VOC廢氣處理方法及***缺點(diǎn)

 

一、有機(jī)廢氣處理技術(shù)

 

工業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生***量對(duì)***氣環(huán)境有***的VOC。VOC是指常溫下飽和蒸氣壓***于70Pa，常壓下沸點(diǎn)在260℃以?xún)?nèi)的有機(jī)化合物，包括烴類(lèi)、氧烴類(lèi)、含鹵烴類(lèi)、氮烴類(lèi)和硫烴類(lèi)。VOC種類(lèi)繁多，來(lái)源廣泛，難以控制。一般來(lái)說(shuō)，根據(jù)廢氣處理的方法，有機(jī)廢氣處理的方法主要有兩種:一種是回收法，另一種是消除法?；厥辗椒ㄖ饕刑嘉?、變壓吸附、冷凝和膜分離技術(shù)。回收方法采用溫度、壓力、選擇性吸附劑和選擇性滲透膜等物理方法分離VOC。消除方法包括熱氧化、催化燃燒、生物氧化和集成技術(shù)；消除方法主要是通過(guò)化學(xué)或生化反應(yīng)，利用熱量、催化劑和微生物將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為CO2和H2O。

 

1.回收技術(shù)

 

(1)活性炭吸附法

 

活性炭吸附是目前應(yīng)用***廣泛的回收技術(shù)。其原理是利用吸附劑(顆粒活性炭和活性炭纖維)的多孔結(jié)構(gòu)來(lái)捕集廢氣中的VOC。含VOC的有機(jī)廢氣通過(guò)活性炭床，VOC被吸附劑吸附，廢氣經(jīng)過(guò)凈化后排入***氣?；钚蕴课竭_(dá)到飽和后，飽和的活性炭床脫附蓄熱；引入水蒸氣加熱碳層，吹走VOC，與水蒸氣形成蒸汽混合物，一起離開(kāi)活性炭吸附床，用冷凝器冷卻蒸汽混合物，將蒸汽冷凝成液體。如果VOC是水溶性的，液體混合物通過(guò)精餾凈化；如果不溶于水，直接用沉降器回收VOC。涂料中使用的“三苯基”可以直接回收，因?yàn)樗c水不混溶?；钚蕴课郊夹g(shù)主要用于廢氣成分簡(jiǎn)單、有機(jī)物回收價(jià)值高的情況。廢氣處理設(shè)備的規(guī)模和成本與氣體中的VOC量成正比，但相對(duì)與廢氣流量無(wú)關(guān)；因此，活性炭吸附床往往***氣濃度較低，一般在VOC濃度小于5000PPM時(shí)使用。適用于油漆、印刷、粘合劑等低溫、低濕、排氣量***的場(chǎng)所，尤其適用于鹵化物的凈化回收。

 

(2)冷凝法

 

冷凝是***簡(jiǎn)單的回收技術(shù)，將廢氣冷卻使其溫度低于有機(jī)物的露點(diǎn)溫度，使有機(jī)物冷凝成液滴，從廢氣中分離出來(lái)，直接回收。然而，在這種情況下，離開(kāi)冷凝器的廢氣仍然含有高濃度的VOC，不能滿(mǎn)足環(huán)境排放標(biāo)準(zhǔn)。為了獲得高回收率，系統(tǒng)需要高壓低溫，設(shè)備成本顯著增加。冷凝法主要用于回收高沸點(diǎn)、高濃度的VOC，適用濃度范圍> 5%(體積)。

 

(3)膜分離技術(shù)

 

膜分離系統(tǒng)是一種工藝簡(jiǎn)單、回收率高、能耗低、無(wú)二次污染的新型高效分離技術(shù)。膜分離技術(shù)的基礎(chǔ)是使用對(duì)有機(jī)物具有選擇性透過(guò)性的聚合物膜，其對(duì)有機(jī)蒸氣的透過(guò)性是空氣的10-100倍，從而實(shí)現(xiàn)有機(jī)物的分離。***簡(jiǎn)單的膜分離系統(tǒng)是單級(jí)膜分離系統(tǒng)，直接使壓縮氣體通過(guò)膜表面實(shí)現(xiàn)VOC分離。但單級(jí)膜由于分離程度低，難以滿(mǎn)足分離要求，而多級(jí)膜分離系統(tǒng)將******增加設(shè)備投資。

