工業(yè)廢氣VOCs處理技術(shù)

 

跟著經(jīng)濟(jì)不斷開展，工業(yè)生產(chǎn)會(huì)發(fā)生很多的揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)，VOCs 不經(jīng)過有用處理排放到***氣中，會(huì)發(fā)生嚴(yán)峻的環(huán)境問題，影響人們的健康。本文總述了 2010 年以來工業(yè)廢氣VOCs處理技術(shù)的幾種常見辦法(如光催化氧化法、生物法、燃燒法和低溫等離子體法)的研討進(jìn)展，論述上述辦法的***缺點(diǎn)、適用規(guī)模、去除作用和存在的問題，以期為有機(jī)廢氣VOCs處理技術(shù)運(yùn)用供給有利參閱。

 

跟著工業(yè)化不斷開展和嚴(yán)峻的空氣霧霾，人們?cè)絹碓街匾暛h(huán)境空氣質(zhì)量。有些 VOCs 不光有毒，并且還存在致癌危險(xiǎn)，如苯和甲醛等。有些VOCs經(jīng)過光化學(xué)氧化后生成光化學(xué)煙霧和二次有機(jī)氣溶膠，其間二次有機(jī)氣溶膠是 PM 2.5 的重要組成部分，光化學(xué)煙霧和 PM 2.5 會(huì)構(gòu)成灰霾天氣現(xiàn)象，對(duì)***氣能見度發(fā)生不***影響；有些 VOCs(如氟氯昂)會(huì)直接耗費(fèi)***氣層中的臭氧，構(gòu)成臭氧空泛。近幾年，工業(yè)源 VOCs處理技術(shù)又有了更***的開展。

 

1、光催化氧化法

 

光催化氧化法具有反應(yīng)條件溫文(常溫、常壓)，無挑選性地氧化 VOCs，并一起降解多種 VOCs，出資和運(yùn)轉(zhuǎn)本錢低，廢氣處理設(shè)備和操作簡(jiǎn)略等***點(diǎn)，***別適于處理低濃度 VOCs(<1000 mg/m3)。依據(jù)所運(yùn)用的光源主波長(zhǎng)，可分為紫外光催化氧化法和可見光催化氧化法。

 

TiO2是常用的光催化劑，遍及運(yùn)用的紫外光波長(zhǎng)為 185nm、254 nm 和 356 nm，其間波長(zhǎng)≤200 nm 的紫外光稱為真空紫外光。真空紫外光能發(fā)生O3，強(qiáng)化光催化氧化降解 VOCs，降解作用比 254 nm 波長(zhǎng)的催化降解作用***。臭氧協(xié)同光催化氧化降解 VOCs的作用也***于***自的臭氧降解?？墒钦婵兆贤夤獯呋趸ǖ某鰵釵3濃度高，能夠考慮運(yùn)用對(duì)O3分化才能較高的物質(zhì)摻雜 TiO2，下降出氣O3濃度。

 

以 TiO2為光催化劑的紫外光催化氧化法存在去除率和光能利用率不高級(jí)缺乏。因而，經(jīng)過對(duì) TiO2進(jìn)行改性，使 TiO2拓展光譜呼應(yīng)規(guī)模，并且按捺光生空穴和電子復(fù)合，進(jìn)步光能利用率和去除率，改性的辦法有摻雜、重金屬堆積、敏化和半導(dǎo)體復(fù)合等。

 

為了戰(zhàn)勝懸浮態(tài)催化劑易聚團(tuán)失活的缺點(diǎn)，以及進(jìn)步催化劑分散度和催化功能，催化劑一般負(fù)載在比外表積***的處理上，如泡沫金屬處理、分子篩、和中空纖維膜等。針對(duì)金屬氧化物難以固定的問題，可將 TiO2結(jié)構(gòu)做成納米微球辦法，研討發(fā)現(xiàn)多孔納米 TiO2微球吸附才能高，能強(qiáng)化隨后的光催化氧化反應(yīng)，并發(fā)揮協(xié)同作用。

 

光催化降解法的研討方向***要會(huì)集尋覓更為高效的催化劑，進(jìn)步VOCs的去除率；尋覓適宜載體，完善催化劑固定化辦法；深入開展可見光催化氧化法研討。

 

2、生物法

 

生物法處理水溶性 VOCs 的凈化作用***，反應(yīng)條件溫文，能耗小，無二次污染，出資和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低一級(jí)***點(diǎn)，在工業(yè)上廣泛用于處理***風(fēng)量、低濃度、對(duì)生物無毒性的工業(yè)廢氣處理。

 

生物滴濾法(biotrickling filter，BTF)能有用去除中低濃度的VOCs 混合氣體和包括H2S的有機(jī)廢氣，并且在瞬時(shí)工況條件下去除多組分含氯VOCs也有高度彈性。在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)中，生物滴濾法呈現(xiàn)阻塞和運(yùn)轉(zhuǎn)功能惡化現(xiàn)象，***要微觀原因是生物量的過量累積、非均勻性散布及生物膜活性下降。

