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各種有機廢氣處理技術彙集

2021-03-25 11:17

 

   近年来随着经济的发展 ,化工企业的大量新起 ,在加上环保投资力度的不够 ,导致了大量工业有机废气的排放 ,使得大气环境质量下降 ,给人体健康来严重危害 ,给国民经济造成巨大损失 ,因此 ,需要加大对有机废气的处理。对有机废气的治理 ,人们早就有研究 ,而且已经开发出一些卓有成效的控制技术 ,如广泛采用并且研究较多的有热破坏法、 冷凝法、 吸收法等 ,近年来形成的新控制技术有生物膜法、 电晕法、 等离子体分解法等。本文将对上述方法作较为详细的介绍。
 

1.熱破壞法

    热破坏是目前应用比较广泛也是研究较多的有机废气治理方法,特别是对低浓度有机废气,有机化合物的热破坏可分为直接火焰燃烧和催化燃烧。直接火焰燃烧是一种有机物在气流中直接燃烧和辅助燃料燃烧的方法。多数情况下,有机物浓度较低,不足以在没有辅助燃料时燃烧。直接火焰燃烧在适当温度和保留时间条件下,可以达到99%的热处理效率。

催化燃燒是有機物在氣流中被加熱,在催化床層作用下,加快有機物化學反應(或破壞效率的方法) ,催化劑的存在使有機物在熱破壞時比直接燃燒法需要更少的保留時間和更低的溫度。催化劑在催化燃燒系統中起著重要作用。用于有機廢氣淨化的催化劑主要是金屬和金屬鹽,金屬包括貴金屬和非貴金屬。目前使用的金屬催化劑主要是PtPd,技術成熟,而且催化活性高,但價格比較昂貴而且在處理鹵素有機物,NSP等元素時,有機物易發生氧化等作用使催化劑失活。非金屬催化劑有過渡族元素钴、稀土等。近年來催化劑的研制無論是國內還是國外進行得較多,而且多集中于非贵金属催化剂并取能得了很多成果。例如V2O5 +MOX (M:过渡族金属) +贵金属制成的催化剂用于治理甲硫醇废气, Pt + Pd + Cu催人剂用于治理含氮有机醇废气。

由于有機廢氣中常出現雜質,很容易引起催化劑中毒,導致催化劑中毒的毒物(抑制劑主要有磷、鉛、铋砷、錫、汞、亞鐵離子鋅、鹵素等。催化劑載體起到節省催化劑,增大催化劑有效面積,使催化劑具有一定機械強度,減少燒結,提高催化活性和穩定性的作用。能作爲載體的材料主要有AL2O3鐵釩、石棉、陶土、活性炭、金屬等,最常用的是陶瓷載體一般制成網狀、球狀、柱狀、峰窩狀。另外近年來研究較多且成功的有絲光沸石等。對催化燃燒而言,今後研究的重點與熱點仍將是探索高效高活性的催化劑及其載體,催化氧化機理。

 

2.液體吸收法

液體吸收法是利用液体吸收液与有机废气的相似相溶性原理而达到处理有机废气的目的。通常为强化吸收效果用液体石油类物质、表面活性剂和水组成的混合液来作为吸收液。近年来,日本人研究利用了用环糊精作为有机卤化物的吸收材料,根据环糊精对有机卤化物亲合性极强的原理,將環糊精的水溶液作爲吸收劑對有機鹵化物氣體進行吸收。這種吸收劑具有無毒不汙染,捕集後解吸率高,回收節省能源,可反複使用的優點。

 

3.吸附法

吸附法的應用廣泛,具有能耗低、工藝成熟、去除率高、淨化徹底、易于推廣的優點,有很好的環境和經濟效益。缺點是設備龐大,流程複雜,當廢氣中有膠粒物質或其他雜質時,吸附劑易中毒。吸附法主要用于低濃度,高通量可揮法性有機物(VOCs)的處理。決定吸附法處理VOCs的關鍵是吸附劑,吸附劑應具有密集的細孔結構、內表面積大、吸附性能好、化學性質穩定、不易破碎、對空氣阻力小等性能,常用的有活性炭、氧化鋁、矽膠、人工沸石等。

 