 

(4)變壓吸附技術(shù)

 

該技術(shù)***先利用吸附劑在一定壓力下吸附有機(jī)物。當(dāng)吸附劑吸附飽和時(shí)，吸附劑蓄熱。蓄熱不使用蒸汽，而是通過(guò)壓力轉(zhuǎn)化脫附有機(jī)物。當(dāng)壓力降低時(shí)，有機(jī)物從吸附劑表面脫附。其***點(diǎn)是無(wú)污染，回收效率高，能回收活性有機(jī)物。但是這種技術(shù)運(yùn)行成本高，吸附需要加壓，脫附需要降壓，很少用于環(huán)保。

 

回收技術(shù)的適用范圍

 

顆?；钚蕴恐饕糜诨厥罩緹N和芳香烴、***部分含氯溶劑、常用的醇類(lèi)、一些酮類(lèi)和酯類(lèi)等。常見(jiàn)的有苯、甲苯、二甲苯、己烷、庚烷、甲乙酮、丙酮、四氯化碳、乙酸乙酯等。活性炭纖維吸附可以回收苯乙烯、丙烯腈等活性單體，但成本遠(yuǎn)高于顆?；钚蕴课健Ｎ椒ㄒ褟V泛應(yīng)用于涂料工業(yè)中“三苯基”和“乙酸乙酯”的回收、制鞋工業(yè)中“三苯基”的回收、印刷工業(yè)中甲苯和乙酸乙酯的回收、電子工業(yè)中二氯甲烷和三氯乙烷的回收?；钚蕴课椒ㄒ髲U氣中的VOC不超過(guò)5000PPM，濕度不超過(guò)50%。當(dāng)濃度***于5000PPM時(shí)，需要稀釋后才能吸附，不適用于某些活性物質(zhì)，如酮、醛、酯等。這類(lèi)VOC會(huì)與活性炭或活性炭表面發(fā)生反應(yīng)，堵塞炭孔，使活性炭失活。

 

冷凝法對(duì)高沸點(diǎn)有機(jī)物有效，對(duì)中、高揮發(fā)性有機(jī)物無(wú)效。該方法適用于VOC濃度> 5%，回收率不高。但是廢氣中***部分含有水分，當(dāng)溫度低于0℃時(shí)會(huì)結(jié)冰，降低了系統(tǒng)的可靠性，所以很少單***使用。

 

膜分離法適用于處理濃縮物流。隨著新型高效膜的出現(xiàn)和系統(tǒng)成本的降低，它將成為一種重要的回收方法。

 

2.消除技術(shù)

 

(1)熱氧化

 

熱氧化系統(tǒng)是一種火焰氧化器，通過(guò)燃燒消除有機(jī)物，其工作溫度高達(dá)700℃-1000℃。這不可避免地導(dǎo)致高燃料成本。為了降低燃料成本，有必要從離開(kāi)氧化器的廢氣中回收熱量。熱量回收有兩種方式，傳統(tǒng)的分區(qū)傳熱和新的非穩(wěn)態(tài)蓄熱技術(shù)。

 

隔膜熱氧化是用管式或板式隔膜換熱器捕捉凈化廢氣的熱量，可回收40%-70%的熱能，用回收的熱量預(yù)熱進(jìn)入氧化系統(tǒng)的有機(jī)廢氣。預(yù)熱后，廢氣通過(guò)火焰達(dá)到氧化溫度，并被凈化。分區(qū)換熱的缺點(diǎn)是熱回收效率不高。

 

蓄熱式熱氧化采用一種新的非穩(wěn)態(tài)傳熱方式來(lái)回收熱量。主要原理是有機(jī)廢氣和凈化廢氣交替循環(huán)，通過(guò)多次改變流向，***限度地捕捉熱量。儲(chǔ)熱系統(tǒng)提供極高的熱量回收。

 

