治理有機廢氣VOC的方法

目前國內外對治理揮發性有機廢氣即VOC開展了大量的研究和應用,下面將對這些處理技術加以介紹。

吸附法

吸附法利用某些具有吸附能力的物質如活性炭、硅膠、沸石分子篩、活性氧化鋁等具有多孔材料吸附有害成分而達到消除有害污染的目的。微孔和介孔材料已被廣泛應用于吸附過程。然而,在實踐中遇到的z常見的多孔材料(如活性炭,硅膠和分子篩)的一些缺點,如低的吸附能力,易燃性,并有與再生有關的其他問題。因此,人們一直專注新型多孔材料的吸附能力,快速反應動力學和高可逆性。吸附法的優點在于去除效率高、能耗低、工藝成熟、脫附后溶劑可回收。缺點在于是設備龐大,流程復雜,投資后運行費用較高且有二次污染產生,當廢氣中有膠粒物質或其他雜質時,吸附劑易中毒。

吸附法其吸附效果主要取決于吸附劑性質、氣相污染物種和吸附系統工藝條件(如操作溫度、濕度等因素),因而吸附法的關鍵問題就在于對吸附劑的選擇。吸附劑要具有密集的細孔結構,內表面積大,吸附性能好,化學性質穩定,耐酸堿,耐水,耐高溫高壓,不易破碎,對空氣阻力小。常用的吸附劑主要有活性炭(顆粒狀和纖維狀)、活性氧化鋁、硅膠、人工沸石等。

吸附法與其它凈化方法的集成技術治理眾多行業的有機廢氣,在國內得到了推廣應用。如采用液體吸附和活性炭吸附法聯合處理高濃度可回收苯乙烯廢氣;采用吸附法和催化燃燒法聯合處理丙酮廢氣等。吸附法與其它凈化方法聯用后不僅避免了兩種方法各自的缺點,而且具有吸附效率高,無二次污染等特點。

溶劑吸收法

以液體溶劑作為吸收劑,使廢氣中的有害成分被液體吸收,從而達到凈化的目的,其吸收過程是根據有機物相似相溶原理,常采用沸點較高、蒸氣壓較低的柴油、煤油作為溶劑,使 VOC 從氣相轉移到液相中,然后對吸收液進行解吸處理,回收其中的 VOC,同時使溶劑得以再生。該法不僅能消除氣態污染物,還能回收一些有用的物質,可用來處理氣體流量一般為 3000~15 000 m3/h、濃度為 0.05%~0.5%(體積分數)的VOC,去除率可達到 95%~98%。 該法的優點在于對處理大風量、常溫、低濃度有機廢氣比較有效且費用低,而且能將污染物轉化為有用產品。但溶劑吸收法仍有不足之處,由于吸收劑后處理投資大,對有機成分選擇性大,易出現二次污染。因而在處理VOC時需要選擇多種不同溶劑分別進行吸收,較大增加了成本與技術復雜性。另外,有機物在吸收劑中的溶解度、有機廢氣的濃度、吸收器的結構形式,如填料塔、噴淋塔,液氣比、溫度等操作參數等均為吸收法的影響因素,任何一項發生改變將或多或少影響到吸收法效用。

熱破壞法

熱破壞法分為直接燃燒法、催化燃燒法和濃縮燃燒法。其破壞機理是氧化、熱裂解和熱分解,從而達到治理VOCs的目的。熱破壞法適合小風量,高濃度的氣體處理,對于連續排放氣體的場合,使用設備簡單,投資少,操作方便,占地面積少,另外可以回收利用熱能,氣體凈化c底。由于熱破壞法是催化燃燒,所以要求的起燃溫度低,大部分有機物和 CO 在 200~400 ℃即可完成反應,故輔助燃料消耗少,而且大量地減少了氮化物的產生,適用于較多場合。但熱破壞法有燃燒爆炸危險,熱力燃燒需消耗燃料,不能回收溶劑。而熱催化氧化法中不允許廢氣中含有影響催化劑壽命和處理效率的塵粒和霧滴,也不允許有使催化劑中毒的物質,以防催化劑中毒,因此采用催化燃燒技術處理有機廢氣必須對廢氣作前處理。

生物處理法

生物處理技術應用于有機廢氣的凈化處理是近幾年才開始的,是一項新興的技術。常見的生物處理工藝包括生物過濾法、生物滴濾法、生物洗滌法、膜生物反應器和轉盤式生物過濾反應器法。

生物膜法是利用微生物的新陳代謝過程對多種有機物和某些無機物進行生物降解,生成CO2 和H2O,進而有效去除工業廢氣中的污染物質。該法具有設備簡單,運行維護費用低,無二次污染等優點。但對成分復雜的廢氣或難以降解的VOC,去除效果較差,體積大和停留時間長,選用不同的填料其降解有機廢氣的效果參差不同。

 

方法總結

在有機廢氣治理技術中,大約10%的工業減排單位都通過吸附法處理VOC,由于立法對揮發性有機化合物釋放的嚴格控制,這一比例應該在不久的將來一定會有所增加。吸附法原料適應性廣,無設備腐蝕和環境污染,工藝過程簡單,能耗低,壓力適應范圍廣(6.66kPa-1.26MPa);可在常溫下操作,可省去加熱和冷卻的能耗,產品純度高,而且可以靈活調節;工藝流程簡單,調節能力強,操作彈性大;投資少,操作費用低,維護簡單;吸附劑使用壽命長達十年。

溶劑吸收法對于處理設備有較高要求,處理條件也較為苛刻,因而處理時具有一定的局限性。而吸收劑中的溶解度、有機廢氣的濃度、吸收器的結構形式等均對吸收法有影響,影響因素多,容易因環境變化及尾氣氣體種類繁多造成吸收率低的后果。熱破壞法催化劑成本高,且有使用壽命限制,復雜廢氣需預處理,尾氣仍有少量二次污染,設備造價較高,占地面積大。生物處理技術較多處于研究階段,處理設備費用高,預處理成本高,不適用于高濃度高流量的尾氣氣體處理,故此,吸附法以其處理能力強、吸附效率高的優點成為主流的VOC處理方法之一。 而提高吸附法能力z為關鍵的一點是——找到高效率的吸附劑。

一個好的吸附劑應具有以下性能:

  1. 高度的選擇性,一般而言,吸附劑對各種溶質的吸附能力隨溶質沸點的升高而增大
  2. 巨大的內表面積
  3. 高的吸附活性(即吸附容量)
  4. 一定的機械強度和物理特性(如顆粒的幾何形狀、大小、重量等
  5. 良好的化學穩定性、熱穩定性,以及制備簡單、生產成本低、價格便宜、原科充足等

根據以上特點,多孔材料w全符合各要求,常常用作吸附劑。然而,在實踐中遇到的z常見的多孔材料(如活性炭,硅膠和分子篩)的一些缺點,如硅膠吸附能力較低,活性炭具有易燃性,并有中毒、再生等其他問題。因此,人們一直專注新型多孔材料的吸附能力,快速反應動力學和高可逆性。 因此,一種新型高效的吸附劑,與傳統吸附劑相比,將大大提高吸附VOC的能力,增大去除率,極大降低排放氣中殘余VOC含量。新型吸附劑的開發對擴大吸附分離技術的應用領域尤為重要。而新型金屬-有機骨架材料由于其較高的空隙率、好的化學穩定性,可調的孔結構和高的比表面積使其比其它的多孔材料具有更為廣泛的應用前景。

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