VOCs相關(guān)知識及末端處理技術(shù)介紹

1、揮揮發(fā)性有機物發(fā)性有機物(VOCs) 相關(guān)知識及相關(guān)知識及控制技術(shù)控制技術(shù)2簡介 什么是揮發(fā)性有機物？什么是揮發(fā)性有機物？n 關(guān)于關(guān)于VOC（Volatile Organic Compounds）的定義有多種形式）的定義有多種形式，例如美國，例如美國ASTM D3960-98標準將標準將VOC定義為任何能參加大氣光定義為任何能參加大氣光化學反應的有機化合物；美國聯(lián)邦環(huán)保署（化學反應的有機化合物；美國聯(lián)邦環(huán)保署（EPA）將）將VOC定義除定義除CO、CO2、H2CO3、金屬碳化物、金屬碳酸鹽和碳酸銨外任何、金屬碳化物、金屬碳酸鹽和碳酸銨外任何參加大氣光化學反應的碳化合物；參加大氣光化學反應的碳化

2、合物；n 世界衛(wèi)生組織（世界衛(wèi)生組織（WHO）對）對VOC的定義為熔點低于室溫而沸點在的定義為熔點低于室溫而沸點在50260之間的揮發(fā)性有機化合物的總稱。之間的揮發(fā)性有機化合物的總稱。n 這些定義有相同之處，但也各有側(cè)重，有的強調(diào)在常溫常壓下能這些定義有相同之處，但也各有側(cè)重，有的強調(diào)在常溫常壓下能自發(fā)揮發(fā)，有的強調(diào)是否參加大氣光化學反應，有的對沸點或初自發(fā)揮發(fā)，有的強調(diào)是否參加大氣光化學反應，有的對沸點或初餾點作限定餾點作限定 。n 大氣污染控制工程中的定義是：大氣污染控制工程中的定義是：VOCs是一類有機化合物的統(tǒng)稱是一類有機化合物的統(tǒng)稱，在常溫下它們的蒸發(fā)速度大，易揮發(fā)。，在常溫下它們的

3、蒸發(fā)速度大，易揮發(fā)。3揮發(fā)性有機物 (VOC)WHO沸點在 50-260C之間的所有有機物, 除了殺蟲劑EU在 20 C條件下，蒸氣壓大于0.01KPa的所有有機物US EPA所有含碳的并參加大氣中光化學反應的有機物Australian National Pollution Inventory澳大利亞國家污染物清單澳大利亞國家污染物清單在 25 C條件下蒸氣壓大于 0.27 kPa 的所有有機物n 毒性毒性& & 刺激性刺激性: : 丙酮丙酮, , 脂肪烴脂肪烴 (C(C6 6-C-C1212), ), 含氯溶劑含氯溶劑, , 醋醋酸丁酯酸丁酯, , 二氯苯二氯苯, 4-, 4

4、-苯己烯苯己烯, , 萜烯萜烯（松香油）（松香油）, , 臭氧臭氧n 致癌性致癌性: : 苯苯, 1,3-, 1,3-丁二烯丁二烯, , 甲醛甲醛VOC的定義VOC的危害4常見揮發(fā)性有機物種類常見揮發(fā)性有機物種類n甲苯（甲苯（TolueneToluene）n二甲苯二甲苯 (Xylene(Xylene) )n對對- -二氯苯二氯苯 (para(para-dichlorobenzene)-dichlorobenzene)n乙苯乙苯 (Ethyl benzene)(Ethyl benzene)n苯乙烯苯乙烯 (Styrene) (Styrene) n甲醛甲醛 (Formaldehyde)(Forma

