工業(yè)廢氣VOCs處理技術(shù)

 

跟著經(jīng)濟不斷開展，工業(yè)生產(chǎn)會發(fā)生很多的揮發(fā)性有機化合物(VOCs)，VOCs 不經(jīng)過有用處理排放到***氣中，會發(fā)生嚴峻的環(huán)境問題，影響人們的健康。本文總述了 2010 年以來工業(yè)廢氣VOCs處理技術(shù)的幾種常見辦法(如光催化氧化法、生物法、燃燒法和低溫等離子體法)的研討進展，論述上述辦法的***缺點、適用規(guī)模、去除作用和存在的問題，以期為有機廢氣VOCs處理技術(shù)運用供給有利參閱。

 

跟著工業(yè)化不斷開展和嚴峻的空氣霧霾，人們越來越重視環(huán)境空氣質(zhì)量。有些 VOCs 不光有毒，并且還存在致癌危險，如苯和甲醛等。有些VOCs經(jīng)過光化學(xué)氧化后生成光化學(xué)煙霧和二次有機氣溶膠，其間二次有機氣溶膠是 PM 2.5 的重要組成部分，光化學(xué)煙霧和 PM 2.5 會構(gòu)成灰霾天氣現(xiàn)象，對***氣能見度發(fā)生不***影響；有些 VOCs(如氟氯昂)會直接耗費***氣層中的臭氧，構(gòu)成臭氧空泛。近幾年，工業(yè)源 VOCs處理技術(shù)又有了更***的開展。

 

1、光催化氧化法

 

光催化氧化法具有反應(yīng)條件溫文(常溫、常壓)，無挑選性地氧化 VOCs，并一起降解多種 VOCs，出資和運轉(zhuǎn)本錢低，廢氣處理設(shè)備和操作簡略等***點，***別適于處理低濃度 VOCs(<1000 mg/m3)。依據(jù)所運用的光源主波長，可分為紫外光催化氧化法和可見光催化氧化法。

 

TiO2是常用的光催化劑，遍及運用的紫外光波長為 185nm、254 nm 和 356 nm，其間波長≤200 nm 的紫外光稱為真空紫外光。真空紫外光能發(fā)生O3，強化光催化氧化降解 VOCs，降解作用比 254 nm 波長的催化降解作用***。臭氧協(xié)同光催化氧化降解 VOCs的作用也***于***自的臭氧降解?？墒钦婵兆贤夤獯呋趸ǖ某鰵釵3濃度高，能夠考慮運用對O3分化才能較高的物質(zhì)摻雜 TiO2，下降出氣O3濃度。

 

以 TiO2為光催化劑的紫外光催化氧化法存在去除率和光能利用率不高級缺乏。因而，經(jīng)過對 TiO2進行改性，使 TiO2拓展光譜呼應(yīng)規(guī)模，并且按捺光生空穴和電子復(fù)合，進步光能利用率和去除率，改性的辦法有摻雜、重金屬堆積、敏化和半導(dǎo)體復(fù)合等。

 

為了戰(zhàn)勝懸浮態(tài)催化劑易聚團失活的缺點，以及進步催化劑分散度和催化功能，催化劑一般負載在比外表積***的處理上，如泡沫金屬處理、分子篩、和中空纖維膜等。針對金屬氧化物難以固定的問題，可將 TiO2結(jié)構(gòu)做成納米微球辦法，研討發(fā)現(xiàn)多孔納米 TiO2微球吸附才能高，能強化隨后的光催化氧化反應(yīng)，并發(fā)揮協(xié)同作用。

 

光催化降解法的研討方向***要會集尋覓更為高效的催化劑，進步VOCs的去除率；尋覓適宜載體，完善催化劑固定化辦法；深入開展可見光催化氧化法研討。

 

2、生物法

 

生物法處理水溶性 VOCs 的凈化作用***，反應(yīng)條件溫文，能耗小，無二次污染，出資和運轉(zhuǎn)費用低一級***點，在工業(yè)上廣泛用于處理***風(fēng)量、低濃度、對生物無毒性的工業(yè)廢氣處理。

 

生物滴濾法(biotrickling filter，BTF)能有用去除中低濃度的VOCs 混合氣體和包括H2S的有機廢氣，并且在瞬時工況條件下去除多組分含氯VOCs也有高度彈性。在長時間運轉(zhuǎn)中，生物滴濾法呈現(xiàn)阻塞和運轉(zhuǎn)功能惡化現(xiàn)象，***要微觀原因是生物量的過量累積、非均勻性散布及生物膜活性下降。

