挥发性有机物治理中活性炭吸附法的应用分析

樊文博

(山西省环境保护技术评估中心，山西 太原 030000)

引 言

国民经济的持续发展，使得工业进程大幅推进，改善了民众生活质量，但同样也造成了较为恶劣的环境污染。因此需国家持续强化对各大污染物的治理效力，以保障公众生命安全。就挥发性有机物而言，其是大气污染物的一种，所致的环境污染问题极为严重，一直都是公众关注的焦点。而活性炭吸附法则是一项能对挥发性有机物有效治理的措施，不但操作过程较为便捷，且治理污染期间能耗较小，具备较强环保性。因而，将其应用到挥发性有机物治理中具备重要意义。

1 挥发性有机物及治理技术概述

挥发性有机物即位于20 ℃饱和蒸汽压力在0.13 kPa以上(包含0.13 kPa)的有机化合物。具体来自石油工业生产中所排放的废气、储油库、加油站等行业有机溶剂的应用。相应的数据表明，我国挥发性有机物排放量年均1 200万t，其所带来的经济损失将近数十亿元。并且大部分挥发性有机物具备有毒元素，能够经由人体呼吸系统进入人体内部，对身体健康构成较大威胁。在此形势下，挥发性有机物的治理已然受到了世界各国的重视，且已研制出较多治理手段与方式，活性炭吸附法便是其中之一[1]。

挥发性有机物治理需先由生产根源与过程控制入手，选择清洁生产方式以及挥发性有机物含量不多的原材料，开发设计新型替代原料以规避污染形成。而后，需对挥发性有机物末端治理工作予以强化，将存在一定经济效益的工艺、装卸废气等进行回收利用。依据法律法规制，将回收利用存在较大困难或无法回收并利用的废气予以处理。现阶段我国挥发性有机物治理技术将末端废气治理作为核心要点。以往的末端废气治理技术囊括吸收、燃烧、冷凝与吸附法等，而新研发的技术囊括生物膜分离法等。一般情况下，工业生产所排放的挥发性有机物质量浓度为100 mg/m3～2 000 mg/m3，此类中低浓度的挥发性有机物可选择吸附吸收法等对有机溶剂回收，符合标准以后排放。无法回收应选择燃烧、生物法等将其净化，直至符合标准后排放。

上述提及的吸附法多在治理低浓度挥发性有机物时应用，对于其余的挥发性有机物治理技术而言，该方法可以对其它过程无法分开的混合物自行选择，将低浓度有毒有害元素排除，不但操作便捷且不会带来二次污染，在治理之后能实现有机溶剂回收、吸附剂多次利用的目标。现阶段最常见的吸附剂包括活性炭、硅胶等。最近几年，经由活性炭纤维、碳化物衍生碳等对挥发性有机物进行治理的方式备受公众关注。就活性炭而言，较之其他吸附剂更具优势，比如其孔径分布较广，微孔先进，吸附效率高，可以对分子大小不一的物质予以吸附，在吸附回收苯类、氯仿等挥发性有机物时具备较好效果，非极性等特征让其对非极性物质吸附具备可选择性。同时活性炭原料成本不高，数量充裕，制备工艺简洁，因而在对浓度不高、风量较大的挥发性有机物治理中获得了广泛运用，特别是经由磷酸法制备的木质颗粒活性炭，存在吸附容量大、脱附残余量小、制备工艺经济环保等诸多优势，在世界各国的挥发性有机物治理中广泛应用。

为改善净化效率，活性炭吸附法往往会结合其他治理技术协同运用，比较多见的方法即吸附浓缩-冷凝回收/催化燃烧法。前者具体经由热气体把吸附挥发性有机物以后的活性炭予以脱附，而后把脱附结束的高浓度挥发性有机物经由冷凝装置回收，此方法多在治理组分单一高浓度挥发性有机物废气中应用，在对多组分、低浓度挥发性有机物治理时不宜使用；而后者即把热气体脱附所得的浓缩挥发性有机物送至催化燃烧床予以催化、燃烧。以活性炭为媒介，承载过渡金属的催化剂，可在温度不高、含氧量较小的情况下对挥发性有机物进行催化燃烧，转化为二氧化碳与水，此方式适用苯类、醛类等气体浓度含量不高且较为稳定的挥发性有机物废气治理。

