关于有机废气的净化治理与回收探究

2023-03-10滑鹏

皮革制作与环保科技 2023年2期

关键词：吸附剂废气净化

滑鹏

（中升太环境技术（江苏）有限公司，江苏苏州 215101）

随着社会经济的飞速发展，大气污染问题日益严峻，尤其是以工业有机废气为代表的大气污染物，在影响整体大气环境的同时，也对人类身体健康产生了严重的负面影响，加强对有机废气净化治理与回收的探索及研究已成为社会经济发展过程中的重要议题。

1 有机废气相关概述

1.1 有机废气的产生原因

有机废气是一种挥发性较强、有一定危害性与刺激性的气体，多产生于化工生产活动中的反应挥发及有机溶剂挥发，有机溶剂种类很多，如苯类、腈类、烯烃类塑料聚合物、乙酯类、芳香族化合物等[1]。有机溶剂如果不经过净化治理与回收，可能造成严重的大气污染问题，不仅会破坏臭氧层，而且会影响人类的身体健康。其中反应挥发类主要为生产加工过程中高分子聚合物受热分解而产生的挥发性强的烯烃类塑料聚合物，而有机溶液挥发多产生于喷涂过程中，如金属涂装、印刷工艺等。

1.2 常见的有机废气

从产生途径来看，有机废气常产生于油漆生产、金属涂装、胶合板制造等制造型行业，其中橡胶类产品在生产过程中，内部高分子聚合物在热力作用下发生分解，就会挥发烯烃类塑料聚合物；油漆喷涂等表面处理企业在作业过程中常常会产生丙醇、丁醇、二甲苯等挥发性有机化合物；化纤企业生产过程中，塑料、塑胶等粒子在加工受热过程中容易挥发乙烯、丙烯、丙烯腈等聚合物单体；印刷型企业在油墨印刷过程中也会产生非甲烷类、乙酸乙酯等有机废气。

1.3 有机废气的危害

由上可知，不同化工企业所产生的有机废气种类千差万别，而不同的有机废气对人体健康的伤害及危害程度也不同。苯类有机废气会伤害人体神经系统，严重时甚至会造成急性中毒；芳香胺类会严重损伤人体器官功能，甚至导致死亡；腈类有机废气会刺激呼吸系统，甚至引发窒息。此外，这些有机废气一旦进入大气层，还会对臭氧层造成破坏，从而影响生态系统的可持续发展。

2 治理有机废气的必要性及治理现状

从有机废气的危害环境来看，主要有室内危害与室外危害两种形式，其中室内危害会直接对人体的健康及生命安全造成威胁，而室外危害会影响人类整体的生产及生活环境，引发雾霾、空气污染超标、动植物生长秩序紊乱等问题。研究表明，长期吸入有机废气会严重破坏人体BP神经系统，甚至导致昏迷或死亡，而长期受有机废气影响，动植物在生长速度、品质、产量等方面都不容乐观[2]。因此，为了创设更加美好的人居环境，促进社会经济与生态环境实现可持续发展，我们必须加强对有机废气的净化治理与回收。

早在21世纪初期，国家就加大了对有机废气排放的监管力度，制定了相应的废气排放标准，有机废气治理与回收技术获得了一定程度的发展，治理效果日益显著。然而社会经济发展突飞猛进，传统有机废气治理技术已无法满足新时期有机废气的治理与回收需求，我们必须充分应用先进技术手段进行改进与优化，同时还要结合不同的有机废气类型制定科学的治理方案，实行个性化治理，并加强对有机废气治理与回收过程的环境监测。只有这样才能切实提升有机废气净化处理能力，促进工业生产实现长远发展。

3 传统有机废气治理技术讨论

3.1 冷凝有机废气净化处理技术

不同的物质在不同的温度条件下具有不同的特性，因此可以利用这一原理，采用蒸汽冷凝的方式排除污染物质，这项处理技术在治理有机废气方面成效比较显著。但一般情况下，仅通过冷凝处理就排出的气体无法达到国家规定的废气排放标准，必须经过其他程序的处理。具体流程如表1所示。

