8種**廢氣處理技術(shù)的優(yōu)缺點

1 VOC及其危害概述

1.1 VOC概述

揮發(fā)性的**化合物，簡稱為VOC(VolatileOrganic Compounds))，在工業(yè)生產(chǎn)中，通常作為溶劑來使用，使用之后便散發(fā)到大氣中?，F(xiàn)階段，其應(yīng)用比較廣泛的領(lǐng)域包括石油化工、印刷、人造革及電子元器件、烤漆和醫(yī)藥等。

1.2 VOC危害概述

從化學(xué)物質(zhì)的性質(zhì)來看，在工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域，一般用作溶劑的主要包括脂肪族化合物、鹵代烴和芳香族化合物等。這些**溶劑如果揮發(fā)到大氣環(huán)境中，不僅會對大氣環(huán)境造成嚴(yán)重污染，而且人體呼入被污染的氣體后，對人體健康產(chǎn)生危害。比如苯，它常常被當(dāng)作一種溶劑來使用，作為溶劑揮發(fā)到大氣環(huán)境中，不僅可以被人體的皮膚所吸收，而且還可通過呼吸系統(tǒng)進入人體內(nèi)部，造成慢性或急性中毒，不過人體的大部分中毒均是由于呼入有毒氣體造成的。

苯類化合物不僅會對人體的**神經(jīng)造成一定的損害，而且還可能造成神經(jīng)系統(tǒng)的障礙，進入人體后還會危害血液和造血器官，如果情況比較嚴(yán)重，甚至?xí)谐鲅Y狀或患上敗血癥。氧化作用下，苯在生物體內(nèi)可氧化成苯酚，從而造成肝功能異常，對骨骼的生長發(fā)育十分不利，誘發(fā)再生障礙性貧血。如果苯蒸汽濃度過高，生物可能因急性中毒而死亡。因此，ACGIH把苯列為潛在致癌物質(zhì)。鹵代烴類化合物會引發(fā)神經(jīng)癥候群和血小板的減少、肝脾腫大等不良狀況，而且很有可能致癌。所以，必須控制VOC的排放，這不僅是對環(huán)境負(fù)責(zé)，也是對我們的生命健康負(fù)責(zé)。

2 VOC廢氣處理技術(shù)

當(dāng)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。

2.1熱破壞法

熱破壞法是指直接和輔助燃燒**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)，較終達到降低**物濃度，使其不再具有危害性的一種處理方法。

熱破壞法對于濃度較低的**廢氣處理效果比較好，因此，在處理低濃度廢氣中得到了廣泛應(yīng)用。這種方法主要分為兩種，即直接火焰燃燒和催化燃燒。直接火焰燃燒對**廢氣的熱處理效率相對較高，一般情況下可達到 99%。而催化燃燒指的是在催化床層的作用下，加快**廢氣的化學(xué)反應(yīng)速度。這種方法比直接燃燒用時較少，但是如果離開催化劑輔助，則無法發(fā)揮作用?，F(xiàn)階段，可作為催化劑使用的大都是金屬、金屬鹽。這兩種催化劑的催化效果雖說比較好，技術(shù)也已經(jīng)相當(dāng)成熟，但是其價格卻比較高，所以處理成本也就比較高。近年來，催化劑研制多集中在非貴金屬催化劑方向，**了比較大的進展。

此外，在催化**廢氣過程中，還需要有催化劑的載體，其起著提高催化活性和穩(wěn)定性的重要作用。當(dāng)前，多以陶瓷作為催化劑載體，但在未來的催化劑研究當(dāng)中，應(yīng)加快研發(fā)高效活性催化劑及其載體。

2.2吸附法

**廢氣中的吸附法主要適用于低濃度、高通量**廢氣?，F(xiàn)階段，這種**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，而且可以徹底凈化有害**廢氣。

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**廢氣，多使用活性炭，主要是因為活性炭細(xì)孔結(jié)構(gòu)比較好，吸附性比較強。

此外，經(jīng)過氧化鐵或臭氧處理，活性炭的吸附性能將會較好，**廢氣的處理將會較加安全和有效。

2.3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**廢氣，是使用微生物的生理過程把**廢氣中的有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為簡單的無機物，比如CO2、H2O和其它簡單無機物等。這是一種無害的**廢氣處理方式。

一般情況下，一個完整的生物處理**廢氣過程包括3個基本步驟：a) **廢氣中的**污染物首先與水接觸，在水中可以迅速溶解;b) 在液膜中溶解的**物，在液態(tài)濃度低的情況下，可以逐步擴散到生物膜中，進而被附著在生物膜上的微生物吸收;c) 被微生物吸收的**廢氣，在其自身生理代謝過程中，將會被降解，較終轉(zhuǎn)化為對環(huán)境沒有損害的化合物質(zhì)。