 

研討發(fā)現(xiàn)通入微量臭氧顯著強(qiáng)化微生物的代謝活性，操控微生物成長(zhǎng)量，減緩填料床層孔隙率減小，使生物量沿BTF徑向散布相對(duì)均勻，按捺填料層阻塞，延長(zhǎng)了BTF的運(yùn)轉(zhuǎn)周期，進(jìn)步污染物的去除負(fù)荷和礦化率。

 

相對(duì)于一般的生物滴濾池，用外表活性劑和金屬離子強(qiáng)化后的生物滴濾池稀有呈現(xiàn)過量的生物累積，這或?qū)樘幚砀邼舛仁杷?VOCs 供給新的處理辦法。

 

膜生物反應(yīng)器能夠戰(zhàn)勝傳統(tǒng)生物法(生物洗刷、生物過濾和生物滴濾法)傳質(zhì)速率低、逗留時(shí)間長(zhǎng)和反應(yīng)器體積***等問題，合適處理低濃度、接連態(tài)或許瞬時(shí)態(tài)的VOCs混合氣。膜處理決議了膜生物反應(yīng)器去除高度疏水性VOCs的功能，近年來研討的膜處理***要是疏水性聚合物中空纖維膜，如 PDMS膜、聚乙烯膜和聚砜膜等。

 

值得注意的是，膜生物反應(yīng)器運(yùn)用于處理多組分 VOCs氣體時(shí)，存在一種氣體按捺另一種氣體降解的現(xiàn)象，類似于生物滴濾池。因而，在運(yùn)用膜生物反應(yīng)器降解VOCs混合氣體時(shí)，需求慎重考慮氣體混合類型及氣體之間的相互作用。

 

兩相分配生物反應(yīng)器耦合了吸贊同生物降解功能，比傳統(tǒng)生物法具有傳質(zhì)速率高、能夠降解疏水性 VOCs 和吸附部分 VOCs以下降它們對(duì)微生物的生物毒性等***點(diǎn) ，表現(xiàn)出較***的開展前景。

 

傳統(tǒng)生物法除有機(jī)廢氣技術(shù)得到廣泛的研討及運(yùn)用，可是存在傳質(zhì)速率低、逗留時(shí)間長(zhǎng)和反應(yīng)器體積***等問題。膜生物反應(yīng)器和兩相生物反應(yīng)器能夠戰(zhàn)勝上述問題，可是降解作用有待進(jìn)一步進(jìn)步，兩相分配生物反應(yīng)器開展的要害還在于找到安全、高效的非水相。

 

3、燃燒法

 

燃燒法***要有直接燃燒、蓄熱燃燒、催化燃燒和蓄熱催化燃燒四種。

 

直接燃燒法工藝簡(jiǎn)略、凈化功率高、燃燒產(chǎn)品***要是 H2O和CO2等。直接燃燒的運(yùn)轉(zhuǎn)溫度一般***于 750 ℃，能耗高，還會(huì)發(fā)生 NOx 等二次污染物。當(dāng) VOCs 濃度小于 1000 ppm 時(shí)，僅靠本身燃燒發(fā)生的熱量無法保持燃燒，需求增加輔佐燃料。

 

蕭琦等研宣布了新式多蓄熱室旋轉(zhuǎn)換向蓄熱式熱氧化器，該氧化器對(duì) VOCs 的處理功率為 96 %，比慣例熱力燃燒爐節(jié)能70 %~90 %；可是處理較高濃度 VOCs，排放不合格。蓄熱燃燒法對(duì)實(shí)踐醫(yī)藥化工有機(jī)廢氣中的甲苯、甲醇、二氯甲烷、乙醚和四氫呋喃的去除率分別為 88.0 %、94.8 %、95.3 %、96.8 %和 94.6 %，可合格排放，但也存在較多問題，如進(jìn)氣口傳感器和陶瓷體易被阻塞，閥門易腐蝕等。

 

蓄熱式催化燃燒技術(shù)具有燃燒溫度低(一般小于 400 ℃)，凈化功率高，副產(chǎn)品(如NOx和二噁英)生成量少，對(duì)低濃度(<1000 ppm)VOCs也有催化氧化作用等***點(diǎn)。相對(duì)于單一金屬催化劑，復(fù)合金屬氧化物催化劑能發(fā)揮協(xié)同效應(yīng)，******進(jìn)步催化功能。

 

現(xiàn)在***要運(yùn)用負(fù)載型催化劑，由于催化劑的催化功能不只取決于納米金屬離子的活性成分，還取決于負(fù)載處理，負(fù)載處理經(jīng)過影響催化劑外表活性組分的分散度，然后影響催化劑活性。分子篩(如ZSM-5、MCM-41 和 SBA-15)是常見的負(fù)載處理之一，為了處理傳統(tǒng)分子篩孔徑小和激烈阻止傳質(zhì)的難題，組成出了具有快速傳質(zhì)功能的介孔分子篩。

