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挥发性有机污染物概述

1.1 挥发性有机化合物介绍

VOCs是挥发性有机化合物(volatile organic compounds)的英文缩写。是指常温下饱和蒸汽压大于133.32 Pa、常压下沸点在50~260℃以下的有机化合物,或在常温常压下任何能挥发的有机固体或液体。VOCs不仅导致空气质量变差而且是夏季光化学烟雾、城市灰霾的主要成分,并且其超过一定浓度时,会刺激人的眼睛和呼吸道,甚至损害人体的肝脏、肾脏、大脑和神经系统。

1.2 处理方法

回收法:吸收、吸附、冷凝、膜分离等。

销毁法:直接燃烧、催化燃烧、蓄热式燃烧、生物分解、低温等离子、光催化等。

1.3 处理方法选择图

图: 处理方法选择图

VOCs治理技术简介

2.1 蓄热式燃烧技术

2.1.1 主要功能

针对废气中有机物含量较低,热值不足以维持燃烧室的温度从而需要添加辅助燃料的问题,借鉴冶金、化工行业业已成功应用的蓄热炉经验,将其用于有机废气净化,即为蓄热式热力氧化器。

2.1.2 运行原理

蓄热式焚烧炉(RTO)采用热氧化法处理中低浓度的有机废气,用陶瓷蓄热床换热器回收热量。RTO主体结构由燃烧室、陶瓷填料床和切换阀等组成。其主要特征是:蓄热床底部的自动控制阀分别与进气总管和排气总管相连,蓄热床通过换向阀交替换向,将由燃烧室出来的高温气体热量蓄留,并预热进入蓄热床的有机废气;采用陶瓷蓄热材料吸收、释放热量;预热到一定温度(≥760℃)的有机废气在燃烧室发生氧化反应,生成二氧化碳和水,得到净化。

图:RTO工艺流程图

图:蓄热式焚烧炉

2.1.3 适用范围

蓄热式燃烧技术适用的有机废气浓度为100ppm~20000ppm。其应用领域包括:石油及化工(如塑料、橡胶、合成纤维、有机化工),油漆生产及喷漆,印刷(包括印铁、印纸、印塑料),电子元件及电线,农药及染料,医药,显像管、胶片、磁带等。

2.1.4 技术优势

(1)几乎可以处理所有含有机化合物的废气;

(2)正常运行情况下,可达到排放标准;

(3)过程热效率高,运行成本较低;

(4)维护工作量小,操作安全可靠;

(5)整个装置的压力损失较小;

(6)装置使用寿命长。

2.2 催化燃烧技术

2.2.1 主要功能

催化燃烧是用催化剂使废气中可燃物质在较低温度下氧化分解的净化方法。所以,催化燃烧又称为催化化学转化。由于催化剂加速了氧化分解的历程,大多数碳氢化合物在300~450℃的温度时,通过催化剂就可以氧化完全。

2.2.2 运行原理

催化燃烧装置主要由热交换器、燃烧室、催化反应器、热回收系统和净化烟气的排放烟囱等部分组成。其净化原理是:未净化气体在进入燃烧室以前,先经过热交换器被预热后送至燃烧室,在燃烧室内达到所要求的反应温度,氧化反应在催化反应器中进行,由于催化反应器中的催化剂的载体是由多孔材料制作的,具有较大的比表面积和合适的孔径,当加热到300~450℃的有机气体通过催化层时,氧和被吸附在多孔材料表层的催化剂上,增加了氧和有机气体接触碰撞的机会,提高了活性,使有机气体与氧产生剧烈的化学反应而生成CO2和H2O,同时产生热量,从而使得有机气体变成无毒无害气体。净化后烟气经热交换器释放出部分热量,再由烟囱排入大气。