5、ldehyde)（易溶于水易溶于水）n乙醛乙醛 (Acetaldehyde)(Acetaldehyde)（除甲醛以外，絕大多數(shù)揮發(fā)性除甲醛以外，絕大多數(shù)揮發(fā)性有機化合物一般都不溶于水而易溶于有機溶劑有機化合物一般都不溶于水而易溶于有機溶劑 ）n三氯甲烷三氯甲烷n三氯乙烷三氯乙烷n二異氰酸酯（二異氰酸酯（TDITDI）n二異氰甲苯酯等。二異氰甲苯酯等。 VOC按其化學結(jié)構(gòu)，按其化學結(jié)構(gòu)，可以進一步分為：可以進一步分為：烷類、芳烴類、酯類、烷類、芳烴類、酯類、醛類和其他等。目前已醛類和其他等。目前已鑒定出的有鑒定出的有300多種。多種。5VOC 來源運輸燃料工業(yè)產(chǎn)品氟氯化碳其它溶劑使用6含VOC的

6、產(chǎn)品1. 紡織 & 鞋類2. 氣溶膠產(chǎn)品7. 環(huán)境測試 (e.g. 辦公室)8. （汽）車廂 & 內(nèi)置部件5. 油漆&油墨6. 家居& 木制品3. 玩具4. 電子電器7健康影響健康影響n VOC在太陽光和熱的作用下能參與氧化氮反應并形成臭氧，臭氧導致空在太陽光和熱的作用下能參與氧化氮反應并形成臭氧，臭氧導致空氣質(zhì)量變差并且是夏季煙霧的主要組分。氣質(zhì)量變差并且是夏季煙霧的主要組分。 (VOC + (VOC + NOxNOx O3) O3)n 溫室效溫室效應氣體應氣體 - - 導致全球范圍內(nèi)的升溫導致全球范圍內(nèi)的升溫n VOC很容易通過血液很容易通過血液-大腦的障礙

7、，從而導致中樞神經(jīng)系統(tǒng)受到抑制，因大腦的障礙，從而導致中樞神經(jīng)系統(tǒng)受到抑制，因此當此當VOC達到一定濃度時，會引起頭痛、惡心、嘔吐、乏力等癥狀，嚴達到一定濃度時，會引起頭痛、惡心、嘔吐、乏力等癥狀，嚴重時甚至引發(fā)抽搐、昏迷，傷害肝臟、腎臟、大腦和神經(jīng)系統(tǒng)，造成記重時甚至引發(fā)抽搐、昏迷，傷害肝臟、腎臟、大腦和神經(jīng)系統(tǒng)，造成記憶力減退等嚴重后果憶力減退等嚴重后果n VOC對人體的影響可分為三種類型：對人體的影響可分為三種類型：一是氣味和感官，包括感官刺激，使人感覺干燥；一是氣味和感官，包括感官刺激，使人感覺干燥；二是粘膜刺激和其它系統(tǒng)毒性導致的病態(tài)，如刺激眼粘膜、鼻粘膜、呼二是粘膜刺激和其它系統(tǒng)毒

8、性導致的病態(tài)，如刺激眼粘膜、鼻粘膜、呼吸道和皮膚等；吸道和皮膚等；三是具有基因毒性和致癌性。（當然，三是具有基因毒性和致癌性。（當然，VOC對人的影響與其濃度有關(guān)）對人的影響與其濃度有關(guān)）8VOCs污染控制技術(shù)污染控制技術(shù)基本分為兩大類：基本分為兩大類：1.以改進工藝技術(shù)，更換設備和防止泄露為主的預防性以改進工藝技術(shù)，更換設備和防止泄露為主的預防性措施。措施。2.以末端治理為主的控制性措施。以末端治理為主的控制性措施。9VOCs控制技術(shù)控制技術(shù)工藝替代及工藝替代及設備改進設備改進末端控制技術(shù)末端控制技術(shù)工藝替代工藝替代VOCs替代替代泄露控制泄露控制氧化分解氧化分解回收回收生物降解生物降解氧氧

9、 化化濃縮濃縮膜分離膜分離吸收吸收吸附吸附生物過濾生物過濾生物滴濾生物滴濾生物洗滌生物洗滌熱氧化熱氧化催化氧化催化氧化10末端處理的常用方法末端處理的常用方法1.燃燒法燃燒法2.吸收（洗滌）法吸收（洗滌）法3.冷凝法冷凝法4.吸附法吸附法5.生物法生物法111 1 燃燒法控制燃燒法控制VOCsVOCs污染污染用燃燒法將有害氣體，蒸汽，液體或煙塵轉(zhuǎn)化為無害物用燃燒法將有害氣體，蒸汽，液體或煙塵轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)的過程稱為燃燒法凈化，亦稱焚燒法。質(zhì)的過程稱為燃燒法凈化，亦稱焚燒法。特點特點1.只能適應可燃的或者高溫下分解的有害物質(zhì)。只能適應可燃的或者高溫下分解的有害物質(zhì)。2.可以除惡臭?？梢猿龕撼簟?