VOC有機(jī)廢氣進(jìn)入RTO系統(tǒng)，***先進(jìn)入耐火蓄熱床層1(已被前一循環(huán)凈化氣加熱)，廢氣從床層1吸收熱能升溫，然后進(jìn)入氧化室；VOC在氧化室內(nèi)被氧化成CO2和H2O，廢氣得到凈化。氧化后的高溫凈化氣體離開(kāi)燃燒室，進(jìn)入另一個(gè)冷蓄熱床層2，冷蓄熱床層2從凈化廢氣中吸收熱量并儲(chǔ)存(用于預(yù)熱下一個(gè)循環(huán)進(jìn)入系統(tǒng)的有機(jī)廢氣)，降低凈化廢氣的溫度。當(dāng)該過(guò)程持續(xù)一定時(shí)間時(shí)，氣流方向反轉(zhuǎn)，有機(jī)廢氣從床2進(jìn)入系統(tǒng)。這一循環(huán)不斷吸收和釋放熱量，作為集熱器的蓄熱床在入口和出口的運(yùn)行模式中不斷變化，產(chǎn)生高效的熱量回收，熱量回收率高達(dá)95%，VOC消除率高達(dá)99%。

 

(2)催化燃燒

 

催化燃燒是一種類(lèi)似于熱氧化的處理VOC的方法。它通過(guò)用貴金屬催化劑如鉑和鈀以及過(guò)渡金屬氧化物催化劑代替火焰來(lái)凈化有機(jī)物。工作溫度比熱氧化低一半，通常為250℃-500℃。隨著溫度的降低，允許使用標(biāo)準(zhǔn)材料代替昂貴的***殊材料，******降低了設(shè)備成本和運(yùn)行成本。與熱氧化類(lèi)似，該系統(tǒng)仍可分為兩種熱回收方式:分區(qū)式和蓄熱式。

 

分區(qū)催化燃燒是在催化床后設(shè)置一個(gè)換熱器，可以降低廢氣溫度，預(yù)熱含VOC的有機(jī)廢氣，其熱回收可達(dá)60%-75%。這種氧化劑長(zhǎng)期以來(lái)一直用于工業(yè)過(guò)程。

 

蓄熱催化燃燒是一種新的催化技術(shù)。它具有RTO高效回收能量的***點(diǎn)，以及低溫操作和催化反應(yīng)節(jié)能的***點(diǎn)。將催化劑置于蓄熱材料***部，達(dá)到***凈化效果，其熱回收率高達(dá)95%-98%。

 

RCO系統(tǒng)性能的關(guān)鍵是使用浸漬在鞍狀或蜂窩狀陶瓷上的***殊催化劑、貴金屬或過(guò)渡金屬催化劑，使氧化在RTO系統(tǒng)一半溫度下發(fā)生，既降低了燃料消耗，又降低了設(shè)備成本。目前***內(nèi)已采用RCO技術(shù)消除有機(jī)廢氣，許多RTO設(shè)備已改造為RCO，可降低運(yùn)行成本33%-75%，增加廢氣流量20%-40%。

 

(3)集成技術(shù)(活性炭吸附+催化氧化)

 

對(duì)于流量***、濃度低的有機(jī)廢氣，單***使用上述方法過(guò)于昂貴且不經(jīng)濟(jì)。用碳吸附具有處理低濃度和***氣體積的***點(diǎn)。***先，廢氣中的有機(jī)物被活性炭捕獲，然后用流速小得多的熱空氣脫附。這樣可以使VOC富集10-15倍，廢氣量******減少，后處理設(shè)備規(guī)模******縮小。將濃縮后的氣體送入催化燃燒裝置，利用催化燃燒適合處理較高濃度的***點(diǎn)，消除VOC。催化燃燒釋放的熱量可以通過(guò)隔板換熱器對(duì)進(jìn)入碳吸附床的脫附氣體進(jìn)行預(yù)熱，從而降低系統(tǒng)的能量需求。該技術(shù)利用活性炭吸附處理低濃度、高風(fēng)量的滯留點(diǎn)，利用催化床處理中等風(fēng)量、高濃度，形成非常有效的集成技術(shù)。在***內(nèi)，這項(xiàng)技術(shù)也被用于處理排放***量空氣和低濃度有機(jī)廢氣的行業(yè)，如油漆、印刷和制鞋。

 

消除技術(shù)的使用范圍

 

(1)熱氧化熱氧化系統(tǒng)在700℃-1000℃下運(yùn)行，適用于2000-50000m3/h的流量和100-2000PPM的VOC濃度。

 

