醛類等。光化學(xué)煙霧，造成二次污染，刺激人的眼睛和呼吸系統(tǒng)，危害人的身體健康。 
　?。?）大多數(shù)VO C廢氣有毒、有惡臭，會使人患積累性的呼吸道疾病。在高濃度突然作用下，有時會造成急性中毒，甚至死亡。有些VOC廢氣（如3 ， 4-苯并芘、氯乙烯）能致癌。 
　　（3）大多數(shù)VOC廢氣都易燃易爆，在高濃度排放時易釀成火災(zāi)和爆炸。近年來由于VO C造成的火災(zāi)和爆炸經(jīng)常發(fā)生。 
　　（4）部分VOC廢氣可以破壞臭氧層。 
　　2.VOC廢氣的治理技術(shù) 
　　2.1傳統(tǒng)VOC廢氣治理技術(shù) 
　　2.1.1回收技術(shù) 
　　一般來說，對于高濃度（大于5 000 mg/m3）或比較昂貴的VOC廢氣，宜采用回收技術(shù)加以回收利用。常見的回收技術(shù)主要有吸附、冷凝等[2]。 
　　（1）吸附技術(shù)。吸附技術(shù)設(shè)備簡單，操作靈活，是有效、經(jīng)濟的回收技術(shù)之一。VOC廢氣去除率的高低取決于吸附劑的種類、VOC廢氣的組分與濃度、操作條件（溫度、壓力、濕度）等。常用的吸附劑有活性炭、沸石、分子篩、柱狀豁土、活性氧化鋁、硅膠等。目前，商業(yè)化的活性炭空氣凈化器的凈化層厚度在715-1126cm， VOC廢氣去除率可達90%[3]。 
　?。?）冷凝技術(shù)。冷凝技術(shù)的設(shè)備和操作比較簡單，回收物質(zhì)的純度較高。特別適用于回收氣量小、濃度高的有機蒸氣。近年來又出現(xiàn)了半導(dǎo)體制冷和液氮冷凝等新型冷卻設(shè)備，它們體積小，無機械運動，冷熱轉(zhuǎn)換快，應(yīng)用前景廣闊。 
　　2.1.2催化燃燒技術(shù) 
　　對于中等濃度或低濃度（小于1 000 mg/m3）的VOC廢氣，常見的銷毀技術(shù)主要有燃燒、等離子體、光催化降解和生物降解等，其他正在開發(fā)的方法有電化學(xué)法、電子床加熱法。 
　　催化燃燒技術(shù)（AOGC）是指在較低溫度下，在催化劑的作用下使廢氣中的可燃組分*氧化分解，從而使氣體得到凈化處理的一種廢氣處理方法。該法適用于處理可燃或在高溫下可分解的有機氣體。 
　　2.1.3液體吸收處理技術(shù) 
　　在廢氣治理工程中，液體吸收法是常用的方法之一。該法不僅能消除氣態(tài)污染物，還能回收一些有用的物質(zhì)，可用來處理氣體流量一般為3000-15000m3/h、濃度為0.05%- 0.5%（體積分數(shù)）的VOC廢氣，去除率可達到95%-98%。該技術(shù)采用低揮發(fā)或不揮發(fā)液體為吸收劑，通過吸收裝置利用廢氣中各種組分在吸收劑中的溶解度或化學(xué)反應(yīng)特性的差異，使廢氣中的有害組分被吸收劑吸收，從而達到凈化廢氣的目的。 
　　2.2VOC廢氣新型治理技術(shù) 
　　2.2.1生物法 
　　生物法凈化VOC廢氣是近年來發(fā)展起來的空氣污染控制技術(shù)，它比傳統(tǒng)工藝投資少，運行費用低，操作簡單，應(yīng)用范圍廣，是有希望替代燃燒法和吸附凈化法的新技術(shù)。VOC廢氣的生物法凈化實質(zhì)上是利用微生物的生命活動將廢氣中的有害物質(zhì)轉(zhuǎn)變成簡單的無機物（如CO2和H2O）及細胞物質(zhì)等。有機廢氣生物處理是一項新的技術(shù)，由于反應(yīng)器涉及到氣、液/固相傳質(zhì)及生化降解過程，影響因素多而復(fù)雜，有關(guān)的理論研究及實際應(yīng)用還不夠深入、廣泛，許多問題需要進一步探討和研究，主要包括建立的反應(yīng)動力學(xué)模式；填料特性以及如何克服顆粒物在濾床中積累造成的堵塞；動態(tài)負荷（濃度和廢氣流量波動較大）的調(diào)控；適工藝參數(shù)的確定；高濃度有機廢氣的治理；適合于特定有機物降解的細菌種類和接種方法等。 