10、.不能回收有用的物質(zhì)。不能回收有用的物質(zhì)。4.可以回收熱量。可以回收熱量。12工藝工藝 直接燃燒直接燃燒. 熱力燃燒熱力燃燒. 催化燃燒催化燃燒1.直接燃燒直接燃燒a.亦稱直接火焰燃燒。如果可燃組分的濃度高于燃燒上限，可亦稱直接火焰燃燒。如果可燃組分的濃度高于燃燒上限，可以混入空氣后燃燒；如果可燃組分的濃度低于燃燒下限，可以以混入空氣后燃燒；如果可燃組分的濃度低于燃燒下限，可以加入一定數(shù)量的輔助燃料（如天然氣等）維持燃燒。加入一定數(shù)量的輔助燃料（如天然氣等）維持燃燒。b.直接燃燒的設備包括一般的燃燒爐，窯，或者通過某種裝置直接燃燒的設備包括一般的燃燒爐，窯，或者通過某種裝置將廢氣導入鍋爐作為燃

11、料氣進行燃燒。將廢氣導入鍋爐作為燃料氣進行燃燒。c.燃燒溫度一般需要燃燒溫度一般需要1100左右左右，燃燒最終產(chǎn)物為，燃燒最終產(chǎn)物為d.直接燃燒法直接燃燒法不適于處理低濃度廢氣不適于處理低濃度廢氣。2coOH22N132.2.熱力燃燒熱力燃燒a.用于可燃有機物用于可燃有機物含量較低含量較低的廢氣的凈化處理。的廢氣的凈化處理。熱焚燒爐熱焚燒爐滌氣器滌氣器助燃空氣輔助燃空氣輔助燃料助燃料熱交換器熱交換器煙道煙道排放源排放源稀釋空氣稀釋空氣（*）圖圖 熱力燃燒工藝示意圖熱力燃燒工藝示意圖b.b.可燃組分含量低，本身不能燃燒可燃組分含量低，本身不能燃燒。一般需要燃燒其他燃料。一般需要燃燒其他燃料（如天

12、然氣），把廢氣溫度提高到熱力燃燒所需要的溫度，（如天然氣），把廢氣溫度提高到熱力燃燒所需要的溫度，使其中的氣態(tài)污染物進行氧化，分解為二氧化碳，水，氮氣使其中的氣態(tài)污染物進行氧化，分解為二氧化碳，水，氮氣等。等。c.c.燃燒需要的溫度較直接燃燒低，在燃燒需要的溫度較直接燃燒低，在540-820 540-820 即可進行。即可進行。14d.d.熱力燃燒的必要條件熱力燃燒的必要條件反應溫度反應溫度停留時間停留時間湍流混合湍流混合e.可以用專門的裝置，也可用普通的燃燒爐。專門裝置稱可以用專門的裝置，也可用普通的燃燒爐。專門裝置稱為為熱力燃燒爐熱力燃燒爐，其結(jié)構(gòu)應該滿足保證，其結(jié)構(gòu)應該滿足保證760 以

13、上溫度和以上溫度和0.5s左右的接觸時間。左右的接觸時間。f.f.熱力燃燒爐的主體結(jié)構(gòu)包括兩個部分：熱力燃燒爐的主體結(jié)構(gòu)包括兩個部分：燃燒器燃燒器-使輔助燃料燃燒生成高溫燃氣使輔助燃料燃燒生成高溫燃氣燃燒室燃燒室使高溫燃氣與旁通廢氣湍流混合達到反應溫度，使高溫燃氣與旁通廢氣湍流混合達到反應溫度，并使廢氣再其中的停留時間達到要求。并使廢氣再其中的停留時間達到要求。15g.熱力燃燒三個過程：熱力燃燒三個過程：輔助燃料燃燒輔助燃料燃燒-提供熱量提供熱量廢氣與高溫燃氣混合廢氣與高溫燃氣混合-達到反應溫度達到反應溫度在反應溫度下，保持廢氣有足夠的停留時間，使廢氣中可燃在反應溫度下，保持廢氣有足夠的停留時

