挥发性有机物废气处理技术进展与前瞻

王雄科

武汉市环境保护科学研究院 湖北 武汉 430000

引言

大部分的挥发性有机物都具有很强的毒性,对人体伤害性极大,甚至有致癌的可能性。现阶段,研究挥发性有机物的中外专业人员都在不断创新治理污染技术,并取得了极大进展。

1 概述

挥发性有机化合物,简称VOC,是石油、化工、制药、印刷、喷漆等工业生产过程和机动车辆排放的常见的污染物之一。VOCs是一类疏水及持久性有机污染物,大多具有致癌、致畸、致突变性,对环境具有潜在危害,多种VOCs已被国家环保局列为优先控制和优先监测的污染物,如卤代烷烃、氯烯烃、氯芳烃、芳烃及其氧化物和氮化物等。随着化工行业的发展,VOCs排放量与日俱增,具有范围广、排放量大等特点,其处理已成为目前国内外研究的热点之一,相关环境立法也日趋严格。有机废气的处理技术基本可分为两大类:一类为回收技术,通常用于治理较高浓度有机废气,常用的措施有:吸附、冷凝以及吸收等；另外为销毁技术,常用措施有:燃烧、生物净化和催化氧化等。在有机废气回收处理技术中,吸收法在多数情况下需要再生吸收液,否则会造成二次污染。冷凝法只适用高浓度有机废气的预处理,如果要将有害物质浓度降低到较低水平,所需费用昂贵。吸附法存在吸附剂再生问题,工业上吸附法多与其它技术组合使用时才具有经济可行性。

2 挥发性有机废气的处理技术

2.1 吸附法 通常情况下,吸附技术是指从多种混合物中,选择具有吸附能力的吸附剂,吸收有机污染物中相应成分,吸附剂类型以多孔结构固体为主,如活性炭等。在选择和使用吸附剂时,应该考虑挥发性有机废气自身性质,不同污染物的性质对吸附剂的使用有着很大的影响,严重时会大大降低吸附效果,另外,物理性质、耐高温情况、空气阻力情况等,都是选择吸附剂时所需要考虑的重要因素,选择合适的吸附剂类型,才能大大提高吸附能力和效果。

2.2 冷凝技术方法 冷凝技术主要应用在低温度、高浓度的小气体量的操作过程中,但其不适用于低浓度挥发性有机化合物的处理。该技术可减轻挥发性有机化合物居高不下的有机负荷,也可更有效地进行有机物的回收与利用,常将其用在其他净化高浓度VOCs之前的预处理。冷凝技术主要是通过科学的方法使气体温度逐渐下降,使挥发性有机化合物所产生的气体达到饱和状态之后,依据挥发性有机化合物的化学性质,由气体转化成为液体得以净化,达到回收目的。一般情况下,此项技术运用在一级处理当中。

2.3 燃烧法 对于浓度较低的挥发性有机废气而言,燃烧技术最具有实效性,这种方法操作流程简便,同时去除效率较高。近几年来,有关学者对这项技术不断进行深层次研究,根据燃烧技术的不同,将其分为了直接燃烧法、热力燃烧法、催化燃烧法三种类型。(1)直接燃烧法是指不添加任何的物质,直接对挥发性有机废气进行燃烧,一般情况下,燃烧的温度需要控制在1000℃左右。尽管这种操作方法较为简单,但却容易产生二次污染物,对环境造成一定的破坏和影响。(2)热力燃烧法则需要以一些助燃物质作为辅助,这种处理方式具有以下几点优势:其一,燃烧温度相对较低,只需要控制在850℃左右,就能有效处理挥发性有机废气。其二,燃烧产生的废气能够作为助燃物质,极大的节省了助燃物质所需的开支。(3)催化燃烧法是一种无火焰燃烧方式,与其他燃烧方法相比具有很多优点,不需要使用火焰进行燃烧,安全性较高,同时也存在着一些缺陷,如使用的催化剂中含有稀有的金属成分,价格相对较高。

3 挥发性有机物废气处理技术展望

由于很多挥发性有机废气的组成复杂,仅仅采用单一的处理方法难以有效保证排放达标,并且单一的处理方法经济性较差。在这种情况下我们必须结合各种处理工艺的优势,将多种处理工艺进行组合,保证多挥发性有机废气有效治理。针对喷漆行业产生的挥发性有机废气,其具有废气成分单一、浓度低、风量大等特点,仅仅采用吸附法或燃烧法单一工艺会使用大量的吸附材料或能源,非常不经济。但是我们可以首先通过沸石转轮或活性炭吸附将废气进行吸附处理,处理后的废气可以直接达标排空排放,吸附饱和后的沸石转轮或活性炭采用热风进行脱附,热风脱附后的废气可以送入蓄热式催化燃烧设备(RCO)或蓄热式燃烧设备(RTO)进行处理,实现吸附材料的再生。在脱附处理过程中我们可以有效控制脱附后废气的浓度,保证满足燃烧法的能量需求,从而可以不补充或少补充燃料使废气得到净化,同时脱附后的吸附材料可以重复利用,避免吸附材料的浪费。针对一些饱和蒸汽压较低的挥发性有机物如二氯甲烷,利用冷凝法进行回收,需要较低的冷凝温度,能量消耗巨大,在治理这些有机物时我们可以采用吸附+冷凝的处理工艺进行处理,首先利用吸附材料将二氯甲烷等有机废气吸附到吸附材料上,然后利用蒸汽对吸附材料进行脱附,蒸汽脱附后的混合气体送入冷凝器中进行冷凝,有机物会联同蒸汽在较高的温度下冷凝下来,从而有效实现有机物的回收,降低能源消耗。针对一些水溶性和水不溶性挥发性有机废气的混合气体,我们可以首先利用水对水溶性的有机废气进行吸收以降低废气的浓度,再利用吸附法或燃烧法等其他方法进行处理,降低后续处理工艺的处理负荷。

结语

通过以上分析能够看到,挥发性有机废气的种类较多、性质各异,处理不当不仅会危害人身健康,更会影响我国经济发展。因此相关部门必须要提高重视力度,结合挥发性有机废气的性质采取最科学有效的处理方法,只有这样才能保障处理质量。