 

研討發(fā)現(xiàn)通入微量臭氧顯著強化微生物的代謝活性，操控微生物成長量，減緩填料床層孔隙率減小，使生物量沿BTF徑向散布相對均勻，按捺填料層阻塞，延長了BTF的運轉(zhuǎn)周期，進步污染物的去除負荷和礦化率。

 

相對于一般的生物滴濾池，用外表活性劑和金屬離子強化后的生物滴濾池稀有呈現(xiàn)過量的生物累積，這或?qū)樘幚砀邼舛仁杷?VOCs 供給新的處理辦法。

 

膜生物反應(yīng)器能夠戰(zhàn)勝傳統(tǒng)生物法(生物洗刷、生物過濾和生物滴濾法)傳質(zhì)速率低、逗留時間長和反應(yīng)器體積***等問題，合適處理低濃度、接連態(tài)或許瞬時態(tài)的VOCs混合氣。膜處理決議了膜生物反應(yīng)器去除高度疏水性VOCs的功能，近年來研討的膜處理***要是疏水性聚合物中空纖維膜，如 PDMS膜、聚乙烯膜和聚砜膜等。

 

值得注意的是，膜生物反應(yīng)器運用于處理多組分 VOCs氣體時，存在一種氣體按捺另一種氣體降解的現(xiàn)象，類似于生物滴濾池。因而，在運用膜生物反應(yīng)器降解VOCs混合氣體時，需求慎重考慮氣體混合類型及氣體之間的相互作用。

 

兩相分配生物反應(yīng)器耦合了吸贊同生物降解功能，比傳統(tǒng)生物法具有傳質(zhì)速率高、能夠降解疏水性 VOCs 和吸附部分 VOCs以下降它們對微生物的生物毒性等***點 ，表現(xiàn)出較***的開展前景。

 

傳統(tǒng)生物法除有機廢氣技術(shù)得到廣泛的研討及運用，可是存在傳質(zhì)速率低、逗留時間長和反應(yīng)器體積***等問題。膜生物反應(yīng)器和兩相生物反應(yīng)器能夠戰(zhàn)勝上述問題，可是降解作用有待進一步進步，兩相分配生物反應(yīng)器開展的要害還在于找到安全、高效的非水相。

 

3、燃燒法

 

燃燒法***要有直接燃燒、蓄熱燃燒、催化燃燒和蓄熱催化燃燒四種。

 

直接燃燒法工藝簡略、凈化功率高、燃燒產(chǎn)品***要是 H2O和CO2等。直接燃燒的運轉(zhuǎn)溫度一般***于 750 ℃，能耗高，還會發(fā)生 NOx 等二次污染物。當(dāng) VOCs 濃度小于 1000 ppm 時，僅靠本身燃燒發(fā)生的熱量無法保持燃燒，需求增加輔佐燃料。

 

蕭琦等研宣布了新式多蓄熱室旋轉(zhuǎn)換向蓄熱式熱氧化器，該氧化器對 VOCs 的處理功率為 96 %，比慣例熱力燃燒爐節(jié)能70 %~90 %；可是處理較高濃度 VOCs，排放不合格。蓄熱燃燒法對實踐醫(yī)藥化工有機廢氣中的甲苯、甲醇、二氯甲烷、乙醚和四氫呋喃的去除率分別為 88.0 %、94.8 %、95.3 %、96.8 %和 94.6 %，可合格排放，但也存在較多問題，如進氣口傳感器和陶瓷體易被阻塞，閥門易腐蝕等。

 

蓄熱式催化燃燒技術(shù)具有燃燒溫度低(一般小于 400 ℃)，凈化功率高，副產(chǎn)品(如NOx和二噁英)生成量少，對低濃度(<1000 ppm)VOCs也有催化氧化作用等***點。相對于單一金屬催化劑，復(fù)合金屬氧化物催化劑能發(fā)揮協(xié)同效應(yīng)，******進步催化功能。

 

現(xiàn)在***要運用負載型催化劑，由于催化劑的催化功能不只取決于納米金屬離子的活性成分，還取決于負載處理，負載處理經(jīng)過影響催化劑外表活性組分的分散度，然后影響催化劑活性。分子篩(如ZSM-5、MCM-41 和 SBA-15)是常見的負載處理之一，為了處理傳統(tǒng)分子篩孔徑小和激烈阻止傳質(zhì)的難題，組成出了具有快速傳質(zhì)功能的介孔分子篩。

