膜法分离技术在废气治理中的应用

韩昊东

摘要：近年来，环境污染日益严重，雾霾天气频繁出现，2016年底开始，国家通过环保督查加大了环保执法力度，大气环境的治理工作在全国全面展开，石化行业有机废气治理成为大气环境整治的重点。目前，石化企业生产装置排放的废气多采用燃烧法、吸收法、吸附法、冷凝法、催化氧化、蓄热式氧化以及膜分离等技术进行治理。

关键词：膜法分离;废气治理;达标排放

引言

在现代化工業生产过程中，石化、化工、工业涂装和包装印刷等行业生产过程中均会产生挥发性有机废气。挥发性有机废气组分复杂，治理技术多样，适用性差异大，对于有机废气治理技术的选择和系统匹配性要求高。现阶段，各类企业针对挥发性有机废气采用的末端治理技术主要有：吸附法、冷凝法、燃烧法、膜分离法、生物处理法等。利用这些方法可以对有机废气进行有效地分离、吸附、清除。

1、VOCs规范处理的重要性

随着环保政策的出台和技术的飞速发展，我国挥发性有机化合物管理技术得到了极大的发展。VOCs是挥发性有机化合物，大多数VOCs对身体造成危险。工业生产对空气质量产生强烈、持续和深远的影响。VOCs排放清单显示，排放量最高的城市主要是由人为工业排放造成的，不同来源的VOCs成分、浓度和毒性性质也有所不同。挥发性有机化合物，特别是无组织的排放，与公司主要使用的生物熔胶溶剂和成分密切相关。当前的VOCs排放研究着眼于将公司作为整体的排放控制和一般分析，而较少研究着重于VOCs的生物以及细污染物的变化和形成。

2、VOCs废气来源、危险以及地方排放标准分析

通常来说，VOCs废气来源广，牵涉的领域较多，在国内诸多工业中均会产生VOCs废气，并且对VOCs而言，该气体类型多样，并非只有一种。在实际生活与工农业生产之中均会出现VOCs废气。在国内，以石油、天然气、煤为原料的工业均为导致VOCs废气的来源，部分其他工业同样会产生VOCs气体。国内VOCs废气排放量是很大的，在几年前就已经达到了2500多万吨，工业中占据比例能够达到总量的43%，而石化工涂装喷漆为VOCs废气排放比较大的行业。VOCs废气达到某种程度时，会威胁到人体健康，严重的会导致死亡，这是因为在VOCs废气里面的芳香胺与多环芳烃均有致癌性，与此同时人类细胞里面的蛋白质会和VOCs废气里面的苯酸类产生反应，在一定程度上会导致蛋白质凝固。而VOCs废气的地方排放标准为：天津工业化企业全部有机废气排气筒最高VOCs排放浓度就是：焚烧处理小于等于每立方米20毫克、15米排气筒VOCs允许排放速率为每小时2.8千克、非焚烧处理为每立方米80毫克;罐顶VOCs检测浓度小于2000ppmv。

3、VOCs废气治理技术

3.1冷凝处理技术

冷凝法主要基于物理特性的方式对VOCs废气进行处理，是目前应用较为普遍、操作较为简单的处理技术之一。一般情况下，不同的VOCs废气有着不同的蒸气压。那么针对此项特征，基于温度以及压力的双方面管控可以起到较好凝结VOCs废气的作用。要想实现VOCs废气的高效冷凝回收，就需要有效地降低温度并施以较高气压。但这种方法运行成本较高，所以一般情况下，工业技术流程中会将冷凝法会和吸附法以及吸收法等一起使用。采用上述耦合处理工艺，既能达到较好的经济效益，同时也有非常好的回收效果。相较于其他VOCs废气处理方法，多法结合的冷凝法的总体成本投入不高。但该法适用范围较窄，一般仅对高浓度废气有较好效果，且使用时也存在一定局限性。