14、間，使廢氣中可燃有害組分氧化分解有害組分氧化分解-達到凈化排氣的目的。達到凈化排氣的目的。163.3.催化燃燒法催化燃燒法實際上為完全催化氧化，即在催化劑作用下，有害組分完實際上為完全催化氧化，即在催化劑作用下，有害組分完全氧化為全氧化為2coOH2已成為已成為凈化碳氫化合物廢氣凈化碳氫化合物廢氣的有效手段之一。的有效手段之一。也是也是消除惡臭氣體消除惡臭氣體的有效手段。的有效手段。已成功的應用于已成功的應用于金屬印刷金屬印刷，絕緣材料絕緣材料，漆包線漆包線，煉焦，油，煉焦，油漆，化工等多種行業(yè)。漆，化工等多種行業(yè)。特點特點為無火焰燃燒，安全性好，為無火焰燃燒，安全性好，要求的燃燒溫度低（大部

15、分為要求的燃燒溫度低（大部分為300-450 ）輔助燃料消）輔助燃料消耗少耗少對可燃組分濃度和熱值限制較小對可燃組分濃度和熱值限制較小為使催化劑延長使用壽命，不允許廢氣中含有塵粒和霧滴為使催化劑延長使用壽命，不允許廢氣中含有塵粒和霧滴17常用催化劑：常用催化劑：貴金屬貴金屬Pt，Pd，稀土，稀土，以為以為 載體的催化劑，載體的催化劑，以金屬為載體的催化劑以金屬為載體的催化劑32OAl18燃燒工藝性能燃燒工藝性能燃燒工藝燃燒工藝直接燃燒法直接燃燒法熱力燃燒法熱力燃燒法催化燃燒法催化燃燒法濃度范圍濃度范圍/mgm-3500050005000處理效率處理效率/%959595最終產(chǎn)物最終產(chǎn)物二氧化碳，

16、水二氧化碳，水二氧化碳，水二氧化碳，水二氧化碳，水二氧化碳，水投資投資較低較低低低高高運行費用運行費用低低高高較低較低燃燒溫度燃燒溫度1100700-870300-450其他其他易爆炸，熱能浪費，易易爆炸，熱能浪費，易產(chǎn)生二次污染產(chǎn)生二次污染回收熱能回收熱能Vocs中如含重金屬，塵粒等，中如含重金屬，塵粒等，會以后引起催化劑中毒，預處理會以后引起催化劑中毒，預處理要求嚴格要求嚴格19問題：問題：不完全燃燒不完全燃燒。過程會產(chǎn)生。過程會產(chǎn)生有害的中間產(chǎn)物有害的中間產(chǎn)物，如乙醛，如乙醛，二噁英，呋喃。二噁英，呋喃。202.2.吸收（洗滌）法控制吸收（洗滌）法控制VOCsVOCs污染污染VOCs吸收

17、工藝吸收工藝21該工藝適用于該工藝適用于VOCs濃度比較高，溫度較低和壓力較高的場合。濃度比較高，溫度較低和壓力較高的場合。吸收裝置多為氣液相反應器。吸收裝置多為氣液相反應器。223.3.冷凝法控制冷凝法控制VOCsVOCs污染污染23冷凝系統(tǒng)流程圖冷凝系統(tǒng)流程圖244.4.吸附法控制吸附法控制VOCsVOCs污染污染活性炭吸附活性炭吸附VOCs工藝工藝25265.5.生物法控制生物法控制VOCsVOCs污染污染27生物法工藝性能比較生物法工藝性能比較28VOCsVOCs處理的新方法處理的新方法a.光催化氧化法光催化氧化法b.低溫等離子體凈化法低溫等離子體凈化法c.氣體放電光催化法氣體放電光催

