廢氣處理之VOCs治理技術(shù)全解析

　　一、VOC廢氣處理技術(shù)——熱破壞法熱破壞法是指直接和輔助燃燒有機氣體，也就是VOC，或利用合適的催化劑加快VOC的化學反應，終達到降低有機物濃度，使其不再具有危害性的一種處理方法。

　　熱破壞法對于濃度較低的有機廢氣處理效果比較好，因此，在處理低濃度廢氣中得到了廣泛應用。這種方法主要分為兩種，即直接火焰燃燒和催化燃燒。直接火焰燃燒對有機廢氣的熱處理效率相對較高，一般情況下可達到 99%。而催化燃燒指的是在催化床層的作用下，加快有機廢氣的化學反應速度。這種方法比直接燃燒用時更少，是高濃度、小流量有機廢氣凈化的技術(shù)。

　　二、VOC廢氣處理技術(shù)——吸附法有機廢氣中的吸附法主要適用于低濃度、高通量有機廢氣。現(xiàn)階段，這種有機廢氣的處理方法已經(jīng)相當成熟，能量消耗比較小，但是處理效率卻非常高，而且可以*凈化有害有機廢氣。實踐證明，這種處理方法值得推廣應用。

　　但是這種方法也存在一定缺陷，它需要的設(shè)備體積比較龐大，而且工藝流程比較復雜;如果廢氣中有雜質(zhì)，則容易導致工作人員中毒。所以，使用此方法處理廢氣的關(guān)鍵在于吸附劑。當前，采用吸附法處理有機廢氣，多使用活性炭，主要是因為活性炭細孔結(jié)構(gòu)比較好，吸附性比較強。

　　此外，經(jīng)過氧化鐵或臭氧處理，活性炭的吸附性能將會更好，有機廢氣的處理將會更加安全和有效。

　　三、VOC廢氣處理技術(shù)——生物處理法生物法凈化voc廢氣是近年發(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，應用范圍廣，是有望替代燃燒法和吸附凈化法的新技術(shù)。從處理的基本原理上講，采用生物處理方法處理有機廢氣，是使用微生物的生理過程把有機廢氣中的有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為簡單的無機物，比如CO2、H2O和其它簡單無機物等。這是一種無害的有機廢氣處理方式。生物凈化法實際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(如二氧化碳和水)以及細胞物質(zhì)等，主要工藝有生物洗滌法，生物過濾法和生物滴濾法。

　　不同成分、濃度及氣量的氣態(tài)污染物各有其有效的生物凈化系統(tǒng)。生物洗滌塔適宜于處理凈化氣量較小、濃度大、易溶且生物代謝速率較低的廢氣;對于氣量大、濃度低的廢氣可采用生物過濾床;而對于負荷較高以及污染物降解后會生成酸性物質(zhì)的則以生物滴濾床為好。

　　生物法處理有機廢氣是一項新的技術(shù)，由于反應器涉及到氣，液，固相傳質(zhì)，以及生化降解過程，影響因素多而復雜，有關(guān)的理論研究及實際應用還不夠深入廣泛，許多問題需要進一步探討和研究。

　　一般情況下，一個完整的生物處理有機廢氣過程包括3個基本步驟：a) 有機廢氣中的有機污染物首先與水接觸，在水中可以迅速溶解;b) 在液膜中溶解的有機物，在液態(tài)濃度低的情況下，可以逐步擴散到生物膜中，進而被附著在生物膜上的微生物吸收;c) 被微生物吸收的有機廢氣，在其自身生理代謝過程中，將會被降解，終轉(zhuǎn)化為對環(huán)境沒有損害的化合物質(zhì)。

　　四、VOC廢氣處理技術(shù)——變壓吸附分離與凈化技術(shù)變壓吸附分離與凈化技術(shù)是利用氣體組分可吸附在固體材料上的特性，在有機廢氣與分離凈化裝置中，氣體的壓力會出現(xiàn)一定的變化，通過這種壓力變化來處理有機廢氣。

　　PSA 技術(shù)主要應用的是物理法，通過物理法來實現(xiàn)有機廢氣的凈化，使用材料主要是沸石分子篩。沸石分子篩，在吸附選擇性和吸附量兩方面有一定優(yōu)勢。在一定溫度和壓力下，這種沸石分子篩可以吸附有機廢氣中的有機成分，然后把剩余氣體輸送到下個環(huán)節(jié)中。在吸附有機廢氣后，通過一定工序?qū)⑵滢D(zhuǎn)化，保持并提高吸附劑的再生能力，進而可讓吸附劑再次投入使用，然后重復上步驟工序，循環(huán)反復，直到有機廢氣得到凈化。

