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VOCs废气处理工艺分析

作者:白羊 人气:发表时间:2019-11-06
VOCs废气处理工艺分析
 
挥发性有机物(Volatile Organic Compounds),以下简称VOCs,是指在室温下饱和蒸汽压大于70.91Pa,常压下沸点小于260℃的有机化合物。世界卫生组织(WHO,1989)对总挥发性有机物(TVOC)的定义是:熔点低于室温,沸点范围在50℃~260℃之间的挥发性有机化合物的总称[1]。现阶段,挥发性有机化合物通常作为工业生产的溶剂使用,常出现在化工、印刷、烤漆和医药等行业领域。这些有机溶剂在使用过程中挥发出来的物质,不仅会对大气环境造成严重污染,而且人体吸入被污染的气体后,会对健康产生一定的危害。生态环境部在2019年全国大气污染防治工作要点中明确提出“要加快推进重点行业挥发性有机物(VOCs)治理”。
 
 
1、常用VOCs废气治理技术
大气污染治理是指通过化学、热力学或其他技术分解或安全处置大气污染物,适用于以大气污染预防与控制方法无法消减的大气污染物。当前,应用较广泛的VOCs治理技术主要包括冷凝法、吸附法、吸收法、光催化氧化法、低温等离子法和燃烧法等。本文针对常用的VOCs废气治理技术的优缺点进行分析研究。
 
1.1.冷凝工艺
冷凝法主要是利用废气中VOCs在不同温度下具有不同的饱和蒸汽压的性质,采用加压或降低温度,使处于气态的污染物冷凝,从废气中分离出来。在一定的温度下,VOCs的初始浓度越大,其脱除率越高。
 
冷凝法的优点:1)适合处理含有大量水蒸气的高温废气;2)自动化程度高、适合沸点较高的有机物,可回收有用组分,回收物质纯度高;3)适用于常温、高浓度的小风量有机废气的处理;4)可与其他处理技术相结合,降低处理装置的运行成本和处理负荷,提高处理效率。
 
缺点:1)设备要求较高、投资大、能耗高、运行费用大;2)对废气的温度、浓度、结露温度等均有较严格的要求;3)在实际溶剂蒸汽压低于冷凝温度下的溶剂饱和蒸汽压时,此法不适用;4)不适用于处理低浓度、可回收物质价值较低的有机废气。
 
1.2.吸附工艺
吸附法为一个气体结合到固体上去的质量传递过程,是一种表面现象。吸附过程可能是物理过程,也可能是化学过程。物理吸附的实质是一种物理过程,一般没有选择性,在吸附过程中没有电子转移,没有化学键的生产与破坏,没有分子重排等,主要是范德华引力起作用。化学吸附实质上是一种化学反应,具有选择性,在化学吸附过程中,气体和固体表面发生了化学反应。
 
吸附法的优点:1)吸附设备简单、易实现自动化控制;2)吸附剂前期处理效率高,适宜处理小浓度、大风量的有机废气;3)吸附剂经过脱附可重复使用;4)可回收有用组分。
缺点:1)吸附容量较小,设备体积较大;2)需脱附或定期更换吸附剂,失效的吸附剂存在二次污染的问题;3)吸附量随温度上升而下降,空气湿度增大,则可吸附的负荷降低;4)若用活性炭做吸附剂,不宜用于处理含酮、醛、脂硫等活性物质的有机废气;5)不宜用于处理湿度大、高含尘量、高温和高浓度的有机废气。
 
1.3.吸收工艺
吸收法是溶质从气相传递到液相的相际间传递过程,利用气体混合物中不同组分在吸收剂中溶解度的不同,或者与吸收剂发生选择性化学反应,从而将有害组分从气流中分离出来。吸收法控制VOCs属于湿法工艺,是利用VOCs的物理和化学性质,使用液体吸收剂与废气直接接触而将VOCs转移到吸收剂中,吸收剂不同可以吸收不同的有机气体。
 
