可揮發性有機物的治理工藝技術綜述

隨著經濟的發展，工業尾氣排放量增加。可揮發性物成為環保治理的重要目標。2013年9月，國務院發布《大氣污染防治行動計劃》要求推進石化行業揮發性物(VOCs)綜合整治。2014年12月，環境保護部發布《石化行業揮發性物綜合整治方案》要求廢水廢液廢渣系統逸散廢氣的治理。
　　2015年7月，我國環境保護部與我國質量監督檢驗檢疫總局聯合發布了新版《石油化學工業污染物排放標準》，其中對于揮發性物大氣污染物排放限值，廢氣中特征污染物排放限值做出了明確要求。化工逸散尾氣中包含以苯、甲苯、二甲苯、酚類為代表的烴類污染物。其限值分別為4、15、20、20mg/m3。該限值較原標準GB16297-1996有了明顯的提高。在環保日益矚目的前提下，進行工業可揮發性污染物治理顯得尤為重要。
　　一、傳統VOCs治理技術
　　根據石油化工污水處理設計規范GB50747-2012規定，廢氣處理可采用生物處理法。當廢氣非甲烷總烴含量不低于3000mg/m3時，可采用催化燃燒法。
　　1、生物處理法
　　生物處理法，可以處理較低濃度的VOCs，核心處理設備是生物濾床。生物濾床中固化了特定生物病菌，通過填料和病菌吸附作用，以及病菌對VOCs的分解作用，使VOCs轉化成   的CO₂和H₂O排放到空氣中凈化。
　　生物處理技術具有投資少，運行維護成本低的優點。但是目前生物處理技術能夠處理的廢氣濃度一般較低，出口標準相對低。在《石油化學工業污染物排放標準》實施后，沒有物達標處理成功案例。
　　2、燃燒法
　　燃燒法是利用VOCs可燃性，在   的溫度下，將它們通人到焚燒爐中，可以使這些物燃燒，生成CO₂和H₂O。即實現了VOCs化處理。燃燒法根據燃燒溫度和燃燒方式的不同，可以分成催化燃燒法和直接燃燒法2種形式。
　　催化燃燒法是在反應系統加人某種催化劑，在催化劑的作用下，降低VOCs的燃點。使VOCs能夠低溫下   燃燒，生成CO₂和H₂O，然后將它們排人到空氣中的方法。目前使用的催化劑類型較多，主要是貴金屬催化劑(如Pt、Pd)和非貴金屬催化劑(如V、Ti、Fe、Cu等)。
　　直接燃燒法在運行時，需要補充燃料氣，以保持VOCs廢氣的燃燒。
　　3、冷凝分離技術
　　冷凝分離技術原理基于物質在不同溫度下具有不同飽和蒸汽壓這一物理性質，采用降低系統溫度或提高系統壓力的方法，使處于蒸汽狀態的污染物，蒸汽分壓超過其相應的飽和蒸汽分壓。進而冷凝成液態從廢氣中分離出來的過程。
　　冷凝分離技術流程中，通常包含升壓設備、冷換設備。該技術多用于、高沸點的廢氣，多用于廢氣溶劑回收利用，適用范圍窄。
　　4、吸收技術
　　吸收是利用液體分離氣體混合物的處理過程。其作用原理是根據氣體混合物中各組分在液體中的溶解度不同，而達到分離目的的傳質過程。吸收劑的選擇根據混合氣體關鍵組分來確定。
　　5、吸附技術
　　任何一種吸附劑對于同一種被吸附的氣體來說，在吸附平衡的情況下，溫度越低，壓力越高吸附量越大。反之溫度越高，壓力越低，則吸附量越小。因此，氣體吸附分離方法通常采用變溫吸附或者變壓吸附2種循環過程。如溫度不變，在加壓的情況下吸附，用減壓或常壓解吸方法，稱為變壓吸附。
　　目前使用比較多的是活性炭吸附技術，其特點是活性炭凈化器出口VOCs濃度較低，缺點是吸附過程放熱量大，存在水解和重碳殘留等難題。另外活性炭的   頻率和      程度直接影響裝置的運行周期和處理效果。因此可以將活性炭吸附裝置作為廢氣凈化的后環節，處理濃度較低的混合氣體。
