揮發性有機廢氣治理技術發展研究

揮發性有機廢氣治理技術發展研究

針對揮發性有機廢氣治理技術的發展問題，首先介紹了揮發性有機廢氣治理技術，主要包括利用燃燒法處理揮發性有機廢氣，如利用直接燃燒法、催化燃燒法處理揮發性有機廢氣、生物法處理揮發性有機廢氣和吸附法處理揮發性有機廢氣，探討了揮發性有機廢氣治理技術進展以及應用，主要探討了微波催化氧化技術、活性炭纖維治理技術和生物治理技術，并介紹了在揮發性有機廢氣治理中的應用、納米材料凈化技術的應用和膜基吸收凈化技術在揮發性有機廢氣治理的應用。

揮發性有機廢氣(以下簡稱VOCs)是一種有害氣體，它的沸點接近水的沸點，有的VOCs沸點是在較高的溫度下，此時這些有機廢氣的飽和蒸汽壓都會高于133.3Pa，在這樣的條件下，它們就可能成為揮發有機化合物，這種有機揮發化合物會污染空氣，影響人類的健康。這些揮發性的有機化合物主要成分包括：硫烴、含氧烴、氮烴、鹵代烴、烴類等多環芳香烴，由于它們的性質相似，它們很容易混合在一起，就會污染環境，這些VOCs同時能夠威脅人類的身體健康，在人們的呼吸中，進入人體，對人的器官造成傷害。因此，在科技時代，必須對揮發性有機廢氣進行治理，使有機廢氣控制在一定的濃度。
1揮發性有機廢氣治理技術的分析　　在高科技時代，許多高科技產品的表面，都會利用涂漆、塑料、化工以及其它化工原料，都會使用許多有機物來進行處理，在利用這些有機物時，就會使它們形成許多揮發性的有機廢氣，它們不僅對工人帶來身體的傷害，而且，如果這些氣體不經過處理就隨意的排放到空氣中，就會污染環境，對人類的健康帶來嚴重的危害，對于常用的VOCs治理技術有以下幾種。
 
1.1利用燃燒法處理揮發性有機廢氣
 
燃燒法是利用VOCs的可燃性，由于它們自身可以燃燒，如果將這些有機物，在一定的溫度下，將它們通人到焚燒爐中，就可以使這些有機物燃燒，當這些有機物生成CO和HO，就可以將它們排放到空氣中。這種燃燒法的處理機理，主要根據燃燒溫度和燃燒方式的不同，一般可以將它們分成直接燃燒法、熱力燃燒法和催化燃燒法三種形式。
 
1.1.1利用直接燃燒法處理揮發性有機廢氣
 
直接燃燒法，就是使VOCs直接燃燒，其方法就是將VOCs直接通人到焚燒爐中，就可以使VOCs在高溫中燃燒。如果VOCs的濃度高，它們在爐中就可以很好的燃燒，生成CO2和H2O，當VOCs濃度低時，此時的燃燒由于不充分，就需要采取一定的措施，如加入輔助燃料，也會使VOCs燃燒完全，最終使VOCs完全生成CO2和H2O，這些CO2和H2O就可以排人空氣。這種方法的優勢是：由于它們的投資費用低，制備的設備比較簡單，在操作方面也比較方便，但是，利用這種燃燒的方法需要維持高溫燃燒(>1100~C)的條件，同時，在這種高溫條件下，就容易使產物生成NOx化合物，這種化合物使燃燒結果產生二次污染物。
 
1.1.2利用催化燃燒法處理揮發性有機廢氣
 
催化燃燒法是在反應系統加入某種催化劑，在催化劑的作用下，使VOCs能夠完全反應，生成CO2和H2O，然后將它們排人到空氣中的方法。這種催化劑的作用機理，主要是可以降低VOCs的燃點。目前使用的這種催化劑的類型較多，這些催化劑主要是貴金屬催化劑(如Pt、Pd)和非貴金屬催化劑(女口V、Ti、Fe、Cu等)。女口Pt/H—Beta和PdO/H—
 
Beta等催化劑，它們在與VOCs接觸時，對氯化烴類的有機物具有很強的選擇性，這樣Pt/H—Beta和PdO/H—Beta等催化劑，就容易使它們發生催化分解作用]。而M.A.Centeno_3等人通過研究表明，利用催化燃燒的方法，可以使Au/TiOxNy催化劑對已烷、苯和丙醇等有機物發生很高的催化作用，在這種催化作用下，使VOCs得到完全燃燒。如果將催化燃燒法與熱力燃燒法進行比較，它們各自具有不同的優勢，但催化燃燒法所需的燃燒溫度更低(200℃～400qC)，這是它的優勢。由于它們可以在較低溫度下燃燒，就可以避免NO二次污染物生成，使環境得到保護。但是，現在使用的催化劑，由于它們的性能不穩定，在某些條件下容易被含s、P、As等物質破壞，一旦催化劑的活性破壞，就使催化劑失去活性，如果一旦催化劑失去活性，為了保證反應進行，就需要更換催化劑，這一過程，也需要付出昂貴的費用。
 
