VOC廢氣處理技術(shù)

VOC(Volatile Organic Compounds),，中文全稱揮發(fā)性有機(jī)化合物。在現(xiàn)代化工業(yè)中,，通常將其作為一種溶劑,，使用過程中便會揮發(fā)排放到大氣中。在石油化工,、印刷,、人造皮革、電子行業(yè),、涂料和醫(yī)藥等行業(yè)應(yīng)用比較廣泛,。普通意義上的VOC就是指揮發(fā)性有機(jī)物；但是環(huán)保意義上的定義是指活潑的一類揮發(fā)性有機(jī)物,，即會產(chǎn)生危害的那一類揮發(fā)性有機(jī)物,。目前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,。
一、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),，zui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,。
熱破壞是目前應(yīng)用比較廣泛也是研究較多的有機(jī)廢氣處理方法,，特別是對低濃度有機(jī)廢氣處理效果比較好。有機(jī)化合物的熱破壞可分為直接火焰燃燒和催化燃燒,。直接火焰燃燒是一種有機(jī)物在氣流中直接燃燒和輔助燃料燃燒的方法,。多數(shù)情況下，有機(jī)物濃度較低,，不足以在沒有輔助燃料時燃燒,。直接火焰燃燒在適當(dāng)溫度和保留時間條件下，可以達(dá)到99%的熱處理效率,。
    催化燃燒是有機(jī)物在氣流中被加熱,，在催化床層作用下，加快有機(jī)物化學(xué)反應(yīng)(或破壞效率的方法),，催化劑的存在使有機(jī)物在熱破壞時比直接燃燒法需要更少的保留時間和更低的溫度,，是高濃度、小流量有機(jī)廢氣凈化的技術(shù),。催化劑在催化燃燒系統(tǒng)中起著重要作用,。用于有機(jī)廢氣凈化的催化劑主要是金屬和金屬鹽，金屬包括貴金屬和非貴金屬,。目前使用的金屬催化劑主要是Pt,、Pd，技術(shù)成熟,，而且催化活性高,，但價格比較昂貴而且在處理鹵素有機(jī)物，含N,、S、P等元素時,，有機(jī)物易發(fā)生氧化等作用使催化劑失活,。非金屬催化劑有過渡族元素鈷、稀土等,。近年來催化劑的研制無論是國內(nèi)還是國外進(jìn)行得較多,，而且多集中于非貴金屬催化劑并取能得了很多成果。例如V₂O₅ + MOX(M：過渡族金屬) + 貴金屬制成的催化劑用于治理甲硫醇廢氣,，Pt + Pd + Cu催人劑用于治理含氮有機(jī)醇廢氣,。
    由于有機(jī)廢氣中常出現(xiàn)雜質(zhì)，很容易引起催化劑中毒,，導(dǎo)致催化劑中毒的毒物(抑制劑主要有磷,、鉛,、鉍砷、錫,、汞,、亞鐵離子鋅、鹵素等,。催化劑載體起到節(jié)省催化劑,，增大催化劑有效面積，使催化劑具有一定機(jī)械強(qiáng)度,，減少燒結(jié),，提高催化活性和穩(wěn)定性的作用。能作為載體的材料主要有Al₂O₃鐵釩,、石棉,、陶土、活性炭,、金屬等,，zui常用的是陶瓷載體一般制成網(wǎng)狀、球狀,、柱狀,、峰窩狀。另外近年來研究較多且成功的有絲光沸石等,。對催化燃燒而言,，今后研究的重點(diǎn)與熱點(diǎn)仍將是探索高活性的催化劑及其載體，催化氧化機(jī)理,。
二,、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*凈化有害有機(jī)廢氣。實(shí)踐證明,，這種處理方法值得推廣應(yīng)用,。
    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更好,，有機(jī)廢氣的處理將會更加安全和有效,。
三、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)化為簡單的無機(jī)物，比如CO₂,、H₂O和其它簡單無機(jī)物等,。這是一種無害的有機(jī)廢氣處理方式。
一般情況下,，一個完整的生物處理有機(jī)廢氣過程包括3個基本步驟：
1,、有機(jī)廢氣中的有機(jī)污染物先與水接觸，在水中可以迅速溶解,；
2,、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；
3,、被微生物吸收的有機(jī)廢氣,，在其自身生理代謝過程中，將會被降解,，zui終轉(zhuǎn)化為對環(huán)境沒有損害的化合物質(zhì),。
四、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，氣體的壓力會出現(xiàn)一定的變化,，通過這種壓力變化來處理有機(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兩方面有一定優(yōu)勢。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,，該技術(shù)開始在工業(yè)中應(yīng)用，對于氣體分離有良好效果,。該技術(shù)的主要優(yōu)勢有：能源消耗少,、成本比較低、工序操作自動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)對于回收和處理有一定價值的氣體效果良好，市場發(fā)展前景廣闊,，成為未來有機(jī)廢氣處理技術(shù)的發(fā)展方向,。