3.2吸附处理技术

在挥发性有机废气的治理过程中，吸附处理技术是比较常用的几种处理技术之一。这种技术主要是利用多孔固体吸附剂来对流体混合物展开处理，进而使得流体混合物中的一种或者数种特定的挥发性废气可以在固体吸附剂上被吸收出来，进而实现最初将挥发性废气进行分离的目标。再接着使用适合的技术手段对完成了分离的废气进行净化。这种方法的使用，通常是对于大流量低浓度的挥发性有机废气进行处理，其优势在于拥有较高的去污效率，处理过程较为简便操作比较容易，同时一次操作不会造成二次污染;但是这种方法同样存在其自身的局限性，即因为固体吸附剂的吸附能力存在一定的上限，同时固体吸附剂在作业的过程中，如果受到污染物中部分杂质地污染，非常容易导致自身的吸附能力受到损坏甚至完全丧失吸附能力。因此，在这些技术选择和使用的过程中，适合的固体吸附剂的选取非常重要，在以往的实践经验中已然可以发现，使用臭氧或者氧化铁等物质处理完成的活性炭，在吸附能力上相比较其他的吸附剂拥有更好地吸附效果。

3.3燃烧法

对于中小风量中高浓度VOCs废气的（达10-3数量级），当无回收价值时，一般采用催化燃烧（CO/RCO）和高温燃烧（TO/TNV/RTO）技术进行治理。在该浓度范围内，催化燃烧和高温燃烧技术的安全性和经济性是较为合理的，因此是目前应用最为广泛的治理技术。蓄热式催化燃烧（RCO）和蓄热式高温燃烧技术（RTO）近年来得到了广泛的应用，提高了催化燃烧和高温燃烧技术的经济性，使得催化燃烧和高温燃烧技术可以在更低的浓度下使用。燃烧法中当气体温度比较高，接近或达到催化剂的起燃温度时，由于不再需要对废气进行加热，即使有机物浓度较低，采用催化燃烧技术是最为经济的（当废气温度达到或超过催化剂的起燃温度时，可以采用直接催化燃烧技术进行治理，如漆包线生产尾气的治理等），处理过程安全，不产生二次污染，能耗低，有机物去除率高达99%。

3.4微波催化氧化技术

微波催化氧化是更为经济实用的一种处理技术，该种技术可以极大地缩短废气处理的时间，减少对资源的消耗，从而实现节约资源的目的。微波催化氧化技术可以应用吸附剂数十次以上，且依然存在极强的吸附性。目前学术界应当加深对微波催化氧化技术的研究程度，探究如何将该种技术充分的应用在实践之中，使部分企业在追求经济效益的同时完成保护环境的任务，减少中国政府在环境治理方面的成本支出。

3.5膜分离

膜分离法是利用VOCs废气中的各种气体成分在压力下通过渗透膜，使膜两侧的VOCs废气中的各种成分的气体富集，最终实现VOCs废气的分离的方法。这个过程非常适合于天然气的分离和提纯。目前，常用的隔膜材料是硅橡胶。常用的膜分离技术包括蒸汽渗透，气膜分离和膜接触器。膜分离技术具有许多优势，尤其是在低流速下分离和回收高浓度VOCs废气的过程中。膜分离技术具有高设备成本，高膜元件和复杂的膜维护。新型膜材料和分离系统的开发是技术研究的热点和难点。

3.6活性炭纤维应用技术

活性炭纤维技术对选材的要求较高，需要应用到各种的环保材料，对企业存在一定的专业性考验。活性炭纤维的作用原理在于表面吸附能力，此种材料表面积大，延展性好，可以起到良好的空气净化作用，实践推广价值较高。目前活性炭纤维技术研究的重难点在于污染物的处理，当活性碳纤维遇到挥发性有机废气时，其表面毛孔会长大，在吸收废气的同时释放净化空气的碳原子，研究者应当保证物理反应过程的高效、标准，全面利用活性碳纤维自带的环保性能，起到良好的治理作用。

结束语

总而言之，此次对企业VOCs废气治理技术的有效分析，可以给有关领域提供参考，利于提升废气治理水平和质量，有效改善治理成效，让石化工领域向着绿色化方向发展。将来，企业要在全面掌握好多种VOCs废气治理技术原理的同时，结合自身情况，合理使用各种技术，为企业可持续发展打基础。

参考文献

[1]王晶，王炳华，刘忠生，等.石化企业VOCs废气治理技术概述[J].当代化工，2019，11（46）：2338-2341，2345.

[2]方向晨.石油石化企业环境保护技术[M].北京：中国石化出版社，2019.