VOC废气的治理现状与进展

2016-10-29

1.VOC废气的危害

挥发性有机废气(Volatile Organic Compounds,简称为VOC废气)指的是挥发性的碳氢化合物及其衍生物,它包括烃类、芳烃类、醇类、醛类、酮类、酯类、胺类、有机酸等[1]。其对环境与人类生存处境的危害主要体现在如下几个方面:

(1)在阳光照射下,NOX与大气中的VO C发生光化学反应,生成臭氧、过氧硝基酰(PAN)、醛类等。光化学烟雾,造成二次污染,刺激人的眼睛和呼吸系统,危害人的身体健康。

(2)大多数VO C废气有毒、有恶臭,会使人患积累性的呼吸道疾病。在高浓度突然作用下,有时会造成急性中毒,甚至死亡。有些VOC废气(如3 , 4-苯并芘、氯乙烯)能致癌。

(3)大多数VOC废气都易燃易爆,在高浓度排放时易酿成火灾和爆炸。近年来由于VO C造成的火灾和爆炸经常发生。

(4)部分VOC废气可以破坏臭氧层。

2.VOC废气的治理技术

2.1传统VOC废气治理技术

2.1.1回收技术

一般来说,对于高浓度(大于5 000 mg/m3)或比较昂贵的VOC废气,宜采用回收技术加以回收利用。常见的回收技术主要有吸附、冷凝等[2]。

(1)吸附技术。吸附技术设备简单,操作灵活,是有效、经济的回收技术之一。VOC废气去除率的高低取决于吸附剂的种类、VOC废气的组分与浓度、操作条件(温度、压力、湿度)等。常用的吸附剂有活性炭、沸石、分子筛、柱状豁土、活性氧化铝、硅胶等。目前,商业化的活性炭空气净化器的净化层厚度在715-1126cm, VOC废气去除率可达90%[3]。

(2)冷凝技术。冷凝技术的设备和操作比较简单,回收物质的纯度较高。特别适用于回收气量小、浓度高的有机蒸气。近年来又出现了半导体制冷和液氮冷凝等新型冷却设备,它们体积小,无机械运动,冷热转换快,应用前景广阔。

2.1.2催化燃烧技术

对于中等浓度或低浓度(小于1 000 mg/m3)的VOC废气,常见的销毁技术主要有燃烧、等离子体、光催化降解和生物降解等,其他正在开发的方法有电化学法、电子床加热法。

催化燃烧技术(AOGC)是指在较低温度下,在催化剂的作用下使废气中的可燃组分彻底氧化分解,从而使气体得到净化处理的一种废气处理方法。该法适用于处理可燃或在高温下可分解的有机气体。

2.1.3液体吸收处理技术

在废气治理工程中,液体吸收法是最常用的方法之一。该法不仅能消除气态污染物,还能回收一些有用的物质,可用来处理气体流量一般为3000-15000m3/h、浓度为0.05%- 0.5%(体积分数)的VOC废气,去除率可达到95%-98%。该技术采用低挥发或不挥发液体为吸收剂,通过吸收装置利用废气中各种组分在吸收剂中的溶解度或化学反应特性的差异,使废气中的有害组分被吸收剂吸收,从而达到净化废气的目的。

2.2VOC废气新型治理技术

2.2.1生物法

生物法净化VOC废气是近年来发展起来的空气污染控制技术,它比传统工艺投资少,运行费用低,操作简单,应用范围广,是最有希望替代燃烧法和吸附净化法的新技术。VOC废气的生物法净化实质上是利用微生物的生命活动将废气中的有害物质转变成简单的无机物(如CO2和H2O)及细胞物质等。有机废气生物处理是一项新的技术,由于反应器涉及到气、液/固相传质及生化降解过程,影响因素多而复杂,有关的理论研究及实际应用还不够深入、广泛,许多问题需要进一步探讨和研究,主要包括建立准确的反应动力学模式;填料特性以及如何克服颗粒物在滤床中积累造成的堵塞;动态负荷(浓度和废气流量波动较大)的调控;最适工艺参数的确定;高浓度有机废气的治理;适合于特定有机物降解的细菌种类和接种方法等。

2.2.2膜分离法

膜分离法的基本原理是基于气体中各组分透过膜的速度不同,每种组分透过膜的速度与该气体的性质、膜的特性与膜两边的气体分压有关。膜分离法净化有机废气是根据有机蒸气和空气透过膜的能力不同,而将二者分开的。常用膜分离工艺有:蒸气渗透、气体膜分离和膜基吸收法。膜分离技术用于气体净化上的优点是投资费用低、分离因子大、分离效果好(即净化效果好),而且膜法净化操作简单、控制方便、操作弹性大。

2.2.3等离子体分解法

等离子体分解氯氟烃气体的技术已到实用阶段,植松信行研究了利用等离子体的化学作用分解氯氟烃之类难分解气体为无害物的应用。此技术可在短时间内进行大量的氯氟烃等气体的处理。此过程采用二个系统,一系统利用高频等离子体急速加热,使温度达10000℃利用等离子体的化学作用与水蒸汽接触进行分解的超高温加水系统;第二个系统是将高温分解的排气急冷到80℃下的排气系统。该系统是由氯氟烃和水蒸汽的供给装置、等离子体发生装置、反应炉、冷却罐以及排水处理装置等构成。

2.2.4光催化降解技术

光催化降解可在常温、常压下处理多种VOC废气,处理成本相对较低。降解速率受吸附效率和光催化反应速率的影响。TiO2是目前最常用的光催化剂之一,Dibble等采用溶胶-凝胶法将TiO2固定在硅胶上,得到比表面积为70 m2/g的催化剂,反应速率达每克催化剂催化三氯乙烯0.8μmol/min-1。Yamazaki-Nishida等[4]通过溶胶-凝胶技术将TiO2固定在玻璃小球上,紫外光照射8 min后即达到稳定状态,三氯乙烯转化率可达99.3%。目前光催化降解技术的研究方向主要集中在设计高效反应器、完善催化剂的改性和固定化技术、光催化反应的协同作用机理、光催化技术与其他处理技术的联合应用、开发高效催化剂等方面。

2.2.5臭氧分解法

臭氧分解法国内未见报导,国外对此技术的研究也还极少。有研究表明O3可用于净化地面废气,即能分解土壤中非挥发性有机物多环芳香有机物、脂肪族有机物、酚和杀虫剂,此时用地面气作O3载体。另外,研究人员还特别注意了O3处理后土壤的微生物状态变化,结果显示细菌减少99%,呼吸性能降低。为此,研究人员通过用纯O3和未反应的O3的分解控制技术,减少O3处理对土壤的生态系统的影响,从而达到安全的目的。

3.结束语

工业VOC废气的成分一般比较复杂,往往一种治理方法难以达到理想的效果,因此根据VOC废气的成分分析选择适宜的治理方法显得相当有必要。