與蓄熱式相比，隔斷式的***點(diǎn)是可以通過(guò)簡(jiǎn)單的金屬熱交換器捕獲熱量，只需幾分鐘就可以達(dá)到所需的運(yùn)行條件，***適合循環(huán)運(yùn)行。

 

蓄熱熱氧化具有很高的氧化溫度，可以處理難以熱分解的有機(jī)物。該系統(tǒng)中98%-99%的VOC消除率非常普遍。熱回收效率為85%-95%。它可以在很少或沒(méi)有燃料的情況下運(yùn)行，***別是對(duì)于VOC含量相對(duì)較低的氣體，這比隔墻的熱氧化更便宜。

 

熱氧化的缺點(diǎn)是:①高溫燃燒產(chǎn)生NOx，也是一種危險(xiǎn)的排放物，需要進(jìn)一步處理；②緩慢的熱反應(yīng)；③鹵化物處理不滿(mǎn)意，必須增加后處理裝置的洗滌塔處理酸性氣體；④進(jìn)氣濃度不能高于25% LEL；⑤設(shè)備投資成本高。

 

(2)催化氧化

 

催化氧化在比熱氧化更低的溫度下進(jìn)行，通常在250℃-500℃，處理能力為2000-20000m3/h，適用于100-2000 PPM的VOC濃度，其消除效率高達(dá)95%以上。較低的運(yùn)行溫度結(jié)合隔板換熱器可以減少啟動(dòng)所需的燃料。

 

催化燃燒比熱氧化有幾個(gè)***點(diǎn):①反應(yīng)溫度比熱氧化低一半，節(jié)省燃料；②停留時(shí)間短，設(shè)備尺寸減??；③由于燃料的減少，產(chǎn)生的CO減少，CO和VOC一起轉(zhuǎn)化；④與熱氧化系統(tǒng)相比，它需要較少的啟動(dòng)和冷卻時(shí)間；⑤低運(yùn)行溫度消除了氮氧化物的形成；⑥隨著溫度的降低，允許使用標(biāo)準(zhǔn)材料而不是昂貴的***殊材料，RCO系統(tǒng)的整體機(jī)械壽命會(huì)增加。

 

催化氧化也有缺點(diǎn):①催化劑容易被重金屬或顆粒覆蓋而失活；②處理鹵化物和硫化物時(shí)，會(huì)產(chǎn)生酸性氣體，需要洗滌塔進(jìn)一步處理；③如果廢催化劑不能回收，也應(yīng)進(jìn)行處理；④進(jìn)氣濃度不能***于25%。

 

(3)集成技術(shù)(活性炭吸附+催化燃燒)

 

活性炭吸附回收VOC已廣泛應(yīng)用于油漆、印刷、電子等行業(yè)，消除率可達(dá)90%-95%。但對(duì)于低濃度廢氣，經(jīng)濟(jì)回收不經(jīng)濟(jì)，因此采用淘汰技術(shù)。

 

集成技術(shù)的***點(diǎn)是以較低的成本處理低濃度、***體積的廢氣，通過(guò)濃縮廢氣減少待處理廢氣的體積，用較小的催化燃燒氧化劑處理***流量廢氣，從而降低設(shè)備成本和運(yùn)行成本。

 

這種方法也有一些缺點(diǎn)。該技術(shù)不適用于廢氣中含有高活性和反應(yīng)性VOCs，且相對(duì)濕度***于50%的情況。對(duì)于含鹵素化合物的廢氣，仍需要后處理設(shè)備。

 

可以看出，上述每種方法都有其***缺點(diǎn)和適用對(duì)象，現(xiàn)將幾種常用方法的***缺點(diǎn)總結(jié)比較如下。

 

熱燃燒技術(shù)的***缺點(diǎn)

 

***點(diǎn):①凈化效率高；②無(wú)需預(yù)處理即可凈化各種有機(jī)廢氣，不穩(wěn)定因素少，可靠性高；③在廢氣濃度高、設(shè)計(jì)合理的情況下，熱能可以重復(fù)利用。

 

缺點(diǎn):①處理溫度高，能耗高；②存在二次污染；③燃燒裝置、燃燒室和熱回收裝置價(jià)格昂貴，維護(hù)困難；④處理***流量低濃度廢氣能耗過(guò)***，運(yùn)行成本高。

