VOCs的治理技術

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1.熱破壞法

  熱破壞法是目前應用比較廣泛也是研究較多的VOCs治理方法,可分為直接燃燒和催化燃燒。VOCS的熱破壞可能包含一系列分解、聚合及自由基反應;最重要的VOCs的破壞機理是氧化和熱裂解、熱分解。直接燃燒是VOCs在氣流中直接燃燒和輔助燃燒的方法。

  直接燃燒在適當的溫度和保留時間下,可以達到99%的熱處理效率。催化燃燒是VOCs在氣流中被加熱,在催化床層作用下,加快VOCs的化學反應,催化劑的存在使VOCs比直接燃燒法需要更少的保留時間和更低的溫度。催熱破壞能達到的熱破壞效率在90%-95%之間,稍低于直接法,是由于VOCE在催化床層的停留時間長,降低了摧化劑有效表面積,從而降低破壞效率。另外,催化劑常見對特定類型化合物反應,所以,催化燃燒的應用就受到了限制。

  用于VO Cs的凈化的催化劑主要有金屬和金屬鹽,金屬包括貴金屬和非貴金屬。目前使用的金屬催化劑主要是Pt,P d,技術成熟,催化活性高,但價格昂貴,而且對鹵素有機物在含N,P,S等元素時,會發生氧化使催化劑失活。近年來,催化劑的研制主要集中在非貴金屬,并取得了成果。如V205 + MOx (M:過渡族金屬)+貴金屬制成的催化劑用于治理甲硫醇廢氣;Pt+ P d+ C uO催化劑用于治理含氮有機醇廢氣。

  由于 VO Cs廢氣中常出現雜質,易引起催化劑中毒。這些雜質有P,Pt ,Bi ,As,Sn,Hg,Fe2+,Zn,鹵素等。

  催化劑載體起到節省催化劑,增大催化劑有效面積、減少凝結、提高催化活性和穩定性的作用。能作為載體的有:活性炭、氧化鋁、石棉、陶土、金屬等,最常見的是陶瓷載體,一般制成網狀、球狀、蜂窩狀或柱狀。而近年來研究較多且成功的有絲光氟石等。對催化燃燒而言,今后研究的重點與熱點是探索高效活性催化劑及其載體,催化氧化機理。

2.吸附法

      吸附法的應用廣泛,具有能耗低,工藝成熟,去除率高,凈化徹底,易于推廣的優點,有很好的環境和經濟效益。缺點是設備龐大,流程復雜,當廢氣中有膠粒物質或其他雜質時,吸附劑易中毒。吸附法主要用于低濃度,高通量的VOCs處理。

      決定吸附法處理VOCS的關鍵是吸附劑,吸附劑應具有密集的細孔、結構,內表面積大,吸附J性能好,化學性質穩定,不易破碎對空氣阻力小,常用的有活性炭、氧化鋁、硅膠、人工沸石等。目前,多數采用活性炭,其去除效率高,物流中有機物濃度在1000ppm以上,吸附率可達95%以上。活性炭有粒狀和纖維狀兩類。顆粒狀活性炭結構氣孔均勻,除小孔外,還有10 -100nm的中孔和1.5-5tm的大孔,處理氣體從外向內擴散,吸附脫附都較慢;而纖維活性炭孔徑分布均勻,孔徑小且絕大多數是1.5-3nm的微孔,由于小孔都向外,氣體擴散距離短,因而吸附脫附快。經過氧化鐵或氫氧化鈉或臭氧處理的活性炭往往具有更好的吸附性能,You等研究表明氧化后的活性炭具有更強的親VOCs能力,吸附有效傳質系數比未處理的活性炭大。為了 提 高 VOCs的凈化效率,吸附法常和其他方法聯用,可采用液體吸收和活性炭濕法吸附聯合處理,濃度較高,而且可吸收的VOCs廢氣,如處理苯乙烯的工藝流程;如采用吸附一催化燃燒處理丙酮廢氣,避免兩種方法的缺陷,具有吸附效率高,無二次污染等特點,集濃縮催化燃燒、脫附為一體。

