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有机废气处理新技术不断改进和推陈出新

  近年来,我国大气污染物排放控制取得了一定成效,空气中二氧化硫和颗粒物的浓度明显下降。但是随着工业化和城市化进程加快,机动车保有量急剧增加,挥发性有机溶剂使用量大,挥发性有机化合物(VOCs)排放量大。挥发性有机化合物(VOCs)一般是指在常温常压下饱和蒸气压>70 Pa、沸点<260 ℃的有机化合物的总称,包括脂肪烃、芳香烃、含卤烃类、含氧烃类、含氮烃和含硫烃类等,主要来源于石化、汽车、家电、精细化工等行业。传统的VOCs治理方法主要有吸附法、冷凝发及燃烧法。近年来随着VOCs污染的逐渐加剧,VOCs治理新技术不断的改进和推陈出新,如生物处理技术、电晕技术、光催化氧化技术、低温等离子技术以及膜技术在VOCs治理逐渐得到的应用和推广。


有机废气处理新技术


  1、生物处理技术


  常见的生物处理工艺包括生物滤池、生物滴滤法、生物洗涤法、膜生物反应器和转盘式生物过滤反应器法。


  生物法处理有机废气技术是为解决既无回收利用价值又扰民并污染环境的低浓度工业有机废气净化处理难题而开发的,属目前世界上工业废气净化领域的前沿热点技术。生物法处理有机废气技术具有处理效果好、投资及运行费用低、安全性好、无二次污染、易于管理等优点。生物法特别适合于处理气体流量大于17000 m3/h、体积分数小于0.1 %的VOCS气体。可在常温、常压下操作,净化效率高,抗冲击能力强,只要控制适当的负荷和气液接触条件,净化率一般都在90 %以上;其缺点是由于氧化分解速度较慢,生物过滤需要很大的接触表面,过滤介质的适宜pH值范围也难以控制。


  1.1 生物滤池


  生物滤池适用于处理废气量大、VOCS浓度低的有机废气如废气中的二甲苯等,在pH值在5左右的酸性,温度为25 ℃条件下时,进气二甲苯浓度小于800 mg/m3时,生物滤池对废气中的二甲苯去除率可达到70 %——100 %。


  1.2 生物滴滤法


  生物滴滤塔适于处理量大、浓度低、有机负荷高、降解过程产酸或产能较大的VOCs,生物滴滤塔由于采用惰性材料为填料,而且污染物的吸收和生物降解在同一反应器内进行,运行条件可得到精确的控制,因而既可用于恶臭气体的处理,也可用于有毒有害气体的处理。因此,生物滴滤塔处理有机废气已经成为国内外学者的研究热点问题之一,生物滴滤塔是生物法中的研究热门,也是当前有机废气治理的主流技术之一。


  1.3 生物洗涤法


  生物洗涤法适于处理量小、浓度高、易溶且生物代谢速率较低的VOCs。在室温和pH值为5左右时,生物洗涤器对高浓度气态污染物,具有较强的去除能力,并实现了多种污染物在相同的填料高度下的良好去除,对不同化合物处理效率达到53.7 %——78.6 %。


  2、电晕技术


  电晕技术是通过前沿陡峭、脉冲窄(纳秒级)的高压脉冲电晕放电,能在常温、常压下获得非平衡等离子体,即产生大量高能电子和O、OH等活性粒子,与有害物质分子进行氧化、降解反应,使污染物最终转化为无害物。


  3、光催化氧化分解技术


  光催化氧化分解技术是近年来日益受到重视的污染治理新技术。对VOCS 降解率可达到90 %——95 %。该技术是指在一定波长光照下,利用催化剂的光催化活性,使吸附剂在其表面的VOCS发生氧化还原反应,最终将有机物氧化成CO2、H2O 及无机小分子物质。光催化氧化具有选择性,反应条件温和(常温、常压),催化剂无毒,能耗低,操作简便,价格相对较低,无副产物生成,使用后的催化剂可用物理和化学方法再生后循环使用,对几乎所有污染物均具净化能力等优点。纳米TiO2是一种新型的高功能精细无机产品,由于它的比表面积大,化学稳定性和催化活性高,价廉且来源广泛,对紫外光吸收率较高,抗光腐蚀性,且没有毒性,对很多有机物有较强的吸附作用,使得它在去除气态污染物方面有着明显的优势。


  4、低温等离子处理技术


  低温等离子技术主要有电子束照射法、介质阻挡放电法、沿面放电法和电晕放电法等。


  低温等离子体技术又称非平衡等离子体技术,是在外加电场的作用下,通过介质放电产生大量的高能粒子,高能粒子与有机污染物分子发生一系列复杂的等离子体物理化学反应,从而将有机污染物降解为无毒无害物质。近年来利用等离子体处理各种废气的技术取得了较大进展。


  5、膜技术


  在膜技术、膜材料等不断的研究与发展过程中,蒸汽渗透结合、气体膜分离与膜基吸收已经成为VOCs废气处理的主要途径,也获得了诸多成功的应用案例。


  5.1 蒸气渗透技术


  蒸汽渗透主要基于气相分离的理念实施,通过膜材料对于进料组分具有选择性的特征,实现有害气体分离的目的。整个蒸汽渗透过程中无需高温处理,大大降低了VOCs因高温而发生的化学结构和化学性质变化的发生率,从而提高VOCs的回收率和再利用率。


  5.2 气体膜分离技术


  气体膜分离主要根据混合气体中不同成分在不同的压力下具有不同的透膜传质速率的原理实现,该技术主要应用于各类工业气体的分离,从而达到生产、回收、应用等目的。


  5.3 膜基吸收技术


  膜基的吸收由于对于膜的选用较为严格,可有效避免泡沫化、液漏、乳化等问题,使吸收率更高,效率更好。膜基吸收技术是采用中空纤维微孔膜,使需要接触的两相分别在膜的两侧流动,两相的接触发生在膜孔内或膜表面的界面上,避免两相的直接接触,中空纤维膜对挥发性有机废气进行吸收。与传统膜分离技术相比,膜基吸收的选择性取决于吸收剂,膜基吸收技术处理有机废气,具有流程简单、VOCs 回收率高、能耗低、无二次污染等优点。该技术可有效避免泡沫化、液漏、乳化等问题,使吸收率更高,效率更好。


  6、组合处理技术


  综合处理技术就是在综合各种传统技术的基础上,充分发挥各项处理方法的优点,可以大幅提升废气处理效果。现在,综合处理技术已经实现了工程应用,比如吸附催化氧化技术、吸收-解吸-变压-吸附组合工艺等等。比如,利用非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂以及自制的表面活性剂等,通过水量控制复合吸收剂的浓度,实现了对包含低浓度、高通量工业有机废气的吸附研究,实验结果表明,复合吸收技术能够有效提高对甲苯和乙酸丁酯的吸收效率,是废气排放达到国家标准;同时,整套处理装置的体积较小,防堵塞,能够高效吸收传质。


  7、结语


  为了改善工业废气的无污染处理,应该在对传统废气处理技术改进的同时,以提高处理效率、节约处理成本为目标,积极研发新的处理技术,并尽快向工业应用发展,而针对工业有机废气成分较复杂的情况,则可以通过联合工业或者综合处理技术,有效去除有机污染物,实现对生态环境的保护


 

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