有机废气处理技术研究进展

彭雅丽

(青龙县环境监察大队，河北秦皇岛 066500)

有机废气处理技术研究进展

彭雅丽

(青龙县环境监察大队，河北秦皇岛 066500)

有机化工、印刷以及油漆喷涂等工业过程排放的有机废气对大气环境造成了污染，为此介绍了各种有机废气处理新技术的机理、特点和应用。

有机废气；处理技术；变压吸附；膜分离法

有机废气主要来源于炼油与石化、有机精细化工、合成材料、化学药品原药制造、装备制造涂装、塑料产品制造、电子设备制造、印刷、黏合、工业清洗等行业，以及建筑装饰、餐饮服务和服装干洗等日常生活。人体长期接触有机废气，会通过呼吸系统经人或皮肤吸收到体内，引起肝、神经及造血系统的损伤，引起的症状主要有头晕头痛、恶心呕吐、心慌气喘、疲乏无力、血象变化等，而且对人体和动物存在严重的“致畸、致癌、致突变”危害[1]。因此，有机废气的治理越来越受到人们的重视，成为了大气污染治理中的重点之一[2]。

1 传统有机废气处理技术

以前普遍采用的废气处理方法有吸收法、吸附法、直接燃烧法、催化燃烧法、生物过滤池、生物滴滤塔、生物洗涤塔等。其中吸附法、催化燃烧法已经比较成熟，并且已经有了工程技术规范[3-4]。但是这些方法都存在着一定程度的不足：吸附法中不同氧化剂改性的吸附剂对有机废气的吸附量不同[5]，而且吸附剂价格较贵；直接燃烧法和催化燃烧法投资与运行费用较高，而且不适用于较常见的低浓度高流量的有机废气的处理；吸收法难以处理化学性质稳定且难溶于水的有机废气；生物法处理有机废气只适于组成相对较简单的有机废气，对组成复杂的工业有机废气处理起来比较困难。基于传统处理方法的不足，新废气的处理技术开始引起了人们的广泛重视，成为研究的新方向。

2 有机废气处理新技术

2.1低温等离子体技术

低温等离子体技术是在电场的作用下，高频放电产生瞬间高能，打开有机废气分子的化学键，使之分解为单质原子或无害分子，并且等离子体的高能电子、正负离子、激发态粒子和具有强氧化性的自由基，这些粒子可以氧化有机废气中的分子。有机废气的低温等离子体处理是一门新兴的技术。

低温等离子体技术的特点是：等离子体的高能电子、正负离子、激发态粒子可以与碳氢化合物、氮氧化合物、硫化氢、硫醇等污染物反应，生成二氧化碳、水、氮气、二氧化硫等简单无机物质。

典型的有机废气如：苯、甲苯、乙硫醇、二氯丙烷等采用电晕放电形式的低温等离子体处理恶臭废气是可行的，停留时间越长、电压越高，脱除效果越好。

2.2变压吸附技术

变压吸附的基本原理是利用气体组分在不同吸附剂上吸附特性的差异，以及吸附量随压力不同而变化的特性，通过压力变换实现气体的分离或提纯[6]。变压吸附由于采用了压力涨落的循环操作，强吸附组分在低分压下脱附，吸附剂得以再生。在加压下进行吸附，减压下进行解吸。

由于循环周期短，吸附热来不及散失，可供解吸之用，所以吸附热和解吸热引起的吸附床温度变化一般不大，波动范围仅在几度，可近似看作等温过程。变压吸附常用的吸附剂有硅胶、活性氧化铝、活性炭、分子筛等，另外还有针对某种组分选择性吸附而研制的吸附材料。气体吸附分离成功与否，很大程度上依赖于吸附剂的性能。

CHIHARA等应用两塔工艺的变压吸附技术，吸附剂为高硅沸石，吸附压力为0.2 MPa、脱附压力为0.04 MPa，处理二氯甲烷气体[7]。GILLILAND 等采用四塔工艺的变压吸附技术，吸附压力为0.195 MPa，脱附压力为常压，从空调的通风气流中回收全氟烷烃等，处理效率大于99%[8]。