目前,多數采用活性炭,其去除效率高。活性炭有粒狀和纖維狀兩類。顆粒狀活性炭結構氣孔均勻,除小孔外,還有10100nm的中孔和1 . 55um的大孔,處理氣體從外向內擴散,吸附脫附都較慢;而纖維活性炭孔徑分布均勻,孔徑小且絕大多數是1 . 53nm的微孔,由于小孔都向外,氣體擴散距離短,因而吸附脫附快。經過氧化鐵或氫氧化鈉或臭氧處理的活性炭往往具有更好的吸附性能。

 

4.冷凝法

冷凝法是利用物質在不同溫度下具有不同飽和蒸汽壓這一性質,采用降低系統溫度或提高系統壓力,使處于蒸汽狀態的汙染物冷凝並從廢氣中分離出來的過程。冷凝過程可在恒定溫度的條件下用提高壓力的辦法來實現,也可在恒定壓力的條件下用降低溫度的辦法來實現,一般多采用後者。利用冷凝的辦法,能使廢氣得到很高程度的淨化,但是高的淨化要求,往往是室溫下的冷卻水所不能達到的。淨化要求愈高,所需冷卻的溫度愈低,必要時還得增大壓力,這樣就會增加處理的難度和費用。因而,冷凝法往往與吸附、燃燒和其他淨化手段聯合使用,以回收有價值的産品。

 

5.生物法

生物淨化實質上是一種氧化分解過程:附著在多孔、潮濕介質上的活性微生物以廢氣中有機組分作爲其生命活動的能源或養分,轉化爲簡單的無機物(CO2、H2O)或細胞組成物質。現階段主要工藝包括:生物過濾床、生物滴濾床以及生物洗滌床。

 

5.1 過濾床

生物過濾床是一种在其中填入具有吸附性滤料(如泥炭、土壤、活性炭等物质)的净化装置。挂生物膜前,在過濾床中掺入pH緩沖劑和NPK等營養元素(NH4NO3和K2HPO3 ) ,当具有一定湿度的废气进入生物滤床,通过约0 . 5~

 

5.2 生物滴滤床

生物滴滤池与生物滤池的结构相似 ,不同之处在于其顶部设有喷淋装置。生物滴滤床使用的是粗碎石、 塑料蜂窝状填料、 塑料波纹板填料、 陶瓷、 不锈钢拉西环、 树皮、 活性炭纤维、 微孔硅胶等一类不具吸附性的填料 ,填料的表面是微生物形成的几毫米厚的生物膜。废气通过滴滤池时 ,废气中的污染物被微生物降解 ,生物滴滤池在营养供给和微生物生长环境的调节方面具有优势 ,可承受比生物滤池更大的污染负荷 ,同时具有很大的缓冲能力 ,操作条件也易于控制 , 可通过调节循环液的 pH, 加入 K2HPO4、 NH4NO3等物质得以实现。

 

5.3 生物洗涤塔

生物洗涤塔通常由一个装有填料的洗涤器和一个具有活性污泥的生物反应器构成。洗涤器里的喷淋装置将循环液逆着气流喷洒 , 使废气中的污染物与填料表面的水接触 ,被水吸收而转入液相 ,从而实现质量传递过程。吸收了废气组分的洗涤液 ,流入活性污泥池中 ,通入空气充氧后再生 , 被吸收的气态污染物通过微生物氧化作用 ,被活性污泥悬浮液从液相中除去,生物洗涤塔工艺中的液相是流动的 ,这有利于控制反应条件 ,便于添加营养液、 緩沖劑和更换液体 ,除去多余的产物。

不同成分、 浓度及气量的气态污染物各有其有效的生物净化系统。生物洗涤塔适宜于处理净化气量较小、 浓度大、 易溶且生物代谢速率较低的废气;对于气量大、 浓度低的废气可采用生物過濾床;而对于负荷较高以及污染物降解后会生成酸性物质的则以生物滴滤床为好。

 

6.脈沖電暈法

脉冲电晕法基本原理是通过前沿陡峭、 脉宽窄 (纳秒级 )的高压脉冲电晕放电 ,能在常温、 常压下获得非平衡等离子体 ,即产生大量高能电子和 O、 H0等活性粒子 ,与有害分子进行氧化降解反应 ,使污染物最终转化为无害物。1988年以来 ,美国就开展了电晕法降解低浓度的挥发性有机物的研究。研究表明在环境通常温度和压力下 ,该法能达到较好的效率。

