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有機廢氣的生物降解，是利用微生物將廢氣中所含的有機物氧化（降解）為二 氧化碳和水，即廢氣中的有機物為微生物提供能量和養(yǎng)分。隨著技術(shù)的發(fā)展，生化 法在有機廢氣凈化中除了可凈化有機溶劑或脫臭外，也可除去無機組分，如氨、硫 化氫和含硫有機化合物，因此生化法特別在低濃度的有機廢氣凈化中已不斷獲得應 用。用于有機廢氣生化凈化的設備，目前主要有三種類型：膜生化反應器，生化過 濾器和生化洗滌器。膜生化反應器主要用于難溶于水、但易揮發(fā)的有機化合物的凈 化；在有機廢氣和微生物間設置滲透膜，使難溶于水的有機組分增濃，并進入微生 物中而被降解。但在實際應用中，常見的還是生化過濾器和洗滌器兩種。有機廢氣 的生化處理，如同廢水的生化處理一樣，要使微生物能發(fā)揮作用，而且具有足夠的 降解速度，必須滿足下面幾個條件，即：

①廢氣中所含的有機物能溶解于水；

②有機物是可以降解的；

③廢氣溫度約在5?60°C；

④廢氣中不含有毒物質(zhì)。

按照廢氣中所含不同有機物組分，或多或少要有許多種類的菌種參與，例如放 線菌、真菌等。所有這些微生物均被水膜包圍，因此有機物必須溶解于水后，才能 被微生物捕獲而降解。微生物在適宜的環(huán)境條件下將有機物作為養(yǎng)分和能量而生 存、繁殖，并將其完全降解為Co2和H2O如果有機化合物中含有雜原子，如 氮、氯或硫（例如：胺類、氯化炷類和硫醇），則凈化程度要視其在水中的溶解度 和可降解性而定。當然，這時會生成無機產(chǎn)物，例如：硝酸鹽、鹽酸、硫和硫酸等 物質(zhì)。這些物質(zhì)可導致過濾材料或洗滌水的pH值的改變，以及在較高濃度時會殺 死微生物。此外，也必須為微生物提供可以生存的條件：pH值約在5?8,溫度5?6SC,鹽濃度較低，以及提供足夠的養(yǎng)分和微量元素（氮、磷、鉀）等。提高溫 度可以加快生物降解速度，但同時也降低了廢氣中有機組分在水中的溶解度，因此溫度升高是受到限制的。

對生化處理極為重要的一個過程是：廢氣中有機物從氣相進到液膜、直至達到 微生物的傳質(zhì)過程。因此，生化裝置應盡可能提供較大的相際接觸面積。有機廢氣 生化凈化常用的設備如下。

（1）生化過濾器 如圖2. 13所示。

 

在生化過濾器情況下，微生物附著在固體過濾材料上，有機廢氣從下部進入通過這些過濾材料而先被吸著（吸收、吸附），*后被微生物氧化分解。

生化過濾器常用的過濾材料有：各種不同的堆肥（樹皮、殘渣堆積物），纖維/ 枯樹的泥灰，木屑，椰殼纖維，泡沫玻璃和其他多孔材料，惰性添加物（熔巖灰， 黏土和聚苯乙烯，或這些物質(zhì)的混合物）等。一般講，在這些過濾材料中有足夠的 無機養(yǎng)分（如氮、磷等）供微生物的生存。如果過濾材料主要是由惰性材料組成， 或當有機廢氣中含有機物的濃度很高時，則必須添加一定量的養(yǎng)分°

由于有機廢氣通過生化過濾器時與濕的過濾材料強烈接觸，空氣被水蒸氣飽 和，這樣過濾器很快干燥而導致開裂，從而會引起氣流分布不均勻。因此，小心地 監(jiān)控和調(diào)節(jié)廢氣的濕度，對生化過濾器的凈化效果極為重要。此外，在處理大氣量 的有機廢氣情況下，所需過濾容積很大，通常將過濾器疊成多層式來節(jié)省占地面 積。根據(jù)不同的過濾材料和廢氣組成，一般過濾層的高度從0. 8m起，*高至3m。 生化過濾器的阻力大小主要取決于廢氣處理量和過濾材料本身，通常在500?2000Pa/m （每米層高）。廢氣在過濾層中的停留時間大多只有幾秒。對于難溶于水 或不易降解的有機物，則停留時間可達30s左右。生化過濾器的尺寸主要決定于廢 氣的組成，對于臭味強烈的廢氣可選用空速為100?250m3/(m3?h)(每立方米過 濾材料、每小時)。對于含溶劑的工業(yè)廢氣，按照不同的降解速度、不同的有機物， 過濾器的處理能力大致在10-100g (溶劑)/(m3- h)o由此可見，生化過濾器的 尺寸很大，例如處理100000m3/h的廢氣，大約需要過濾器容積為1000m3o為節(jié) 省生化過濾器的占地面積，一般都做成多層式，或集裝箱疊層式。