吸收法的优点:1)可用于气体污染物的处理与回收;2)适用于风量大、温度低、浓度低的废气;3)吸收剂价格便宜、投资少、运行费用低;4)常用于废气的预处理。
缺点:1)工艺较复杂,吸收液对有害组分的选择性较大;2)需消耗吸收液,且吸收液需再次处理,否则会造成二次污染;3)难以处理化学性质稳定且难溶于水的有机废气;4)吸收效率不高。
 
1.4.光催化氧化工艺
光催化氧化反应即在光的作用下进行的化学反应,分子吸收特定波长的电磁辐射后,使分子达到激发态,然后发生化学反应,产生新的物质,最终将大分子有机物氧化成CO2、H2O及无机小分子物质。
 
光催化氧化法的优点:1)可在常温、常压状态下进行分解反应,反应条件温和;2) 自动化程度高,装置风阻低;3)对于高分子污染物和恶臭气体具有好的处理效果,除臭效率高。
缺点:1)设备投资成本和运行费用都较高;2)对装置内光强度有一定的要求,光线暗淡区域处理效果受限;3)用于处理易燃易爆废气时,存在一定的安全隐患;4)催化剂具有选择性,存在失活的问题。
 
1.5.低温等离子工艺
低温等离子体降解污染物是利用高能电子、自由基等活性粒子与废气中的污染物作用,使污染物分子在极短的时间内发生分解,并发生后续的各种反应以达到降解污染物的目的。
 
低温等离子法的优点:1)可在常温、常压状态下进行分解反应,对环境没有严格要求;2)自动化程度高,装置风阻低,反应流程短;3)装置简单,反应器为模块式结构,并且容易进行易地搬迁和安装;4)对于高分子污染物和恶臭气体具有好的处理效果,除臭效率高。
缺点:1)设备投资成本高,对设备部件的构型设计、制造精度、严密性等要求很高;2)当填充材料直径为3mm、电场强度为4kV/cm时,由于击穿和火花的产生,对苯等有机物的分解并不十分完全;3)可能产生一些有害产物(如O3、NOx等),造成二次污染;4)易产生火花放电,增大电能消耗,破坏放电的正常进行,用于处理易燃易爆废气时,存在一定的安全隐患。
 
1.6.燃烧工艺
燃烧法是利用废气中某些有害物质可以氧化燃烧的特性,使之燃烧变成无害物质的方法。燃烧法分为直接燃烧法和催化燃烧法。直接燃烧也称为直接火焰燃烧,是把废气中可燃的有害组分当作燃料直接烧掉;催化燃烧又称为催化氧化,即在催化作用下,使废气中的有害可燃组分完全氧化为CO2和H2O。
 
 
燃烧法的优点:1)系统可实现全自动化控制;2)处理效率高,余热可回收利用,产生经济效益;3)适用于浓度高、热值高、粉尘量少、组分复杂且没有回收价值的有机废气。
缺点:1)投资成本较高,对设备的构造及严密性要求严格;2)不适宜用于处理低浓度、间断形成的废气,否则应配套相应的浓缩装置;3)若用催化剂,需注意废气成分中是否存在导致催化剂中毒的物质。
VOCs废气处理除上述处理方法外,还有生物处理法、膜分离法等。这些方法均适用于VOCs废气的处理,但具体采用何种方法,则取决于废气浓度、设备装置和环境温度等条件。此外,还需要考虑操作人员的操作水平。
 
2、结语
VOCs废气的处理一直以来都是影响大气环境的关键因素,工业高速发展以来,排放到大气中的有机气体不论是量还是类,都发生了质的变化,大气环境治理刻不容缓。不同类型、含不同污染物的工业废气污染源及污染物,治理及处理方法各有不同,应当根据废气中污染物的化学和物理性质、浓度、排放量、排放标准以及有无回收价值等因素选择经济有效的治理方法。VOCs治理方法本身没有好与坏之分,只要针对不同VOCs废气的特点,确定最合适的方法,就能取得好的处理效果。

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