化工行业有机废气治理新技术研究

陈申盘，刘亚红

（山东韬立环保科技有限公司，山东 济南 250000）

近年来，各种各样的环境问题时有发生，而环境保护就成为了社会的热点讨论话题之一。因此，对于高能耗、高污染的企业进行管理与限制，就是保护环境的重要措施。其中，化工行业在国民经济中发展中具有重要地位，对于许多国家而言，是经济支柱型产业。但化工行业在生产过程中产生的种类繁多、数量庞大且毒性较重的有机废气，对生态系统造成了严重危害。所以，在环保型经济发展的要求下，对化工行业的污染治理尤为重要，且迫在眉睫，一方面是为了有力保障人与自然的和谐共处，以及保护我国的公共卫生安全，另一方面也是为了切实促进化工行业长期健康的可持续发展。面对这种形式，我国加大了对化工行业有机废气处理的力度，并不断研发新技术对废气进行净化和降解，以最大程度地降低排出废气的毒性，从而减少对环境的危害。

1 有机废气的危害与治理现状

1.1 有机废气的危害

（1）当前，有机废气已严重影响了生态环境，其危害也是多方面的。其中，有机废气在阳光的照射下，部分成分会与空气中的物质发生化学反应，而生成的臭氧可转化为光化学烟雾，一旦与人体发生接触或被人体吸入，就会对人们身体健康造成危害。同时，有机废气本身具有较强的刺激性和毒性，当人们过量吸入时，可能会导致急性中毒事件的发生，严重时甚至会出现一定的致死率。此外，有机废气中的部分成分还会引发肿瘤病变和其他重疾，其中部分病变是不可逆的，这会对人体健康造成严重威胁。

（2）对植物而言，有机废气中的光化学烟雾、二氧化硫、氟化物等成分会导致植物枯黄落叶直至死亡，同时还会影响植物的光合作用。因此，每年都有大量的农作物受有机废气的影响导致减产，造成了严重的经济损失，而我国作为农业大国，有机废气对农产业造成的危害是不容忽视的。

（3）对气候而言，有机废气是引发大气污染的主要的原因，并且这种污染是全球性的。主要表现为以下三个方面：其一，破坏了臭氧层。臭氧层对地球而言具有极其重要的保护作用，其承担着过滤紫外线、热能的转换等多种作用，当臭氧层被破坏后就会对全球的气候调节与转换产生影响，一旦受到严重破坏，后期修复极为困难且艰难；其二，酸雨。酸雨具有一定腐蚀性，并且雨区覆盖面积均为受灾面积，而区域内的动植物、水源、建筑、人体等均会受到严重影响，从而造成不可估量的损失；其三，气候变化。有机废气会直接加剧温室效应，造成全球气候变暖，导致各种极端天气增加，自然灾害增多，其中冰川融化，海平面上升会给全球的生态环境、人文发展、经济建设均带来严峻挑战[1]。

1.2 有机废气的治理现状

由以上内容可以看出，对有机废气进行有效治理也是在保护人类赖以生存的资源环境。通常，有机废气的主要来源为煤炭、石油和天然气，而与这三种原材料密切相关的就是化工行业。因此，治理有机废气主要是针对化工行业。目前，虽然我国对化工行业的有机废气处理已具有较为完善的处理流程，比如处理方法、处理原则以及处理标准等，但受各种主客观因素的影响，处理效果往往不理想。一方面是由于有机废气具有成分复杂，易燃易爆、有毒有害、不溶于水等诸多特点，所以，导致各种废气的处理方式不同，处理难度也较高，一旦不慎还可能会引发相关安全事故；而另一方面在于许多企业对有机废气的处理不够重视或处理能力较为低下，比如部分企业为了提升经济效益，在扩大生产规模的同时不断加大对生产设备的投入，但却忽略了对有机废气处理设施方面的相关建设，导致有机废气处理的效率和效果一直不佳，或部分企业的有机废气处理技术较为落后、单一，且过于依赖方法简单、成本低廉的活性炭吸附法。这种方法仅能对浓度较低以及成分较为简单的有机废气进行处理，而对于高浓度以及成分复杂的有机废气进行处理则会达不到预期的效果，最终导致排放超标，无法满足现阶段的处理要求[2]。