(2)生化洗滌器如圖2.14所示。

在生化洗滌器情況下，*重要的步驟是洗滌液吸收廢氣中的有機物。生化洗滌 器分兩種類型，即填充床滴流洗滌器和活性污泥洗滌器。

填充床滴流洗滌器通常采用填料塔結(jié)構(gòu)，微生物是掛膜在填料表面上，并同時 用循環(huán)水噴淋。有機物的吸收和降解過程都發(fā)生在填料表面上；而在活性污泥洗滌 器的情況下，有機物的吸收和降解過程是相互分的。如圖2.14(b)所示，洗滌水 和微生物的混合物從頂部用噴嘴將其噴灑到塔中(為增加接觸面積，塔中設置多層 擋板)，并與底部上升的廢氣相接觸。溶解的有機物則在活性污泥池中降解?？諝?鼓入活性污泥池中以便對微生物供氧，并使廢氣中有機物質(zhì)解吸。從活性污泥池出 來的廢氣一般也應回到洗滌器中。通常生化洗滌器中的氣速為1?3m/s,噴淋密度 約為10?30m3/(m2?h)；而水/氣比大致在(1，1000)-(1 : 300),這表示若要凈 化10000m3/h的廢氣，則需循環(huán)水10~33m3/h。

通常生化洗滌器的容積比生化過濾器小得多，但投資費用特別是操作費遠比過 濾器高，因為大量的水要進行循環(huán)操作。

根據(jù)目前的經(jīng)驗，生化法比較適合于濃度不大于1000?1500mg/m3 (有機碳) 的有機廢氣，因為較高的濃度要求裝置的尺寸非常大。從目前用生化法凈化有機廢 氣的情況來看，主要用于處理帶強烈臭味的氣體，例如處理來自堆肥工場、垃圾 場、飼養(yǎng)場、污水處理裝置和食品加工廠等產(chǎn)生的臭氣；但在許多其他領域中也在 不斷獲得應用，例如用于處理鑄造車間、凝膠體生產(chǎn)廠、印刷廠、涂裝車間和木材加工廠等產(chǎn)生的有機廢氣。

隨著有機廢氣生化技術(shù)的不斷發(fā)展，特別在工藝和設備上有了很大改進，例 如：生化過濾器采用模塊結(jié)構(gòu)，單個獨立控制濕度、養(yǎng)分，以及集裝箱式串聯(lián)垂直 疊放設計等，從而克服了諸如占地面積大、生物過程難以控制等缺點，當前已有許 多大型生化處理裝置獲得成功應用，舉例如下。

①處理塑料、金屬部件噴涂過程產(chǎn)生的有機廢氣口見

a.用生化過濾器處理塑料部件噴漆產(chǎn)生的廢氣廢氣中含有機物的組成用 GC/MS分析系統(tǒng)測定。雖然已知單個組分的可降解性，但并不掌握在混合物條件 下的降解情況。為了確保排放氣在達標的條件下盡可能節(jié)省裝置的投資費用，通過 現(xiàn)場小試驗（移動式生化過濾器試驗裝置）求得生化過濾器的*大容積負荷。用火 焰離子檢測器測定生化過濾器前后碳氫化合物的濃度，求得脫除碳氫化合物的凈化 效率。通過“Upscaling-Algorithmen”計算軟件，將實驗中獲得的結(jié)果放大到工 業(yè)裝置上，因此可以十分精確地來確定生化過濾器系統(tǒng)的尺寸。裝置的操作數(shù)據(jù) 如下。

 

b.用洗滌器/生化過濾器處理噴涂金屬部件產(chǎn)生的廢氣該過程是先用人工方 法噴涂金屬部件，然后再繼續(xù)用自動噴涂作進一步加工。因此，排出廢氣的濃度波 動很大，在每隔幾分鐘（手工操作時）出現(xiàn)高濃度的峰值，之后又恢復到濃度 100mg/m3左右。在本案例情況下，先借高效填料洗滌塔用水吸收可溶解的有機 物，并使廢氣增濕。洗滌器起到緩沖作用，即高濃度時被吸收一部分，而當廢氣濃 度低時，循環(huán)水中溶解的一部分有機物被解吸，重新又回到廢氣流中。這樣可使進 入生化過濾器的廢氣濃度相對穩(wěn)定。生化過濾器的類型也是按模塊、集裝箱式設 計。裝置的操作數(shù)據(jù)如下。

上采用上述模塊、集裝箱式的生化過濾器，由兩排共2X8個集裝箱疊起組成的 一套生化處理裝置。實際布置集裝箱的基礎面積約70m2,可設計有效過濾器面積 67.5m2,故整個生化裝置的總過濾面積約540m2,相當于整個過濾器面積負荷約 185m3/ho有機廢氣先經(jīng)干式除塵、增濕后，再依次通過集裝箱式生化過濾器后排空