图: 催化燃烧设备

2.2.3 适用范围

催化燃烧几乎可以处理所有的烃类有机废气及恶臭气体。其应用领域包括:石油化工、油漆、电镀、印刷、涂料、轮胎制造等。

2.2.4 技术优势

(1)起燃温度低,能耗少,燃烧易达稳定,甚至到起燃温度后无需外界传热就能完成氧化反应。

(2)净化效率高,污染物(如NOx及不完全燃烧产物等)的排放水平较低。

(3)适应氧浓度范围大,噪音小,无二次污染,且燃烧缓和,运转费用低,操作管理也很方便

2.3 高效生物过滤技术

2.3.1 主要功能

生物过滤技术是利用驯化后微生物的新陈代谢过程对多种有机物进行生物降解,将其分解成二氧化碳和水,从而有效地去除VOCs。

2.3.2 运行原理

负压收集来的废气进入高效生物过滤器后,首先进入生物洗涤塔,自上向下经过一级预洗,起到降尘及吸收部分水溶性气体的作用,然后进入生物滤气池,生物滤气池通过喷淋加湿给填料上的微生物提供一个良好的生长环境,废气流经填料床时,通过扩散过程,将废气中的有机污染物传递到生物膜,并与膜内的微生物相接触而发生生物化学反应,使废气中的污染物得到降解。

图: 高效生物过滤器

图: 高效生物过滤器

图: 生物滤气池

图: 高效生物过滤器(生物洗涤塔+生物滤气池)

图: 高效生物过滤器

2.3.3 适用范围

高效生物过滤技术应用领域包括:啤酒厂、食品加工、制药业、化学工业、表面涂层加工车间、喷漆车间、电镀车间、铸造厂、塑料回收及加工、石油加工厂、垃圾填埋场、污水处理厂、堆肥厂、污泥干燥、土壤修复行业。

案例:某汽车工业公司高效生物过滤器(220m3/h)

案例:某化工企业高效生物过滤器(65m3/h)

案例:某塑料加工企业高效生物过滤器(10m3/h)

案例:某食品加工企业高效生物过滤器(40m3/h)

2.3.4 技术优势

(1)适应各种VOCs组分,尤其对有机挥发性异味气体去除率高;

(2)不产生二次污染;

(3)后期运行维护成本低;

(4)自动化程度高,操作方便;

(5)设备模块化,安装便捷。

2.4 油气回收技术

2.4.1 主要功能

油气回收技术通过废气与吸收剂溶液直接接触,从而使废气中的VOCs转移到溶剂中。由于VOCs多为非极性分子,基于相似相溶原理,多采用柴油、汽油等有机物吸收VOCs,并通过对吸收剂的解吸处理,回收VOCs并再生吸收剂。

2.4.2 运行原理

油气回收装置主要由吸收塔和解吸塔组成。其净化原理是:废气进入吸收塔,与吸收剂溶液直接接触,在此过程中,某些VOCs组分溶于溶剂中或与溶剂发生化学反应,经吸收净化后的废气排入大气;吸收剂溶液进入解析塔,经解吸后可循环使用。

 

图:油气回收设备

2.4.3 适用范围

油气回收技术适用于废气流量较大、浓度较高、温度和压力较高情况下气相污染物的废气处理,其应用领域包括:喷漆、绝缘材料、黏结、金属清洗和化工等行业。

2.4.4 技术优势

(1) 工艺流程简单;

(2) 吸收剂价格便宜、投资少、运行费用低。

2.5 其他

2.5.1 低温等离子氧化技术

等离子技术指采用高压脉冲电晕放点,获得非平衡等离子体,即产生大量高能电子、自由基等活性粒子,对废气中的VOCs进行氧化分解,以达到去除污染物的目的。

图: 低温等离子氧化设备

2.5.2 紫外氧化技术

紫外氧化技术是指利用紫外线照射产生的臭氧将VOCs氧化分解为低分子有机物、CO2和H2O的过程。其主要用于恶臭废气的除臭,具有除臭效果好、设备简单、运行成本低、无需添加化学药剂等优点。

图: 紫外氧化设备

2.5.3 活性炭吸附

废气中的有机成分被吸附到活性炭的微孔中,从而在微孔内形成一层平衡的吸附浓度,由于分子之间拥有相互吸引的作用力,当一个分子被活性炭内孔捕捉后,会导致更多的分子不断被吸引,直到添满活性炭孔隙为止。在吸附饱和后,采用蒸汽脱附法,将吸附在活性炭孔径内的有机分子脱附出来并回收。

图: 活性炭吸附装置

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