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)揮發性有機物(wù)，是指常溫下(xià)飽和(hé)蒸汽 壓大于 70Pa、常壓下(xià)沸點在 260℃以下(xià)的有機化合物(wù)，或在 20℃條件下(xià)蒸汽壓 大于或者等于 10Pa 具有相應揮發性的全部有機化合物(wù)。 1.2 VOCs 分類： VOC 按其化學結構，可(kě)以進一(yī)步分為(wèi)：烷類、芳烴類、烯類、鹵烴類、酯 類、醛類、酮類和(hé)其他(tā)化合物(wù)。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、************、三氯乙烷、二異氰酸酯(TDI)、 二異氰甲苯酯等。 VOCs 有機廢氣種類繁多，來源廣泛，治理難度大，根據部分國(guó)外(wài)主要(yào)環境優 先污染物(wù)名錄，VOCs 占 80％以上(shàng)。一(yī)次性投資和(hé)操作(zuò)費(fèi)用高，基本上(shàng)無回收利 用價值。成分複雜(zá)的有機廢氣則更加難以淨化、分離和(hé)回收。 1.3 VOCs 危害： VOCs 由于成分複雜(zá)，在環境中會導緻複合型污染，誘發霧霾 ，産生光(guāng)化學 煙霧；且刺激人(rén)體呼吸系統、皮膚和(hé)眼晴，從(cóng)而導緻血液、神經系統和(hé)肝腎髒的 病變，具有緻 “三緻”作(zuò)用。 1.4 VOCs 來源： VOCs 來源廣泛，工(gōng)業源主要(yào)污染物(wù)包括石化工(gōng)業和(hé)煤炭加工(gōng)與轉化，多包 含烷烴、烯烴、硫醇、硫 醚、多環芳烴等；家具行(xíng)業主要(yào)為(wèi)乙酸丁酯、乙苯、 間(jiān)對二甲苯等；包裝印刷工(gōng)業中的苯系物(wù)、醇類、脂類和(hé)酮類；油類儲運和(hé)銷 售過程，塗料、油墨、膠粘劑、農藥等以 VOCs 為(wèi)原料的生産行(xíng)業，塗裝、印 刷、粘合、工(gōng)業清洗等含 VOCs 産品的使用過程；生活源包括建築裝飾裝修、餐 飲服務和(hé)服裝幹洗等 2. VOCs 治理技術(shù)： VOCs 污染防治分為(wèi)兩個方面即源頭控制和(hé)末端治理綜合防治方法。源頭控制 可(kě)實施的方案很(hěn)少(shǎo)，無非是采用先進的技術(shù)，提高轉化，集中收集廢 氣，減少(shǎo)排放等。末端處理技術(shù)主要(yào)分兩大類：回收利用技術(shù)和(hé)銷毀技術(shù)。回收 利用技術(shù)的基本思路是通(tōng)過物(wù)理的方法，改變溫度、壓力或采用選擇性吸附劑和(hé) 選擇性滲透膜等，對排放的 VOCs 進行(xíng)吸收、過濾、分離，然後進行(xíng)提純等處理， 再資源化循環利用，包括冷(lěng)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(tōng)過燃燒等化學反應或生化反應，用熱(rè)、光(guāng)、催化劑或微(wēi)生物(wù)等，把 排放的 VOCs 分解轉化為(wèi)為(wèi)其他(tā)無毒無害的物(wù)質，包括熱(rè)力焚燒法、催化燃燒法、 生物(wù)降解法、光(guāng)催化降解法、等離子體技術(shù)。 VOC 主流處理技術(shù)如(rú)下(xià)框圖示： 2.1 吸附法 吸附法是利用某些具有吸附能(néng)力的物(wù)質如(rú)活性炭、矽膠、沸石分子篩、活性 氧化鋁等吸附有害成分而達到消除有害污染的目的。 吸附效果取決于吸附劑性質（比表面積、孔徑與孔隙等）、氣相污染物(wù)種類 和(hé)吸附系統的操作(zuò)溫度、濕度、壓力等因素。