主要操作數(shù)據(jù)如下。

除上述例子外，生物降解法還用于裝飾紙張浸漬過程和顯像管生產(chǎn)中的清洗過

程所排放的有機廢氣凈化。

低溫等離子體法

等離子體是指處于電離狀態(tài)的氣態(tài)物質(zhì)，它是由大量帶電粒子和中性粒子所組 成，在電磁力作用下粒子的運動和行為以集體效應為主的體系，并呈電中性。在放 電設備中產(chǎn)生的由電子、離子和中性粒子所組成的電離氣體就是等離子體，通常它 與物質(zhì)的氣、固、液三態(tài)并列，稱等離子體為物質(zhì)的第四種形態(tài)。通過氣體放電或 加熱方法（溫度在25OO°C以上）從外界獲得足夠能量，而使氣體分子或原子中軌 道所束縛的電子變?yōu)樽杂呻娮樱葱纬傻入x子體；但這里講的是在常溫、常壓下采 用高壓脈沖電暈放電產(chǎn)生等離子體，所以也稱低溫等離子體法。

采用等離子體法凈化含VOC廢氣的作用機理，大致可概括為以下幾點〕.

①空氣分子或原子通過電子的獲得或失去而被電離，即離子化。

②基于周圍環(huán)境能量的提高（在電場中），原子或分子的外層電子起變化，即 遷移到靠近原子核的一個層上，同時產(chǎn)生光。

③在電場內(nèi)，空氣的組成部分轉(zhuǎn)變?yōu)閺娧趸?，例如臭氧、水分變?yōu)镺H- o

④在電場內(nèi)，可以提高對化學反應起到關(guān)鍵作用的原子或分子的平移位能， 即激活過的氣體組成部分比未激活的具有更強的反應能力。這些活化的（自由基 的）空氣組成部分與氣體中可氧化的物質(zhì)反應。

等離子體有不同的類型，即電中性、非電中性、高密度、低密度、高溫、低溫 等離子體。在有機廢氣凈化技術(shù)中，涉及的是低溫等離子體技術(shù)，也稱非熱力等離 子體技術(shù)（Non Thermal Plasma Techniques, NTP） o分子在強的交流電場中激 發(fā)，使氣體分子的振動狀態(tài)在理論上相當于加熱到幾千攝氏度，而實際上其溫度并 

無變化。

目前，等離子體法在工業(yè)應用中主要有兩種工藝：一是通過脈沖電暈放電；二 是所謂的介電質(zhì)阻擋放電。另外還有電子輻射反應器或納米秒范圍內(nèi)的脈沖放電 等，近年來已獲得很大發(fā)展，特別是用于脫臭和火力發(fā)電廠的脫硝。

在有機廢氣凈化的實際應用中，等離子體主要是通過高壓交流電場來實現(xiàn)的。 電場的作用是產(chǎn)生非常不同的能量變化，而使氣體分子（原子）電離、離解，從而 在常溫下提高了原子和分子的平移位能或使其具有較高的氧化勢能。在強電場的作 用下，氣體分子受到激發(fā)而產(chǎn)生大量自由電子并獲得能量。當電子的能量與C一 H、C—C、C-C鍵的鍵能相等或接近時，可使這些碳氫化合物開鍵并破壞其結(jié) 構(gòu)；此外，在強電場作用下產(chǎn)生的臭氧也增強了氧化力，這樣廢氣中的碳氫化合物 *終被氧化為無害的co2和H2O0

在廢氣凈化的實施過程中，可以將廢氣直接引入等離子體反應器中（直接操作 法），或先將新鮮空氣引入等離子反應器 應空間中混合、反應（間接操作 法）。目前在工業(yè)上用得較多的是 介電質(zhì)阻擋放電法。在電容器式反 應器情況下，通常要用400?20000Hz的交流電進行周期性的充 電和放電。電容器式反應器有不同 的結(jié)構(gòu)類型，例如板式、管式、棒 式等。圖2. 15表示了用于低溫等離 子體的一種多層板式電容器原理。 介電質(zhì)的材質(zhì)常用堇青石陶瓷和莫 來石陶瓷，目前也有用氧化鋁或二 氧化鈦做成。

*初有機物在等離子體反應幕 中氧化所需操作費很高，而目前已降到技術(shù)上可以承受的能耗，例如脫臭，每千克臭氣的平均能耗約為15kW?h, 而處理氯化炷類則有些能耗尚高于100kW - h/kgo就目前有機廢氣凈化的工業(yè)應 用而言，其能耗大致為1.5?5kW/1000m3 （有機廢氣〕。由于廢氣在處理過程 中的溫度幾乎沒有變化，因此能量消耗很低。

