VOCs 治理技術(shù)
VOCs 治理技術(shù) 1.基本概述： 1.1 VOCs 基本概念： VOCs(volatile organic compounds)揮發(fā)性有機(jī)物，是指常溫下飽和蒸汽 壓大于 70Pa、常壓下沸點(diǎn)在 260℃以下的有機(jī)化合物，或在 20℃條件下蒸汽壓 大于或者等于 10Pa 具有相應(yīng)揮發(fā)性的全部有機(jī)化合物。 1.2 VOCs 分類： VOC 按其化學(xué)結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)一步分為：烷類、芳烴類、烯類、鹵烴類、酯 類、醛類、酮類和其他化合物。目前已鑒定出的有 300 多種。最常見(jiàn)的有苯、 甲苯、二甲苯、苯乙烯、三氯乙烯、三氯甲烷、三氯乙烷、二異氰酸酯(TDI)、 二異氰甲苯酯等。 VOCs 有機(jī)廢氣種類繁多，來(lái)源廣泛，治理難度大，根據(jù)部分國(guó)外主要環(huán)境優(yōu) 先污染物名錄，VOCs 占 80％以上。一次性投資和操作費(fèi)用高，基本上無(wú)回收利 用價(jià)值。成分復(fù)雜的有機(jī)廢氣則更加難以凈化、分離和回收。 1.3 VOCs 危害： VOCs 由于成分復(fù)雜，在環(huán)境中會(huì)導(dǎo)致復(fù)合型污染，誘發(fā)霧霾 ，產(chǎn)生光化學(xué) 煙霧；且刺激人體呼吸系統(tǒng)、皮膚和眼晴，從而導(dǎo)致血液、神經(jīng)系統(tǒng)和肝腎臟的 病變，具有致 “三致”作用。 1.4 VOCs 來(lái)源： VOCs 來(lái)源廣泛，工業(yè)源主要污染物包括石化工業(yè)和煤炭加工與轉(zhuǎn)化，多包 含烷烴、烯烴、硫醇、硫 醚、多環(huán)芳烴等；家具行業(yè)主要為乙酸丁酯、乙苯、 間對(duì)二甲苯等；包裝印刷工業(yè)中的苯系物、醇類、脂類和酮類；油類儲(chǔ)運(yùn)和銷 售過(guò)程，涂料、油墨、膠粘劑、農(nóng)藥等以 VOCs 為原料的生產(chǎn)行業(yè)，涂裝、印 刷、粘合、工業(yè)清洗等含 VOCs 產(chǎn)品的使用過(guò)程；生活源包括建筑裝飾裝修、餐 飲服務(wù)和服裝干洗等 2. VOCs 治理技術(shù)： VOCs 污染防治分為兩個(gè)方面即源頭控制和末端治理綜合防治方法。源頭控制 可實(shí)施的方案很少，無(wú)非是采用先進(jìn)的技術(shù)，提高轉(zhuǎn)化，集中收集廢 氣，減少排放等。末端處理技術(shù)主要分兩大類：回收利用技術(shù)和銷毀技術(shù)?；厥?利用技術(shù)的基本思路是通過(guò)物理的方法，改變溫度、壓力或采用選擇性吸附劑和 選擇性滲透膜等，對(duì)排放的 VOCs 進(jìn)行吸收、過(guò)濾、分離，然后進(jìn)行提純等處理， 再資源化循環(huán)利用，包括冷凝法、吸收法、吸附法、膜分離法；銷毀技術(shù)處理的 基本思路是通過(guò)燃燒等化學(xué)反應(yīng)或生化反應(yīng)，用熱、光、催化劑或微生物等，把 排放的 VOCs 分解轉(zhuǎn)化為為其他無(wú)毒無(wú)害的物質(zhì)，包括熱力焚燒法、催化燃燒法、 生物降解法、光催化降解法、等離子體技術(shù)。 VOC 主流處理技術(shù)如下框圖示： 2.1 吸附法 吸附法是利用某些具有吸附能力的物質(zhì)如活性炭、硅膠、沸石分子篩、活性 氧化鋁等吸附有害成分而達(dá)到消除有害污染的目的。 吸附效果取決于吸附劑性質(zhì)（比表面積、孔徑與孔隙等）、氣相污染物種類 和吸附系統(tǒng)的操作溫度、濕度、壓力等因素。