吸附劑要(yào)具有密集的細孔結構， 內(nèi)表面積大，吸附性能(néng)好，化學性質穩定，耐酸堿，耐水，耐高溫高壓，不易 破碎，對空氣阻力小。常用的吸附劑主要(yào)有活性炭（顆粒狀和(hé)纖維狀）、活性氧 化鋁、矽膠、人(rén)工(gōng)沸石等。 吸附法的運行(xíng)機理是利用吸附質表面分子官能(néng)團具有極大的表面能(néng)，其微(wēi)孔 相對孔壁分子共同作(zuò)用形成強大的分子場，形成較大的範德華力來捕捉、截流、 過濾 VOCS 氣體分子，再經過改變溫度、壓力，或用置換物(wù)置換等方式進行(xíng)脫附 再生，再經過冷(lěng)凝或吸收回收揮發性有機化合物(wù)的方法。用吸附質吸附回收 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(lěng)凝技術(shù) 膜技術(shù) 燃燒技術(shù) 光(guāng)催化降解 生物(wù)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(hé)回收方法的不同，有濕式吸附回收法和(hé)幹式吸附回收法。濕式吸附回收 法的脫附方法為(wèi)水蒸汽脫附，回收方法為(wèi)冷(lěng)凝回收，重力分離；幹式吸附回收法 的脫附方法為(wèi)真空脫附，回收方法為(wèi)高濃度吸附質選擇性吸收回收。 吸附法在 VOCs 的處理過程中應用極為(wèi)廣泛，主要(yào)用于低(dī)濃度、高流量有機 廢氣(如(rú)含碳氫化合物(wù)廢氣)的淨化。吸附法的優點在于去除效率高、能(néng)耗低(dī)、工(gōng) 藝成熟、脫附後溶劑可(kě)回收。缺點在于是設備龐大，流程複雜(zá)，投資後運行(xíng)費(fèi)用 較高且有二次污染産生，當廢氣中有膠粒物(wù)質或其他(tā)雜(zá)質時(shí)，吸附劑易中毒。 吸附法與其它淨化方法的集成技術(shù)治理衆多行(xíng)業的有機廢氣，在國(guó)內(nèi)得到了(le) 推廣應用。如(rú)采用液體吸附和(hé)活性炭吸附法聯合處理高濃度可(kě)回收苯乙烯廢氣； 采用吸附法和(hé)催化燃燒法聯合處理丙酮廢氣等。吸附法與其它淨化方法聯用後不 僅避免了(le)兩種方法各自(zì)的缺點，而且具有吸附效率高，無二次污染等特點。 2.2 吸收法 吸收技術(shù)主要(yào)是由廢氣和(hé)洗滌液接觸，以液體溶劑作(zuò)為(wèi)吸收劑，使廢氣中的 有害成分被液體吸收，從(cóng)而達到淨化的目的，其吸收過程是根據有機物(wù)相似相溶 原理，常采用沸點較高、蒸氣壓較低(dī)的柴油、煤油作(zuò)為(wèi)溶劑，使 VOC 從(cóng)氣相轉 移到液相中，然後對吸收液進行(xíng)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(néng)消除氣态污染物(wù)，還能(néng)回收一(yī)些有用的物(wù)質，可(kě)用來處理氣體流 量一(yī)般為(wèi) 3000～15 000 m3/h、濃度為(wèi) 0.05%～0.5%（體積分數(shù)）的 VOC，去除 率可(kě)達到 95%～98%。此方法适用于髙水溶性 VOCs，不适用于低(dī)濃度氣體，此方 法技術(shù)成熟，可(kě)去除氣态顆粒物(wù)，對酸性氣體能(néng)夠去除，且投資成本低(dī)占地(dì) 空間(jiān)小，但(dàn)存在後續廢水處理問(wèn)題。目前，很(hěn)少(shǎo)采用吸收法治理廢氣，主要(yào)原因 是無合适的吸收劑可(kě)以選擇。 該法的優點在于對處理大風(fēng)量、常溫、低(dī)濃度有機廢氣比較有效且費(fèi)用低(dī)， 而且能(néng)将污染物(wù)轉化為(wèi)有用産品。