有机废气治理技术发展研究

施军峰 孔彬彬

杭州市环境保护科学研究设计有限公司

有机废气治理技术发展研究

施军峰 孔彬彬

杭州市环境保护科学研究设计有限公司

随着城市社会、经济及文化快速发展，能源、资源耗量增长，伴随着以光化学污染为代表的空气污染日趋严重，空气质量指数AQI不尽理想。为改善环境空气质量，降低PM2.5污染浓度，大幅减少PM2.5前体物——VOCs排放量，是当前面临的紧迫任务。本文通过对工业源有机废气的末端治理技术进行一番探讨和研究，希望能够对相关人员有所帮助。

有机废气；治理技术

1 引言

在大气环境中，挥发性有机物（VOCs）发生光化学反应形成臭氧等光化学氧化物质，对环境空气质量产生影响。以固态或液态形式排放的VOCs会直接形成（一次）PM2.5；以气态形式排放的，在大气环境温度下快速凝结成颗粒物，大部分都是PM2.5；VOCs排放也是二次颗粒物的关键前驱物之一，它与其他污染物在大气环境中通过化学反应生成细颗粒物，造成了大多数的PM2.5污染。VOCs排放来自于自然源和人为源，自然源主要为植被排放等，人为源又分为移动源和固定源，固定源中又包括生活源和工业源等。本文以工业固定源污染控制为重点，着重探讨和研究末端治理技术。

2 有机废气处理特点

从资源循环利用的角度，溶剂回收是最佳选择，溶剂回收最常用的方法是吸附法，其中颗粒活性碳吸附、碳纤维吸附等技术是经典的成熟技术代表；冷凝法是溶剂回收的最终手段，也是高浓度VOCs、小风量气体预处理的常用方法，但冷凝后VOCs浓度仍难达到直接排放的要求，需要和其他方法组合使用。从资源综合利用的角度，采用燃烧法氧化分解VOCs，并回收利用有机物的分解热量，TO是最经典的方法，但消耗燃料；RTO可有效提高换热效率，减少能源消耗；CO可以通过大幅降低氧化温度，减少能源消耗；若VOCs浓度较低，将VOCs浓度浓缩提高后再采用热氧化方式进行净化处理。

3 有机废气治理技术

3.1 吸附法

VOCs气体通过一多孔固体物质，使之附着于其固体表面上，从而达到去除的目的。吸附剂的有效性主要取决于吸附VOCs的表面积，表面积越大吸附能力越大，吸附剂的吸附能力用吸附容量表征，吸附容量主要影响因素有温度、压力、浓度、分子量、化学活性、湿度和颗粒物等。

(1)颗粒活性炭吸附。更换式颗粒活性炭吸附在活性炭吸附饱和后，需将碳床内失效活性炭全部重新更换，由于活性炭更换成本较高，通常将此方法用于去除气味和较低VOCs浓度（＜40～50mg/m3）的场合。再生式固定床颗粒活性炭吸附，至少设置2个床体装填活性炭，其中1个可以离线脱附再生，其余吸附床可以连续吸附，常用脱附再生工艺是热吹扫。

(2)蜂窝活性炭吸附。蜂窝活性炭以参照蜂窝陶瓷体制作方式，其最大的特点是利用蜂窝体直通通道，将吸附床空塔速度提高到0.8～1.2m/s，流程阻力下降至800～1200Pa。蜂窝状活性炭吸附饱和后，热空气进行脱附再生，脱附产生的高浓度VOCs气体，进入催化氧化床氧化分解。

(3)活性炭纤维吸附。活性炭纤维具有吸附物质广、回收溶剂品质高等特点，采用碳纤维毡制成吸附滤筒，并组成吸附装置，脱附再生采用蒸汽完成，大多用于溶剂蒸气的回收。

(4)沸石转轮吸附。沸石转轮由沸石、粘结剂、助剂等材料烧结而成的一种蜂窝状圆盘型吸附部件，VOCs气体进行沸石转轮的吸附区，VOCs组份被吸附后，成为净化气体排放，当吸附接近饱和时，以高温（180～220℃）空气，进行脱附再生，形成VOCs浓缩气体，并将高浓度气体送至氧化炉燃烧分解。

