VOCs的治理技术

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1.热破坏法

  热破坏法是目前应用比较广泛也是研究较多的VOCs治理方法,可分为直接燃烧和催化燃烧。VOCS的热破坏可能包含一系列分解、聚合及自由基反应;最重要的VOCs的破坏机理是氧化和热裂解、热分解。直接燃烧是VOCs在气流中直接燃烧和辅助燃烧的方法。

  直接燃烧在适当的温度和保留时间下,可以达到99%的热处理效率。催化燃烧是VOCs在气流中被加热,在催化床层作用下,加快VOCs的化学反应,催化剂的存在使VOCs比直接燃烧法需要更少的保留时间和更低的温度。催热破坏能达到的热破坏效率在90%-95%之间,稍低于直接法,是由于VOCE在催化床层的停留时间长,降低了摧化剂有效表面积,从而降低破坏效率。另外,催化剂常见对特定类型化合物反应,所以,催化燃烧的应用就受到了限制。

  用于VO Cs的净化的催化剂主要有金属和金属盐,金属包括贵金属和非贵金属。目前使用的金属催化剂主要是Pt,P d,技术成熟,催化活性高,但价格昂贵,而且对卤素有机物在含N,P,S等元素时,会发生氧化使催化剂失活。近年来,催化剂的研制主要集中在非贵金属,并取得了成果。如V205 + MOx (M:过渡族金属)+贵金属制成的催化剂用于治理甲硫醇废气;Pt+ P d+ C uO催化剂用于治理含氮有机醇废气。

  由于 VO Cs废气中常出现杂质,易引起催化剂中毒。这些杂质有P,Pt ,Bi ,As,Sn,Hg,Fe2+,Zn,卤素等。

  催化剂载体起到节省催化剂,增大催化剂有效面积、减少凝结、提高催化活性和稳定性的作用。能作为载体的有:活性炭、氧化铝、石棉、陶土、金属等,最常见的是陶瓷载体,一般制成网状、球状、蜂窝状或柱状。而近年来研究较多且成功的有丝光氟石等。对催化燃烧而言,今后研究的重点与热点是探索高效活性催化剂及其载体,催化氧化机理。

2.吸附法

      吸附法的应用广泛,具有能耗低,工艺成熟,去除率高,净化彻底,易于推广的优点,有很好的环境和经济效益。缺点是设备庞大,流程复杂,当废气中有胶粒物质或其他杂质时,吸附剂易中毒。吸附法主要用于低浓度,高通量的VOCs处理。

      决定吸附法处理VOCS的关键是吸附剂,吸附剂应具有密集的细孔、结构,内表面积大,吸附J性能好,化学性质稳定,不易破碎对空气阻力小,常用的有活性炭、氧化铝、硅胶、人工沸石等。目前,多数采用活性炭,其去除效率高,物流中有机物浓度在1000ppm以上,吸附率可达95%以上。活性炭有粒状和纤维状两类。颗粒状活性炭结构气孔均匀,除小孔外,还有10 -100nm的中孔和1.5-5tm的大孔,处理气体从外向内扩散,吸附脱附都较慢;而纤维活性炭孔径分布均匀,孔径小且绝大多数是1.5-3nm的微孔,由于小孔都向外,气体扩散距离短,因而吸附脱附快。经过氧化铁或氢氧化钠或臭氧处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强的亲VOCs能力,吸附有效传质系数比未处理的活性炭大。为了 提 高 VOCs的净化效率,吸附法常和其他方法联用,可采用液体吸收和活性炭湿法吸附联合处理,浓度较高,而且可吸收的VOCs废气,如处理苯乙烯的工艺流程;如采用吸附一催化燃烧处理丙酮废气,避免两种方法的缺陷,具有吸附效率高,无二次污染等特点,集浓缩催化燃烧、脱附为一体。

3.吸收法

  吸收法是控制大气污染的重要手段之一,不仅能消除气态污染物,而且能将污染物转化为有用产品。由于其治理气态污染物技术成熟,设计操作经验丰富,适用性强,因而在废气治理中广泛应用。利用VOCs能与大部分油类物质互溶的特点,用高沸点、低蒸汽压的油类作为吸收剂来吸收VOCs,常见的吸收器是填料洗涤吸收塔,用液体石油类物质回收苯乙烯就是一例,因苯乙烯极性弱,能与液体石油类物质很好互溶。为强化吸收效果,可用液体石油类物质,表面活性剂和水组成乳液来作吸收液。

