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低濃度VOCs廢氣處理技術及其應用探究

  來源:北極星環保網 | 發布時間:2020-01-07

  北斗智庫環保管家網訊VOC_s是一類疏水及持久性有機污染物,大多具有致癌、致畸、致突變性,對環境具有潛在危害,多種VOC_s已被國家環保局列為優先控制和優先監測的污染物,如鹵代烷烴、氯烯烴、氯芳烴、芳烴及其氧化物和氮化物等。隨著化工行業的發展,VOC_s排放量與日俱增,具有范圍廣、排放量大等特點,其處理已成為目前國內外研究的熱點之一。
 
  1、我國VOC_s排放現狀
 
  由于VOC_s的排放狀況比較復雜,在我國當前的污染檢查和統計中,并沒有將其列入檢查范圍。在常規檢測中,也沒有將其收入檢測目錄。這導致目前為止,我們國內仍然沒有有效的VOC_s監測機制,對其排放狀況和排放來源的統計缺乏數據,以至于我們只能通過估算來進行VOC_s排放狀況統計。清華大學和同濟大學等高校的科研人員曾經對人為排放源進行過估算,結果表明在所有人為排放中,工業排放占據第一,達到了54.5%,其中,又分為四個部分,其各個部分的VOC排放狀況如圖1所示。
 
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  2、低濃度VOC_s廢氣處理技術
 
  2.1蓄熱式焚燒技術
 
  蓄熱式焚燒設備的形式常見有二室和三室結構,處理大風量時也可以設計成五室七室等結構。以三室結構為例:低濃度VOC_s先通過已經蓄熱的第一蓄熱槽吸熱,在燃燒室中焚化后再經過第二蓄熱槽放熱加熱蓄熱槽。此外,第三蓄熱槽同時以小風量風機將風管與蓄熱槽內殘VOC氣體吹入燃燒室內燃燒裂解,吹掃風量依爐膛溫度進行調節,可避免吹掃風量過大造成爐膛溫度大幅降低,造成能源浪費。三槽切換依序為進氣→吹除→排氣→進氣之順序進行。整個進排氣室間的切換是以提升閥切換進行批次操作。燃燒室通常保持在800-850℃并達某一段滯留時間去氧化有機廢氣。燃燒室與蓄熱室是一高效率燃燒設備,VOC破壞去除效率一般能達到99.9%以上。同時該設備一般設置緊急排放風門,防止爐膛超溫損壞蓄熱材。RTO爐采用的是微正壓設計,當爐膛壓力超過預設壓力時,為防止回火或發生爆炸危險,緊急風門也會打開。同時,為防止閥門超溫損傷,閥門設有空氣降溫管線;為保證煙氣溫度,緊急排放閥門后設有噴槍給煙氣降溫。燃燒器安裝于中間燃燒室上,有合適的天然氣燃料串組件,含入口過濾網的助燃風機與安全控制。燒嘴結構搭配陶瓷內襯,需周邊填實。燒嘴結構并配備有目視鏡以清楚地觀察主火火焰,以利于燃料氣和空氣的配比調整。并搭配火檢檢查火焰狀態。
 
  2.2光催化氧化技術
 
  光催化氧化技術指的是通過光的作用而形成化學反應,讓揮發性有機廢氣包含的有害物質向無害化合物進行不斷轉化,讓揮發性有機廢氣自身污染性大大降低。起初,光催化氧化技術主要在處理廢水的方面應用,后來逐漸開始應用到處理廢氣。現階段國內外的大量專家學者都對應用光催化氧化技術的應用展開了大量研究,其研究結果表明:若催化劑的選擇合理,應用光催化氧化技術可以讓揮發性有機廢氣去除污染物的比率高達50%-70%,具有明顯的處理效果。應用光催化氧化技術時,特定波長的光照條件下,可借助催化劑具備的光催化性,讓表面揮發性有機化合物進行氧化還原反應,然后使有機物最終氧化成為H2O、CO2與無機小分子物質。通過UV紫外線的光束對揮發性有機廢氣進行照射,將其中的二甲苯、甲苯、苯等分子鏈結構進行裂解,讓高分子化合物的分子鏈經過紫外線高能光束的照射,向低分子的化合物進行轉變與裂解,比如H2O與CO2等。同時,該光束還能將空氣氧分子有效分解成游離氧,游離氧自身正負電子不具有平衡性,和氧分子相互結合后會有臭氧形成。由于臭氧自身氧化作用較強,因此,能夠充分清除低濃度的揮發性有機廢氣。按照揮發性有機廢氣濃度高度與風量大小,光催化氧化過程中為了讓設備的使用壽命、處理效果得到保證,需要進行廢氣源預處理的工作,將酸性的氣體預處理后方可讓其進入到凈化設備中。酸性氣體能夠很好地溶于水中,因此,預處理的工藝應采用弱堿性水洗裝置。
 