2 挥发性有机物治理中活性炭吸附法的应用

2.1 变压吸附

变压吸附主要应用于恒温、无热源环境中，对系统压力进行周期性调节，从而让吸附质在各压力值下吸附与脱附的循环过程。依据操作模式的差异，变压吸附主要划分成两大类型。一是通过范德华力间的不同，选择普通活性炭予以分离的平衡吸附型；二是通过分子吸附速度间的不同，选择特殊活性炭分子筛予以分离的速度分离型。

吸附一般在常压条件下实施，脱附过程即通过缩减操作压力、抽真空等方式达成，脱附期间真空度愈大，脱附就愈加容易。但实践期间，高真空度对吸附设施所提要求较高且损耗能源较大，故在对成本、吸附质量予以研究后，工业中通常选择8 kPa～10 kPa的脱附压力[2]。

此外，变压吸附技术自动化程度较高，能进行循环操作，然而操作时需持续加压降压，对设备所提要求较高，故在高档溶剂回收中获得了广泛运用。

2.2 变温吸附

变温吸附主要是对吸附剂平衡吸附量伴同温度加大且伴同温度减小的特征进行的应用，其多在常温条件下进行吸附，于高温条件下进行脱附。活性炭吸附过程可视为吸热过程，温度增加后其本身便具备较强脱附力，若经由高温蒸汽予以脱附，通常会把脱附温度限定为100 ℃～200 ℃。就吸附全过程而言，若吸附物质为沸点不高的小分子碳氢化合物、芳香族化合物，那么能经由水蒸气直接脱附，而后冷凝回收，若为吸附量不高的苯类等有机物，经由热空气予以吹扫脱附，而后予以吸附。

2.3 变温-变压吸附

变温-变压吸附是对变温、变压吸附两大技术的优势进行了融合，以变压吸附技术为支撑在变压脱附以后增加温度进行脱附的新型技术。通过提升床层温度与缩减柱压，更好的进行脱附，大幅提升了活性炭的再生效率。相应研究表明，在对热氮气脱附与真空减压脱附两大方式的优势进行比较，且把两大技术合理结合之后，对CH4Cl2的回收率能达到80%，而经由真空脱附以后，活性炭床温由之前的90 ℃缩减为60 ℃，并相应缩减了后续循环的冷却时间。

2.4 变电吸附

变电吸附是对气体予以净化与分离的新兴技术，其根本性质即变温吸附。但其和以往的变温吸附具有较大差异，变电吸附的脱附过程即经由电能对饱和吸附剂进行加热达成，焦耳效应形成的热量导致吸附质排放。该技术具有加热系统简洁，能量可面向吸附剂直接输送，具备较好加热效果，可大幅缩减能耗；能对气体流速与吸附剂升温速度予以独立控制；热量流、质量流方向趋同，使得脱附更具效果；成本不高，选择变电脱附的成本较之热蒸汽再生成本可下降50%；具备较强再生性等。

3 结语

生态环境的持续恶化、《环保法》与相应法规的发布、社会公众对大气污染的大力关注，促使环保行业市场特别是挥发性有机物治理市场获取较好发展。活性炭吸附法是对挥发性有机物治理的最佳方式，日后适用到挥发性有机物治理中的活性炭需求量势必持续增加，对其品质将提出更为严格的要求。因此，需对活性炭吸附法有效利用，依照治理需求选择相对应的吸附方式，以确保挥发性有机物治理效果，避免大气环境污染恶化，以对公众人身安全予以保障。