2 化工行业有机废气常见的治理方法

2.1 热力燃烧法

由于在有机废气中，部分成分具有可燃性，且在完全燃烧后可被完全氧化分解，从而会被转化为无害物质排放至空气中。因此，该方法主要适用于高浓度、小气量的可燃性废气，其优势在于方法简便、成本低廉，但也具有较多的局限性，适用范围较为狭隘。需要注意的是，由于化工行业的有机废气成分往往较为复杂，当包含不可燃烧气体时会导致燃烧后依然存在较多的污染废气，同时对燃烧的充分性要求较高，一旦无法保证完全燃烧就会导致排放超标的情况发生。

2.2 吸收/吸附法

吸收法主要是利用有机废气中的部分成分易溶于水的特性，在处理时直接与水接触从而达到净化的目的，该方法的优点为工艺简单、管理方便；其缺点为需要对洗涤液进行处理，否则容易造成二次污染，净化效率较低。而吸附法主要是利用活性炭、多孔碳、沸石等吸附剂，吸附有机废气中各种有害的气体及液体分子，该方法优点为工艺成熟、效果可靠、易于回收；缺点为吸附剂具有吸附的上限，一旦达到或超过标准就会停止净化。

2.3 生物法

自然界存在各种各样的微生物，可利用这些微生物对各种常见的有机污染物以及无机污染物进行分解，从而转化为少量甚至无害的物质，该方法的优势在于成本低廉、资源投入较少、转化过程安全可靠等；缺点在于其中的部分污染物质具有二次利用的价值，但该方法无法进行回收，这一定程度上浪费了一定的生产资源，同时分解的效率也较低。因此，生物法也仅适用于废气量小的情况[3]。

3 化工行业有机废气处理的新技术

3.1 光催化氧化技术

在上世纪70年代，科学界发现了光催化裂解水，自此揭开了多相光催化新时代的序幕，随后有科学家又研究了多氯联苯的光催化氧化作用。该研究也是首次利用光催化技术消除环境污染物，而后，许多的科学家也陆续开展了一系列的研究，均证实了光催化氧化对许多的有机污染物具有良好的降解作用，这既拓宽了光催化氧化技术的应用范围，又促进了该技术的实际应用进度。在治理有机废气的过程中，该技术一方面具有光化学氧化的优势，能够在可见光及紫外光的作用下使有机污染物氧化降解，而另一方面极大地提升了光化学氧化的效率，使得在反应过程中产生的有机中间体大幅度减少。因此，利用该技术可以高效地完全降解常见的化工产业有机废气中的污染物，且不会产生二次污染。比如NO2、SO2、H2S等酸性气体和NH3、CS2等碱性气体，最终会使之转化为水之类的安全物质，不仅可供生产再次利用，同时在排放后也不会对环境造成危害，可使这些物质直接加入到生态循环之中。目前在国际范围内，该技术已具有较为丰富的应用经验以及先进的应用体系，但我国在这方面的研究起步相对较晚，客观上还存在一定的差距。因此，化工企业可根据自身的实际情况进行选择应用，且还要购买相对可靠的设备，来建设净化体系，从而有效降低有机废气的排放率。光催化氧化设备如图1所示。

图1 光催化氧化设备

3.2 变压吸附分离与净化技术

变压吸附分离与净化技术实际上已具有多年的研究历史，但在早期由于技术水平低下，收率较低所以没能大范围推广。而近年来，随着相关技术的发展，有效减少了气体损失，收率逐渐提升，因此，逐渐受到了广泛的推广应用。该技术与通过化学反应使污染物质转换为安全物质不同，是属于物理净化方式。在实际应用过程中，先将有机废气吸附在固体材料上，然后经过净化设备且在压力的作用下对污染物进行分离和净化，最后排放出安全无害的气体。但与普通的物理净化方式相比，该技术具有可循环利用的优势，比如普通的吸附剂在达到吸附上限后便失去了活性，这时就需要不断的投入吸附剂，导致处理成本较大。而变压吸附分离及净化技术在完成吸附后，可通过抽真空的方法迅速完成废气的回收并进入到下一步的处理阶段，且在回收后吸附材料恢复活性，可继续吸附使用。因此，该技术有效提升了有机废气的处理的效率，在处理过程中基本实现了自动化，减少了化工企业人力、物力及资金方面的投入，同时设备投入较低，作业过程中消耗较少，具有较高的可靠性，并且，后期维护费用也较低，处理后的废气完全能达到排放标准，这对于化工企业而言都是不错的选择。目前，该技术依然还具有较大的发展前景，化工企业可根据自身的情况选择应用。变压吸附分离与净化设备如图2所示[4]。

