工业源VOCs 气体污染控制技术应用研究

2020-11-06赵琪上海富炽环境检测技术服务中心上海201700

化工管理 2020年23期

赵琪(上海富炽环境检测技术服务中心，上海 201700)

0 引言

挥发性有机物(VOCs)是一类能参与光化学反应的大气污染物，常用总挥发性有机物(TVOC)、非甲烷总烃(NMHC)作为污染控制项目来表征其总体排放情况，在生态环境部(MEE)制定的《有毒有害大气污染物名录(2018 年)》中，有6 种属于VOCs[1-2]。近年来，随着我国工业经济的发展，工业源VOCs 的排放量不断增加，VOCs 污染不仅影响区域环境大气质量，而且危害周边居民生命健康，VOCs 管控成为现阶段我国大气环境领域工作的重点[3]。

1 工业源VOCs污染现状

工业源VOCs排放涉及的行业范围广泛，具有排放强度大、浓度高、污染物种类多、持续时间长等特点，对局部环境空气质量影响显著[4]。工业源VOCs 不仅是对流层臭氧光化学生成的重要前体物，也是二次颗粒物的关键前驱物之一[5]，它能与硫酸盐、氮氧化物、氨等污染物在大气环境中反应生成细颗粒物，造成PM2.5污染。因此对工业源VOCs 污染防治已经成为亟需解决的重要研究课题[6]。

2 VOCs治理技术

工业源VOCs污染控制思路主要包括源头防控、过程管控、末端严控，其中末端控制技术主要分为物理技术[7]和氧化技术[8]两大类。物理技术是利用物质的物理特性，如工程应用最普遍的活性炭吸附；氧化技术是通过化学或生化反应，将VOCs 废气中有机物分解成无机小分子物质，如催化燃烧法、低温等离子光催化法等[9-10]。

2.1 吸附法

吸附(Adsorption)法是利用吸附剂对VOCs 废气中的污染物进行吸附净化，适用于低浓度、高通量VOCs 的处理。吸附效果受温度、压力、浓度、分子量、化学活性等因素影响[11-12]。国内目前主要采用活性炭固定床吸附技术，对VOCs 的饱和吸附容量约20～40%wt[13]。韩忠娟[14]等研究了蜂窝活性炭对VOCs 的吸-脱附性能，发现降低入口VOCs 浓度可提高吸附效率。

2.2 冷凝法

冷凝(Condensing)处理是利用凝结温度梯度分离VOCs 废气中的不同组分，具有设备简单、操作容易、高浓缩回收率等优点，常应用于气态低沸点溶剂的回收[16]。在高浓度VOCs 废气处理中，通常采用冷凝-吸附/催化燃烧的组合工艺，吸附或催化处理冷凝尾气，有效提高处理效率。马天琦等采用模拟软件对冷凝法甲苯回收系统进行模拟分析，研究甲苯回收率的影响因素，发现温度在回收过程中具有关键性作用。

2.3 液体吸收法

液体吸收法是指利用相似相容原理净化VOCs 废气，适用于大气量、中等浓度VOCs 废气的处理。常用的吸收液有液体石油类物质、表面活性剂和水组成的混合液。吸收过程按其机理可分为物理吸收和化学吸收，首先VOCs 从气相转移到液相溶剂中，再对吸收液进行解吸处理，回收有价值组分，同时对溶剂进行再生。郑玉祥[22]研究表面活性剂吸收液处理甲苯废气，发现FMES 表面活性剂+添加剂吸收液对甲苯的去除率可达到86%。

2.4 生物法

生物净化是利用微生物处理VOCs 废气，废气中的有机物在微生物生物氧化作用下分解为简单的无机物(CO2、H2O、SO42-)或细胞组成物质。生物法适用于有机化工和石油化工有机废气的处理，具有运行费用低、操作简单等特点。曹菁洋研究了生物污水池对VOCs 的治理效果，发现生物低滤塔处理VOCs 具有很好的稳定性，对甲醇、乙醇、环己烷、间二甲苯去除效率均超过90%。

2.5 催化燃烧法

燃烧法是指在一定温度和有氧条件下，将VOCs 燃烧分解为二氧化碳和水，主要适用于高浓度或者高温工业源VOCs 废气的处理。新型蓄热式催化燃烧技术采用蓄热体存储催化反应过程中产生的热能来加热待处理的废气，实现能量的内部循环利用，有效提高能源使用效率。徐明]等采用催化燃烧工艺处理某化工企业VOCs 废气，经处理后丙烯醛去除率达到94.9%，非甲烷总烃去除率达到93.2%。

2.6 低温等离子体技术

低温等离子技术通过介质放电产生高能粒子与VOCs 废气发生复杂反应，使其分解为无毒无害物质，是一种应用于处理有毒有害物及难降解有机废气的新技术。C-S 和S-H 键在高能粒子作用容易被打断，适用于橡胶硫化工艺废气的除臭。唐爱民等利用低温等离子体技术降解甲苯废气，降解率最高可达94.93%。谢逢俊等采用低温等离子体处理VOCs，发现电功率密度与VOCs 净化效率呈正比关系，高频电源单介质电机电场对VOCs 的净化效率最高可达71.4%。