2.4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**廢氣與分離凈化裝置中，氣體的壓力會出現(xiàn)一定的變化，通過這種壓力變化來處理**廢氣。

PSA 技術(shù)主要應(yīng)用的是物理法，通過物理法來實現(xiàn)**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兩方面有一定優(yōu)勢。在一定溫度和壓力下，這種沸石分子篩可以吸附**廢氣中的**成分，然后把剩余氣體輸送到下個環(huán)節(jié)中。在吸附**廢氣后，通過一定工序?qū)⑵滢D(zhuǎn)化，保持并提高吸附劑的再生能力，進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**廢氣得到凈化。

近年來，該技術(shù)開始在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用，對于氣體分離有良好效果。該技術(shù)的主要優(yōu)勢有：能源消耗少、成本比較低、工序操作自動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)對于回收和處理有一定**的氣體效果良好。

2.5氧化法

對于有毒、有害，而且不需要回收的VOC，熱氧化法是較適合的處理技術(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：

aCxHyOz+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)上的燃燒過程相類似，但其由于VOC濃度比較低，在化學(xué)反應(yīng)中不會產(chǎn)生肉眼可見的火焰。一般情況下，氧化法通過兩種方法可確保氧化反應(yīng)的順利進行：a) 加熱。使含有VOC的**廢氣達到反應(yīng)溫度;b) 使用催化劑。如果溫度比較低，則氧化反應(yīng)可在催化劑表面進行。所以，**廢氣處理的氧化法分為以下兩種方法：

a) 催化氧化法?，F(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渡元素金屬氧化物，比如MnO2，與粘合劑經(jīng)過一定比例混合，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，在處理前必須徹底清除可使催化劑中毒的物質(zhì)，比如Pb、Zn和Hg等。如果**廢氣中的催化劑毒物、遮蓋質(zhì)無法清除，則不可使用這種催化氧化法處理VOC;

b) 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。

技術(shù)的發(fā)展方向。

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，在燃燒過程中，焚燒爐內(nèi)產(chǎn)生的熱混合區(qū)可對VOC廢氣預(yù)熱，預(yù)熱后便可為**廢氣的處理提供足夠空間、時間，較終實現(xiàn)**廢氣的無害化處理。

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)、時間(Time)、湍流混合情況(Turbulence)。這“三T條件”是相互聯(lián)系的，在一定范圍內(nèi)，一個條件的改善可使另外兩個條件降低。熱力燃燒式熱氧化器的缺點在于：輔助燃料價格高，導(dǎo)致裝置操作費用比較高。

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，進而把燃燒室排出氣體的熱量傳送給氧化裝置進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較高可達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 ℃～1 000 ℃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相當(dāng)高，而這也是其缺點所在。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缺點。

蓄熱式熱氧化器，簡稱為RTO，在熱氧化裝置中計入蓄熱式熱交換器，在完成VOC預(yù)熱后便可進行氧化反應(yīng)。現(xiàn)階段，蓄熱式熱氧化器的熱回收率已經(jīng)達到了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)式和閥門切換式兩種，其中，閥門切換式是較常見的一種，由2個或多個陶瓷填充床組成，通過切換閥門來達到改變氣流方向的目的。

2.6液體吸收法

液體吸收法指的是通過吸收劑與**廢氣接觸，把**廢氣中的有害分子轉(zhuǎn)移到吸收劑中，從而實現(xiàn)分離**廢氣的目的。這種處理方法是一種典型的物理化學(xué)作用過程。**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**廢氣中的有害分子去除掉，但是對于不溶于水的廢氣，比如苯，則只能通過化學(xué)方法清除，也就是通過**廢氣與溶劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，然后予以去除。

2.7冷凝回收法

在不同溫度下，**物質(zhì)的飽和度不同，冷凝回收法便是利用**物這一特點來發(fā)揮作用，通過降低或提高系統(tǒng)壓力，把處于蒸汽環(huán)境中的**物質(zhì)通過冷凝方式提取出來。冷凝提取后，**廢氣便可得到比較高的凈化。其缺點是操作難度比較大，在常溫下也不容易用冷卻水來完成，需要給冷凝水降溫，所以需要較多費用。這種處理方法主要適用于濃度高且溫度比較低的**廢氣處理。

**廢氣處理除上述處理方法之外，還包括高溫及觸媒燃燒法、活性炭吸附法、臭氧分解法和電化學(xué)氧化法等。這些方法均適用于**廢氣處理，但具體采用何種方法，則取決于廢氣濃度、設(shè)備裝置和環(huán)境溫度等條件。此外，還需要考慮操作人員的操作水平。