當有機廢氣的凈化率要求很高時，例如〉99.9%,通常在用等離子體法處理后 再連接一個催化反應器。按照廢氣所含有機物和濕度的不同，可用Fe、Cu、Mn、 Cr氧化物催化劑，有時也用貴金屬催化劑（例如Pd、Pt）,或者例如在處理含氟、 氯炷有機物情況下，可采用混合催化劑系統(tǒng)。這種方法的流程如圖2.16所示[⑷。 在第*級中，氣體分子在強交變電場中被激發(fā)，然后進入環(huán)境溫度下（或相應的廢 氣溫度）的催化反應器（在一般有機廢氣的催化凈化情況下，必須將廢氣預熱到約350°C后才能進行催化反應），使其轉(zhuǎn)化為CO2和H2C）,而無其他副產(chǎn)物。

 

 

應該指出，當需要處理的廢氣量大到不可能全部輸入等離子體發(fā)生器時，通常 只將一部分廢氣或新鮮空氣進入其中（其量約為廢氣總量的1。％），使這部分氣體 激活，然后再混入總的廢氣流中；當然，關(guān)鍵是要有足夠的氣體分子被激活。如前 所述，這種方法稱為間接操作法。全部將廢氣直接輸入等離子體發(fā)生器中，當然效 果更佳，因為除了氣體分子的激活外，氣態(tài)有機污染物與電子的直接接觸，使一部 分有機物早已分解°

與其他方法相比，由于等離子體法在凈化有機廢氣特別是在低濃度、脫臭方 面，它具有能耗低、效率高、設備簡單、操作可靠等優(yōu)點，所以已成為有機廢氣凈 化中的一種新方法。因此，目前對低濃度VOC廢氣的凈化，特別是在脫臭方面已 有不少獲得成功應用的例子。有關(guān)低溫等離子體法在有機廢氣凈化中的原理及相應 裝置的優(yōu)化。

①處理飼料生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的臭氣。

廢氣處理量：70000m3/h,含塵量相對較高，可至40mg/m3。

采用等離子體法和間接操作方式，即先將新鮮空氣引入等離子體反應器中，激 發(fā)后與廢氣混合、反應。因為含塵量高，如連接催化反應器，則必須設置費用較高的除塵器。

②處理紡織工業(yè)中火焰黏合設備（用于泡沫襯里織物）產(chǎn)生的廢氣。

廢氣中含氫氧物和VOC,采用板式電容器作為等離子體反應器，共8組電極 板，每組功率至1. 5kW。

③處理紡織工業(yè)中涂層設備產(chǎn)生的酚醛樹脂、石蠟類臭氣。

采用等離子體法+催化反應

廢氣量：15000m3/h,廢氣溫度高至300°C ,回收熱量用于干燥過程和催化 反應。

④處理芳構(gòu)化和石油精煉過程產(chǎn)生的廢氣。

廢氣量：＜11000m3/h

低溫等離子體法+催化反應：臭氣從0. 7X106 GE/m3降到VlOOOGE/m，，凈 化率＞99. 99%

低溫等離子體法+分子篩：臭氣從50000GE/m3降到V 1500GE/m3,凈化 率V99. 6% 

⑤處理熔爐中鋅板涂層熔煉后產(chǎn)生的裂解廢氣。

廢氣量：11000m3/h

廢氣中主要含芳炷、苯等VOC氣體，濃度V700mg/m3,大多為苯(400mg/ m3) o

低溫等離子體法+催化反應：凈化率＞99.3%,催化反應溫度為180?220°C (若不用等離子體法，反應溫度為330。0。

⑥處理飼料生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的臭氣。

采用等離子體法

廢氣處理量：80000m3/h

廢氣中含VOC氣體V50mg/m3,溫度V45°C,相對濕度V 60%,處理后 臭氣 V5000GE/m3。

低溫等離子體法在香料、香精生產(chǎn)中脫除排放氣中V()C的 應用，因為過量的香氣對人的呼吸系統(tǒng)也會造成強烈刺激。該文獻將低溫等離子體 法與熱力燃燒、催化燃燒、蓄熱式熱力燃燒、生化處理和分子篩吸附等方法在投資 費用、操作費、二氧化碳的排放三個方面作了比較后認為：在香料、香精工業(yè)生產(chǎn) 中的廢氣處理量為50000m3/h, VOC濃度約小于1 OOmg/m3的條件下，低溫等離 子體法是*佳的選擇。

此外，紫外線燈(汞燈)也可用作*簡單的等離子體源。在一定頻譜范圍內(nèi)， 在技術(shù)上可以用來激發(fā)氣體分子，使有機物氧化為無害物質(zhì)。這種設備要求低又簡 單，也可與活性炭或分子篩吸附聯(lián)合使用，達到更高的凈化效果。因此，常用于室 內(nèi)空氣凈化和脫臭。