表1 冷凝废气净化处理8步走方法

按照以上八个步骤处理有机废气，可以最终测出有机废气的烟气湿度，并通过烟气湿度来判断有机废气净化与回收效率。值得注意的是，如果有机废气湿气过重，则需要先进行干燥处理。

3.2 吸附处理技术

吸附处理技术在我国有机废气处理方面得到了广泛应用，其操作较简单，而且经过处理的废气有很高的安全性。该技术主要依靠吸附剂吸附有机废气中的污染物，让污染物在吸附剂小孔缝隙内发生物理或化学反应，从而吸附在吸附剂内，吸附处理效果与吸附剂的性能及处理的有机废气种类密切相关。活性炭在有机废气处理中应用较多，使用便捷且价格低廉，能够有效降低有机废气的潜在污染性。但是它的吸附性不强，难以进行大批量的有机废气吸收与处理，因此，工作人员务必要严格按照有机废气的种类及吸附需求选择相应的吸附剂，只有这样才能保障有机废气得到有效净化与回收。一般情况下，高吸附性的吸附剂价格也更高，在工业化生产中大批量使用会产生很高的废气处理成本。这项技术比较常用于一些常见的有机废气治理中，或作为一种辅助性手段，与其他工艺联合完成有机废气的治理。比如目前许多生产型企业所采用的新型吸附回收净化处理技术，就是以原有吸附技术为基础，结合治理需求融入一些新型回收净化技术。一些企业在吸附技术中添加了催化剂，并在多层面净化与回收中辅以燃烧或高温条件，有效提升了有机废气的治理效率[3]。

3.3 液体吸收处理技术

许多企业会结合有机废气类型调配液态溶液，并将有机废气通入液态溶液中，使其与液体溶剂发生化学反应，让部分化合物溶解至溶液内，从而实现净化处理与回收。这种有机废气处理方法操作便捷，但对溶液类型及浓度的把控要求很高，相关人员必须严格按照有机废气的构成及含量进行调配和管理。因此，工作人员要加强对溶液质量的监测力度，及时更换不达标的溶液，以保障有机废气的充分净化处理。目前，这项技术广泛应用于对二氧化碳、二氧化氮等具有液化特性的有机废气处理中。比如在进行二氧化氮废气液化处理时，会先结合二氧化氮特有的化学特性，统一进行有机废气混合物的液体吸收处理，先使用风机将废气排入水雾净化塔，经过降温及水吸收后导入碱雾净化塔中进行中和，最后再使用离心风机净化纤维吸附装置中的其他剩余气体，从而彻底完成有机废气的净化治理与回收。

4 有机废气治理技术的现代化发展

4.1 新型吸附回收净化处理技术

新型吸附回收净化处理技术在传统吸附技术物理方式吸附有机废气的基础上，通过高温加热提高小缝隙吸附材料的吸附剂性能，使物理吸附与化学反应同步发生作用，极大地提高了有机废气吸收浓度与吸附效果，使得有机废气得到有效的吸收、汇集与固化[4]。这种新型吸附技术的应用效果与吸附材料密切相关，需要结合不同类型的有机废气采用氧化铝、硅胶等相对应的吸附剂，并合理添加一定数量的活性炭，以保障净化吸附效果。具体流程如图1所示。

图1 高温吸附回收净化处理技术原理图

研究表明，科学应用高温吸附回收净化处理技术可以有效提高有机废气吸附与净化效果，但由于活性炭吸水性强，在吸附有机废气过程中会吸收大量水分，导致吸附剂内水分含量过高，从而影响对有机废气的吸附效果。因此，在使用过程中，工作人员要合理控制活性炭的使用量，在保障吸附剂吸附活力的同时减少活性炭高吸水性可能造成的不利影响。在具体操作中可以在吸附剂中添加一定数量的沸石，这样既能保障吸附剂达到有机废气治理的湿度要求，又能有效降低吸附剂的吸水性。实验证明，在高温吸附回收净化处理有机废气过程中使用活性炭作为辅助吸附剂，当有机废气湿度达到50%时，吸附剂就会因吸收水分而彻底饱和；而使用沸石作为辅助吸附剂，吸附剂具有一定的不吸水性，只有当有机废气湿度达到75%时，吸附剂才会达到饱和，从而停止吸收有机废气[5]。由此可见，在具体操作过程中，工作人员应结合具体需求灵活选择辅助吸附剂。此外，新型吸附回收净化处理技术还可应用于一些成分复杂且有爆炸风险的有机废气净化治理与回收中，结合混合气体的爆炸极限，有针对性地去吸附有机气体，将混合气体控制在爆炸极限范围内。在进行此类有机废气处理时，工作人员要先找出具有爆炸特性的废气，并加强对此类气体的浓度测试与监测，有针对性地调整吸附剂的类型及构成，将爆炸性气体浓度控制在一定范围内，以保障有机废气净化治理与回收过程的安全性。一般情况下，应将混合气体浓度控制在爆炸极限浓度的十分之一以内，方可在高温、高压环境下最大限度地避免有机废气爆炸的发生。