18、化法（低溫等離子體與光催化結(jié)合）（低溫等離子體與光催化結(jié)合）d.低溫等離子體協(xié)同吸附低溫等離子體協(xié)同吸附e.低溫等離子體協(xié)同催化（低溫等離子體協(xié)同催化（Mn，Ag等金屬催化劑）等金屬催化劑）29a.光催化氧化法光催化氧化法 光催化技術(shù)的基本原理是半導體內(nèi)價帶電子受光照激發(fā)穿過禁帶到光催化技術(shù)的基本原理是半導體內(nèi)價帶電子受光照激發(fā)穿過禁帶到達導帶，在此過程中形成的自由電子達導帶，在此過程中形成的自由電子-空穴對對有機物進行氧化還原空穴對對有機物進行氧化還原。目前所研究的催化劑多為。目前所研究的催化劑多為過渡金屬半導體化合物過渡金屬半導體化合物，如，如Ti02、ZnOZ、CdS和和WO3等。由于等

19、。由于Ti02具有化學穩(wěn)定性好、耐光腐蝕等優(yōu)點，具有化學穩(wěn)定性好、耐光腐蝕等優(yōu)點，使其成為研究最為廣泛的催化劑。使其成為研究最為廣泛的催化劑。30Ti02是一種是一種N型半導體催化劑，它的能帶結(jié)構(gòu)是由一個充滿電子型半導體催化劑，它的能帶結(jié)構(gòu)是由一個充滿電子的低能價帶的低能價帶(vB)和一個空的高能導帶和一個空的高能導帶(CB)組成。價帶與導帶之間組成。價帶與導帶之間存在一個禁帶，禁帶的寬度稱為禁帶能，亦稱帶隙能。存在一個禁帶，禁帶的寬度稱為禁帶能，亦稱帶隙能。Ti02的帶的帶隙能為隙能為30一一32ev，相當于波長為，相當于波長為387.5nm的光子能量。當其受到的光子能量。當其受到外界光源外

20、界光源(如如UV光源光源)照射時，一旦發(fā)射的光子能量大于或等于照射時，一旦發(fā)射的光子能量大于或等于Ti02的帶隙能，位于價帶的電子就可被激發(fā)躍遷到導帶，生成高的帶隙能，位于價帶的電子就可被激發(fā)躍遷到導帶，生成高活性的電子活性的電子(e-)，而在價帶上留下帶正電的空穴，而在價帶上留下帶正電的空穴(h+)。生成的電子。生成的電子和空穴會向和空穴會向Ti02表面遷移，吸附溶解在表面遷移，吸附溶解在Ti02表面的氧俘獲電子形表面的氧俘獲電子形成成O-2，而空穴則將吸附在，而空穴則將吸附在TIO2表面的表面的OH和和H2O氧化成具有高氧化成具有高度活性的度活性的OH，TIO2受光源激發(fā)產(chǎn)生的空穴是一種強

21、氧化劑，導受光源激發(fā)產(chǎn)生的空穴是一種強氧化劑，導帶電子則是一種強還原劑，大多數(shù)有機物和無機物能夠直接或間帶電子則是一種強還原劑，大多數(shù)有機物和無機物能夠直接或間接被它們氧化還原。反應過程中生成的接被它們氧化還原。反應過程中生成的OH具有很強的化學活性具有很強的化學活性，利用這種高活性的自由基可以氧化包括生物難以轉(zhuǎn)化的各種有，利用這種高活性的自由基可以氧化包括生物難以轉(zhuǎn)化的各種有機物并使之礦化，甚至能夠氧化細菌體內(nèi)的有機物生成機物并使之礦化，甚至能夠氧化細菌體內(nèi)的有機物生成02和和H2O。另外，它還可以與有毒的無機物起氧化反應使其在短時間內(nèi)失。另外，它還可以與有毒的無機物起氧化反應使其在短時間內(nèi)

