揮發(fā)性的有機(jī)化合物,簡稱為VOC(VolatileOrganic Compounds)),在工業(yè)生產(chǎn)中,通常作為溶劑來使用,使用之后便散發(fā)到大氣中。現(xiàn)階段,其應(yīng)用比較廣泛的領(lǐng)域包括石油化工、印刷、人造革及電子元器件、烤漆和醫(yī)藥等。
2.VOCs危害
從化學(xué)物質(zhì)的性質(zhì)來看,在工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域,一般用作溶劑的主要包括脂肪族化合物、鹵代烴和芳香族化合物等。這些有機(jī)溶劑如果揮發(fā)到大氣環(huán)境中,不僅會對大氣環(huán)境造成嚴(yán)重污染,而且人體呼入被污染的氣體后,對人體健康產(chǎn)生危害。比如苯,它常常被當(dāng)作一種溶劑來使用,作為溶劑揮發(fā)到大氣環(huán)境中,不僅可以被人體的皮膚所吸收,而且還可通過呼吸系統(tǒng)進(jìn)入人體內(nèi)部,造成慢性或急性中毒,不過人體的大部分中毒均是由于呼入有毒氣體造成的。
苯類化合物不僅會對人體的中樞神經(jīng)造成一定的損害,而且還可能造成神經(jīng)系統(tǒng)的障礙,進(jìn)入人體后還會危害血液和造血器官,如果情況比較嚴(yán)重,甚至?xí)谐鲅Y狀或患上敗血癥。氧化作用下,苯在生物體內(nèi)可氧化成苯酚,從而造成肝功能異常,對骨骼的生長發(fā)育十分不利,誘發(fā)再生障礙性貧血。如果苯蒸汽濃度過高,生物可能因急性中毒而死亡。因此,ACGIH把苯列為潛在致癌物質(zhì)。鹵代烴類化合物會引發(fā)神經(jīng)癥候群和血小板的減少、肝脾腫大等不良狀況,而且很有可能致癌。所以,必須控制VOC的排放,這不僅是對環(huán)境負(fù)責(zé),也是對我們的生命健康負(fù)責(zé)。
3.八大VOCs廢氣處理技術(shù)
一、熱破壞法
熱破壞法是指直接和輔助燃燒有機(jī)氣體,也就是VOC,或利用合適的催化劑加快VOC的化學(xué)反應(yīng),*終達(dá)到降低有機(jī)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(jī)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(yīng)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(jī)廢氣的熱處理效率相對較高,一般情況下可達(dá)到 99%。而催化燃燒指的是在催化床層的作用下,加快有機(jī)廢氣的化學(xué)反應(yīng)速度。這種方法比直接燃燒用時(shí)更少,是高濃度、小流量有機(jī)廢氣凈化的首選技術(shù)。
二、吸附法
有機(jī)廢氣中的吸附法主要適用于低濃度、高通量有機(jī)廢氣?,F(xiàn)階段,這種有機(jī)廢氣的處理方法已經(jīng)相當(dāng)成熟,能量消耗比較小,但是處理效率卻非常高,而且可以徹底凈化有害有機(jī)廢氣。實(shí)踐證明,這種處理方法值得推廣應(yīng)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(fù)雜;如果廢氣中有大量雜質(zhì),則容易導(dǎo)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(dāng)前,采用吸附法處理有機(jī)廢氣,多使用活性炭,主要是因?yàn)榛钚蕴考?xì)孔結(jié)構(gòu)比較好,吸附性比較強(qiáng)。
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(jī)廢氣的處理將會更加安全和有效。
三、生物處理法
從處理的基本原理上講,采用生物處理方法處理有機(jī)廢氣,是使用微生物的生理過程把有機(jī)廢氣中的有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為簡單的無機(jī)物,比如CO2、H2O和其它簡單無機(jī)物等。這是一種無害的有機(jī)廢氣處理方式。
一般情況下,一個(gè)完整的生物處理有機(jī)廢氣過程包括3個(gè)基本步驟:a) 有機(jī)廢氣中的有機(jī)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(jī)物,在液態(tài)濃度低的情況下,可以逐步擴(kuò)散到生物膜中,進(jìn)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(jī)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、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(jī)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(jī)廢氣[6]。