4.2 燃烧技术

燃烧技术在净化治理挥发性有机废气方面应用较广，根据燃烧形式的不同又可以细分为直接燃烧、蓄热式燃烧、催化燃烧等。其中直接燃烧技术主要用于处理回收价值不大、燃烧热值较高的高浓度有机废气，让这类有机废气在1 100度高温下充分燃烧，分解为水和二氧化碳。虽然操作比较简单，但这项治理技术能耗高，易产生二次污染，还存在一定的安全隐患。蓄热式燃烧技术在包装印刷、石油化工等领域应用较多，通过蓄热材料与热交换技术处理有机废气，使用RTO三床式蓄热式热力氧化器在800 ℃条件下就可以完成涂装产生的苯类有机废气的净化处理。催化燃烧技术通过催化剂的有效应用降低了有机废气的净化处理温度，仅需200～400 ℃即可促使有机废气彻底分解，反应速率更高，且废气治理效果好，基本无二次污染。上海宝钢包装公司通过合理应用这项工艺有效治理了生产过程中苯、甲苯等挥发性有机废气，并有效降低了企业废气处理成本，数额高达200万元[6]。但值得注意的是，这项工艺的应用效果与催化剂密切相关，而废气浓度较高时，一些催化剂可能会失活，从而使废气治理效果大打折扣。而且一些贵金属催化剂如Pt－Pd催化剂成本较高，且耐热性差，很容易因操作失误而影响催化剂活性，从而增加企业在能源上的投入，因此，研究人员很有必要研发替代型催化剂。

4.3 生物处理技术

针对低浓度挥发性有机废气，还可使用生物洗涤法、生物滴滤法等生物处理技术，通过合理选择菌种与填料，应用反应器创设合适的反应条件与温度等，依托生物净化治理废气。生物洗涤法整体操作过程较为稳定，使用大于表面积的多孔惰性材料可去除60%～98%的有机废气，虽然过程容易控制，但设备配置要求高，运行费用高。生物滴滤法虽然运行费用低，且能去除90%～99%的有机废气，但需要使用聚氨酯、树脂等合成填料，且在操作中容易产生废水。生物过滤法在运行费用及投资成本方面都具有优势，通过泥炭、堆肥、土壤等有机填料可以去除90%～95%的有机废气，但填料pH值及湿度控制难度较大，且在操作过程中容易发生床层堵塞。

4.4 低温等离子体技术

低温等离子体技术在有机废气净化治理中也得到了一定程度的应用，该技术主要用于治理低浓度挥发性有机废气，处理效率高，可以将有机废气转化为无污染的水和二氧化碳，同时还能生成高活性低温等离子。这项技术通过高压电场中的介质放电产生大量高能电子轰击有机废气，使其发生电离、解离等反应，从而实现净化治理。这项技术能耗很高，且对均匀低温等离子产生条件有严苛的要求，只有严格把控反应条件才能保障有机废气的高效治理。目前，业界主要就低温等离子体技术介质阻挡放电、电晕放电两种放电方式与催化剂或吸附剂的有效结合展开研究，分析了有机废气流量、初始浓度与放电方式的影响。比如，针对每分钟流量10升、质量分数在0.035%的苯乙烯，基于脉冲等离子体源在每升27.4焦的能量密度、8.5千伏的电压条件下进行电晕放电，可以去除98.6%的有机废气[7]。