3.2 燃烧法

燃烧法是在一定温度下和有氧条件下，将VOCs燃烧分解为二氧化碳和水的方法，可用于各种有机化合物的分解，适当的温度和足够的滞留时间可使VOCs得到较完全的分解，通常氧化分解效率可达95%以上。如果有机物含有氯、氟、硫，全产生酸性污染物，必须在氧化炉后设置洗涤塔经洗涤净化后才能排放。

(1)直燃式热氧化炉。直燃式热氧化炉（TO）是利用热交换器从烟气中回收热量用于预热废气或其他热能利用以节省能源。采用TO方式处理，废气中的颗粒物浓度必须尽可能减少，颗粒物会污染换热管内壁，降低换热效率，增加流阻。

(2)蓄热式执氧化炉。蓄热式热氧化炉（RTO）是换热器采用陶瓷蓄热床，氧化分解后气体将自身携带大量热量传递并储蓄在蓄热床中，然后让进入氧化器的气体从蓄热床中获得换取热量。RTO的热回收效率比TO高，可高达95%，最高处置VOCs浓度约10g/Nm3，当VOCs浓度约为1.5g/Nm3时，可不补充燃料。要求颗粒物浓度不大于35mg/m3或在检修期间可以安全地去除颗粒物。

(3)催化氧化炉。催化氧化炉（CO）是VOCs流经催化床，催化剂在320℃～450℃温度下触发氧化分解反应。CO适宜处理浓度范围在1000mg/m3以上，上限浓度不宜达到爆炸极限下限的25%；不能用于固体或液体颗粒物浓度较高的场合，会使催化剂受到“污染”形成堵塞；汞、磷、砷、锑和铋等金属会使催化剂急性中毒，铅、锌、锡等金属会使催化剂慢性中毒；硫和卤素化合物会因吸附在一些催化剂表面，使催化剂活性表面被“屏蔽”。一般催化每1～3年须更换或再生。

3.3 冷凝法

冷凝处理是利用废气成分中凝结温度的不同而将较易冷凝的成分分离出来。冷凝作用可包括两种方式，一是在定压下，降低系统的温度；二是在定温下，增加系统的压力。最常见到的就是应用于气态高沸点溶剂的回收，具有设备简单、操作容易、高浓缩回收率等优点，但应考虑冷凝后的液体二次水污染处理的问题。

4 重点行业适用技术

表面涂装废气，喷涂工段废气经预处理后，使漆雾净化，推荐采用活性炭吸附、沸石转轮吸附等技术；烘干工段废气推荐采用沸石转轮吸附、热氧化等技术。

涂料生产废气，拌研工段废气，经除尘预处理后，推荐采用活性炭吸附、沸石转轮吸附等技术；包装工段废气推荐采用沸石转轮吸附、RTo等技术。

包装印刷废气，凹印工艺印刷废气推荐采用沸石转轮吸附技术；干复工段废气，经冷凝后，采用活性炭吸附技术；胶印工段废气推荐采用RTO技术。

有机化工废气，管线输送泄漏废气推荐采用LDAR技术；储罐呼吸废气、装缷废气和工艺废气，推荐采用蒸气平衡回收、冷凝压缩回收、热氧化等技术。

5 结语

为进一步加强大气污染防治，推动大气环境质量持续改善，全面开展工业源VOCs污染治理，现有治理技术样式多样，但是每一种技术都有着不同的缺点和优点。企业必须根据自己的实际情况来合理选择最佳处理技术，实现环境、经济和社会效益更优化。

[1]上海市工业固定源挥发性有机物治理技术指引.2013(7)．

[2]2016年国家先进污染防治技术目录（VOCs防治领域）2016(11).

[3]浙江省工业污染防治“十三五”规划，2016，10（17）：浙环发[2016]46号.