8種有機廢氣處理技術的優缺點diǎn

衆所周知zhī，工業生產過程中會產生大量對大氣環境有危害的有機氣體tǐ。當前qián，中國的大氣環境已受到嚴重污染rǎn，北方許多地區出現了嚴重霧霾天氣qì。在這種情況下xià，必須加大有機廢氣處理技術的研發力度dù，通過提高廢氣處理技術來降低其對大氣環境的危害hài。本文從cóngVOC氣體的危害入手shǒu，分析了其相關處理技術shù。

1 VOC及其危害概述shù

1.1 VOC概述shù

揮發性的有機化合物wù，簡稱爲wèiVOC(VolatileOrganic Compounds))，在工業生產中zhōng，通常作爲溶劑來使用yòng，使用之後便散發到大氣中zhōng。現階段duàn，其應用比較廣泛的領域包括石油化工gōng、印刷shuā、人造革及電子元器件jiàn、烤漆和醫藥等děng。

1.2 VOC危害概述shù

從化學物質的性質來看kàn，在工業生產等領域yù，一般用作溶劑的主要包括脂肪族化合物wù、鹵代烴和芳香族化合物等děng。這些有機溶劑如果揮發到大氣環境中zhōng，不僅會對大氣環境造成嚴重污染rǎn，而且人體呼入被污染的氣體後hòu，對人體健康產生危害hài。比如苯běn，它常常被當作一種溶劑來使用yòng，作爲溶劑揮發到大氣環境中zhōng，不僅可以被人體的皮膚所吸收shōu，而且還可通過呼吸系統進入人體內部bù，造成慢性或急性中毒dú，不過人體的de大部分中毒均是由於呼入有毒氣體造成的。

苯類化合物不僅會對人體的中樞神經造成一定的損害hài，而且還可能造成神經系統的障礙ài，進入人體後還會危害血液和造血器官guān，如果情況比較嚴重zhòng，甚至會有出血症zhèng狀或患上敗血症。氧化作用下xià，苯在生物體內可氧化成苯酚fēn，從而造成肝功能異常cháng，對骨骼的生長發育十分不利lì，誘發再生障礙性貧血xuè。如果苯蒸汽濃度過高gāo，生物可能因急性中毒而死亡wáng。因此cǐ，ACGIH把苯列爲潛在致癌物質zhì。鹵代烴類化合物會引發神經症候羣和血小板的減少shǎo、肝脾腫大等不良狀況kuàng，而且很有可能致癌ái。所以yǐ，必須控制zhìVOC的排放fàng，這不僅是對環境負責zé，也是對我們的生命健康負責zé。

2 VOC廢氣處理技術shù

當前qián，VOC廢氣處理技術主要包括熱破壞法fǎ、變壓吸附分離與淨化技術shù、吸附法和氧化處理方法等děng。

2.1熱破壞法fǎ

熱破壞法是指直接和輔助燃燒有機氣體tǐ，也就是shìVOC，或利用合適的催化劑加快kuàiVOC的化學反應yīng，最終達到降低有機物濃度dù，使其不再具有危害性的一種處理方法fǎ。

熱破壞法對於濃度較低的有機廢氣處理效果比較好hǎo，因此cǐ，在處理低濃度廢氣中得到了廣泛應用yòng。這種zhǒng方法主要分爲兩種，即直接火焰燃燒shāo和催化燃燒。直接火焰燃燒對有機廢氣的熱處理效率相對較高gāo，一般情況下可達到dào 99%。而催化燃燒指的是在催化牀層的作用下xià，加快有機廢氣的化學反應速度dù。這種方法比直接燃燒用時更少shǎo，但是如果離開催化劑輔助zhù，則無法發揮作用yòng。現階段duàn，可作爲催化劑使用的大都是金屬shǔ、金屬鹽yán。這兩種催化劑的催化效果雖說比較好hǎo，技術也已經相當成熟shú，但是其價格卻比較高gāo，所以處理成本也就比較高gāo。近年來lái，催化劑研製多集中在非貴金屬催化劑方向xiàng，取得了比較大的進展zhǎn。

此外wài，在催化有機廢氣過程中zhōng，還需要有催化劑的載體tǐ，其起着提高催化活性和穩定性的重要作用yòng。當前qián，多以陶瓷作爲催化劑載體tǐ，但在未來的催化劑研究當中zhōng，應加快研發高效活性催化劑及其載體tǐ。

2.2吸附法fǎ

有機廢氣中的吸附法主要適用於低濃度dù、高通量有機廢氣qì。現階段duàn，這種有機廢氣的處理方法已經相當成熟shú，能量消耗比較小xiǎo，但是處理效率卻非常高gāo，而且可以徹底淨化有害有機廢氣qì。

但是這種方法也存在一定缺陷xiàn，它需要的設備體積比較龐大dà，而且工藝流程比較複雜zá;如果廢氣中有大量雜質zhì，則容易導致工作人員中毒dú。所以yǐ，使用此方法處理廢氣的關鍵在於吸附劑jì。當前qián，採用吸附法處理有機廢氣qì，多使用活性炭tàn，主要是因爲活性炭細孔結構比較好hǎo，吸附性比較強qiáng。