  2.3低溫等離子體催化技術
 
  不同于傳統的活性炭吸附等方式,該技術利用等離子體與催化手段的結合,能夠完成許多傳統方式難以解決的問題。將等離子體運用于低濃度VOC_s廢氣排放處理始于20世紀80年代,那時候只是將等離子體技術進行單一使用,雖然也起到了一定的凈化效果,但是效率比較低,而且成本也高。在后續應用中,人們發現將催化技術與等離子體技術相結合,能夠在凈化低濃度VOC_s廢氣排放物時產生極高的效用,由此形成了現在使用的低溫等離子體催化技術。其不僅克服了高能耗的問題,還能夠節省大量的時間,擁有較高的凈化效率。
 
  2.4生物處理技術
 
  與上述的廢氣處理技術相比,生物處理技術是一種無污染、無害的有機廢氣處理方式。該技術是通過微生物的生理過程來處理廢氣的,即將有機廢氣中的有害物質轉化為二氧化碳、水等簡單無機物。通常情況下,生物處理技術主要包括以下幾個步驟:其一,低濃度VOC_s廢氣中的有機污染物與水接觸并發生反應,迅速溶解于水中;其二,在液膜中溶解的有機物,當液態濃度較低時,會向生物膜進行擴散,進而被附著在生物膜上的微生物吸收;其三,微生物吸收有機廢氣后,經過自身的生理代謝,轉化為對環境無害的化合物質,從而實現有機廢氣的降解。
 
  3、低濃度VOC_s廢氣處理工程技術的應用發展
 
  第一,利用生物分子轉換。通過充分利用生物分子的轉換過程使得VOC_s廢氣能夠獲得更高效的處理,同時將內部中大量有害的物質氣體轉化成可二次利用的成分然后通常重新組織的方式,這種治理技術在當前的發展中,適用性非常廣泛,相比上述技術由于需要投入大量的運營成本相比,其運營成本較低,系統整體的運行特征非常便捷,能夠適應不同類型VOC_s廢氣的治理工程中,針對可以促進有害物質在進行二次利用的優勢,在當前的發展背景中,完全符合綠色環保的理念,因此,市場的推廣價值較高。第二提取并分離有害物質治理。提取并分離有害物質治理指的是提取并分離低濃度VOC_s廢氣中的有害物質,并回收剩余氣體中的有用成分,減少有害廢氣對環境造成的污染,這項技術投入的資金比較多,適用于大范圍的工業區。隨著現代化社會的發展,科學技術水平得到了很大提升,這項技術將有更加廣闊的適用范圍。第三,光解技術。光分解技術采取新型低濃度VOC_s廢氣治理方案,利用光的分解作用協同催化共同對廢氣進行處理。半導體材料為常見的催化劑,具有較強的催化能力,并且無需花費較高成本,具有安全可靠的優點,對多種行業較為適用。現階段科學家對新一代催化劑材料進行研究,科學技術在不斷發展過程中,納米材料進入人們眼簾。納米材料也是催化劑研究的主要方向,該材料比半導體材料更加優質,能夠實現環保的目標,為未來光分解治理低濃度VOC_s廢氣的最佳催化劑,是低濃度VOC_s廢氣治理的跨越性進步。
 
  4、結束語
 
  VOC_s是有機化合物,具有揮發性質的物體的一種總稱。VOC_s常常作為一種有機溶劑使用在工業生產的過程中,因為其具備的揮發性能,在生產過程使用中對環境造成巨大的污染,對人體造成危害。研究低濃度揮發性有機廢氣處理技術與應用具有重要的意義。研究人員應對當前揮發性有機廢氣的概況有一個全面了解,能夠將生物技術、光催化氧化技術、低溫等離子體技術等多種技術充分應用到處理低濃度揮發性有機廢氣的過程中,從而實現VOC_s污染的有效治理,使排放的VOC_s濃度符合國家規定的標準。

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