　　近年來，該技術(shù)開始在工業(yè)生產(chǎn)中應用，對于氣體分離有良好效果。該技術(shù)的主要優(yōu)勢有：能源消耗少、成本比較低、工序操作自動化及分離凈化后混合物純度比較高、環(huán)境污染小等。使用該技術(shù)對于回收和處理有一定價值的氣體效果良好，市場發(fā)展前景廣闊，成為未來有機廢氣處理技術(shù)的發(fā)展方向。

　　五、VOC廢氣處理技術(shù)——氧化法對于有毒、有害，而且不需要回收的VOC，熱氧化法是適合的處理技術(shù)和方法。氧化法的基本原理：VOC與O2發(fā)生氧化反應，生成CO2和H2O。

　　從化學反應方程式上看，該氧化反應和化學上的燃燒過程相類似，但其由于VOC濃度比較低，在化學反應中不會產(chǎn)生肉眼可見的火焰。一般情況下，氧化法通過兩種方法可確保氧化反應的順利進行：a) 加熱。使含有VOC的有機廢氣達到反應溫度;b) 使用催化劑。如果溫度比較低，則氧化反應可在催化劑表面進行。所以，有機廢氣處理的氧化法分為以下兩種方法：

　　a) 催化氧化法?，F(xiàn)階段，催化氧化法使用的催化劑有兩種，即貴金屬催化劑和非貴金屬催化劑。貴金屬催化劑主要包括Pt、Pd等，它們以細顆粒形式依附在催化劑載體上，而催化劑載體通常是金屬或陶瓷蜂窩，或散裝填料;非貴金屬催化劑主要是由過渡元素金屬氧化物，比如MnO2，與粘合劑經(jīng)過一定比例混合，然后制成的催化劑。為有效防止催化劑中毒后喪失催化活性，在處理前必須*清除可使催化劑中毒的物質(zhì)，比如Pb、Zn和Hg等。如果有機廢氣中的催化劑毒物、遮蓋質(zhì)無法清除，則不可使用這種催化氧化法處理VOC;

　　b) 熱氧化法。熱氧化法當前分為三種：熱力燃燒式、間壁式、蓄熱式。三種方法的主要區(qū)別在于熱量回收方式。這三種方法均能催化法結(jié)合，降低化學反應的反應溫度。

　　熱力燃燒式熱氧化器，一般情況下是指氣體焚燒爐。這種氣體焚燒爐由助燃劑、混合區(qū)和燃燒室三部分組成。其中，助燃劑，比如天然氣、石油等，是輔助燃料，在燃燒過程中，焚燒爐內(nèi)產(chǎn)生的熱混合區(qū)可對VOC廢氣預熱，預熱后便可為有機廢氣的處理提供足夠空間、時間，終實現(xiàn)有機廢氣的無害化處理。

　　在供氧充足條件下，氧化反應的反應程度——VOC去除率——主要取決于“三T條件”：反應溫度(Temperat)、時間(Time)、湍流混合情況(Turbulence)。這“三T條件”是相互的，在一定范圍內(nèi)，一個條件的改善可使另外兩個條件降低。熱力燃燒式熱氧化器的缺點在于：輔助燃料價格高，導致裝置操作費用比較高。

　　直燃式廢氣處理爐

　　•所需溫度：攝氏700-800度

　　•對應廢氣種類：所有

　　•廢氣凈化效率在99.8%以上

　　•搭配廢氣機熱回收系統(tǒng)可有效降低工廠營運成本

　　催化式廢氣處理爐(RCO)

　　•所需溫度：攝氏300-400度

　　•根據(jù)廢氣濃度而啟動的自燃性

　　•系統(tǒng)設(shè)計利用前處理劑和觸媒清潔可延長設(shè)備使用年限

　　•可在前端配置各種吸附材

　　RCO處理技術(shù)特別適用于熱回收率需求高的場合，也適用于同一生產(chǎn)線上，因產(chǎn)品不同，廢氣成分經(jīng)常發(fā)生變化或廢氣濃度波動較大的場合。尤其適用于需要熱能回收的企業(yè)或烘干線廢氣處理，可將能源回收用于烘干線，從而達到節(jié)約能源的目的。