      日本的上殊勇等研究利用环糊精作为有机卤代物的铺集材料,将环糊精水溶液作为在有机卤代物和其他有机化合物共存时的吸收剂,对有机卤代物进行吸收。这种吸收剂具有无毒无污染,解吸率高,回收节省能源,可反复使用的优点。

4.生物膜法

  生物膜法就是将微生物固定附着在多孔性介质填料表面,并使污染空气在填料床层中进行生物处理,可将其中的污染物除去,并使之在空气中降解,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、和中性盐。生物膜处理VOCs装置有生物过滤器和生物滴滤过滤器两种。生物过滤器主要采用吸附法填料,如土壤、改性活性炭、改性硅藻土等,而生物滴滤过滤器主要采用如粗碎石、塑料蜂窝状填料、塑料波纹板料等不具有大孔隙的填料。

  生物 膜 法 治理VOCs的机理一般认为是传质与生化反应的串联过程。至于反应控制步骤有不同的看法,有人认为:一般传质速率比生化反应快,所以生化去除是控制步骤。Kirchner和孔佩石等人对甲苯气体的研究表明,甲苯生化去除量随其负荷量的增加而增加,应属传质步骤为控制

过程。

      今后研究应解决的关键问题:生物降解动力学的深入探索;微生物菌种种类;无机营养物、pH值缓冲、空气熔透性及工作温度等的影响。

5.电晕法

  脉冲电晕法去除VOCs的基本原理是通过沿陡峭、脉冲窄的高压脉电晕的电,在常温常压下获得非平衡等离子体,即产生大量高能电子和O,OH等活性粒子,对有害物质分子进行氧化降解反应,使污染物最终无害化。1988年以来,美国环保局进行了VOCs和有毒气体电晕破坏的研究,模拟表面反应器进行分子形式的电晕破坏,达到分解的目的,开发低成本低费用低浓度污染物流的控制技术,电晕技术是一种有前途的控制技术。电晕法氧化机理一般认为有以下几个过程:

(1) 高 能 电子作用下,强氧化性自由基O,OH等的生产;

(2)VOCs分子受到高能电子碰撞被激发及原子键断裂形成小碎片团;

(3)O ,O H与激发VOCs的分子基团、自由基进行反应,最终降解为CO,Cq、玩O,去除率的高低与电子能量有关。

6.等离子分解法

  等离子体分解氯氟烃的技术已到实用阶段,植松信行研究了利用等离子体的化学作用分解氯氟烃之类难分解气体为无害物的应用。此技术可在短时间内进行大量的氯氟烃等气体的处理。此过程采用二个系统,一系统利用高频等离子体急速加热,使温度达10000℃利用等离子体的化学作用与水蒸汽接触进行分解的超高温加水系统;第二个系统是将高温分解的排气急冷到8℃下的排气系统。系统是由氯氟烃和水蒸汽的供给装置、等离子体发生装置、反应炉、冷却罐以及排水

处理装置等构成。

7.光解法

  光分解VOCs有两种形式:一种是直接光照在波长合适时,VOCs分解;另一种是催化剂存在下,光照VOCs使之分解。田中启一和三口伸一郎等利用紫外光分解VOCs作了研究,有机氯化物和氟氯烃在185nm

紫外光照射下,两种物质都能在极短的时间内分解,卤代物的分解速度大于氟氯烃;三氯乙烯几秒钟内即能分解成氧气、氯气、氟气等。光分解可产生中间产物,可通过氢氧化钠溶液处理或延长滞留时间等手段最终去除。光催 化 剂的基本原理就是在一定波长照射下,光催化剂使H2O生成一()H,然后一OH将VO()氧化成二氧化碳、水。由于其相中具有较高的分子扩散和质量传递速率及较易进行的链反应,光催化剂对气相化学污染物的活性比水溶液中高得多。