治理有机废气VOC的方法

目前国内外对治理挥发性有机废气即VOC开展了大量的研究和应用,下面将对这些处理技术加以介绍。

吸附法

吸附法利用某些具有吸附能力的物质如活性炭、硅胶、沸石分子筛、活性氧化铝等具有多孔材料吸附有害成分而达到消除有害污染的目的。微孔和介孔材料已被广泛应用于吸附过程。然而,在实践中遇到的z常见的多孔材料(如活性炭,硅胶和分子筛)的一些缺点,如低的吸附能力,易燃性,并有与再生有关的其他问题。因此,人们一直专注新型多孔材料的吸附能力,快速反应动力学和高可逆性。吸附法的优点在于去除效率高、能耗低、工艺成熟、脱附后溶剂可回收。缺点在于是设备庞大,流程复杂,投资后运行费用较高且有二次污染产生,当废气中有胶粒物质或其他杂质时,吸附剂易中毒。

吸附法其吸附效果主要取决于吸附剂性质、气相污染物种和吸附系统工艺条件(如操作温度、湿度等因素),因而吸附法的关键问题就在于对吸附剂的选择。吸附剂要具有密集的细孔结构,内表面积大,吸附性能好,化学性质稳定,耐酸碱,耐水,耐高温高压,不易破碎,对空气阻力小。常用的吸附剂主要有活性炭(颗粒状和纤维状)、活性氧化铝、硅胶、人工沸石等。

吸附法与其它净化方法的集成技术治理众多行业的有机废气,在国内得到了推广应用。如采用液体吸附和活性炭吸附法联合处理高浓度可回收苯乙烯废气;采用吸附法和催化燃烧法联合处理丙酮废气等。吸附法与其它净化方法联用后不仅避免了两种方法各自的缺点,而且具有吸附效率高,无二次污染等特点。

溶剂吸收法

以液体溶剂作为吸收剂,使废气中的有害成分被液体吸收,从而达到净化的目的,其吸收过程是根据有机物相似相溶原理,常采用沸点较高、蒸气压较低的柴油、煤油作为溶剂,使 VOC 从气相转移到液相中,然后对吸收液进行解吸处理,回收其中的 VOC,同时使溶剂得以再生。该法不仅能消除气态污染物,还能回收一些有用的物质,可用来处理气体流量一般为 3000~15 000 m3/h、浓度为 0.05%~0.5%(体积分数)的VOC,去除率可达到 95%~98%。 该法的优点在于对处理大风量、常温、低浓度有机废气比较有效且费用低,而且能将污染物转化为有用产品。但溶剂吸收法仍有不足之处,由于吸收剂后处理投资大,对有机成分选择性大,易出现二次污染。因而在处理VOC时需要选择多种不同溶剂分别进行吸收,较大增加了成本与技术复杂性。另外,有机物在吸收剂中的溶解度、有机废气的浓度、吸收器的结构形式,如填料塔、喷淋塔,液气比、温度等操作参数等均为吸收法的影响因素,任何一项发生改变将或多或少影响到吸收法效用。

热破坏法

热破坏法分为直接燃烧法、催化燃烧法和浓缩燃烧法。其破坏机理是氧化、热裂解和热分解,从而达到治理VOCs的目的。热破坏法适合小风量,高浓度的气体处理,对于连续排放气体的场合,使用设备简单,投资少,操作方便,占地面积少,另外可以回收利用热能,气体净化c底。由于热破坏法是催化燃烧,所以要求的起燃温度低,大部分有机物和 CO 在 200~400 ℃即可完成反应,故辅助燃料消耗少,而且大量地减少了氮化物的产生,适用于较多场合。但热破坏法有燃烧爆炸危险,热力燃烧需消耗燃料,不能回收溶剂。而热催化氧化法中不允许废气中含有影响催化剂寿命和处理效率的尘粒和雾滴,也不允许有使催化剂中毒的物质,以防催化剂中毒,因此采用催化燃烧技术处理有机废气必须对废气作前处理。

生物处理法

生物处理技术应用于有机废气的净化处理是近几年才开始的,是一项新兴的技术。常见的生物处理工艺包括生物过滤法、生物滴滤法、生物洗涤法、膜生物反应器和转盘式生物过滤反应器法。

生物膜法是利用微生物的新陈代谢过程对多种有机物和某些无机物进行生物降解,生成CO2 和H2O,进而有效去除工业废气中的污染物质。该法具有设备简单,运行维护费用低,无二次污染等优点。但对成分复杂的废气或难以降解的VOC,去除效果较差,体积大和停留时间长,选用不同的填料其降解有机废气的效果参差不同。

 

方法总结

在有机废气治理技术中,大约10%的工业减排单位都通过吸附法处理VOC,由于立法对挥发性有机化合物释放的严格控制,这一比例应该在不久的将来一定会有所增加。吸附法原料适应性广,无设备腐蚀和环境污染,工艺过程简单,能耗低,压力适应范围广(6.66kPa-1.26MPa);可在常温下操作,可省去加热和冷却的能耗,产品纯度高,而且可以灵活调节;工艺流程简单,调节能力强,操作弹性大;投资少,操作费用低,维护简单;吸附剂使用寿命长达十年。

溶剂吸收法对于处理设备有较高要求,处理条件也较为苛刻,因而处理时具有一定的局限性。而吸收剂中的溶解度、有机废气的浓度、吸收器的结构形式等均对吸收法有影响,影响因素多,容易因环境变化及尾气气体种类繁多造成吸收率低的后果。热破坏法催化剂成本高,且有使用寿命限制,复杂废气需预处理,尾气仍有少量二次污染,设备造价较高,占地面积大。生物处理技术较多处于研究阶段,处理设备费用高,预处理成本高,不适用于高浓度高流量的尾气气体处理,故此,吸附法以其处理能力强、吸附效率高的优点成为主流的VOC处理方法之一。 而提高吸附法能力z为关键的一点是——找到高效率的吸附剂。

一个好的吸附剂应具有以下性能:

  1. 高度的选择性,一般而言,吸附剂对各种溶质的吸附能力随溶质沸点的升高而增大
  2. 巨大的内表面积
  3. 高的吸附活性(即吸附容量)
  4. 一定的机械强度和物理特性(如颗粒的几何形状、大小、重量等
  5. 良好的化学稳定性、热稳定性,以及制备简单、生产成本低、价格便宜、原科充足等

根据以上特点,多孔材料w全符合各要求,常常用作吸附剂。然而,在实践中遇到的z常见的多孔材料(如活性炭,硅胶和分子筛)的一些缺点,如硅胶吸附能力较低,活性炭具有易燃性,并有中毒、再生等其他问题。因此,人们一直专注新型多孔材料的吸附能力,快速反应动力学和高可逆性。 因此,一种新型高效的吸附剂,与传统吸附剂相比,将大大提高吸附VOC的能力,增大去除率,极大降低排放气中残余VOC含量。新型吸附剂的开发对扩大吸附分离技术的应用领域尤为重要。而新型金属-有机骨架材料由于其较高的空隙率、好的化学稳定性,可调的孔结构和高的比表面积使其比其它的多孔材料具有更为广泛的应用前景。

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