PSA 技術(shù)主要應(yīng)用的是物理法,通過物理法來實(shí)現(xiàn)有機(jī)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(jī)廢氣中的有機(jī)成分,然后把剩余氣體輸送到下個(gè)環(huán)節(jié)中。在吸附有機(jī)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(jìn)而可讓吸附劑再次投入使用,然后重復(fù)上步驟工序,循環(huán)反復(fù),直到有機(jī)廢氣得到凈化。
近年來,該技術(shù)開始在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)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(dòng)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(jià)值的氣體效果良好,市場發(fā)展前景廣闊,成為未來有機(jī)廢氣處理技術(shù)的發(fā)展方向。
五、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(yīng),生成CO2和H2O,化學(xué)方程式如下:
從化學(xué)反應(yīng)方程式上看,該氧化反應(yīng)和化學(xué)上的燃燒過程相類
似,但其由于VOC濃度比較低,在化學(xué)反應(yīng)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(yīng)的順利進(jìn)行:a) 加熱。使含有VOC的有機(jī)廢氣達(dá)到反應(yīng)溫度;b) 使用催化劑。如果溫度比較低,則氧化反應(yīng)可在催化劑表面進(jìn)行[7]。 所以,有機(jī)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(xì)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,在處理前必須徹底清除可使催化劑中毒的物質(zhì),比如Pb、Zn和Hg等。如果有機(jī)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(dāng)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(xué)反應(yīng)的反應(yīng)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(yù)熱,預(yù)熱后便可為有機(jī)廢氣的處理提供足夠空間、時(shí)間,*終實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢氣的無害化處理。
在供氧充足條件下,氧化反應(yīng)的反應(yīng)程度——VOC去除率——主
要取決于“三T條件”:反應(yīng)溫度(Temperat)、時(shí)間(Time)、湍流混合情況(Turbulence)。這“三T條件”是相互聯(lián)系的,在一定范圍內(nèi),一個(gè)條件的改善可使另外兩個(gè)條件降低。熱力燃燒式熱氧化器的缺點(diǎn)在于:輔助燃料價(jià)格高,導(dǎo)致裝置操作費(fèi)用比較高。
間壁式熱氧化器指的是在熱氧化裝置中,加入間壁式熱交換器,進(jìn)而把燃燒室排出氣體的熱量傳送給氧化裝置進(jìn)口處溫度比較低的氣體,預(yù)熱完成后便可促成氧化反應(yīng)?,F(xiàn)階段,間壁式熱交換器的熱回收率*高可達(dá)85%,因此大幅降低了輔助燃料的消耗。一般情況下,間壁式熱交換器有三種形式:管式、殼式和板式。由于熱氧化溫度必須控制在800 ℃~1 000 ℃范圍內(nèi),因此,間壁式熱交換必須由不銹鋼或合金材料制成。所以間壁式熱交換器的造價(jià)相當(dāng)高,而這也是其缺點(diǎn)所在。此外,材料的熱應(yīng)力也很難消除,這是間壁式熱交換的另外一個(gè)缺點(diǎn)。