此外wài，經過氧化鐵或臭氧處理lǐ，活性炭的吸附性能將會更好hǎo，有機廢氣的處理將會更加安全和有效xiào。

2.3生物處理法fǎ

從處理的基本原理上講jiǎng，採用生物處理方法處理有機廢氣qì，是使用微生物wù的生理過程把有機廢氣中的有害物質轉化爲簡單的無機物，比如rúCO2、H2O和其它簡單無機物等děng。這是一種無害的有機廢氣處理方式shì。

一般情況下xià，一個完整的生物處理有機廢氣過程包括kuò3個基本步驟zhòu：a) 有機廢氣中的有機污染物首先與水接觸chù，在水中可以迅速溶解jiě;b) 在液膜中溶解的有機物wù，在液態濃度低的情況下xià，可以逐步擴散到生物膜中zhōng，進而被附着在生物膜上的微生物吸收shōu;c) 被微生物吸收的有機廢氣qì，在其自身生理代謝過程中zhōng，將會被降解jiě，最終轉化爲對環境沒有損害的化合物質zhì。

2.4變壓吸附分離與淨化技術shù

變壓吸附分離與淨化技術是利用氣體組分可吸附在固體材料上的特性xìng，在有機廢氣與分離淨化裝置中zhōng，氣體的壓力會出現一定的變化huà，通過這種壓力變化來處理有機廢氣qì。

PSA 技術主要應用的是物理法fǎ，通過物理法來實現有機廢氣的淨化huà，使用材料主要是沸石分子篩shāi。沸石分子篩shāi，在吸附選擇性和吸附量兩方面有一定優勢shì。在一定溫度和壓力下xià，這種沸石分fēn子篩可以吸附有機廢氣中的有機成分，然後把剩餘氣體輸送到下個環節中zhōng。在吸附有機廢氣後hòu，通過一定工序將其轉化huà，保持並提高吸附劑的再生能力lì，進而可讓吸附劑再次投入使用yòng，然後重複上步驟工序xù，循環反覆fù，直到有機廢氣得到淨化huà。

近年來lái，該技術開始在工業生產中應用yòng，對於氣體分離有良好效果guǒ。該技術的主要優勢有yǒu：能源消耗少shǎo、成本比較低dī、工序操作自動化及分離淨化後混合物純度比較高gāo、環境污染小等děng。使用該技術對於回收和處理有一定價值的氣體效果良好hǎo。

2.5氧化法fǎ

對於有毒dú、有害hài，而且不需要回收的deVOC，熱氧化法fǎ是最適合的處理技術和方法。氧化法的基本原理lǐ：VOC與yǔO2發生氧化反應yīng，生成chéngCO2和héH2O，化學方程式如下xià：

aC_xH_yO_z+bO₂→cCO₂+dH₂O

從化學反應方程式上看kàn，該氧化反應和化學上的燃燒過程相類似shì，但其由於yúVOC濃度比較低dī，在化學反應中不會產生肉眼可見的火焰yàn。一般情況下xià，氧化法通過兩種方法可確保氧化反應的順利進行xíng：a) 加熱rè。使含有yǒuVOC的有機廢氣達到反應溫度dù;b) 使用催化劑jì。如果溫度比較低dī，則氧化反應可在催化劑表面進行xíng。所以yǐ，有機廢氣處理的氧化法fǎ分爲以下兩種方法：

a) 催化氧化法fǎ。現階段duàn，催化氧化法使用的催化劑有兩種zhǒng，即貴金屬催化劑jì和非貴金屬催化劑。貴金屬催化劑主要包括kuòPt、Pd等děng，它們以細顆粒形式依附在催化劑載體上shàng，而催化劑載體通常是金屬或陶瓷蜂窩wō，或散裝填料liào;非貴金屬催化劑主要是由過渡元素金屬氧化物wù，比如rúMnO2，與粘合hé劑經過一定比例混合，然後製成的催化劑jì。爲有效防止催化劑中毒後喪失催化活性xìng，在處理前必須徹底清除可使催化劑中毒的物質zhì，比如rúPb、Zn和héHg等děng。如果有機廢氣中的催化劑毒物wù、遮蓋質無法清除chú，則不可使用這種催化氧化法處理lǐVOC;

b) 熱氧化法fǎ。熱氧化法當前分爲三種zhǒng：熱力燃燒式shì、間壁式shì、蓄熱式shì。三種方法的主要區別在於熱量回收方式shì。這三種方法均能催化法結合hé，降低化學反應的反應溫度dù。

技術的發展方向xiàng。

熱力燃燒式熱氧化器qì，一般情況下是指氣體焚燒爐lú。這種氣體焚燒爐由助燃劑jì、混合區和燃燒室三部分組成chéng。其中zhōng，助燃劑jì，比如天然氣qì、石油等děng，是輔助燃料liào，在燃燒過程中zhōng，焚燒爐內產生的熱混合區可對duìVOC廢氣預熱rè，預熱後便可爲有機廢氣的處理提供足夠空間jiān、時間jiān，最終實現有機廢氣的無害化處理lǐ。