光催化氧化法

眾所周知，紫外線是由電磁波組成，其能量與波長直接有關(guān)，波長越短，能量 越大。當紫外光燈發(fā)射出不同的波長時，若要使廢氣中的VOC借紫外光直接通過 自由基鏈鎖反應降解，則VOC也必須能吸收這類波長，即紫外光燈的*大發(fā)射要 與VOC的*大吸收相一致。這種借紫外光產(chǎn)生的反應稱為光氧化或光解。光解作 用不是凈化VOC污染的唯一效應。若紫外光發(fā)射的強度越大，則空氣中的氧極易 分解為臭氧；產(chǎn)生的臭氧也分解為自由基，從而加劇了光解過程；此外，空氣中的 水分在紫外光作用下也可分解為OH-,同樣也參與VOC的氧化。因此，在紫外 光的作用下，通過上述幾種效應的疊加可以產(chǎn)生大量活性自由基，從而高效地使 VOC降解。如果后續(xù)催化反應，即光催化氧化，則VOC的凈化效果更佳。

光催化氧化法是借催化劑具有光催化作用的性能，將吸附在催化劑表面上的 VOC氧化為CO2和H2。。通常用于一些比較容易氧化的有機化合物。如前所述， 在紫外線的照射下不斷產(chǎn)生大量活性的自由基，使大部分VOC降解；而光催化劑 可加速化學反應有助于有機物進行降解反應；同時還有消毒、殺菌作用。經(jīng)典的光 催化劑都是半導體，其中*有效的光催化劑是TiO2,還有ZnO、SnO2. Fe2O3. CdS、ZnS、WO3、PbS等。由于TiC)2對紫外光線有很高的吸收率，還具有較高

的催化活性和化學穩(wěn)定性，以及無毒而價廉等優(yōu)點，所以應用*廣。

光催化氧化法的反應機理如下「皿⑵」根據(jù)半導體的電子結(jié)構(gòu)理論，光催化性能 取決于晶粒內(nèi)的能帶結(jié)構(gòu)，能帶結(jié)構(gòu)由一個充滿電子的低能價帶和一個空的高能導 帶所構(gòu)成，兩者間由禁帶分開，其能差即為帶隙能。在光照射半導體光催化劑的情 況下，當吸收一個能量大于或等于其帶隙能的光子時，電子會從充滿的價帶躍遷到 空的導帶，而在價帶留下帶正電的空穴。光致空穴具有很強的氧化性，并能奪取吸 附在催化劑顆粒表面的有機物中的電子，使本來不吸收光而無法被光子直接氧化的 物質(zhì)，經(jīng)光催化而被活化、氧化。Ti()2經(jīng)光激發(fā)后產(chǎn)生高活性光生空穴和光生電 子，并經(jīng)一系列反應后生成大量高活性的自由基，因而TiC>2表面的羥基化是光催 化氧化VOC的必要條件。此外，VOC光催化降解的速率主要取決于催化劑吸附 VOC的性能和光催化反應速率，因此尋求對V()C具有高的吸附效率和較快降解 速率的光催化劑是極為重要的。

目前該方法主要用于室內(nèi)外VCC污染的凈化和脫臭，例如：用于醫(yī)院、賓 館、車站、機場、博物館、廚房、污水處理、發(fā)酵和食品加工等場所排放的臭氣凈 化。此外，這種Ti()2光催化技術(shù)，一方面利用Ti()2具有極高的折射率已廣泛用 于涂料、塑料和建筑材料中；而另一方面則利用納米TiCh的量子尺寸效應來提高 它的光催化活性，以及光催化的除菌性能，早已成功地用于陶瓷、紡織品、化妝品 (即所謂抗菌陶瓷、抗菌纖維)等領域中。當然，用紫外線處理的光氧化法對某些 有機化合物也只能達到部分氧化；另外，如果有機物容易聚合并沉積在燈管上，則 會影響效果；該法的能耗還是相對較高。

通常紫外光發(fā)射器分低壓和高壓兩類。前者產(chǎn)生離散的紫外線，波長在185?254nm范圍，這種燈主要用于消毒，一般功率在10?400W;后者產(chǎn)生擬連續(xù)發(fā)射 光譜，功率在1000?32OOOW。

21世紀初，尤其在日本，應用光氧化和催化氧化技術(shù)的組合(例如與活性炭 吸附相結(jié)合)已開發(fā)了相應的產(chǎn)品，并獲得成功應用，例如，2003年用于德國 Krauss公司的工廠溶劑排放處理，室外機的處理量達30000m3/h；而2004年同樣 也是用于德國SRI Radio System的空調(diào)脫臭，室內(nèi)機,兩個系統(tǒng)處理量分別為 40000m3/h 和 50000m3/hL2?！?。又如文獻［22］報道，德國 IBL Umwelt-und Bio- technik GmbH公司開發(fā)的紫外線反應器已用于：①噴漆車間的廢氣處理，廢氣處 理量為55000Nm3/h,廢氣中V()C的成分主要是丁酮、苯和甲苯，總有機碳濃度 為150mg/Nm3；②橡膠生產(chǎn)過程的排放氣，廢氣處理量為12000Nm3/h,廢氣中 VOC的成分主要是丁酮、苯和甲苯，總有機碳濃度為750mg/Nm3；③處理含氯苯 廢氣，廢氣處理量為2000Nm3/h,總有機碳濃度為225mg/Nm3°