但(dàn)溶劑吸收法仍有不足之處，由于吸收劑後處 理投資大，對有機成分選擇性大，易出現二次污染。因而在處理 VOC 時(shí)需要(yào)選擇 多種不同溶劑分别進行(xíng)吸收，較大增加了(le)成本與技術(shù)複雜(zá)性。另外(wài)，有機物(wù)在吸 收劑中的溶解度、有機廢氣的濃度、吸收器的結構形式，如(rú)填料塔、噴淋塔，液 氣比、溫度等操作(zuò)參數(shù)等均為(wèi)吸收法的影響因素，任何一(yī)項發生改變将或多或少(shǎo) 影響到吸收法效用。 2.3 冷(lěng)凝法 冷(lěng)凝法是利用氣态污染物(wù)在不同溫度及壓力下(xià)具有不同飽和(hé)蒸汽壓。在降低(dī) 溫度或增加大氣力條件下(xià)，使某些污染物(wù)凝結出來，以達到淨化或回收的目的。 所需設備和(hé)操作(zuò)條件比較簡單，回收物(wù)質純度高，但(dàn)淨化程度不高，耗能(néng)較高， 對低(dī)濃度廢氣的淨化更是如(rú)此。冷(lěng)凝法适用于處理高濃度有機廢氣，特别是組分 單純的氣體的回收。 2.4 膜分離法 膜分離是利用天然或人(rén)工(gōng)合成的膜材料分離污染物(wù)的過程。原理是氣體分 子在膜的表面溶解産生濃度梯度，因為(wèi)不同氣體分子通(tōng)過緻密膜的溶解-擴散速 度有所不同，使氣體分子由膜內(nèi)向膜另一(yī)側擴散，最後從(cóng)膜的另一(yī)側表面解吸， 最終達到分離目的。該法是一(yī)種新型的分離方法，适合處理高濃度的有機廢 氣。 有機廢氣首先進行(xíng)冷(lěng)凝回收，餘下(xià)的進入膜分離後排放。該技術(shù)的優點是 投資少(shǎo)、見(jiàn)效快(kuài)、流程簡單、回收率高、能(néng)耗低(dī)、無二次污染 ，缺點是膜國(guó)産 率低(dī)，價格昂貴，而且膜壽命短；膜分離裝置要(yào)求穩流、穩壓氣體，操作(zuò)要(yào)求高。 膜分離有機蒸氣回收系統是通(tōng)過溶解-擴散機理來實現分離的。分離膜由塗 層和(hé)支撐層組成的複合膜，塗層一(yī)般具有高選擇性，也決定了(le)分離性能(néng)，支撐層 對膜的性能(néng)也有重要(yào)影響。膜技術(shù)常用于具有較高回收價值的 VOCs,如(rú)處理鹵化 碳氫化合物(wù)，且無二次污染。 2.5 燃燒法 燃燒法分為(wèi)直接燃燒法、催化燃燒法和(hé)濃縮燃燒法。其破壞機理是氧化、熱(rè) 裂解和(hé)熱(rè)分解，從(cóng)而達到治理 VOCs 的目的。直接燃燒法是對高濃度有機廢氣， 用燃油或燃氣作(zuò)為(wèi)輔助燃料，在高溫下(xià)直接分解為(wèi)無害物(wù)質。多數(shù)情況下(xià)，有機 物(wù)濃度較低(dī)，不足以在沒有輔助燃料時(shí)燃燒。此方法投資小，操作(zuò)方便，占地(dì)面 積少(shǎo)，适用于小風(fēng)量及高濃度的廢氣，對安全技術(shù)和(hé)操作(zuò)要(yào)求較高，另外(wài)可(kě)以回 收利用熱(rè)能(néng)，氣體淨化徹底。催化燃燒法是指在燃燒設備中，有機廢氣先被預熱(rè) 後，通(tōng)過催化床層的作(zuò)用，在較低(dī)的溫度下(xià)和(hé)較短的時(shí)間(jiān)內(nèi)完成化學反應過程。 催化燃燒起燃溫度低(dī)，大部分有機物(wù)和(hé) CO 在 200～400 ℃即可(kě)完成反應，故輔 助燃料消耗少(shǎo)，而且大量地(dì)減少(shǎo)了(le)氮化物(wù)的産生，适用于較多場合。但(dàn)燃燒法有 燃燒爆炸危險，熱(rè)力燃燒需消耗燃料，不能(néng)回收溶劑。