　　優(yōu)點：工藝流程簡單、設(shè)備緊湊、運行可靠;凈化效率高，一般均可達98%以上;與RTO相比燃燒溫度低;一次性投資低，運行費用低，其熱回收效率一般均可達85%以上;整個過程無廢水產(chǎn)生，凈化過程不產(chǎn)生NOX等二次污染;RCO凈化設(shè)備可與烘房配套使用，凈化后的氣體可直接回用到烘房利用，達到節(jié)能減排的目的;

　　缺點：催化燃燒裝置僅適用含低沸點有機成分、灰分含量低的有機廢氣的處理，對含油煙等粘性物質(zhì)的廢氣處理則不宜采用，催化劑宜中毒;處理有機廢氣濃度在20%以下。

　　蓄熱式廢氣處理爐(RTO)

　　•所需溫度：攝氏800-900度

　　•低于500ppm的甲苯濃度也可以啟動自燃性系統(tǒng)設(shè)計

　　•可實現(xiàn)與RCO配合使用

　　適用于大風量、低濃度，適用于有機廢氣濃度在100PPM—20000PPM之間。其操作費用低,有機廢氣濃度在450PPM以上時，RTO裝置不需添加輔助燃料;凈化率高，兩床式RTO凈化率能達到98%以上，三床式RTO凈化率能達到99%以上，并且不產(chǎn)生NOX等二次污染;全自動控制、操作簡單;安全性高。

　　優(yōu)點：在處理大流量低濃度的有機廢氣時，運行成本非常低。

　　缺點：較高的一次性投資，燃燒溫度較高，不適合處理高濃度的有機廢氣，有很多運動部件，需要較多的維護工作。

　　圖為RTO(蓄熱式熱力焚燒技術(shù))濃縮及廢熱回收系統(tǒng)，可將低濃度、大風量的VOCs廢氣濃縮為高濃度、小風量的廢氣，然后高溫燃燒，并將儲熱體的熱量重新回收，利用在廢氣預熱和熱轉(zhuǎn)換設(shè)備上。

　　回收式熱力焚燒系統(tǒng)

　　回收式熱力焚燒系統(tǒng)(簡稱TNV)是利用燃氣或燃油直接燃燒加熱含有機溶劑的廢氣，在高溫作用下，有機溶劑分子被氧化分解為CO2和水，產(chǎn)生的高溫煙氣通過配套的多級換熱裝置加熱生產(chǎn)過程需要的空氣或熱水，充分回收利用氧化分解有機廢氣時產(chǎn)生的熱能，降低整個系統(tǒng)的能耗。因此，TNV系統(tǒng)是生產(chǎn)過程需要熱量時，處理含有機溶劑廢氣、的處理方式，對于新建涂裝生產(chǎn)線，一般采用TNV回收式熱力焚燒系統(tǒng)。

　　TNV系統(tǒng)由三大部分組成：廢氣預熱及焚燒系統(tǒng)、循環(huán)風供熱系統(tǒng)、新風換熱系統(tǒng)

　　廢氣焚燒集中供熱裝置的特點包括：有機廢氣在燃燒室的逗留時間為1～2s;有機廢氣分解率大于99%;熱回收率可達76%;燃燒器輸出的調(diào)節(jié)比可達26∶1，高可達40∶1。

　　缺點：在處理低濃度有機廢氣時，運行成本較高;管式熱交換器只是在連續(xù)運行時，才有較長的壽命。

　　七、VOC廢氣處理技術(shù)——冷凝回收法 在不同溫度下，有機物質(zhì)的飽和度不同，冷凝回收法便是利用有機物這一特點來發(fā)揮作用，通過降低或提高系統(tǒng)壓力，把處于蒸汽環(huán)境中的有機物質(zhì)通過冷凝方式提取出來。冷凝提取后，有機廢氣便可得到比較高的凈化。其缺點是操作難度比較大，在常溫下也不容易用冷卻水來完成，需要給冷凝水降溫，所以需要較多費用。

　　這種處理方法主要適用于濃度高且溫度比較低的有機廢氣處理。通常適用于VOC含量高(百分之幾)，氣體量較小的有機廢氣的回收處理，由于大部分VOC是易燃易爆氣體，受到爆炸極限的限制，氣體中的VOC含量不會太高，所以要達到較高的回收率，需采用很低溫度的冷凝介質(zhì)或高壓措施，這勢必會增加設(shè)備投資和處理成本，因此，該技術(shù)一般是作為處理技術(shù)并與其它技術(shù)結(jié)合使用。