揮發性有機物VOCs的治理技術

一、揮發性物概述
　　VOCs是一類化合物組合，不同組織對其有不同定義。1989年世界衛生組織(WHO)將VOCs定義為熔點低于室溫，常壓下沸點范圍在50℃~260℃之間，室溫下飽和蒸汽壓超過133.32Pa，常溫下以蒸汽形式存在于空氣中一類化合物總稱；ISO4618/1-1998中VOCs指原則上在常溫常壓下，任何能自發揮發的液體和/或固體；   ASTMD3960-98中VOCs指任何能參加大氣光化學反應的化合物；德國DIN55649-2000將VOCs定義為在常溫常壓下，任何能自發揮發的液體和/或固體，在通常壓力條件下，沸點或初餾點低于或等于250℃任何化合物；   EPA將VOCs定義為除CO、CO₂、H₂CO₃、金屬碳化物、金屬碳酸鹽和碳酸鉸外，任何參加大氣光化學反應的碳化合物。
　　我國北京地方標準DB11/447-2007中將VOCs定義在20℃條件下蒸汽壓大于或等于0.01kPa，或者特定適用條件下具有相應揮發性的全部化合物的統稱《揮發性物排污收費試點辦法》定義VOCs指特定條件下具有揮發性的化合物的統稱，具有揮發性的化合物主要包括非甲烷總烴(烷烴、烯烴、炔烴、芳香烴)、含氧化合物(醛、酮、醇、醚等)、鹵代烴、含氮化合物、含硫化合物等。
　　二、主要分類
　　按化學結構不同，VOCs可分為五大類：非甲烷碳氫化合物(烷烴、烯烴、炔烴、芳香烴)、鹵烴類、含氧化合物(醇、醛、酮、酚、醚、酸、酯等)、含氮化合物(胺類、氰類、腈類等)、含硫化合物(硫醇、硫醚)等。
　　三、揮發性物治理技術
　　VOCs治理有三類技術，一類是回收技術，通過物理方法，改變溫度、壓力或采用選擇性吸附劑和選擇性滲透膜等方法來富集分離污染物，再資源化循環利用，主要包括吸收技術、吸附技術、冷凝技術、膜分離技術、膜基吸收技術等，回收的VOCs可直接或經簡單純化后返回工藝過程再利用，或用于溶劑質量要求較低的生產工藝，或集中進行分離提純，以減少原料消耗；   類是銷毀技術，通過化學或生化反應，用熱、光、催化劑或微生物等將VOCs轉變成為二氧化碳和水等   害無機小分子化合物方法，主要包括催化燃燒、高溫焚燒、生物氧化、低溫等離子體和光催化氧化技術等；第三類是組合技術，將回收技術和銷毀技術進行組合使用，能實現采用單一治理技術難以達到的治理效果，經濟上劃算并能實現達標排放，降低治理費用并達到較好治理效果。
　　1、回收技術
　　對于、較貴重、具回收價值的VOCs，宜采用回收技術加以循環利用。常用回收技術主要有吸收、吸附、冷凝、膜分離、膜基吸收技術等。
　　1.1、液體吸收技術
　　液體吸收技術是依據物相似相溶原理，采用沸點較高、蒸汽壓較低溶劑作為吸收劑，利用VOCs在吸收劑中溶解度或化學反應特性差異，使VOCs從氣相轉移到液相，然后對吸收液進行解吸處理，回收其中的VOCs，同時使溶劑得以   。該技術不僅能氣態污染物，還能回收一些有用物質，去除率可達到~。液體吸收技術優點是投資少、運行費用低、工藝流程簡單、吸收劑價格便宜、適用于廢氣流量較大、濃度較高、溫度較低和壓力較高情況下的VOCs處理；缺點是過程復雜、費用較高、設備易受腐蝕、存在二次污染、對設備要求較高、需定期   換吸收劑。
　　1.2、吸附回收技術
　　吸附回收技術是活性炭凈化器利用多孔固體吸附劑處理VOCs廢氣，使其中所含一種或數種組份濃縮于固體表面，以達到分離目的。吸附回收技術在VOCs處理過程中應用極為廣泛，主要用于低通量廢氣(如含碳氫化合物廢氣)凈化。活性炭吸附裝置技術優點是能耗低、   害、去除率高，工藝完備、無二次污染、氣體去除較   、操作方便且能實現自動控制；缺點是由于活性炭凈化設備吸附容量受限，不適于處體，當廢氣中有膠粒物質或其他雜質時，吸附劑易失效，同時吸附劑需要   。
　　1.3、冷凝回收技術
　　冷凝回收技術是通過降低溫度或提高系統壓力使氣態VOCs轉為其他形態，依靠VOCs與其他氣體在不同溫度下飽和蒸汽壓不同的性質，從而分離出來的方法。冷凝回收技術優點是較適用于高沸點、、須回收VOCs，通常可作為吸附技術或催化燃燒技術等輔助手段；缺點是濃度過低時，因其低溫高壓消耗能量較大，設備操作費用較高，對高揮發和中等揮發性VOCs凈化效果不理想。
　　1.4、膜分離回收技術
　　膜分離回收技術是利用VOCs和其他氣態污染物，對   膜或人工合成膜穿透、濾過或其他動力性質不同，從而使VOCs從混合物中分離出來的方法。膜分離回收技術于20世紀70年代開始發展，于90年代末開始在日本應用于工廠，早先用于汽油回收，之后還用于石油化工中甲苯、乙烷、氯乙烯和二氯甲烷等分離回收。該法適用于VOCs處理，通常要求VOCs體積分數在0.1%以上，并適合與其他技術配合使用。膜分離回收技術優點是對不同VOCs普適性好、回收(可達90%、無二次污染、適用于各種VOCs，可用于低沸點難處理VOCs等；缺點是成本高、對設備要求高、一些分離膜等材料非常昂貴。