3.吸收法

  吸收法是控制大氣污染的重要手段之一,不僅能消除氣態污染物,而且能將污染物轉化為有用產品。由于其治理氣態污染物技術成熟,設計操作經驗豐富,適用性強,因而在廢氣治理中廣泛應用。利用VOCs能與大部分油類物質互溶的特點,用高沸點、低蒸汽壓的油類作為吸收劑來吸收VOCs,常見的吸收器是填料洗滌吸收塔,用液體石油類物質回收苯乙烯就是一例,因苯乙烯極性弱,能與液體石油類物質很好互溶。為強化吸收效果,可用液體石油類物質,表面活性劑和水組成乳液來作吸收液。

      日本的上殊勇等研究利用環糊精作為有機鹵代物的鋪集材料,將環糊精水溶液作為在有機鹵代物和其他有機化合物共存時的吸收劑,對有機鹵代物進行吸收。這種吸收劑具有無毒無污染,解吸率高,回收節省能源,可反復使用的優點。

4.生物膜法

  生物膜法就是將微生物固定附著在多孔性介質填料表面,并使污染空氣在填料床層中進行生物處理,可將其中的污染物除去,并使之在空氣中降解,VOCs被吸附在孔隙表面,被孔隙中的微生物所耗用,降解成二氧化碳、水、和中性鹽。生物膜處理VOCs裝置有生物過濾器和生物滴濾過濾器兩種。生物過濾器主要采用吸附法填料,如土壤、改性活性炭、改性硅藻土等,而生物滴濾過濾器主要采用如粗碎石、塑料蜂窩狀填料、塑料波紋板料等不具有大孔隙的填料。

  生物 膜 法 治理VOCs的機理一般認為是傳質與生化反應的串聯過程。至于反應控制步驟有不同的看法,有人認為:一般傳質速率比生化反應快,所以生化去除是控制步驟。Kirchner和孔佩石等人對甲苯氣體的研究表明,甲苯生化去除量隨其負荷量的增加而增加,應屬傳質步驟為控制

過程。

      今后研究應解決的關鍵問題:生物降解動力學的深入探索;微生物菌種種類;無機營養物、pH值緩沖、空氣熔透性及工作溫度等的影響。

5.電暈法

  脈沖電暈法去除VOCs的基本原理是通過沿陡峭、脈沖窄的高壓脈電暈的電,在常溫常壓下獲得非平衡等離子體,即產生大量高能電子和O,OH等活性粒子,對有害物質分子進行氧化降解反應,使污染物最終無害化。1988年以來,美國環保局進行了VOCs和有毒氣體電暈破壞的研究,模擬表面反應器進行分子形式的電暈破壞,達到分解的目的,開發低成本低費用低濃度污染物流的控制技術,電暈技術是一種有前途的控制技術。電暈法氧化機理一般認為有以下幾個過程:

(1) 高 能 電子作用下,強氧化性自由基O,OH等的生產;

(2)VOCs分子受到高能電子碰撞被激發及原子鍵斷裂形成小碎片團;

(3)O ,O H與激發VOCs的分子基團、自由基進行反應,最終降解為CO,Cq、玩O,去除率的高低與電子能量有關。

6.等離子分解法

  等離子體分解氯氟烴的技術已到實用階段,植松信行研究了利用等離子體的化學作用分解氯氟烴之類難分解氣體為無害物的應用。此技術可在短時間內進行大量的氯氟烴等氣體的處理。此過程采用二個系統,一系統利用高頻等離子體急速加熱,使溫度達10000℃利用等離子體的化學作用與水蒸汽接觸進行分解的超高溫加水系統;第二個系統是將高溫分解的排氣急冷到8℃下的排氣系統。系統是由氯氟烴和水蒸汽的供給裝置、等離子體發生裝置、反應爐、冷卻罐以及排水

處理裝置等構成。

7.光解法

  光分解VOCs有兩種形式:一種是直接光照在波長合適時,VOCs分解;另一種是催化劑存在下,光照VOCs使之分解。田中啟一和三口伸一郎等利用紫外光分解VOCs作了研究,有機氯化物和氟氯烴在185nm

紫外光照射下,兩種物質都能在極短的時間內分解,鹵代物的分解速度大于氟氯烴;三氯乙烯幾秒鐘內即能分解成氧氣、氯氣、氟氣等。光分解可產生中間產物,可通過氫氧化鈉溶液處理或延長滯留時間等手段最終去除。光催 化 劑的基本原理就是在一定波長照射下,光催化劑使H2O生成一()H,然后一OH將VO()氧化成二氧化碳、水。由于其相中具有較高的分子擴散和質量傳遞速率及較易進行的鏈反應,光催化劑對氣相化學污染物的活性比水溶液中高得多。

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