图2 变压吸附分离与净化设备

3.3 膜分离法

（1）膜分离法是上世纪70年代研发出来的气体分离技术，发展至今其工艺技术已较为成熟，并且在世界各国的长期应用过程中，证实了该技术对化工企业有机废气的处理具有独到之处，因此，受到了许多企业的青睐与应用。该技术的原理主要在于以多种膜材料作为隔挡，在分子水平上使不同颗粒的混合物通过半透膜时实现选择性地分离，从而达到提纯的效果。但如果有机混合废气的成分较为单一，会极大降低后续的处理难度，因此，该技术适用于处理复杂成分的有机废气。

（2）膜分离法也属于物理处理方法，在处理的过程中无需添加化学试剂，只需电能驱动，能耗较低，因此，可有效降低化工企业废气处理的投入成本。此外，该技术的适用性也较强，无论化工企业的规模大小均可采用，且操作也较为简单，可以连续也可以间断进行，易于自动化作业，所以，可推广性较强。当前，随着科技的发展，各种性能优良的膜材料被研发出来，比如聚砜，该物质具有耐热、耐微生物降解、内层孔隙率高以及价廉易得等多种优势，因此，在处理有机废气中常被作为气体分离膜的材料，得到了广泛运用[5]。

3.4 低温等离子体技术

该技术也是当下处理有机污染物的研究热点。在应用过程中研究人员发现，等离子体放电对四氧联苯具有很好的降解作用，同时，在多项研究的支撑下，也对等离子的降解原理、过程及反应方程式等进行了详细研究，证实了经低温等离子体技术处理后的四氯联苯可显著降低毒性，并且不会产生有害的中间污染物，这也为低温等离子体技术持久性的处理有机污染物提供了理论上的支持。目前，该技术依然处于发展阶段，离广泛推广还具有一定的距离，但其优势在于适用范围广，即在电子能量较高的情况下，几乎可以使有机废气中的所有成分发生反应，从而转化为CO2和H2O等物质，且反应快，净化效率高。但缺点也较为明显，主要在于设备一次性投资较高，因此，对化工企业的经济实力有较高要求，同时，设备在运行过程中也具有一定的安全隐患，所以，对设备后期的维护与监管要求较高[6]。

4 化工行业有机废气处理的未来研究方向

近年来，随着污染治理观念的成熟与经验的积累，对未来的有机废气污染治理也提出了新的要求和希望，主要有以下几点。

4.1 循环再利用

有机废气中的污染物质本身也是许多生产企业的原料，因此，在节能降耗、减少浪费的循环理念下，对于如何加强有机废气的回收与再次利用，也成为现阶段需要重点考虑的问题。而如果能将有用的工业原料进行回收，就可以在降低处理成本的基础上，又增加了一系列的经济效益。

4.2 处理重心前移

对于有机废气的处理，虽然目前依然将重心放在生产过程中形成的有机废气，但科学界普遍认同“防大于治”的理念，认为最大程度地减少污染物的生成比后续的处理更为有效，这样也可以解决处理过程中存在的安全隐患。因此，应将有机废气地处理重心前移，比如可将原料的开采、分离等工作更加精细化，以高质量的原料减少废气的生成，实行清洁生产，从而降低后期处理的压力[7]。

4.3 多种技术联合使用

目前，绝大多数的处理技术均难以彻底解决有机废气中的污染问题，且一个单元过程基本只能解决一种或几种性质接近的污染物。因此，在实际处理过程中往往需要将多种技术联合使用，才能有效达到排放标准，但对于化工企业而言，无疑会增加一定的经济成本和管理负担。所以，未来需要研发在一套装置下能处理多种废气成分的系统，以实现真正的自动化[8]。

5 结语

综上所述，随着环境问题的日益突出，我国也对世界表达了“碳中和”的决心，作为负责任的大国，应拿出实际手段切实缓解污染问题。在此背景下，国家对各行各业都下达了节能减排的任务。因此，化工企业更应该正视自身的责任与义务，加强对有机废气排放的重视程度，要积极引入新技术，不断提升处理有机废气的效率，从而减少污染物的生成，为我国环境保护工作的可持续发展作出自身的贡献。