　　2.2.2膜分離法 
　　膜分離法的基本原理是基于氣體中各組分透過膜的速度不同，每種組分透過膜的速度與該氣體的性質(zhì)、膜的特性與膜兩邊的氣體分壓有關(guān)。膜分離法凈化有機廢氣是根據(jù)有機蒸氣和空氣透過膜的能力不同，而將二者分開的。常用膜分離工藝有：蒸氣滲透、氣體膜分離和膜基吸收法。膜分離技術(shù)用于氣體凈化上的優(yōu)點是投資費用低、分離因子大、分離效果好（即凈化效果好），而且膜法凈化操作簡單、控制方便、操作彈性大。 
　　2.2.3等離子體分解法 
　　等離子體分解氯氟烴氣體的技術(shù)已到實用階段，植松信行研究了利用等離子體的化學(xué)作用分解氯氟烴之類難分解氣體為無害物的應(yīng)用。此技術(shù)可在短時間內(nèi)進行的氯氟烴等氣體的處理。此過程采用二個系統(tǒng)，一系統(tǒng)利用高頻等離子體急速加熱，使溫度達10000℃利用等離子體的化學(xué)作用與水蒸汽接觸進行分解的高溫加水系統(tǒng)；第二個系統(tǒng)是將高溫分解的排氣急冷到80℃下的排氣系統(tǒng)。該系統(tǒng)是由氯氟烴和水蒸汽的供給裝置、等離子體發(fā)生裝置、反應(yīng)爐、冷卻罐以及排水處理裝置等構(gòu)成。 
　　2.2.4光催化降解技術(shù) 
　　光催化降解可在常溫、常壓下處理多種VOC廢氣，處理成本相對較低。降解速率受吸附效率和光催化反應(yīng)速率的影響。TiO2是目前常用的光催化劑之一，Dibble等采用溶膠-凝膠法將TiO2固定在硅膠上，得到比表面積為70 m2/g的催化劑，反應(yīng)速率達每克催化劑催化三氯乙烯0.8μmol/min-1。Yamazaki-Nishida等[4]通過溶膠-凝膠技術(shù)將TiO2固定在玻璃小球上，紫外光照射8 min后即達到穩(wěn)定狀態(tài)，三氯乙烯轉(zhuǎn)化率可達99.3%。目前光催化降解技術(shù)的研究方向主要集中在設(shè)計反應(yīng)器、完善催化劑的改性和固定化技術(shù)、光催化反應(yīng)的協(xié)同作用機理、光催化技術(shù)與其他處理技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用、開發(fā)催化劑等方面。 
　　2.2.5臭氧分解法 
　　臭氧分解法國內(nèi)未見報導(dǎo)，國外對此技術(shù)的研究也還。有研究表明O3可用于凈化地面廢氣，即能分解土壤中非揮發(fā)性有機物多環(huán)芳香有機物、脂肪族有機物、酚和殺蟲劑，此時用地面氣作O3載體。另外，研究人員還特別注意了O3處理后土壤的微生物狀態(tài)變化，結(jié)果顯示細菌減少99%，呼吸性能降低。為此，研究人員通過用純O3和未反應(yīng)的O3的分解控制技術(shù)，減少O3處理對土壤的生態(tài)系統(tǒng)的影響，從而達到安全的目的。 
　　3.結(jié)束語 
　　工業(yè)VOC廢氣的成分一般比較復(fù)雜，往往一種治理方法難以達到的效果，因此根據(jù)VOC廢氣的成分分析選擇適宜的治理方法顯得相當有必要。