　　變壓吸附的方法早有工業應用。主要應用于氣分裝置，并有成熟的工業化應用案例。只是用于VOCs治理上，是在近些年剛剛提出的。如果解決吸附劑   和二次污染的問題，活性炭凈化設備今后的發展前景廣闊。
　　二、典型流程應用
　　根據上述介紹凈化技術的特點，目前使用較為廣泛的凈化工藝是單獨的生物處理技術，主要適用于低濃度氣體凈化，投資和運行費用以及維護難度較小，是目前使用較多的技術。燃燒技術氧化產物為處理標準高，但是能耗較高，使用受限。催化燃燒法近些年在國內被逐漸認識采納，但是舶來品催化劑成本較高，國產催化劑性能有待進一步提高，其使用受到   限制。
　　在多元技術聯合使用上，典型的工藝流程為，冷凝+吸附法、生物技術+吸附法。其流程設置是根據原料氣的組分、濃度以及各種凈化工藝特性和操作運行成本等因素綜合決定的。
　　近幾年有較多膜分離使用，其典型流程為：膜分離+吸附法、冷凝+膜分離+吸附法、膜分離+冷凝+吸附法。膜分離技術作為新興技術日益被人們關注。
　　三、新興技術展望
　　1、膜分離技術
　　膜法多元混合氣體分離是20世紀80年代后期，隨高分子材料技術發展而發展起來的一項高。其作用機理是利用不同氣體在高分子膜中的通過能力/擴散能力以及速度不同而實現氣體分離。
　　氣體分子在膜高壓側溶解于膜中，并在膜兩側分壓差驅動下，在膜中擴散，并從低壓側脫逸。溶解/擴散利用不同組分在膜材料中溶解/擴散的速度具有很大差異，從而將各組份分離。
　　該技術特點是，占地和投資相對小、運行費用較低。缺點是單獨應用膜分離技術通常無法將各組分   分離，因此該技術需要與傳統工藝結合使用。可以將該技術作為預處理單元使用，去除大部分的目標氣體，然后輔助常規處理技術，能取得   好的效果。
　　2、等離子技術
　　等離子技術原理是利用NS級的高壓脈沖電流進行放電，在常溫常壓環境中，獲得非平衡等離子體。介質阻擋放電過程中，電子從電場中獲得能量，通過碰撞將能量轉化為污染物分子的內能或動能。這些獲得能量的分子被激發或發生電離形成活性基團。同時空氣中的氧氣和水分在   電子的作用下也可以產生大量的態氫、臭氧和輕基氧等活性基團。這些活性基團相互碰撞后便引起一系列復雜的物理、化學反應。從等離子體活性基團組成可以看出，等離子體內部富含   化學活性的粒子，如電子、離子、自由基和激發態分子等。廢氣中的污染物質與這些具有較   量的活性基團發生反應，終轉化為CO₂和H₂O等物質，從而達到凈化廢氣的目的。
　　等離子技術對廢氣組成沒有選擇性，而且能量   ，幾乎所有污染物分子都能從分子結構上被破壞，從而凈化。具有較大的發展空間。
　　3、紫外光催化氧化技術
　　紫外光催化氧化技術是在光的作用下進行化學反應。反應機理是UV光氧催化氧化設備利用   紫外光束照射，使被照射介質原本穩定的化學鍵受到破壞，成為游離狀態的分子。同時，紫外光分解空氣中的氧分子，產生游離氧。進而產生臭氧。臭氧對物具有的氧化作用，臭氧繼而將游離態的污染物分子氧化成物質。以此減少污染物排放。
　　光解催化氧化裝置使用紫外光解處理三苯過程中，可以使用二氧化鈦做光解催化劑，能加快分解速度，還可以選用光觸媒、溶菌酶等多種催化劑。
　　雖然廢氣處理凈化技術路線較多，但是各種處理技術均有其自身的優缺點。所以加大新興技術的研究和使用，在處理具體的廢氣過程中，應根據各種工藝特點，靈活應用。利用投資和運行成本較低的技術做預處理，利用投資較大但運行效果較理想的技術做處理，使尾氣凈化流程   加合理。這是將來處理化工廢氣的一個新的發展趨勢。