 

實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的***缺點(diǎn)

 

***點(diǎn):①具有TO的***點(diǎn)，但需要對(duì)復(fù)雜的有機(jī)廢氣進(jìn)行預(yù)處理；②能耗遠(yuǎn)低于TO，可處理***氣中低濃度廢氣。

 

缺點(diǎn):①處理溫度低于TO，但仍較高，故仍有少量二次污染；②成本較高；③占地面積***。

 

催化燃燒的***缺點(diǎn)

 

***點(diǎn):①凈化效率高，無(wú)二次污染；②能耗低，同等條件下比TO低50%左右，運(yùn)行成本低。

 

缺點(diǎn):①用電能預(yù)熱時(shí)，不能處理低濃度廢氣；②催化劑成本高，使用壽命有限；③復(fù)雜廢氣需要預(yù)處理。

 

RCO的***缺點(diǎn)

 

***點(diǎn):①凈化效率高，無(wú)二次污染；②各種燃燒方式中能耗***，廢氣濃度為1-1.5g/m3。③可處理各種有機(jī)廢氣。

 

缺點(diǎn):①整體式占地面積小，但維護(hù)困難；②分體式占地面積***；③整體式不適合高濃度(4g/m3)，否則催化床會(huì)過(guò)熱；④復(fù)雜廢氣需要預(yù)處理。

 

吸附法的***缺點(diǎn)

 

***點(diǎn):①可凈化***流量低濃度廢氣；②溶劑可針對(duì)單一品種廢氣進(jìn)行回收；③運(yùn)行成本低。

 

缺點(diǎn):①吸附劑需要補(bǔ)充和蓄熱；②溫度較高的廢氣需要先冷卻；③復(fù)雜廢氣需要預(yù)處理；④管理不方便；⑤存在二次污染；⑥安全性差。

 

吸收法的***缺點(diǎn)

 

***點(diǎn):(1)水作為親水性溶劑蒸汽的吸附劑，設(shè)備成本低，運(yùn)行成本低，安全；②苯廢氣可被油和酯吸收，凈化率高；適用于***流量、低濃度的廢氣。

 

缺點(diǎn):①用水作吸附劑時(shí)，需要對(duì)產(chǎn)生的廢水進(jìn)行處理；②吸附和脫附的控制和管理復(fù)雜。

 

(二)低濃度、***風(fēng)量有機(jī)廢氣的處理技術(shù)

 

在使用有機(jī)溶劑的行業(yè)中，汽車(chē)涂裝、印刷等行業(yè)排放的有機(jī)廢氣具有有機(jī)溶劑濃度低、風(fēng)量***的***點(diǎn)。如果采用上述方法，將會(huì)使用巨***的設(shè)備，并且消耗很高。目前***際上主要采用以下方法處理這類(lèi)低濃度、***風(fēng)量的有機(jī)廢氣。

 

(1)蜂窩輪集中系統(tǒng)

 

該系統(tǒng)采用蜂窩輪連續(xù)吸附分離低濃度***風(fēng)量廢氣中的有機(jī)溶劑。然后用小風(fēng)量的熱空氣脫附，得到高濃度、小風(fēng)量的含有機(jī)溶劑氣體。濃縮氣體與小型催化燃燒或活性炭回收裝置結(jié)合，形成經(jīng)濟(jì)的處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)的關(guān)鍵部件是一個(gè)圓柱形吸附輪，它由活性炭或疏水沸石制成波紋狀，然后卷成蜂窩狀結(jié)構(gòu)。整個(gè)蜂窩輪分為吸附區(qū)和蓄熱區(qū)，運(yùn)行時(shí)以極低的速度連續(xù)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)含有有機(jī)溶劑的廢氣通過(guò)吸附區(qū)時(shí)，有機(jī)溶劑被吸附，凈化后的氣體被排出。被轉(zhuǎn)輪吸附的有機(jī)溶劑隨著轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)被送入蓄熱區(qū)，在120-140℃下被熱空氣加熱脫附，隨熱空氣排出。由于脫附風(fēng)量遠(yuǎn)小于吸附風(fēng)量，脫附氣體中有機(jī)溶劑的濃度可提高10-20倍。脫附后，廢氣只能通過(guò)吸收十分之一空氣量的裝置進(jìn)行處理。該系統(tǒng)體積小、成本低，已成為***外處理低濃度、***體積有機(jī)廢氣的主要方法，并得到廣泛應(yīng)用。然而，它的引入是昂貴的，這在中***的市場(chǎng)推廣經(jīng)濟(jì)中是無(wú)法忍受的。***內(nèi)一些研究單位利用其凈化工藝，改造主要設(shè)備，使其適合我***。例如，該研究采用用多個(gè)填充蜂窩活性炭的固定吸附濃縮器代替蜂窩輪濃縮器的方法，通過(guò)在多個(gè)固定床之間切換吸附和脫附過(guò)程，完成蜂窩輪旋轉(zhuǎn)所起到的作用。由于這種方法沒(méi)有旋轉(zhuǎn)部件，也沒(méi)有動(dòng)密封問(wèn)題，設(shè)備制造簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，價(jià)格便宜，具有原工藝集中的***點(diǎn)。