 

7.膜分離法

膜分离法的基本原理是基于气体中各组分透过膜的速度不同 ,每种组分透过膜的速度与该气体的性质、膜的特性与膜两边的气体分压有关。膜分离法净化有机废气是根据有机蒸气和空气透过膜的能力不同 ,而将二者分开的。常用膜分离工艺有:蒸气渗透、 气体膜分离和膜基吸收法。膜分离技术用于气体净化上的优点是投资费用低、 分离因子大、 分离效果好 (即净化效果好 ) ,而且膜法净化操作简单、 控制方便、 操作弹性大。

 

8.光分解法

光分解 VOCs有两种形式:一种是直接光照在波长合适时 , VOCs分解;另一种是催化剂存在下 ,光照 VOCs使之分解。

有研究表明 ,有机氯化物和氟氯烃在 185nm紫外光照射下 ,两种物质都能在极短的时间内分解 ,卤代物的分解速度大于氟氯烃;三氯乙烯几秒钟内即能分解成氧气、 氯气、 氟气等。光分解可产生中间产物 ,可通过氢氧化钠溶液处理或延长滞留时间等手段最终去除。

光催化降解技术原理是光催化剂如 Ti O2在紫外线的照射下被激活 ,使 H2O生成 OH自由基 ,然后 OH自由基将有机污染物氧化成 CO2 和 H2O 。用 Ti O2 催化剂时可采用普通的荧光灯为光源来消除恶臭和非常低浓度的污染物。受催化剂降解效率的影响 ,光催化氧化法在工业上的应用还待开发。

 

9.等離子體分解法

等离子体分解氯氟烃的技术已到实用阶段 ,植松信行研究了利用等离子体的化学作用分解氯氟烃之类难分解气体为无害物的应用。此技术可在短时间内进行大量的氯氟烃等气体的处理。此过程采用二个系统 ,一系统利用高频等离子体急速加热 ,使温度达 10000℃ 利用等离子体的化学作用与水蒸汽接触进行分解的超高温加水系统;第二个系统是将高温分解的排气急冷到 80℃下的排气系统。该系统是由氯氟烃和水蒸汽的供给装置、 等离子体发生装置、 反应炉、冷却罐以及排水处理装置等构成。

 

10.微波催化氧化技術

微波空气净化技术是由填料吸附 -解吸技术发展而来 ,是将传统解吸方式转变为微波解吸 ,微波能的应用大大减少了能量的消耗,并缩短了解吸时间 ,而且吸附剂经 20次解吸后基本上保持原有吸附能力。微波解吸技术对空气的净化基本上与其在水处理中的应用类似 ,解吸原理都可以用“ 容器加热理论 ” 和“ 体积加热理论 ” 加以解释。国内外在水处理中均有此方面的成功应用 ,而在空气净化中的应用 ,国外已有小规模的成功范例 ,国内尚处于起步阶段。

 

11.變壓吸附分離與淨化的技術

变压吸附分离与净化的技术 ( PSA)是利用气体组分在固体吸附材料上吸附特性的差异 ,通过周期性的压力变化过程实现气体的分离与净化。PSA技术是一种物理吸附法。一般采用沸石分子筛作为吸附剂 (吸附容量大、 吸附选择性强 )。在常温及一定压力条件下 ,可把有机废气中吸附在沸石分子筛上 ,没有被吸附的气体进入下一個工段。吸附有机废气以后的吸附剂通过降压抽真空把有机物解吸 ,使吸附剂再生。再生后的吸附剂重新去吸附废气中的有机物 ,以此循环往复。PSA技术是近几十年来在工业上新崛起的气体分离技术 ,具有能耗低、 投资少、 流程简单、 自动化程度高、 产品纯度高、 无环境污染等优点 ,是各种气体分离与回收的较理想的方法 ,极富有市场竞争力 ,在不久的将来将会在工业上迅速推广。

 

12.臭氧分解法

 

13.電化學氧化法

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