　　1.5、膜基吸收回收技術
　　膜基吸收技術是采用中空纖維微孔膜，使需要接觸兩相分別在膜兩側流動，兩相接觸發生在膜孔內或膜表面界面，可避免兩相直接接觸，防止乳化現象發生。與傳統膜分離技術相比，膜基吸收選擇性取決于吸收劑，且膜基吸收只需低壓作為推動力，使兩相流體各自流動，并保持穩定接觸界面。膜基吸收技術處理VOCs，具有能耗低、流程簡單、、無二次污染等優點。該技術對極性和非極性VOCs均能去除，小流量和大流量均能適用，而且它是一個連續過程，凈化VOCs效率很高，且可回收物。
　　2、銷毀技術
　　2.1、催化燃燒技術
　　催化燃燒技術是在較低溫度下，在催化劑作用下使廢氣中可燃組份   氧化分解，從而使氣體凈化處理的一種廢氣處理方法，該方法適用于處理可燃或高溫下可分解的VOCs。催化燃燒技術優點是能耗低、   性高、無二次污染、工藝操作簡單、可用來惡臭、對可燃組份濃度和熱值限制較小、大部分VOCs在200℃~400℃即可完成反應、輔助燃料消耗少且大量減少NO_x產生、適用于氣態和氣溶膠態污染物治理；缺點是工藝條件要求嚴格、不允許廢氣中含有影響催化劑壽命和處理效率的塵粒和霧滴，不允許有使催化劑中毒物質、處理前須對廢氣作前處理、不適于處理燃燒過程中產生大量硫氧化物和氮氧化物的VOCs廢氣。
　　2.2、高溫焚燒技術
　　高溫焚燒技術主要應用于處理組份較為復雜且濃度較高的VOCs氣體。目前，已應用于實踐的爐型主要有三種，一是直接焚燒爐，二是對流換熱式焚燒爐，三是蓄熱式焚燒爐。實際應用中，需參考待處理的氣體組份等諸多物理和化學性質來選用適宜爐型以及焚燒參數。高溫焚燒技術主要應用于制漆工業廢氣處理以及制藥工業廢氣處理等。
　　2.3、生物氧化技術
　　生物氧化技術是利用微生物氧化、代謝、消化等過程，對物進行自然分解、降解，終轉化為二氧化碳和水等，流程是含VOCs氣體進入設備，行加濕處理，然后通入生物濾床，沿著濾床均勻地緩緩移動，通過平流、擴散和吸附等綜合效應進入填料液膜中，進一步到生物膜中，與濾床上濾料表面生物菌種進行接觸，在微生物作用下發生一系列生物化學反應，使得氣體中VOCs被分解、降解。生物氧化技術優點是成本低、設備統一、二次污染小、工藝過程簡單等；缺點是效率低、周期較長、設備體積大、處理過程緩慢、對VOCs處理普適性差、難以應用于混合VOCs廢氣、只能降解某些特定物、一些生物菌種需要額外加入營養物質、生物菌種對降解溫度及pH值等環境條件要求高。
　　2.4、光催化氧化技術
　　光催化氧化技術是近年來日益受到重視的污染治理，UV光氧催化氧化設備對VOCs降解率可達到90%~。該技術是指在   波長光照下，利用催化劑光催化活性，使吸附在其表面的VOCs發生氧化還原反應，終將物氧化成CO₂、H₂O及無機小分子物質。在近幾年研究中，納米TiO₂光催化氧化技術日益顯露出其優越性。納米TiO₂是一種新型高功能無機產品，其粒徑介于1~100nm。由于它的比表面積大，化學穩定性和催化，且來源廣泛，對紫外光吸收率較高，抗光腐蝕性，且沒有毒性，對很多物有較強吸附作用，使得光解催化氧化裝置在去除氣態污染物方面有著明顯優越性。光催化氧化技術優點UV光解催化氧化設備是能耗低，選擇性寬，操作簡便，催化劑   ，反應條件溫和(常溫、常壓)，價格相對較低，無副產物生成，使用后催化劑可用物理和化學方法   后循環使用，幾乎對所有污染物均具凈化能力等。
　　2.5、低溫等離子體技術
　　等離子體是處于電離狀態氣體，被稱作除固態、液態和氣態之外第四種物質存在形態。它是由大量帶電粒子(離子、電子)和中性粒子(原子、激發態分子及光子)所組成的體系，因其總的正、負電荷數相等，故稱為等離子體。低溫等離子體技術是在外加電場作用下，通過介質放電產生大量   粒子，當   粒子能量高于VOCs化學鍵能時，   粒子不斷轟擊可使VOCs化學鍵斷裂、電離，從而破壞VOCs分子結構，生成小分子低毒   物質，達到VOCs目的。低溫等離子技術主要有電子束照射法、介質阻擋放電法、沿面放電法和電暈放電法等。低溫等離子體技術具有以下優點：①能耗低，可在室溫下與催化劑反應，無需加熱，地節約了能源；②使用便利，設計時可以根據風量變化以及現場條件進行調節；③不產生副產物，無二次污染，催化劑可選擇性地降解等離子體反應中所產生的副產物；④處理VOCs種類范圍較廣，去除，對濃度要求低，尤其適于處理有氣味及低濃度大風量VOCs。