 

(2)液體吸收法

 

在該方法中，有機(jī)廢氣中的有機(jī)溶劑通過(guò)與液體吸收劑接觸而被吸收劑吸收，然后脫附以除去或回收有機(jī)溶劑，使得吸收劑可以蓄熱和重復(fù)使用。由于工藝中可以選擇比吸附和催化燃燒裝置***幾倍的塔式吸收設(shè)備，因此設(shè)備的體積可以做得小得多，設(shè)備成本也低。但是很難找到理想的吸收劑，因?yàn)橛袡C(jī)溶劑一般是非極性物質(zhì)，會(huì)與極性水分子相互排斥，難以溶解。然而，在有機(jī)溶劑中具有高溶解度的油或芳香萃取劑通常是昂貴的，并且它們中的一些具有異味。同時(shí)，液體吸收還有很多問(wèn)題需要解決，限制了它的應(yīng)用。

 

(3)生物處理

 

生物除臭技術(shù)自20世紀(jì)40-50年代在德***和美***得到成功發(fā)展。在日本，對(duì)土壤除臭和活性污泥除臭的研究始于1970年左右，各種裝置已經(jīng)開(kāi)發(fā)出來(lái)并投入實(shí)際使用。

 

該方法中，有機(jī)溶劑被微生物分解。因其能耗低、運(yùn)行成本低而受到人們的關(guān)注。其缺點(diǎn)是對(duì)各種有機(jī)溶劑的選擇性，限制了其應(yīng)用***域。目前已用于污水處理廠、飼料加工廠、垃圾場(chǎng)等場(chǎng)所，對(duì)硫化氫、低分子醛、乙醇、有機(jī)酸等極性物質(zhì)進(jìn)行除臭。也用于處理彩膜乳液涂布干燥過(guò)程中產(chǎn)生的甲醇和乙酸乙酯。與其他方法相比，這種方法占地面積***，這是另一個(gè)缺點(diǎn)。

 

(3)光催化氧化技術(shù)(紫外光解技術(shù))

 

空氣中的氧分子被高能紫外光束分解產(chǎn)生游離氧(即活性氧)，由于游離氧攜帶的正負(fù)電子不平衡，需要與氧分子結(jié)合，從而產(chǎn)生臭氧，臭氧具有很強(qiáng)的氧化性。有機(jī)廢氣和惡臭氣體通過(guò)臭氧協(xié)同光解氧化降解轉(zhuǎn)化為低分子化合物、水和二氧化碳。與活性炭吸附和催化燃燒相比，光催化氧化具有經(jīng)濟(jì)潛力。無(wú)論用哪種方法處理低濃度、***風(fēng)量的有機(jī)廢氣，成本都很高。光催化技術(shù)處理效率高，可達(dá)95%以上，適應(yīng)性強(qiáng)，可適應(yīng)中低濃度、***氣量及不同惡臭氣體物質(zhì)的除臭凈化處理；產(chǎn)品性能穩(wěn)定，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，可24小時(shí)連續(xù)工作；運(yùn)行成本低，設(shè)備能耗低，無(wú)專(zhuān)人管理維護(hù)，只定期檢查。