废气中挥发性有机物的治理探讨

铜陵市枞阳县生态环境分局 安徽 铜陵 246700

随着经济的发展和城市化的日益成熟,工业污染对空气质量的影响越来越严重,空气的污染指数越来越高,废气中的挥发物的有机物的问题也就日益的严重,已经成为加快全球气候变暖和城市空气质量污染的重要因素了。目前在挥发性的废气中较为严重的一类有机物是指在常温的状态下可以饱和的水蒸气的压强大于70千帕,另外在正常的压力下沸点则小于260度的有机化合物,在这里我们对这类化合物的简称是VOCS[1]。VOCS种类有很多,如芳香烃、脂肪烃、卤代烃、醇、醛、酮、羧酸、酯、醚、萜烯化合物和四氢呋喃等。并且这类物质在常温的状态下的蒸发速度极快,并且较容易挥发,并且多数都是有毒有害的气体,对空气质量的污染极为严重,并且对人类的健康也会造成较为严重的危害,对环境的污染更是非常明显。

1 挥发性有机物的来源及危害

1.1 挥发性有机物的来源 典型的挥发性有机物的来源主要分为两大类,一是人工排放源,如工业污染园区内每年会有大量的挥发性有机物的排出,对人体的危害系数极大[2],根据相关检测数据显示,通过工业园区排放的有机物的来源中,来自交通运输产生的工业废气以及燃料燃烧产生的工业废气较多,另外光化学污染也是工业污染源排放的主要来源,相对的对人体的健康的威胁也相对较大。人工污染源的排放除了工业排放外还有生活源的排放,例如夏天在家开的空调所排放的气体,家用电器、清洁剂所造成的的排放以及人体自身的排放等都是生活污染源的主要排放组成部分。而另一类则是自然的排放源,但是自然排放源只占比非常少,如雾霾天气空气中的小颗粒物体等,PM2.5等颗粒都是自然中的污染源的重要组成部分,但是本文主要的研究重点是工业排放源的相关问题[4]。

1.2 挥发性有机物的危害 国家新颁布的《民用建筑室内环境污染控制规范》中,室内空气中TVOC的含量,已经成为评价居室室内空气质量是否合格的一项重要项目。在此标准中规定的TVOC含量为Ⅰ类民用建筑工程:0.5mg/立方米、Ⅱ类民用建筑工程:0.6mg/立方米。

大多数VOCs有毒,部分VOCs有致癌性;如大气中的某些苯、多环芳烃、芳香胺、树脂化合物、醛和亚硝胺等有害物质对机体有致癌作用或者产生真性瘤作用;某些芳香胺、醛、卤代烷烃及其衍生物、氯乙烯等有诱变作用。多数挥发性有机物易燃易爆、不安全。挥发性有机物在阳光照射下,与大气中的氮氧化合物、碳氢化合物与氧化剂发生光化学反应,生成光化学烟雾,危害人体健康和作物生长;光化学烟雾的主要成分是臭氧、过氧乙酰硝酸酯(PAN)、醛类及酮类等。它们刺激人们的眼睛和呼吸系统。危害人们的身体健康且危害作物的生长。并且VOCs多半具有光化学反应性,并且通过紫外光的反射的照射,对于VOCs会与大气中的化学成分相互反应,形成二次污染或形成具有有毒有害的化学物质变成烟雾消散在大气中,这会对空气造成严重的污染,增加二次排出的气体对于生态环境的破坏和危害。另外由于光化学反应所造成的烟雾,除了可以有效降低能见度外的臭氧层和其他的PAN、PBN等有害物质,从而不仅对大自然环境造成影响,还会加速影响人们的身体健康,造成呼吸系统疾病的严重增加[5]。

2 VOCs 的治理技术及进展

2.1 VOCs的回收技术

2.1.1 冷凝法 冷凝法是利用VOCs在不同的温度和压力下会造成不同的饱和蒸汽压的性质,并且通过采用不同的压力对系统的压力进行有效的升高或降低,使得处于蒸汽下的污染物可以从气象中分离出来的过程。

2.1.2 吸收法 吸收法是通过液体为主要的吸收剂,通过洗涤吸收装置使得废气中的有毒有害的物质可以被液体所吸收,从而达到净化的目的,在液体吸收的过程中通过气象和液体之间发生的反应所生成的气体分子或是湍流扩散开的物质进行有效的转移。该类方法适用于浓度较高、温度较低但是压力又较高的情况下,容易对气体的污染造成严重的扩散作用[6]。

