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眾所周知，工業(yè)生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量對(duì)大氣環(huán)境有危害的有機(jī)氣體。當(dāng)前，中國(guó)的大氣環(huán)境已受到嚴(yán)重污染，北方許多地區(qū)出現(xiàn)了嚴(yán)重霧霾天氣。在這種情況下，必須加大有機(jī)廢氣處理技術(shù)的研發(fā)力度，通過提高廢氣處理技術(shù)來(lái)降低其對(duì)大氣環(huán)境的危害
一、VOCs及其危害概述
1.1 VOCs概述
揮發(fā)性的有機(jī)化合物，簡(jiǎn)稱為VOC(VolatileOrganic Compounds))，在工業(yè)生產(chǎn)中，通常作為溶劑來(lái)使用，使用之后便散發(fā)到大氣中�，F(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。
1.2 VOC危害概述
從化學(xué)物質(zhì)的性質(zhì)來(lái)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(huì)對(duì)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(duì)人體健康產(chǎn)生危害。比如苯，它常常被當(dāng)作一種溶劑來(lái)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(huì)對(duì)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(huì)危害血液和造血器官，如果情況比較嚴(yán)重，甚至?xí)�有出血癥狀或患上敗血癥。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(duì)骨骼的生長(zhǎng)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(huì)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(duì)環(huán)境負(fù)責(zé)，也是對(duì)我們的生命健康負(fù)責(zé)。
二、 VOC廢氣處理技術(shù)
當(dāng)前，VOC廢氣處理技術(shù)主要包括熱破壞法、變壓吸附分離與凈化技術(shù)、吸附法和氧化處理方法等。
2.1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)，最終達(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(duì)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(duì)有機(jī)廢氣的熱處理效率相對(duì)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，但是如果離開催化劑輔助，則無(wú)法發(fā)揮作用�，F(xiàn)階段，可作為催化劑使用的大都是金屬、金屬鹽。這兩種催化劑的催化效果雖說比較好，技術(shù)也已經(jīng)相當(dāng)成熟，但是其價(jià)格卻比較高，所以處理成本也就比較高。近年來(lái)，催化劑研制多集中在非貴金屬催化劑方向，取得了比較大的進(jìn)展。
此外，在催化有機(jī)廢氣過程中，還需要有催化劑的載體，其起著提高催化活性和穩(wěn)定性的重要作用。當(dāng)前，多以陶瓷作為催化劑載體，但在未來(lái)的催化劑研究當(dāng)中，應(yīng)加快研發(fā)高效活性催化劑及其載體。
2.2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。
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(huì)更好，有機(jī)廢氣的處理將會(huì)更加安全和有效。
2.3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(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物，比如CO2、H2O和其它簡(jiǎn)單無(wú)機(jī)物等。這是一種無(wú)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(huì)被降解，最終轉(zhuǎn)化為對(duì)環(huán)境沒有損害的化合物質(zhì)。
2.4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(huì)出現(xiàn)一定的變化，通過這種壓力變化來(lái)處理有機(jī)廢氣。
PSA 技術(shù)主要應(yīng)用的是物理法，通過物理法來(lái)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?jī)煞矫嬗幸欢▋?yōu)勢(shì)。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(lái)，該技術(shù)開始在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用，對(duì)于氣體分離有良好效果。該技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)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(duì)于回收和處理有一定價(jià)值的氣體效果良好。
2.5氧化法
對(duì)于有毒、有害，而且不需要回收的VOC，熱氧化法是最適合的處理技術(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：
aCxHyOz+bO2→cCO2+dH2O
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(huì)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。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(wú)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。
技術(shù)的發(fā)展方向。
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(duì)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，最終實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢氣的無(wú)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最高可達(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(jiǎn)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，閥門切換式是最常見的一種，由2個(gè)或多個(gè)陶瓷填充床組成，通過切換閥門來(lái)達(dá)到改變氣流方向的目的。
2.6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(duì)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。
2.7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(lái)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(lái)。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(lái)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。
有機(jī)廢氣處理除上述處理方法之外，還包括高溫及觸媒燃燒法、活性炭吸附法、臭氧分解法和電化學(xué)氧化法等。這些方法均適用于有機(jī)廢氣處理，但具體采用何種方法，則取決于廢氣濃度、設(shè)備裝置和環(huán)境溫度等條件。此外，還需要考慮操作人員的操作水平。
三、結(jié)語(yǔ)
當(dāng)前，中國(guó)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(lái)越受到人們的關(guān)注。所以在這種形勢(shì)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(duì)大氣環(huán)境的污染。在本文中，主要探討了VOC廢氣處理的相關(guān)技術(shù)，主要包括冷凝處理法、氧化處理法、液體吸附法、生物處理法和吸附法等。
摘要敘述了VOC及其危害,結(jié)合自身的理論知識(shí)和工作實(shí)際,探討了VOC廢氣處理技術(shù).指出,必須重視VOC的處理,通過研發(fā)廢氣處理新技術(shù),降低有機(jī)廢氣對(duì)環(huán)境的危害.
來(lái)源：《能源與節(jié)能》