而熱(rè)催化氧化法中不允許 廢氣中含有影響催化劑壽命和(hé)處理效率的塵粒和(hé)霧滴，也不允許有使催化劑中毒 的物(wù)質，以防催化劑中毒，因此采用催化燃燒技術(shù)處理有機廢氣須對廢氣作(zuò)前 處理。 為(wèi)了(le)提高熱(rè)利用效率，降低(dī)設備的運行(xíng)費(fèi)用，近年(nián)來發展了(le)蓄熱(rè)式熱(rè)力焚燒 技術(shù)和(hé)蓄熱(rè)式催化燃燒技術(shù)。這(zhè)兩項技術(shù)換熱(rè)效率高，可(kě)以在 VOCs 較低(dī)濃度下(xià) 使用。 2.6 生物(wù)降解法 生物(wù)處理技術(shù)應用于有機廢氣的淨化處理是近幾年(nián)才開(kāi)始的，是一(yī)項新興的 技術(shù)。常見(jiàn)的生物(wù)處理工(gōng)藝包括生物(wù)過濾法、生物(wù)滴濾法、生物(wù)洗滌法、膜生物(wù) 反應器和(hé)轉盤式生物(wù)過濾反應器法。 生物(wù)法是利用微(wēi)生物(wù)對廢氣中的污染物(wù)進行(xíng)消化代謝(xiè)，将污染物(wù)轉化為(wèi)無害 的水、二氧化碳及其他(tā)無機鹽。生物(wù)法要(yào)求外(wài)界條件較高，包括溫濕度、pH 等 ， 對有機物(wù)的降解需要(yào)一(yī)定時(shí)間(jiān)，适合處理低(dī)濃度有機廢氣。但(dàn)生物(wù)方法有其自(zì)身 的優點，包括投資較小設備簡單，無二次污染的優點。廢氣生物(wù)處理技術(shù)主要(yào)有 生物(wù)濾池 、生物(wù)洗滌塔和(hé)生物(wù)滴濾池三種。 2.7 低(dī)溫等離子體法 低(dī)溫等離子體淨化技術(shù)作(zuò)為(wèi)一(yī)種新型的廢氣治理技術(shù)了(le)越來越多的關注。 等離子體由電子、離子、自(zì)由基和(hé)中性粒子組成，在外(wài)加電場作(zuò)用下(xià)，利用介質 使大量電子激發出來并反複轟擊廢氣的氣體分子，去激活、電離、裂解廢氣中的 各種成分，産生複雜(zá)的物(wù)理化學反應，使複雜(zá)大分子污染物(wù)轉變為(wèi)一(yī)些小分子的 物(wù)質(如(rú)二氧化碳和(hé)水)，或使有毒有害物(wù)質轉變為(wèi)無毒無害或低(dī)毒低(dī)害物(wù)質， 從(cóng)而降解污染物(wù)。 2.8 紫外(wài)光(guāng)解法： 利用高能(néng)臭氧 UV 紫外(wài)線光(guāng)束分解空氣中的氧分子産生遊離氧，即活性氧，因 遊離氧所攜正負電子不平衡所以需與氧分子結合，進而産生臭氧。臭氧對有機物(wù) 具有極強的氧化作(zuò)用。氣體利用排風(fēng)設備輸入到本淨化設備後，淨化設備運用高 能(néng) UV 紫外(wài)線光(guāng)束及臭氧對氣體進行(xíng)協同分解氧化反應，使氣體降解轉化成低(dī)分 子化合物(wù)、水和(hé)二氧化碳，再通(tōng)過排風(fēng)管道(dào)排出室外(wài)。 2.9 轉輪處理技術(shù) 目前，随着汽車塗裝工(gōng)藝的發展，在汽車塗裝噴漆過程中水洗後有機廢氣的 處理，很(hěn)多發達國(guó)家采用了(le)“活性炭吸附+費(fèi)是濃縮轉輪系統+TNV 焚燒”綜合處 理 VOC 技術(shù)的方法。 汽車塗裝 VOC 處理中的沸石轉輪處理技術(shù)利用費(fèi)是低(dī)溫吸附、高溫脫富的特 性對有機廢氣進行(xíng)濃縮。濃縮後的廢氣終通(tōng)過廢氣焚燒爐、RTO 等處理後排放， 由于濃縮後的廢氣量僅有待處理廢氣的十分之一(yī)一(yī)下(xià)，從(cóng)而大大降低(dī)了(le)能(néng)耗，沸 石轉輪使用壽命較長(cháng)，長(cháng)可(kě)達 10 年(nián)。