2.1.3 吸附法 吸附法是指利用某些具有吸附能力的物质,如活性炭等物质作为吸附介质,对空气中有毒有害的物质进行吸收,当吸附有害物质达到一定的消除污染的目的时,就可以用于处理低浓度的废气污染物了。并且对VOCs的去除效果较为明显。目前在采用吸附法治理有机废气中,活性炭的性能最好,其去除率高,物流中有机物浓度在1000×10-6以上,吸附率可达95%以上[3]。活性炭又有颗粒状和纤维状两类。如图表2-1

表2-1 活性炭颗粒和活性炭纤维性能的主要差别

活性炭纤维 1500-2500 几乎全是微孔 短 52 极少

比较而言,颗粒状活性炭结构气孔均匀,除小孔外,还有10～100nm的中孔和0.5～5μm的大孔,处理气体要从外向内扩散,通过距离较长,所以吸附脱附都慢;而纤维状活性炭孔分布均匀,而且绝大部分是1.5～3.0nm小孔,比表面积大,由于小孔直接开口向外,气体扩散距离短,因而吸附和脱附都快。因此,在活性炭吸附剂中,又以活性炭纤维的应用最为广泛。国内外近几年的研究发现,经过氧化铁或臭氧处理过的活性炭具有更好的吸附性能,研究表明氧化后的活性炭具有更强的亲和力,对各种有机气体的吸附有效传质系数比未处理过的活性炭更大。

此外,吸附法与其它净化方法的集成技术治理众多行业的有机废气,在国内得到了推广应用。如采用液体吸附和活性炭吸附法联合处理高浓度可回收苯乙烯废气;采用吸附法和催化燃烧法联合处理丙酮废气等。吸附法与其它净化方法联用后不仅避免了两种方法各自的缺点,而且具有吸附效率高,无二次污染等特点。

2.2 VOCs的消除技术 消除技术是通过化学或生物反应等,在光、热、催化剂和微生物等作用下将有机物转化为H2O和CO2,这种方法对于中等浓度或者浓度<1000mg/m3的低浓度VOCs具有较好的处理效果。目前,常用的方法主要有燃烧法、低温等离子体分解法、生物法等。

2.2.1 燃烧法 燃烧法是利用VOCs易燃性质进行处理的一种方法,经过充分的燃烧后,最后的产物是CO2和H2O,由于燃烧时放出大量的热,排气的温度很高,所以可以回收热量。该法在化工、喷漆和绝缘材料等行业广泛使用[8]。若VOCs中含有硫、氮和卤素等成分,还应考虑对燃烧后废气的处理,以免造成二次污染。如其中的蓄热式热氧化炉(RTO)技术,可使用于最高VOCs浓度约10g/Nm3场合,达1.5g/Nm3时,可不需要补充燃料。如果热量无需回用于生产工艺,则RTO是最佳的选择之一。

2.2.2 低温等离子体分解法 低温等离子体技术又称为非平衡等离子体技术,是在外面有电场加持的作用下,通过介质导电的原理进行这一复杂的物理化学反应,从而将废气中有毒有害的物质降解成武无毒无害的物质的这一过程。并且可以充分利用非热等离子体法进行有效的处理VOCs[10],另外经过相关研究表明,等离子的氧化性能相对更强,并且等离子技术进行废气处理在目前还是一种较为可靠的处理技术,并且可以将净化后的后续处理条件等。

2.3 VOCs的技术进展 传统VOCs治理方法的缺陷是局限性很大,并且费用非常高,生命周期却很短,还会在处理过程中造成更严重的二次污染,正是因此,近年来,关于光催化技术的研究才更加的迅速,也是成为了目前业界较为看好的新起之秀[13]。

3 结语

随着社会的经济发展和时代的进步科技的发展,人们对于生存环境提出了更高的要求,并且也更加的关注对于VOCS这类有毒有害物质的治理,所以,从今以后,我们还是要加强对这类有毒有害物质的关注度等,并且要进一步探讨有毒有害物质的处理技术,有效克服传统的VOCS的处理技术,传统的处理技术还有成本高效率低等因素,并且反应器庞大,还会造成严重的二次污染等缺陷,而目前对于处理技术的最新研发技术刚好有效克服这一缺点,新技术具有投入的资金少,成本低,效率高且稳定等特点。虽然如今对于VOCS的处理已经有了最新的技术,但是对于挥发性废气中的有机物质的处理的工艺优化以及更优的处理方案仍然是我们目前较为重要的关注对象和研究方向。