吸附劑要具有密集的細(xì)孔結(jié)構(gòu)， 內(nèi)表面積大，吸附性能好，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，耐酸堿，耐水，耐高溫高壓，不易 破碎，對(duì)空氣阻力小。常用的吸附劑主要有活性炭（顆粒狀和纖維狀）、活性氧 化鋁、硅膠、人工沸石等。 吸附法的運(yùn)行機(jī)理是利用吸附質(zhì)表面分子官能團(tuán)具有極大的表面能，其微孔 相對(duì)孔壁分子共同作用形成強(qiáng)大的分子場(chǎng)，形成較大的范德華力來(lái)捕捉、截流、 過(guò)濾 VOCS 氣體分子，再經(jīng)過(guò)改變溫度、壓力，或用置換物置換等方式進(jìn)行脫附 再生，再經(jīng)過(guò)冷凝或吸收回收揮發(fā)性有機(jī)化合物的方法。用吸附質(zhì)吸附回收 VOC， VOCs污染控制技術(shù) 回收技術(shù) 銷毀技術(shù) 吸附技術(shù) 吸收技術(shù) 冷凝技術(shù) 膜技術(shù) 燃燒技術(shù) 光催化降解 生物降解技術(shù) 等離子體技術(shù) 吸附濃縮 催化燃燒技術(shù) 直接燃燒 催化燃燒 以脫附和回收方法的不同，有濕式吸附回收法和干式吸附回收法。濕式吸附回收 法的脫附方法為水蒸汽脫附，回收方法為冷凝回收，重力分離；干式吸附回收法 的脫附方法為真空脫附，回收方法為高濃度吸附質(zhì)選擇性吸收回收。 吸附法在 VOCs 的處理過(guò)程中應(yīng)用極為廣泛，主要用于低濃度、高流量有機(jī) 廢氣(如含碳?xì)浠衔飶U氣)的凈化。吸附法的優(yōu)點(diǎn)在于去除效率高、能耗低、工 藝成熟、脫附后溶劑可回收。缺點(diǎn)在于是設(shè)備龐大，流程復(fù)雜，投資后運(yùn)行費(fèi)用 較高且有二次污染產(chǎn)生，當(dāng)廢氣中有膠粒物質(zhì)或其他雜質(zhì)時(shí)，吸附劑易中毒。 吸附法與其它凈化方法的集成技術(shù)治理眾多行業(yè)的有機(jī)廢氣，在國(guó)內(nèi)得到了 推廣應(yīng)用。如采用液體吸附和活性炭吸附法聯(lián)合處理高濃度可回收苯乙烯廢氣； 采用吸附法和催化燃燒法聯(lián)合處理丙酮廢氣等。吸附法與其它凈化方法聯(lián)用后不 僅避免了兩種方法各自的缺點(diǎn)，而且具有吸附效率高，無(wú)二次污染等特點(diǎn)。 2.2 吸收法 吸收技術(shù)主要是由廢氣和洗滌液接觸，以液體溶劑作為吸收劑，使廢氣中的 有害成分被液體吸收，從而達(dá)到凈化的目的，其吸收過(guò)程是根據(jù)有機(jī)物相似相溶 原理，常采用沸點(diǎn)較高、蒸氣壓較低的柴油、煤油作為溶劑，使 VOC 從氣相轉(zhuǎn) 移到液相中，然后對(duì)吸收液進(jìn)行解吸處理，回收其中的 VOC，同時(shí)使溶劑得以再 生。該法不僅能消除氣態(tài)污染物，還能回收一些有用的物質(zhì)，可用來(lái)處理氣體流 量一般為 3000～15 000 m3/h、濃度為 0.05%～0.5%（體積分?jǐn)?shù)）的 VOC，去除 率可達(dá)到 95%～98%。此方法適用于髙水溶性 VOCs，不適用于低濃度氣體，此方 法技術(shù)成熟，可去除氣態(tài)顆粒物，對(duì)酸性氣體能夠去除，且投資成本低占地 空間小，但存在后續(xù)廢水處理問(wèn)題。目前，很少采用吸收法治理廢氣，主要原因 是無(wú)合適的吸收劑可以選擇。 該法的優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)處理大風(fēng)量、常溫、低濃度有機(jī)廢氣比較有效且費(fèi)用低， 而且能將污染物轉(zhuǎn)化為有用產(chǎn)品。