燃燒法

有機廢氣凈化的燃燒法是基于廢氣中有機化合物可以燃燒氧化的特性，其目的 是：通過燃燒將廢氣中可氧化的組分轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)，在廢氣中含純碳氫化合物的 情況下，即轉(zhuǎn)化為CO?和H/)。當然，由于有機廢氣中所含有害物質(zhì)組分的不同  

（例如：可以是純碳氫化合物，含硫、氟、氯等炷類物質(zhì)或含塵等廢氣）、濃度不同 （廢氣含有機物的濃度可以從感覺到的氣味，每立方米幾毫克到幾百克甚至更多）、 燃燒過程溫度的控制因素的不同以及不同的燃燒方式等，可能存在各種氧化/還原 反應和熱分解反應。此外，燃燒過程始終伴隨熱量的產(chǎn)生，因此不同的熱量回收和 利用方式，也構(gòu)成了不同類型的燃燒凈化方法和燃燒凈化裝置。

從有機廢氣的來源和可燃物的爆炸極限角度講，有機廢氣凈化技術(shù)中所要處理 的VOC廢氣可如下來分類。

其一是從有機廢氣的來源分類。

①過程釋放氣 例如：在生產(chǎn)過程中未反應的原料氣、副產(chǎn)氣體以及為安全 生產(chǎn)必須排放的可燃氣體（如石油、天然氣開采等設置的火炬）。這類過程釋放氣 的特點是所含有機可燃物的濃度相對較高，大部分可直接回收再利用或回收其 熱能。

②排風氣 由于生產(chǎn)過程中所用的有機物（特別是溶劑）不可避免地通過揮 發(fā)、泄漏而釋放VOC,以及煤礦的煤層氣（俗稱瓦斯，主要是甲烷），為健康和生 產(chǎn)的安全必須用風機將其通風排出o這類排風氣的特點是所含有機可燃物的濃度相 對較低、甚至極低，但風量很大，而且主要是空氣，有機物的回收或熱能利用都比 過程氣難。

其二是從可燃物的爆炸極限角度分類。

①排風氣 VOC濃度低于爆炸下限。

②可爆炸的有機廢氣VOC的濃度在爆炸濃度范圍內(nèi)，隨時可著火。處理這 類廢氣必須有相應的安全措施。

③富氣 VOC濃度高于爆炸上限。這類廢氣由于其熱值相對較高，可直接作 為燃料用。

應該指出，除上述分類外，在有機廢氣凈化技術(shù)范圍內(nèi)，還有一種要處理的有 機廢氣例如氣味或惡臭，或稱貧氣，其濃度比一般生產(chǎn)過程的排風氣還要低得多； 另外，如垃圾貯存、填埋產(chǎn)生的沉積氣，其主要成分是甲烷，均屬貧氣一類。

有機廢氣凈化的燃燒法主要分三種類型，即直接燃燒、熱力燃燒和催化燃燒。 當廢氣中VOC濃度很高時，可把廢氣當作燃料來燃燒，所以稱其為直接燃燒；而 在熱力燃燒和催化燃燒情況下，所處理的廢氣中可燃物的濃度太低，必須借輔助燃 料來實現(xiàn)燃燒，故稱為熱力燃燒，也稱后燃燒、無煙燃燒。在有機廢氣凈化中的催 化燃燒，當然也屬于熱力燃燒，只是因為具有催化反應特點而單獨分出。催化燃燒 的目的是：利用催化劑的催化作用來降低氧化反應溫度和提高反應速率。為了盡可 能節(jié)省輔助燃料和充分利用有機物燃燒時產(chǎn)生的熱量（用于預熱廢氣），熱力燃燒 和催化燃燒按不同的回收熱量方式又可分為：不回收熱量的熱力燃燒，帶間壁式換 熱器的熱力燃燒，蓄熱式熱力燃燒，不回收熱量的催化燃燒，帶間壁式換熱器的催 化燃燒和蓄熱式催化燃燒。在有機廢氣凈化中，通常將用于預熱廢氣的換熱器分為 蓄熱式換熱器（也稱交流換熱器，Regenerator）和間壁式換熱器（也稱同流換熱 器，Recuperator) o常見的間壁式換熱器例如有管殼式換熱器(也稱管束式或列管 式換熱器)和板式換熱器。對應這兩種換熱器的凈化裝置，在文獻中經(jīng)常出現(xiàn)蓄熱 式熱力氧化器(Regenerative Thermal Oxidizer, RTO)、帶間壁式換熱器的熱力氧 化器(Recuperative Thermal Oxidizer)和蓄熱式催化氧化器(Regenerative Cata¬lytic Oxidizer, RCO) o