变压吸附技术的优点是一次性投资低、能耗小、自动化程度高和可靠性强等优点，可以获得纯度比较高的副产品，实现废气资源化，产生较好的经济效益。

2.3纳米TiO2光催化技术

随着纳米技术的发展，纳米技术也应用到有机废气的处理中。纳米TiO2光催化能有效地将有机废气转化为二氧化碳、水等无机小分子物质，还可以去除氯仿、多氯联苯、有机磷化合物、多环芳烃等难降解或用其他方法难以去除的有机废气[9]。在一定的条件下，纳米TiO2能将用化学法氧化难以分解的“三致”有机物彻底分解为二氧化碳、水和简单的无机酸，且无二次污染。

俞家玲等的研究结果表明，方法在模拟实验室挥发有机物质创造污染源环境，开启空气净化器，然后采样进行测定。结果苯的降解效率为91%，甲醛的降解效率为78.8%[10]。

TiO2光催化技术不仅以其化学活性高、安全无毒、价格低廉、操作简便、以及条件温和无二次污染的突出优点，在废气处理中受到普遍重视。

2.4膜生物反应器

随着新材料的研制开发以及膜生物技术在废水处理中的成功应用，人们开始关注膜技术在有机废气处理中的应用。

膜生物反应器是将传统的微生物废气处理技术与膜技术相结合，不仅具有生物方法环保的优点,而且膜材料作为生物降解的传质界面,可以提供比较大的比表面积，增强降解效果，提高去除效率。

膜生物反应器目前还处于实验室小型研究阶段，而且这种方法的构建和运行成本比较高，因此从实验到运行还需要更多的研究和实践。同时膜生物反应器具有流量低、阻力大、对水溶性差的污染物去除效率低等缺点，在一定程度上限制了膜生物技术在废气处理中的应用。

2.5微波催化氧化技术

有机废气的微波催化氧化技术是由填料吸附/微波解吸技术发展而来，并将一般的热解吸方式转变为微波解吸，降低了能耗、缩短了解吸所需的时间，而且吸附剂反复使用20次，还可以保持原有吸附能力[11]。国外已经有微波催化氧化技术在有机废气处理中的小规模应用，在中国尚处于研究阶段。

与常规加热催化热解技术相比，微波催化氧化技术的优点是催化热解效率高、能耗比较低、吸附剂的损耗小、启动迅速、解吸时间比较短、对环境温度影响小；缺点是对不同的有机废气需要选择不同的吸附剂，而且微波功率、加热时间、载气流量等对微波催化氧化效率都有一定的影响。

2.6膜分离法

膜分离法处理有机废气的原理是在压力驱动下,利用有机废气组分分子大小的不同，在膜结构内的扩散能力、渗透速率的不同来实现有机废气与空气的分离[12-13]。

采用膜分离技术处理油气，具有流程简单、运行费用低；设备占地面积小、质量轻、便于安装;易放大、和其他技术兼容性好；回收率高、能耗低、无二次污染等优点。近年来，随着膜材料和膜技术的进一步发展，国内外已有许多成功应用的范例。

通过投入产出分析，一座加油量7 000 t/a的加油站，上一套膜油气回收系统投资约30万元，年运行费用约7 000 元，按0.5%的回收率计算，年回收汽油35 t。据国家发展改革委员会于2013-05-09发布的关于提高国内成品油价格的通知，汽油的市场价格为 8 220 元/t，可年获利28.8 万元，投资回收期大约为13个月。膜油气回收系统寿命可达15～20 年，回收油气的经济效益显著。

3 结 语

近20年以来，学术界对有机废气处理技术的关注度逐渐上升，新的技术层出不穷。本文总结了新的有机废气处理工艺的原理、影响因素、实用范围及去除效果，认为变压吸附法和膜分离法有较好的应用前景。

变压吸附法处理组分简单的有机废气投资少，自动化程度高，可以回收产品，实现有机废气资源化，产生良好的经济效益，符合中国的循环经济政策，在中国有机废气治理领域有较好的发展前途。

膜分离法已经在石油行业油气回收中实际应用，其处理效果明显，有良好的环境效益和经济效益。

/

[1] 黄文强.吸附分离材料[M].北京:化学工业出版社,2005.

HUANG Wenqiang.Absorption and Separation Materials[M]．Beijing: Chemical Industry Press, 2005.

[2] 陈志星,颜幼平,邹勇斌,等. 二甲苯废气净化处理技术的研究[J]. 广东化工,2013,40(3):111-112.