 

陽離子會影響介孔分子篩的催化燃燒功能，Chunyu Chen 等制備出不同陽離子負載的Pt-R/Meso-AZSM-5(A=H + ，Na + ，K + ，和 Cs + )催化劑，其間Pt-R/Meso-KZSM-5在175 ℃下催化燃燒甲苯的去除率到達98 %，并且這種催化劑很安穩(wěn)，能夠疏忽水和二氧化碳對其的按捺作用。

 

在蓄熱燃燒法的基礎(chǔ)上衍生出蓄熱催化燃燒法。姚偉卿等選用 Pd/Zr-Mn-O/載體催化劑在流向改換反應(yīng)器中催化燃燒甲苯，甲苯濃度為 800~3200 mg/m3，去除率***于 96.5 %，并且催化劑的活性要比傳統(tǒng)固定床的高 10%左右。流向改換催燃燒反應(yīng)器集固定床催化反應(yīng)器和蓄熱換熱床于一體，顯著進步熱回收率。未來應(yīng)開宣布高活性、高安穩(wěn)性、高機械強度、價格低廉、疏水功能和抗中毒功能杰出的催化劑，進步其催化活性。

 

4、低溫等離子體法

 

低溫等離子體廢氣處理技術(shù)操作條件溫文(常溫、常壓)，處理 VOCs 品種廣(除鹵代烴外)，對低濃度 VOCs(<100 mg/m 3 )處理功率***于90%。可是單一的低溫等離子體法發(fā)生較多的二次污染產(chǎn)品(如NOx、脂肪烴、HCN、CH3CN 和O3等)，并且動力功率和礦化率低。低溫等離子體協(xié)同催化劑辦法能量功率更高，O3濃度******下降，CO2挑選性更高，副產(chǎn)品品種更少和濃度更低 ，因而遭到更***重視。

 

低溫等離子體廢氣凈化設(shè)備放電的辦法常見的是介質(zhì)阻撓放電法。研討發(fā)現(xiàn)進步催化劑的臭氧分化才能、介電常數(shù)和吸附性都有助于降解VOCs。為進步催化劑介電常數(shù)，一般運用鐵電體催化劑;為進步催化劑的吸附性，可在反應(yīng)器中填充吸附劑或許將催化劑負載在吸附劑上。

 

催化劑外表吸附 VOCs，增加了 VOCs 的逗留時間，加***了 VOCs 分子與活性粒子的磕碰機率，然后進步能量功率、去除率和CO2的挑選性。別的，催化劑的吸附性對污染物的降解途徑影響很***，催化劑吸附性較弱，則降解進程***要在氣相中進行;當(dāng)吸附劑吸附性較強時，那么 VOCs 先被吸附在催化劑外表生成中心產(chǎn)品，然后脫附，再與活性粒子反應(yīng)進一步氧化。

 

低溫等離子體協(xié)同催化劑法處理 VOCs 的杰出問題是去除率與能耗之間的對立。別的，低溫等離子體協(xié)同催化劑法還會發(fā)生一些二次污染物，僅考慮 VOCs 降解率也是缺乏的。為完成低溫等離子體協(xié)同催化劑法工業(yè)運用，在考慮動力功率和副產(chǎn)品的條件下，進步 VOCs 的去除率；研討副產(chǎn)品構(gòu)成和降解機理，使降解反應(yīng)更有挑選性。

 

跟著新***氣法的出臺，VOCs排污收費以及***眾對環(huán)境空氣質(zhì)量的高度重視，VOCs處理范疇面臨著巨***的開展機會。燃燒法、低溫等離子體法、光催化氧化法和生物法是工業(yè)源中比較常見的工業(yè)廢氣VOCs處理技術(shù)，但是單一的工業(yè)廢氣處理技術(shù)的降解作用還不盡人意，還需求繼續(xù)深入研討。

 

實踐運用中遍及運用兩種或以上技術(shù)的組合，以補償單一技術(shù)的缺乏。因而，在選用處理法的時分，應(yīng)先依據(jù)有機廢氣的物種***性、進口濃度、風(fēng)量和溫濕度等條件，結(jié)合每種處理辦法的適用規(guī)模、去除作用、初度出資和運營本錢等，確認廢氣處理辦法。