蓄熱式熱氧化器,簡稱為RTO,在熱氧化裝置中計(jì)入蓄熱式熱交換器,在完成VOC預(yù)熱后便可進(jìn)行氧化反應(yīng)。現(xiàn)階段,蓄熱式熱氧化器的熱回收率已經(jīng)達(dá)到了95%,且其占用空間比較小,輔助燃料的消耗也比較少。由于當(dāng)前的蓄熱材料可使用陶瓷填料,其可處理腐蝕性或含有顆粒物的VOC氣體。
現(xiàn)階段,RTO裝置分為旋轉(zhuǎn)式和閥門切換式兩種,其中,閥門切換式是*常見的一種,由2個(gè)或多個(gè)陶瓷填充床組成,通過切換閥門來達(dá)到改變氣流方向的目的。
六、液體吸收法
液體吸收法指的是通過吸收劑與有機(jī)廢氣接觸,把有機(jī)廢氣中的有害分子轉(zhuǎn)移到吸收劑中,從而實(shí)現(xiàn)分離有機(jī)廢氣的目的。這種處理方法是一種典型的物理化學(xué)作用過程。有機(jī)廢氣轉(zhuǎn)移到吸收劑中后,采用解析方法把吸收劑中有害分子去除掉,然后回收,實(shí)現(xiàn)吸收劑的重復(fù)使用和利用。
從作用原理的角度劃分,此方法可分為化學(xué)方法和物理方法。物理方法是指利用物質(zhì)之間相溶的原理,把水看作吸收劑,把有機(jī)廢氣中的有害分子去除掉,但是對于不溶于水的廢氣,比如苯,則只能通過化學(xué)方法清除,也就是通過有機(jī)廢氣與溶劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng),然后予以去除。
七、冷凝回收法
在不同溫度下,有機(jī)物質(zhì)的飽和度不同,冷凝回收法便是利用有機(jī)物這一特點(diǎn)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(jī)物質(zhì)通過冷凝方式提取出來。冷凝提取后,有機(jī)廢氣便可得到比較高的凈化。其缺點(diǎn)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(fèi)用。這種處理方法主要適用于濃度高且溫度比較低的有機(jī)廢氣處理。
八、超氧納米微氣泡法
超氧納米微氣泡是指3-8微米以下超微細(xì)氣泡的氣泡(Superoxide nanometer micro bubble),也稱“超微細(xì)真空氣泡”,是納米級的水氣泡,它使水分子的原子團(tuán)變的更小、超微細(xì)氣泡中的氧更容易溶入原子團(tuán)的間隙中,同時(shí)氧分子打破了水的界面使超微細(xì)氣泡更容易溶入水中;水分子團(tuán)始終進(jìn)行著“布朗運(yùn)動(dòng)”,不斷地進(jìn)行不規(guī)則沖撞。
在“布朗運(yùn)動(dòng)”的同時(shí),超微細(xì)氣泡也沉降、破裂;超微細(xì)氣泡的會合期(超微細(xì)氣泡的壽命)*長可為24天左右。在大量超微細(xì)氣泡在與異味氣體結(jié)合時(shí)破裂,瞬間產(chǎn)生巨大能量(約3微秒時(shí)間),破裂時(shí)產(chǎn)生一定能量的超聲波(水能量波)、并產(chǎn)生大量的氧負(fù)離子。這種超微細(xì)真空氣泡能起到捕捉并分解VOC及異味分子。
超氧納米微氣泡法的優(yōu)點(diǎn):
1、運(yùn)行中所使用載體只有水、而且是一般水體,不許經(jīng)過任何處理的。
2、電能消耗特別低,只有低功率的電機(jī)耗能及排風(fēng)設(shè)備。
3、調(diào)整特殊的氣霧捕捉裝置,可從低濃度到高濃度的有機(jī)廢氣處理率達(dá)90%以上的凈化率。
4、處理有機(jī)廢氣的水體可循環(huán)再使用。
5、對于噴涂廢氣后的廢漆料可100%礦化處理,沒有二次污染(UV漆除外)。
6、占地面積極小。
7、運(yùn)行成本及維護(hù)費(fèi)用非常低廉。
8、設(shè)備可重新拆解組合,部件使用率可達(dá)95%以上。
9、 維護(hù)費(fèi)用低廉。
缺點(diǎn):
1、造價(jià)偏高、屬中等偏上價(jià)位。
2、技術(shù)含量高,非一般設(shè)備商可操作的。需要專業(yè)技師調(diào)試。
3、對于處理過的廢氣因水氣含量高,所以檢測方法是必須將排氣中水分充分去除后才能得到正確的數(shù)值。
4.總結(jié)
中國的工業(yè)發(fā)展進(jìn)入到了一個(gè)新階段,環(huán)境問題的日益突出影響到了人們的正常工作和生活,環(huán)境問題越來越受到人們的關(guān)注。所以在這種形勢下,必須控制工業(yè)等生產(chǎn)領(lǐng)域有害氣體的排放,減少其對大氣環(huán)境的污染,環(huán)亞環(huán)保致力于廢氣治理事業(yè),為保衛(wèi)藍(lán)天貢獻(xiàn)自己力所能及的理論。
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