在絕大多數(shù)處理有機廢氣的場合，廢氣中VOC的濃度一般都很低，而風量相 當大。因此，往往因為回收廢氣中的有機溶劑在經(jīng)濟上不合算，或難以使回收后的 溶劑重復使用，以及在回收過程中可能產(chǎn)生二次污染等問題，才采用燃燒法來凈化 有機廢氣。

 

(1)直接燃燒法 直接燃燒是將有機廢氣當作燃料來燃燒。通常適用于廢氣中 所含可燃物的濃度非常高，其濃度一般高于爆炸濃度上限，而且它具有相應高的燃 燒熱值，即不需添加輔助燃料也能維持燃燒所需的溫度。直接燃燒時產(chǎn)生明亮的火 焰，故也稱火煙燃燒。在一般含碳氫化合物的有機廢氣情況下，直接燃燒后的產(chǎn)物 主要是C()2和H2OO這里也要提及的另一種情況，即雖然廢氣中的可燃物濃度很 低，但有時也可將其送到生產(chǎn)中已有的燃燒室中直接燃燒，例如將有機廢氣代替鍋 爐燃燒室所需的空氣；否則只能采用熱力燃燒，即添加輔助燃料來燃燒。直接燃燒 法不適用于大風量、低濃度的有機廢氣凈化。

要實現(xiàn)完全燃燒的先決條件是：除了要有足夠高的溫度外，還要使可燃物與空 氣獲得良好的混合，以及具有足夠的空氣量(氧氣)。當空氣量不足時，則燃燒不 完全，在廢氣中還存在未燃盡的有機物；若空氣過剩量太高，則溫度降低，燃燒同 樣也不完全或低于著火點而熄火。此外，要使一種可燃物/空氣混合物能著火，可 燃物的濃度必須在著火界限范圍內(nèi)(即爆炸極限濃度范圍內(nèi))。著火下限表示可燃 物的量不足，著火上限表示可燃物過剩。這表示：在采用直接燃燒法時，若可燃 物/空氣混合物的濃度處于爆炸極限范圍之內(nèi)，則存在易燃、易爆和火焰可能經(jīng)管 道回火的危險性，因此必須采取相應的安全措施；若廢氣中可燃物的濃度超過爆炸 上限，則必須補充空氣，借以保證有機廢氣在氧量充足的條件下達到完全燃燒。若 濃度處于爆炸范圍內(nèi)，一般可用空氣或惰性氣體將其稀釋至爆炸下限以下，但此時 也必然增加了輔助燃料的消耗。

直接燃燒法的火煙燃燒溫度一般約在1100°C左右。

直接燃燒法常用的設備有爐、窯以及像煉油和石化工業(yè)中常見的火炬。應該指 出，火炬燃燒只是生產(chǎn)工藝過程中的一種安全措施，火炬是敞開式的燃燒器，因此 燃燒是不完全的，它不僅造成燃料能量的損失，而且還會產(chǎn)生大量有害氣體和煙 塵，以及熱輻射，從而污染環(huán)境，應盡可能回收利用。

(2)熱力燃燒法因為有機廢氣中所含可燃物的濃度極低，不能著火和依靠自  

身來維持燃燒，所以必須借輔助燃料燃燒產(chǎn)生的熱量來提高廢氣溫度，使廢氣中 VOC氧化并轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)。經(jīng)典的有機廢氣熱力燃燒設備主要由輔助燃燒器和 燃燒室組成。當燃燒室的溫度達到可以點燃有機廢氣時，才將廢氣引入燃燒室中進 行氧化燃燒，然后凈化后氣體經(jīng)煙囪排入大氣。根據(jù)廢氣中空氣含量（即氧含量） 的大小，采用不同的燃燒器：若廢氣中氧大于16%,則用配煙燃燒器；若小于 16%,則用離煙燃燒器，即必須補充助燃空氣。為保證VOC能完全氧化，廢氣在 燃燒室中要有足夠的停留時間，一般為0.3?0.5s；以及足夠高的溫度，一般為 720?850°C；當然也有高溫熱力焚燒爐，溫度可至850?1250笆；這要視VOC的 種類、組成及排放氣應達到的指標而定。

上述經(jīng)典的有機廢氣熱力焚燒爐，由于結(jié)構(gòu)簡單、投資費用少、操作方便，而 且?guī)缀蹩梢蕴幚硪磺杏袡C廢氣和達到法規(guī)的排放要求，因此在20世紀90年代以前 應用極為普遍。但是，這種焚燒爐的燃料消耗高也不回收熱量，極不經(jīng)濟，所以目 前已被帶有熱量回收系統(tǒng)的熱力燃燒裝置所代替.