1.1.3利用生物法處理揮發性有機廢氣
 
生物過濾法處理VOCs，這種有機廢氣，主要是工業生產、市政污水、污泥處理的主要來源。為了治理惡臭氣體，提出了生物過濾法這種技術，近年來，隨著科學的發展，發現這種處理方法對處理VOCs也有較好的效果。這種生物過濾法，可以處理較低濃度的VOCs，核心處理設備是生物濾床的作用(如圖1所示)，VOCs可以在生物濾床中得到處理，使VOCs生成CO：和HO，這主要是由于在濾床內，已經裝有能形成生物膜的填料，這些填料可以使VOCs在濾床里被生物膜上的生物經過吸附作用，將VOCs分解成CO2和H2O，使它們排放到空氣中得到凈化。

圖1生物過濾法工藝的流程圖

這種生物過濾法決定它的處理效率的優劣，主要是對這種生物過濾操作條件的控制，因此，在利用這種方法時，只要把操作條件控制好，就可以得到較好的結果。這種方法如控制得當對不同有機物的處理結果，可以達到40%一98%。生物過濾法的運行成本很低，這有利于企業的應用，但是由于這種方法的設備龐大，而且，它對于處理VOCs還具有選擇性，這就減弱了這種方法的使用范圍。

1.1.4利用吸附法處理揮發性有機廢氣
 
吸附法是利用具有微孔結構的吸附劑，它的方法是利用這種吸附劑，可以將空氣中的吸附質吸附在吸附劑的表面上，通過吸附劑的吸附將有機物從主體中分離，這樣就可以處理有機廢氣。吸附法工藝流程如圖2所示，當VOCs通過風機的作用，使它輸送到吸附塔1，當吸附塔1中達到吸附飽和后，就可關閉閥門，再將VOCs氣體切換到吸附塔2進行吸附，由于VOCs是分別在塔1和塔2進行脫附，它們是相互交替操作，因此，只要設計合理，就可以達到連續處理的結果，使VOCs得到凈化。目前常用的吸附劑：由于活性炭的性能較好，這主要是活性炭具有較大的比表面積，這就使活性炭具有較高的吸附容量，使VOCs得到較大的；另一種方法就是沸石分子篩，這種吸附劑它具有均勻的微孔結構，就可以使這種微型結構具有較強的選擇性。就可以使它們具有較大的優勢，在吸附VOCs的過程中，它們都具有較高的去除效率，就可以使它們達到吸附VOCs的作用，同時由于它們的能耗低，工藝成熟，因此，這種方法在一般的企業都易于推廣實用，來處理VOCs使其凈化。

圖2吸附法工藝流程圖
需要指出，中國對于VOCs的處理還存在差距，上述的處理方法，只適合應用在高、中濃度的VOCs治理中，但這些方法對于低濃度的VOCs處理，其效果相對微弱。在這樣的環境中，就會影響到人的呼吸系統，使人的鼻、眼、心、肝、肺等器官受到有害氣體的傷害，長時間在這種有機廢氣中生活，就會導致人體的器官出現變態反應，人類吸人有機廢氣的時間一長；就會導致吸人者致殘和致癌，給人類帶來難以補救的傷害。因此，針對中國VOCs治理技術的研究以及創新，目前，科技工作者正在積極引入或開發新的技術方法，這樣才能夠保證中國的環境優良，才能避免VOCs對人類的健康帶來傷害。

2揮發性有機廢氣治理技術進展及應用 

2.1微波催化氧化技術及其在揮發性有機廢氣治理中的應用
 
微波催化氧化技術是高科技的處理技術，隨著科學的發展，這種技術已經得到高速的發展，它可以有效集合傳統的填料吸附技術，來提高處理VOCs治理的能力，這種方法的實現，改變了傳統解吸治理方式向微波解吸治理方式的轉變，極大地提高了治理效果。在治理VOCs過程中，使用微波催化氧化技術，它不僅能夠縮短廢氣的解吸和吸附時間，而且還可以利用這種技術，降低各種能源的消耗和浪費，減少處理費用，提高VOCs的治理能力。現在采用的吸附劑可以連續使用二十次，而且這些吸附劑，在反復使用的過程中，都能夠達到非常好的吸附效果，使VOCs得到徹底的處理。
 
