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(guò)程中便會(huì)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(huì)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(duì)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(méi)有輔助燃料時(shí)燃燒,。直接火焰燃燒在適當(dāng)溫度和保留時(shí)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(shí)比直接燃燒法需要更少的保留時(shí)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(jià)格比較昂貴而且在處理鹵素有機(jī)物,，含N、S,、P等元素時(shí),，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(guò)渡族元素鈷,、稀土等,。近年來(lái)催化劑的研制無(wú)論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)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(guò)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(lái)研究較多且成功的有絲光沸石等。對(duì)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。現(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(guò)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,。
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(guò)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(guò)程包括3個(gè)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(guò)程中,，將會(huì)被降解，zui終轉(zhuǎn)化為對(duì)環(huán)境沒(méi)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(huì)出現(xiàn)一定的變化,，通過(guò)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(guò)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(guò)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(kāi)始在工業(yè)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,，市場(chǎng)發(fā)展前景廣闊,，成為未來(lái)有機(jī)廢氣處理技術(shù)的發(fā)展方向。
五,、氧化法
    對(duì)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(guò)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(jiàn)的火焰。一般情況下,，氧化法通過(guò)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(guò)渡元素金屬氧化物，比如MnO₂,，與粘合劑經(jīng)過(guò)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(wú)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(guò)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，zui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(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)?，F(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(mén)切換式兩種,，其中,，閥門(mén)切換式是zui常見(jiàn)的一種，由2個(gè)或多個(gè)陶瓷填充床組成,，通過(guò)切換閥門(mén)來(lái)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(guò)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(guò)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(guò)化學(xué)方法清除，也就是通過(guò)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(lái)發(fā)揮作用，通過(guò)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(guò)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。
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(jí)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(shí)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(dòng)”,，不斷地進(jìn)行不規(guī)則沖撞。
    在“布朗運(yùn)動(dòng)”的同時(shí),，超微細(xì)氣泡也沉降,、破裂；超微細(xì)氣泡的會(huì)合期(超微細(xì)氣泡的壽命)zui長(zhǎng)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(shí)破裂,，瞬間產(chǎn)生巨大能量(約3微秒時(shí)間)，破裂時(shí)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(guò)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(duì)于噴涂廢氣后的廢漆料可100%礦化處理,，沒(méi)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(jià)偏高,、屬中等偏上價(jià)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(duì)于處理過(guò)的廢氣因水氣含量高，所以檢測(cè)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,。