但溶劑吸收法仍有不足之處，由于吸收劑后處 理投資大，對(duì)有機(jī)成分選擇性大，易出現(xiàn)二次污染。因而在處理 VOC 時(shí)需要選擇 多種不同溶劑分別進(jìn)行吸收，較大增加了成本與技術(shù)復(fù)雜性。另外，有機(jī)物在吸 收劑中的溶解度、有機(jī)廢氣的濃度、吸收器的結(jié)構(gòu)形式，如填料塔、噴淋塔，液 氣比、溫度等操作參數(shù)等均為吸收法的影響因素，任何一項(xiàng)發(fā)生改變將或多或少 影響到吸收法效用。 2.3 冷凝法 冷凝法是利用氣態(tài)污染物在不同溫度及壓力下具有不同飽和蒸汽壓。在降低 溫度或增加大氣力條件下，使某些污染物凝結(jié)出來(lái)，以達(dá)到凈化或回收的目的。 所需設(shè)備和操作條件比較簡(jiǎn)單，回收物質(zhì)純度高，但凈化程度不高，耗能較高， 對(duì)低濃度廢氣的凈化更是如此。冷凝法適用于處理高濃度有機(jī)廢氣，特別是組分 單純的氣體的回收。 2.4 膜分離法 膜分離是利用天然或人工合成的膜材料分離污染物的過(guò)程。原理是氣體分 子在膜的表面溶解產(chǎn)生濃度梯度，因?yàn)椴煌瑲怏w分子通過(guò)致密膜的溶解-擴(kuò)散速 度有所不同，使氣體分子由膜內(nèi)向膜另一側(cè)擴(kuò)散，最后從膜的另一側(cè)表面解吸， 最終達(dá)到分離目的。該法是一種新型的分離方法，適合處理高濃度的有機(jī)廢 氣。 有機(jī)廢氣首先進(jìn)行冷凝回收，余下的進(jìn)入膜分離后排放。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是 投資少、見(jiàn)效快、流程簡(jiǎn)單、回收率高、能耗低、無(wú)二次污染 ，缺點(diǎn)是膜國(guó)產(chǎn) 率低，價(jià)格昂貴，而且膜壽命短；膜分離裝置要求穩(wěn)流、穩(wěn)壓氣體，操作要求高。 膜分離有機(jī)蒸氣回收系統(tǒng)是通過(guò)溶解-擴(kuò)散機(jī)理來(lái)實(shí)現(xiàn)分離的。分離膜由涂 層和支撐層組成的復(fù)合膜，涂層一般具有高選擇性，也決定了分離性能，支撐層 對(duì)膜的性能也有重要影響。膜技術(shù)常用于具有較高回收價(jià)值的 VOCs,如處理鹵化 碳?xì)浠衔?，且無(wú)二次污染。 2.5 燃燒法 燃燒法分為直接燃燒法、催化燃燒法和濃縮燃燒法。其破壞機(jī)理是氧化、熱 裂解和熱分解，從而達(dá)到治理 VOCs 的目的。直接燃燒法是對(duì)高濃度有機(jī)廢氣， 用燃油或燃?xì)庾鳛檩o助燃料，在高溫下直接分解為無(wú)害物質(zhì)。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。此方法投資小，操作方便，占地面 積少，適用于小風(fēng)量及高濃度的廢氣，對(duì)安全技術(shù)和操作要求較高，另外可以回 收利用熱能，氣體凈化徹底。催化燃燒法是指在燃燒設(shè)備中，有機(jī)廢氣先被預(yù)熱 后，通過(guò)催化床層的作用，在較低的溫度下和較短的時(shí)間內(nèi)完成化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。 催化燃燒起燃溫度低，大部分有機(jī)物和 CO 在 200～400 ℃即可完成反應(yīng)，故輔 助燃料消耗少，而且大量地減少了氮化物的產(chǎn)生，適用于較多場(chǎng)合。但燃燒法有 燃燒爆炸危險(xiǎn)，熱力燃燒需消耗燃料，不能回收溶劑。而熱催化氧化法中不允許 廢氣中含有影響催化劑壽命和處理效率的塵粒和霧滴，也不允許有使催化劑中毒 的物質(zhì)，以防催化劑中毒，因此采用催化燃燒技術(shù)處理有機(jī)廢氣須對(duì)廢氣作前 處理。 