五、氧化法
    對于有毒,、有害,，而且不需要回收的VOC，熱氧化法是的處理技術(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：
aC_xH_yO_z + 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：*種加熱。使含有VOC的有機(jī)廢氣達(dá)到反應(yīng)溫度,；第二種使用催化劑,。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：
    1,、催化氧化法。現(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*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)無法清除，則不可使用這種催化氧化法處理VOC,。
    2,、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。
    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、時間,，zui終實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢氣的無害化處理,。
    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),、時間(Time),、湍流混合情況(Turbulence)。這“三T條件”是相互的,，在一定范圍內(nèi),，一個條件的改善可使另外兩個條件降低。熱力燃燒式熱氧化器的缺點(diǎn)在于：輔助燃料價格高,，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)。現(xiàn)階段,，間壁式熱交換器的熱回收率zui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℃～1000℃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缺點(diǎn),。
    蓄熱式熱氧化器，簡稱為RTO,，在熱氧化裝置中計入蓄熱式熱交換器,，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zui常見的一種，由2個或多個陶瓷填充床組成,，通過切換閥門來達(dá)到改變氣流方向的目的,。
六、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。
七,、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。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。
八,、超氧納米微氣泡法
    超氧納米微氣泡是指3-8微米以下超微細(xì)氣泡的氣泡(Superoxide nanometer micro bubble),，也稱“超微細(xì)真空氣泡”，是納米級的水氣泡,，它使水分子的原子團(tuán)變的更小,、超微細(xì)氣泡中的氧更容易溶入原子團(tuán)的間隙中，同時氧分子打破了水的界面使超微細(xì)氣泡更容易溶入水中,；水分子團(tuán)始終進(jìn)行著“布朗運(yùn)動”，不斷地進(jìn)行不規(guī)則沖撞,。
    在“布朗運(yùn)動”的同時,，超微細(xì)氣泡也沉降、破裂,；超微細(xì)氣泡的會合期(超微細(xì)氣泡的壽命)zui長可為24天左右,。在大量超微細(xì)氣泡在與異味氣體結(jié)合時破裂，瞬間產(chǎn)生巨大能量(約3微秒時間),，破裂時產(chǎn)生一定能量的超聲波(水能量波),、并產(chǎn)生大量的氧負(fù)離子。這種超微細(xì)真空氣泡能起到捕捉并分解VOC及異味分子,。
超氧納米微氣泡法的優(yōu)點(diǎn)：
1,、運(yùn)行中所使用載體只有水、而且是一般水體,，不許經(jīng)過任何處理的,。
2、電能消耗特別低,，只有低功率的電機(jī)耗能及排風(fēng)設(shè)備,。    
3、調(diào)整特殊的氣霧捕捉裝置,，可從低濃度到高濃度的有機(jī)廢氣處理率達(dá)90%以上的凈化率,。
4、處理有機(jī)廢氣的水體可循環(huán)再使用,。
5,、對于噴涂廢氣后的廢漆料可100%礦化處理，沒有二次污染(UV漆除外),。
6,、占地面積極小。
7,、運(yùn)行成本及維護(hù)費(fèi)用非常低廉,。
8、設(shè)備可重新拆解組合，部件使用率可達(dá)95%以上,。
9,、 維護(hù)費(fèi)用低廉。
缺點(diǎn)：
1,、造價偏高,、屬中等偏上價位。
2,、技術(shù)含量高,，非一般設(shè)備商可操作的。需要技師調(diào)試,。
3,、對于處理過的廢氣因水氣含量高，所以檢測方法是必須將排氣中水分充分去除后才能得到正確的數(shù)值,。