（3）蓄熱式燃燒法 在熱力燃燒裝置的操作費中，主要部分來自輔助燃料的消 耗。在許多情況下，常用廢氣預熱器來降低燃料消耗，即通過冷卻凈化氣來預熱廢 氣，使得達到燃燒室溫度只需少量燃料。當預熱溫度足夠高時，如果廢氣中可燃物 的燃燒熱值足以達到反應溫度而不需添加輔助燃料，則稱為自供熱操作。但是，如 果廢氣中可燃物的含量很低，這就表示要求選用更高的預熱溫度。這對常用的間壁 式換熱器而言，無論在結(jié)構(gòu)上或是在材料上都難以做到。為此，借鑒多年來在冶 金、化工和工業(yè)爐等領域中業(yè)已獲得成功應用的蓄熱爐經(jīng)驗，將其用于有機廢氣的 凈化，即蓄熱式熱力氧化器。

典型的蓄熱換熱方法，一般至少要兩臺換熱器來實現(xiàn)加熱和冷卻周期的切換， 才能使過程連續(xù)操作；當然也可用旋轉(zhuǎn)蓄熱式換熱器同時連續(xù)地進行加熱和冷卻。 常用的蓄熱體有：陶瓷散堆填料（例如：矩鞍環(huán)填料）和陶瓷規(guī)整填料（例如：蜂 窩填料）.操作溫度一般為800?850C,可處理濃度低、風量大的有機廢氣。

在有機廢氣凈化的諸方法中，蓄熱燃燒法（RTO）應用較廣，一方面是因為 只要充分滿足燃燒過程的必要條件，燃燒法可以使有害物質(zhì)達到完全燃燒氧化而變 為無害物質(zhì)，即達到規(guī)定的排放要求；另一方面，燃燒法的經(jīng)濟性主要取決于過程 熱量的回收和利用程度，特別在RTO的情況下，由于過程的熱效率很高（一般都 在95%以上），通常只需補充少量輔助燃料；而當廢氣中有機物濃度達到一定值時 （一般大于2?3g/m3,視有機物的種類、組成而定），即可實現(xiàn)自供熱操作，而不 必添加輔助燃料。此外，RTO的操作維護十分簡單、可靠，不需經(jīng)常更換零部件 和使用壽命較長。此外，有些凈化方法在處理后，常常還要用RTO作*后處理才 能達到排放要求。當然，其缺點是：容積較大，一次性投資費用較高。

（4）催化燃燒法采用催化劑可以降低有機物氧化所需的活化能，并提高反應 速率，從而可以在較低的溫度下進行氧化燃燒，使有機物轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)。在催化 燃燒時，一般都采用固體催化劑，因此涉及的是非均相催化反應。常用的催化劑主要是載體催化劑，即將催化劑的活性組分沉積于陶瓷或金屬載體上。有機廢氣催化 燃燒時所用的催化劑大多以陶瓷材料作為載體，并做成顆粒、圓柱或空心圓柱體和 蜂窩等形狀。常見的催化劑有：貴金屬催化劑，如鉗、鈕、釘?shù)?，但價格昂貴和耐 中毒性差（為減少貴金屬用量，也有用Pt-Al2O3）；非貴金屬氧化物催化劑，如 銅、銘、鉆、鐐、鎰等氧化物；以及稀土元素氧化物。有機廢氣催化燃燒所用的設 備類型主要有固定床和流化床兩種，并在其中設置間壁式換熱器來預熱廢氣；也有 在蓄熱換熱器上添加催化劑，借以提高系統(tǒng)的熱效率。在考慮催化裝置時必須注意 下面三個參數(shù)。

①空速 即每小時、每立方米催化劑的廢氣處理量，這個數(shù)值決定了裝置的 尺寸，通常空速在10000?20000Nm3/（m3?h）,對于難分解的有機物選用空速小 于 5000Nm3/（m3?h）o

②溫度溫度高低主要取決于空速及需要除去有機物的性質(zhì)，應確保有機物 的完全氧化，一般在200?450C范圍內(nèi)。

③壓降 氣速大小、催化劑的形狀和結(jié)構(gòu)以及床層高度決定了壓降的大小。 對于顆粒狀催化劑，其壓降一般在1 OkPa/m；而蜂窩催化劑的壓降約為IkPa/m。 為保證通過床層時具有良好的氣體分布，必須有一個*低的壓降；但從節(jié)能要求， 壓降應盡可能低。

雖然催化燃燒與非催化熱力燃燒相比其氧化溫度明顯要低得多, 轉(zhuǎn)化操作更為經(jīng)濟，但其缺點是：對所處理的有機廢氣有一定要求, 催化劑中毒、抑制反應、堵塞或覆蓋催化劑活性中心的物質(zhì)；此外, 和經(jīng)常需要更換也制約了其應用。