 

陽(yáng)離子會(huì)影響介孔分子篩的催化燃燒功能，Chunyu Chen 等制備出不同陽(yáng)離子負(fù)載的Pt-R/Meso-AZSM-5(A=H + ，Na + ，K + ，和 Cs + )催化劑，其間Pt-R/Meso-KZSM-5在175 ℃下催化燃燒甲苯的去除率到達(dá)98 %，并且這種催化劑很安穩(wěn)，能夠疏忽水和二氧化碳對(duì)其的按捺作用。

 

在蓄熱燃燒法的基礎(chǔ)上衍生出蓄熱催化燃燒法。姚偉卿等選用 Pd/Zr-Mn-O/載體催化劑在流向改換反應(yīng)器中催化燃燒甲苯，甲苯濃度為 800~3200 mg/m3，去除率***于 96.5 %，并且催化劑的活性要比傳統(tǒng)固定床的高 10%左右。流向改換催燃燒反應(yīng)器集固定床催化反應(yīng)器和蓄熱換熱床于一體，顯著進(jìn)步熱回收率。未來應(yīng)開宣布高活性、高安穩(wěn)性、高機(jī)械強(qiáng)度、價(jià)格低廉、疏水功能和抗中毒功能杰出的催化劑，進(jìn)步其催化活性。

 

4、低溫等離子體法

 

低溫等離子體廢氣處理技術(shù)操作條件溫文(常溫、常壓)，處理 VOCs 品種廣(除鹵代烴外)，對(duì)低濃度 VOCs(<100 mg/m 3 )處理功率***于90%?？墒菃我坏牡蜏氐入x子體法發(fā)生較多的二次污染產(chǎn)品(如NOx、脂肪烴、HCN、CH3CN 和O3等)，并且動(dòng)力功率和礦化率低。低溫等離子體協(xié)同催化劑辦法能量功率更高，O3濃度******下降，CO2挑選性更高，副產(chǎn)品品種更少和濃度更低 ，因而遭到更***重視。

 

低溫等離子體廢氣凈化設(shè)備放電的辦法常見的是介質(zhì)阻撓放電法。研討發(fā)現(xiàn)進(jìn)步催化劑的臭氧分化才能、介電常數(shù)和吸附性都有助于降解VOCs。為進(jìn)步催化劑介電常數(shù)，一般運(yùn)用鐵電體催化劑;為進(jìn)步催化劑的吸附性，可在反應(yīng)器中填充吸附劑或許將催化劑負(fù)載在吸附劑上。

 

催化劑外表吸附 VOCs，增加了 VOCs 的逗留時(shí)間，加***了 VOCs 分子與活性粒子的磕碰機(jī)率，然后進(jìn)步能量功率、去除率和CO2的挑選性。別的，催化劑的吸附性對(duì)污染物的降解途徑影響很***，催化劑吸附性較弱，則降解進(jìn)程***要在氣相中進(jìn)行;當(dāng)吸附劑吸附性較強(qiáng)時(shí)，那么 VOCs 先被吸附在催化劑外表生成中心產(chǎn)品，然后脫附，再與活性粒子反應(yīng)進(jìn)一步氧化。

 

低溫等離子體協(xié)同催化劑法處理 VOCs 的杰出問題是去除率與能耗之間的對(duì)立。別的，低溫等離子體協(xié)同催化劑法還會(huì)發(fā)生一些二次污染物，僅考慮 VOCs 降解率也是缺乏的。為完成低溫等離子體協(xié)同催化劑法工業(yè)運(yùn)用，在考慮動(dòng)力功率和副產(chǎn)品的條件下，進(jìn)步 VOCs 的去除率；研討副產(chǎn)品構(gòu)成和降解機(jī)理，使降解反應(yīng)更有挑選性。

 

跟著新***氣法的出臺(tái)，VOCs排污收費(fèi)以及***眾對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量的高度重視，VOCs處理范疇面臨著巨***的開展機(jī)會(huì)。燃燒法、低溫等離子體法、光催化氧化法和生物法是工業(yè)源中比較常見的工業(yè)廢氣VOCs處理技術(shù)，但是單一的工業(yè)廢氣處理技術(shù)的降解作用還不盡人意，還需求繼續(xù)深入研討。

 

實(shí)踐運(yùn)用中遍及運(yùn)用兩種或以上技術(shù)的組合，以補(bǔ)償單一技術(shù)的缺乏。因而，在選用處理法的時(shí)分，應(yīng)先依據(jù)有機(jī)廢氣的物種***性、進(jìn)口濃度、風(fēng)量和溫濕度等條件，結(jié)合每種處理辦法的適用規(guī)模、去除作用、初度出資和運(yùn)營(yíng)本錢等，確認(rèn)廢氣處理辦法。