為了提高熱利用效率，降低設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用，近年來(lái)發(fā)展了蓄熱式熱力焚燒 技術(shù)和蓄熱式催化燃燒技術(shù)。這兩項(xiàng)技術(shù)換熱效率高，可以在 VOCs 較低濃度下 使用。 2.6 生物降解法 生物處理技術(shù)應(yīng)用于有機(jī)廢氣的凈化處理是近幾年才開(kāi)始的，是一項(xiàng)新興的 技術(shù)。常見(jiàn)的生物處理工藝包括生物過(guò)濾法、生物滴濾法、生物洗滌法、膜生物 反應(yīng)器和轉(zhuǎn)盤式生物過(guò)濾反應(yīng)器法。 生物法是利用微生物對(duì)廢氣中的污染物進(jìn)行消化代謝，將污染物轉(zhuǎn)化為無(wú)害 的水、二氧化碳及其他無(wú)機(jī)鹽。生物法要求外界條件較高，包括溫濕度、pH 等 ， 對(duì)有機(jī)物的降解需要一定時(shí)間，適合處理低濃度有機(jī)廢氣。但生物方法有其自身 的優(yōu)點(diǎn)，包括投資較小設(shè)備簡(jiǎn)單，無(wú)二次污染的優(yōu)點(diǎn)。廢氣生物處理技術(shù)主要有 生物濾池 、生物洗滌塔和生物滴濾池三種。 2.7 低溫等離子體法 低溫等離子體凈化技術(shù)作為一種新型的廢氣治理技術(shù)了越來(lái)越多的關(guān)注。 等離子體由電子、離子、自由基和中性粒子組成，在外加電場(chǎng)作用下，利用介質(zhì) 使大量電子激發(fā)出來(lái)并反復(fù)轟擊廢氣的氣體分子，去激活、電離、裂解廢氣中的 各種成分，產(chǎn)生復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)，使復(fù)雜大分子污染物轉(zhuǎn)變?yōu)橐恍┬》肿拥?物質(zhì)(如二氧化碳和水)，或使有毒有害物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)毒無(wú)害或低毒低害物質(zhì)， 從而降解污染物。 2.8 紫外光解法： 利用高能臭氧 UV 紫外線光束分解空氣中的氧分子產(chǎn)生游離氧，即活性氧，因 游離氧所攜正負(fù)電子不平衡所以需與氧分子結(jié)合，進(jìn)而產(chǎn)生臭氧。臭氧對(duì)有機(jī)物 具有極強(qiáng)的氧化作用。氣體利用排風(fēng)設(shè)備輸入到本凈化設(shè)備后，凈化設(shè)備運(yùn)用高 能 UV 紫外線光束及臭氧對(duì)氣體進(jìn)行協(xié)同分解氧化反應(yīng)，使氣體降解轉(zhuǎn)化成低分 子化合物、水和二氧化碳，再通過(guò)排風(fēng)管道排出室外。 2.9 轉(zhuǎn)輪處理技術(shù) 目前，隨著汽車涂裝工藝的發(fā)展，在汽車涂裝噴漆過(guò)程中水洗后有機(jī)廢氣的 處理，很多發(fā)達(dá)國(guó)家采用了“活性炭吸附+費(fèi)是濃縮轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)+TNV 焚燒”綜合處 理 VOC 技術(shù)的方法。 汽車涂裝 VOC 處理中的沸石轉(zhuǎn)輪處理技術(shù)利用費(fèi)是低溫吸附、高溫脫富的特 性對(duì)有機(jī)廢氣進(jìn)行濃縮。濃縮后的廢氣終通過(guò)廢氣焚燒爐、RTO 等處理后排放， 由于濃縮后的廢氣量?jī)H有待處理廢氣的十分之一一下，從而大大降低了能耗，沸 石轉(zhuǎn)輪使用壽命較長(zhǎng)，長(zhǎng)可達(dá) 10 年。