在供氧充足條件下xià，氧化反應的反應程度dù——VOC去除率lǜ——主要取決於yú“三sānT條件jiàn”：反應溫度dù(Temperat)、時間jiān(Time)、湍流混合情況kuàng(Turbulence)。這zhè“三sānT條件jiàn”是相互聯繫的de，在一定範圍內nèi，一個條件的改善可使另外兩個條件降低dī。熱力燃燒式熱氧化器的缺點在於yú：輔助燃料價格高gāo，導致裝置操作費用比較高gāo。

間壁式熱氧化器指的是在熱氧化裝置中zhōng，加入間壁式熱交換器qì，進而把燃燒室排出氣體tǐ的熱量傳送給氧化裝置進口處溫度比較低的氣體，預熱完成後便可促成氧化反應yīng。現階段duàn，間壁式熱交換器的熱回收率最高可達dá85%，因此大幅降低了輔助燃料的消耗hào。一般情況下xià，間壁式shì熱交換器有三種形式：管式shì、殼式shì和板式。由於熱氧化溫度必須控制在zài800 ℃～1 000 ℃範圍內nèi，因此cǐ，間壁式熱交換必須由不鏽鋼或合金材料製成chéng。所以間壁式熱交換器的造價相當高gāo，而這也是其缺點所在zài。此外wài，材料的熱應力也很難消除chú，這是間壁式熱交換的另外一個缺點diǎn。

蓄熱式熱氧化器qì，簡稱爲wèiRTO，在熱氧化裝置中計入蓄熱式熱交換器qì，在完成chéngVOC預熱後便可進行氧化反應yīng。現階段duàn，蓄熱式熱氧化器的熱回收率已經達到了le95%，且其佔用空間比較小xiǎo，輔助燃料的消耗也比較少shǎo。由於當前的蓄熱材料liào可使用陶瓷填料，其可處理腐蝕性或含有顆粒物的deVOC氣體tǐ。

現階段duàn，RTO裝置分爲旋轉式和閥門切換式兩種zhǒng，其中zhōng，閥門切換式是最常見的一種zhǒng，由yóu2個或多個陶瓷填充牀組成chéng，通過切換閥門來達到改變氣流方向的de目的。

2.6液體吸收法fǎ

液體吸收法指的是通過吸收劑與有機廢氣接觸chù，把有機廢氣中zhōng的有害分子轉移到吸收劑中，從而實現分離有機廢氣的de目的。這種處理方法是一種典型的物理化學作用過程chéng。有機廢氣轉移到吸收劑中後hòu，採用解析方法把吸收劑中有害分子去除掉diào，然後回收shōu，實現吸收劑的重複使用yòng和利用。

從作用原理的角度劃分fēn，此方法fǎ可分爲化學方法和物理方法。物理lǐ方法是指利用物質之間相溶的原理，把水看作吸收劑jì，把有機廢氣中的有害分子去除掉diào，但是對於不溶於水的廢氣qì，比如苯běn，則只能通過化學方法清除chú，也就是通過有機廢氣與溶劑發生化學反應yīng，然後予以去除chú。

2.7冷凝回收法fǎ

在不同溫度下xià，有機物質的飽和度不同tóng，冷凝回收法便是利用yòng有機物這一特點來發揮作用，通過降低或提高系統壓力lì，把處於蒸汽環境中的有機物質通過冷凝方式提取出來lái。冷凝提取後hòu，有機廢氣便可得到比較高的淨化huà。其缺點是操作難度比較大dà，在常溫下也不容易用冷卻水來完成chéng，需要給冷凝水降溫wēn，所以需要較多費用yòng。這種處理lǐ方法主要適用於濃度高且溫度比較低的有機廢氣處理。

有機廢氣處理除上述處理方法之外wài，還包括高溫及觸媒燃燒法fǎ、活性炭吸附法fǎ、臭氧分解法和電化學氧化法等děng。這些方法均適用於有機廢氣處理lǐ，但具體採用何種方法fǎ，則取決於廢氣濃度dù、設備裝置和環境溫度等條件jiàn。此外wài，還需要考慮操作人員的操作水平píng。

3結語yǔ

當前qián，中國的工業發展進入到了一個新階段duàn，環境問題的日益突出影響到了人們的正常工作和生活huó，環境問題越來越受到人們的關注zhù。所以在這種形勢下xià，必須控制工業等生產領域有害氣體的排放fàng，減少其對大氣環境的污染rǎn。在本文中zhōng，主要探討了leVOC廢氣處理的相關技術shù，主要包括冷凝處理法fǎ、氧化處理法fǎ、液體吸附法fǎ、生物處理法和吸附法等děng。

作者zhě 王治民mín ， 孫建薇wēi

摘要敘述了leVOC及其危害hài,結合自身的理論知識和工作實際jì,探討了leVOC廢氣處理技術shù.指出chū,必須重視shìVOC的處理lǐ,通過研發廢氣處理新技術shù,降低有機廢氣對環境的危害hài.

來源yuán： 《能néng源與節能》 , 2014 (5) :97-99