基于有机废气治理技术的研究

基于有机废气治理技术的研究

关键词:有机废气;大气环境污染;治理技术

一、有机废气的主要来源

有机废气(VOCs)的来源可分为自然源和人为源,后者主要包括交通源、工业源和生物质燃烧。近年来,随着我国工业的高速发展,VOCs排放量因此大幅度上升,尤其是在京津翼、长江三角洲和珠江三角洲等工业活动集中区。据统计,2010年工业源VOCs排放量约为1335.6万吨,其中VOCs的生产环节排放VOCs约为263.0万吨,油品、溶剂储存和运输行业排放了129.5万吨VOCs污染物,以VOCs为原料的工艺过程排放176.9万吨,含VOCs产品的使用和排放环节则排放766.63万吨。石油炼制、建筑装饰、机械设备制造与包装印刷是VOCs排放量靠前的四大行业,分别占比17%、16%、11%和7%。预计到2020年我国VOCs排放量将达到1785.3万吨。

二、有机废气的危害

工业生产中会产生各种有机物废气,主要包括各种烃类、醇类、醛类、酸类、酮类和胺类等,这些有机废气一方面会造成大气污染,另一方面会危害人体健康。主要表现在以下几个方面:1)由于大多数VOCs具有毒性,可以使人畜昏迷,甚至导致死亡,还有一部分VOCs具有致癌性,容易使人类患有癌细胞,如氯乙烯、苯、多环芳烃、甲醛等,都能够导致人体患有癌细胞;2)对于空气中多数的VOCs,它们还具有易燃易爆性,会对生产企业带来严重的安全隐患;3)一些VOCs物质如大气中的氮氧化合物、碳氢化合物与氧化剂在阳光照射下可以发生光化学反应,生成光化学烟雾,这些二次污染产物,是造成城市灰霾天气的重要成因,对人类的健康影响很大;4)同时,还有一些卤烃类VOCs物质,可以破坏臭氧层,给地球上人类和动植物的生存带来严重的威胁[1]。

三、有机废气治理技术现状

3.1吸收法

吸收法采用低挥发或不挥发的液体作为吸收剂,通过吸收装置利用废气中各组分在吸收剂中的溶解度或化学反应的差异,使废气中的有害组分被吸收剂吸收,从而净化废气的目的。影响吸收吸效果的主要因素包括污染物在吸收剂中的溶解度、污染物浓度及吸收装置的形式等,其中最为关键的是吸收剂。被吸收组分在吸收剂中应有较大的溶解度,工业中使用的吸收剂通常包括水、有机溶剂等。吸收法处理有机废气具有运行费用低、工艺流程简单、占地少等优势,对于流量大、浓度高、温度低的有机废气具有很好的处理效率。但其不足之处就是在处理有机挥发性气体时存在成分的选择性,在某些处理领域受到一定的限制,容易产生二次污染等。

3.2吸附法

吸附法是为了使流体混合物分离,利用多孔性固体吸附剂处理流体混合物,从而使其中一种或数种组分浓缩于吸附剂表面。根据选取的吸附材料及吸附机理的不同,吸附法又可分成化学吸附和物理吸附。工业上一般选择物理吸附材料处理有机废气,吸附剂的筛选是吸附法最为关键的一步。常见的吸附剂主要有活性炭、硅胶、氧化铝、分子筛、沸石以其他新型材料等。优质的吸附剂具有较大的吸附容量、较高的吸附速率、良好的吸附选择性以及较好的机械强度和耐磨性。吸附法在VOCs废气处理领域应用最为广泛,具有投资成本低、设备简单、适应范围广和处理效率高等优点。特别适用于低浓度VOCs的回收或浓缩,但是吸附剂吸附容量有限,易失效,需经常脱附再生或更换,更换出的饱和吸附剂若处理不当会造成二次污染。

3.3燃烧法

对于可燃性的有机废气,可以采用燃烧法进行处理,通过燃烧使有机废气变成二氧化碳和水。燃烧法分热力燃烧法和催化燃烧法等。

热力燃烧法(TO)是指借助辅助燃料产生的热量使废气中的VOCs转化为无害物质的燃烧,燃烧温度一般在720°-820°C之间。由于热力燃烧法所需温度较高,需要消耗大量能源,运行成本非常高。催化燃烧技术(CO)利用催化剂降低有机物氧化所需活化能并提高反应速率,从而在较低温度(200-400°C)下将有机物降解[2]。近年来发展了蓄热式催化燃烧技术(RCO),RCO技术在催化燃烧的基础上增加了蓄热体,将催化降解过程中产生的热能储存起来并用以加热待处理废气,达到了很好的节能目的。催化剂的存在大大降低燃烧所需要的温度。如何获得高效的催化剂是催化氧化法的关键。近年来,人们一直致力于催化剂的研究。

四、有机废气治理技术展望

4.1生物膜法

人们利用自然界中的有机生物,特别是微生物降解过程来处理废物是一种优异的处理手段,采用生物膜法对有机污水进行处理已有超过一百年的历史,但将其应用于工业废气处理,特别是净化有机废气却刚刚起步。国内外对生物膜法处理有机废气的研究都处理理论实验阶段,尚未获得可用于生产实践的技术,不过其广阔前景已被业界所看好,生物膜法也是有机废气治理研究的前沿性课题。生物膜法治理有机废气是指将微生物培养在多孔性介质的表面,并让污染气体在填料床层中进行一系列生物反应,可除去其中的大部分有机污染物,最终降解成水、二氧化碳和中性的盐类。

4.2等离子体分解法

低温等离子废气处理技术,采用双介质阻挡放电形式产生等离子体,所产生等离子体的密度是其他技术产生等离子体密度的1500倍,最初用于氟利昂类、哈隆类物质的分解处理,后延伸至工业恶臭、异味、有毒有害气体处理。该技术节能、环保,应用范围广,并对二噁英有良好的分解效果。

利用等离子的特性行业内已研制出标准化废气治理设备,利用所产生的高能电子、自由基等活性粒子激活、电离、裂解工业废气中的各组成份,使之发生分解、氧化等一些列复杂的物理化学反应,污染物最终降解成二氧化碳和水等无毒无害物质,使有机废气得以有效去除。由于其能对污染物分子进行高效分解,且处理能耗低,为工业有机废气的处理开辟一条新思路。

结束语:要想提高有机废气的治理技术,应加强对传统有机废气处理技术的改进优化,增强处理效率,并节约成本;对新技术也应加强研发和创新,理论与实践结合,技术成熟后尽快在工业上推广应用;对成分复杂的有机废气,可尝试运用组合工艺或综合处理技术,充分利用各种技术的优势,弥补不足。减少有机废气源的排放,并提高有机废气的治理技术,对整体生态环境质量的改善均有重要的意义。

参考文献

[1]杨秀竹.对挥发性有机废气治理技术的研究[J].环境科学与管理,2016.

[2]汪舟波,钟小英.有机废气危害及治理方法研究[J].资源节约与环保,2015.

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