CHEN Zhixing, YAN Youping, ZOU Yongbin, et al. Study on technology for purifying and treating xylene waste gas[J]. Guangdong Chemical Industry,2013,40(3):111-112.

[3] HJ 2026—2013,吸附法工业有机废气治理工程技术规范[S].

HJ 2026—2013, Technical Specifications of Adsorption Method for Industrial Organic Emissions Treatment Project[S].

[4] HJ 2027—2013， 催化燃烧法工业有机废气治理工程技术规范[S].

HJ 2027—2013, Technical Specifications of Catalytic Combustion Method for Industrial Organic Emissions Treatment Project[S].

[5] 韩 鹏,任爱玲,郭 斌,等.过氧化氢改性活性炭对三甲胺废气的吸附[J].河北科技大学学报,2013,34(2):159-165.

HAN Peng, REN Ailing, GUO Bin, et al. Hydrogen peroxide modified activated carbon for adsorption of trimethylamine exhaust[J]. Journal of Hebei University of Science and Technology,2013,34(2):159-165.

[6] 魏玺群,陈 健.变压吸附气体分离技术的应用和发展[J].低温与特气,2002,20(6):1-5.

WEI Xiqun, CHEN Jian. The application and development of PSA gas separating technology[J]．Low Temperature and Specialty Gases, 2002，20(6)：1-5.

[7] CHIHARA K, MINAKI H, AIKO T, et al. Solvent recovery by PSA, an experimental and a simulation study[J].Adsorption,2005,11(6):567-572.

[8] GILLILAND T, RICHARDS M, WILL C, et al. Evaluation of megaorb pressure swing adsorption unit design to capture perfluoro compounds (PFCs)[J].Tech Transfer,1996,26(8):2 357-2 381.

[9] 石建稳,郑经堂.纳米TiO2光催化剂可见光化的研究进展[J].化工进展,2005,24(8)：841-844.

SHI Jianwen, ZHENG Jingtang. Progress of visible-light irradiation of nana-sized TiO2photo catalyst[J]. Chemical Industry and Engineering Progress, 2005,24(8):841-844.

[10] 俞家玲,朱中平,梅利华.钠米光催化空气净化器降解效率的研究[J].安徽预防医学杂志,2006,75(2):32-36.

YU Jialing, ZHU Zhongping, MEI Lihua. A study on removal effectiveness of photo catalytic air cleaner[J]. Anhui Journal of Prevent Medicine, 2006，75(2)：32-36.

[11] CHA C Y，CARLISLE C T. Microwave process for volatile organic compound abatement[J]. Air & Waste Management Association， 2001,98(6):1 628-1 641.

[12] 邓传芸，魏凤玉，崔 鹏，等.液膜分离β-萘磺酸钠工业废水的研究[J].合肥工业大学学报(自然科学版)，1996，19(sup):91-97.

DENG Chuanyun,WEI Fengyu,CUI Peng,et al.Study on separatingβ-naphthalene sulphenic sodium from the industrial wasterwater by liquid membrane separation[J].Journal of Hefei University of Technology(Natural Science Edition),1996,19(sup):91-97.

[13] 张月萍，赵 平，焦运伏，等.膜分离技术及其在发酵液后处理中的应用[J].河北科技大学学报，2002，23(3)：21-26.

ZHANG Yueping,ZHAO Ping,JIAO Yunfu,et al.Membrane separation technology and its application in the downstream process of fermentation liquors[J].Journal of Hebei University of Science and Technology,2002,23(3):21-26.

Research progress of organic waste gas treatment technology

PENG Yali

(Environmental Supervision Branch of Qinglong County, Qinghuangdao Hebei 066500, China)

Many industrial processes, such as organic chemistry industry, print industry, and paint spraying, emit organic waste gas, which has polluted atmospheric environment. The mechanisms, characteristics, and applications of various treatment technologies for organic waste gas are introduced.

organic waste gas; treatment technology; pressure swing adsorption; membrane separation process; new technology

1008-1534(2013)04-0306-03

X506

A

10.7535/hbgykj.2013yx0420

2013-04-30;

2013-05-29

责任编辑：陈书欣

彭雅丽(1980-)，女，河北青龙人， 助理工程师，主要从事环境监察方面的工作。

E-mail：chinstein@163.com