2.2活性炭纖維治理技術及其在揮發性有機廢氣治理中的應用
 
活性炭纖維治理技術是高科技時代的創新，這種技術與傳統的碳吸附技術相比，在使用性能上，它的吸附效果更好。這種VOCs治理技術的原理為：由于它通過活性炭纖維的加入，使它具有高效吸附性，由于它的高效吸附性，主要是由于具有環保材料的活性炭纖維，這樣就使它的內表面和外表面分布了許多碳原子，由于這些碳原子的作用，使這些碳原子組成了具有吸附能力很強的表面性結構。這種活性碳纖維的表面性結構，具有很強的優勢。為了比較兩者的效能，即對活性炭纖維和傳統的碳吸附材料的吸附性能進行比較，通過實驗結果證實，由于這種活性炭纖維的特殊結構，使它的吸附結果更具有優勢，這樣它可以使活性炭纖維具有比較優異的性能，具有吸附速度快、吸附容量大、再生容易、表面積大、微孔豐富、含碳量高等眾多優點，這些眾多的優點，就可以使它們在治理VOCs的過程中，充分發揮吸附VOCs的作用，可以顯示活性炭纖維非常好的用效果，因此，活性炭纖維治理技術已經具有很大的優勢。非常適宜廣泛的推廣和應用在VOCs的治理中，使環境更加清新。
 
2.3生物治理技術及其在揮發性有機廢氣治理中的應用
 
生物治理技術在VOCs的治理中，這是一個較新的方法，主要應用原理：是通過生物治理技術的發展，將微生物的降解過程利用起來，就可以將這些VOCs有機物得到處理，使它們轉化成水、二氧化碳等無機物，這樣就把污染環境的有機廢氣處理掉。但是，由于生物治理技術對VOCs治理的過程比較復雜，在生物治理技術中，很難保證在氣相中不產生
 
害物質，這樣就會影響生物治理技術的結果，因此在實際應用中，應該注意保證氣態污染物的液化，氣態VOCs污染物液化后，需要通過各種污染物的生物吸附、新陳代謝以及降解的液化過程。但是，這種處理方法至今還未形成完善的理論，在實際應用中還沒有找到合適的方法，因此，要利用生物技術處理VOCs，還需要許多科技工作者繼續努力，做進一步的深入研究。
 
2.4納米材料凈化技術及其在揮發性有機廢氣治理中的應用
 
納米材料凈化技術是近年來處理VOCs的新技術。納米材料指的是超細材料，這種超細材料的納米粒子，由于它的表面積大，吸附能力非常強，因此，在反應過程中，可以顯現納米材料具有非常好的催化作用，這些納米粒子的加入，在處理VOCs的過程中，就能夠由于納米粒子的加入，就可以有效的提高VOCs分解的反應速率，這對于揮發性有機廢氣的處理具有很大的優勢，甚至能夠將原來不能反應的物質，也能使它們完全進行。顯然，納米TiO在氣態有機污染物治理方面具有優勢。這些優勢主要是它們表現在光照條件下，就能夠激活納米材料，可以使納米TiO：把有機物質轉化成有機酸、水、二氧化碳等小分子，這樣就把污染有機物處理掉了，顯然，納米TiO：的光催化劑，在處理VOCs方面具有很大的發占優勢，它可以在降解處理VOCs方面具有很大的優勢，在凈化空氣方面具有很大的能力，因此，它可以使納米TiO：具有非常廣泛的應用前景。為了更好的分析比較，利用表1給出了上述幾種VOCs處理工藝特點的分析對比結果，就可以清楚的進行比較。

3結語 

中國對揮發性有機廢氣治理技術的研究投入了一定的精力，目前已經開發和應用的種類較多，它們是微波催化氧化技術、活性炭纖維治理技術、生物治理技術、納米材料凈化技術、膜基吸收凈化技術等。這些技術在實踐中已經得到廣泛的應用，并且已經獲得了較好的成績，尤其在處理VOCs的過程中，可以有效克服傳統VOCs治理技術的弊端。為了更好地治理VOCs，在今后的應用中，可以利用不同的治理技術，發揮它們不同的特點，使它們更好地處理VOCs，所以在今后的實際工作中，要根據具體VOCs的實際情況，選擇適當的治理技術，這樣才能處理好VOCs的清除，才能夠保證在環境中對VOCs的治理效果，保證環境的可持續發展。

——來源：《環境科學與管理》

原標題：揮發性有機廢氣治理技術發展研究