22、失去毒性。納米級去毒性。納米級Ti02催化劑還具有納米效應。催化劑還具有納米效應。31光催化處理光催化處理Vocs的氣相反應的氣相反應優(yōu)點優(yōu)點:(1)反應在常壓下進行，利用空氣中的氧氣，去除效率高反應在常壓下進行，利用空氣中的氧氣，去除效率高;(2)可使用能量較低的光源可使用能量較低的光源;(3)氣相反應速度快。氣相反應速度快。光催化處理光催化處理Voc的的主要問題主要問題在于提高量子效率，減少復合幾率，在于提高量子效率，減少復合幾率，對大流量氣體，如何提供有效反應面積也是實際應用要考慮的問對大流量氣體，如何提供有效反應面積也是實際應用要考慮的問題題.32b.低溫等離子體凈化法低溫等離子體凈化

23、法 等離子體等離子體被稱作除固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)外，物質(zhì)的第四種存在形態(tài)被稱作除固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)外，物質(zhì)的第四種存在形態(tài)，是由電子、離子、中性粒子和自由基組成的導電性流體。按離子，是由電子、離子、中性粒子和自由基組成的導電性流體。按離子的溫度，等離子體可分為熱平衡等離子體的溫度，等離子體可分為熱平衡等離子體 (ThermalEquilibriumplasma)和非平衡等離子體和非平衡等離子體 (Non-equilibriurn plasma)，其中前者即熱等離子體，其中前者即熱等離子體 (Thermalplasma)，后者即低溫離子體，后者即低溫離子體(Cold Plasma)。在熱等離子體中，電

24、子與其。在熱等離子體中，電子與其它離子的溫度相等，處于熱平衡態(tài)，一般在它離子的溫度相等，處于熱平衡態(tài)，一般在5000K以上以上;在低溫等離在低溫等離子體中，一般電子的運動溫度高達數(shù)萬度，而其它離子溫度只有子體中，一般電子的運動溫度高達數(shù)萬度，而其它離子溫度只有300-500K，故電子與其它離子處于非平衡態(tài)。，故電子與其它離子處于非平衡態(tài)。33電子束照射法電子束照射法(EB)氣體放電法氣體放電法（用于處理（用于處理VOCs）電暈放電電暈放電介質(zhì)阻擋放電介質(zhì)阻擋放電低溫等離子體的產(chǎn)生方式低溫等離子體的產(chǎn)生方式34介質(zhì)阻擋放電光催化凈化低濃度含介質(zhì)阻擋放電光催化凈化低濃度含甲苯廢氣的實驗甲苯廢氣的實

25、驗（環(huán)己烷，氮氧化物，硫化氫等）環(huán)己烷，氮氧化物，硫化氫等）某一實驗方法介紹某一實驗方法介紹35介質(zhì)阻擋放電介質(zhì)阻擋放電物理過程可以分為三個過程物理過程可以分為三個過程:(l)放電的形成放電的形成-放電的擊穿，放電的擊穿，(2)放電擊穿后，氣體間隙的電流脈沖或電荷的傳遞，放電擊穿后，氣體間隙的電流脈沖或電荷的傳遞，(3)在微放電通道中原子、分子的激發(fā)和反應動力學的啟在微放電通道中原子、分子的激發(fā)和反應動力學的啟動，即自由基、準分子等的形成。動，即自由基、準分子等的形成。放電的擊穿在幾個放電的擊穿在幾個ns內(nèi)就已完成，電荷的傳遞大約在內(nèi)就已完成，電荷的傳遞大約在Ins-100nS，而第三階段原子

26、和分子的激發(fā)及反應所需時間為，而第三階段原子和分子的激發(fā)及反應所需時間為100ns到秒量級。放電的擊穿和電荷的傳遞過程中形成微放到秒量級。放電的擊穿和電荷的傳遞過程中形成微放電。電子在外電場的作用下獲得能量，通過與周圍原子分子電。電子在外電場的作用下獲得能量，通過與周圍原子分子的碰撞，使它們激發(fā)電離，產(chǎn)生電子雪崩，造成大量的電流的碰撞，使它們激發(fā)電離，產(chǎn)生電子雪崩，造成大量的電流細絲通道，形成微放電。在微放電形成的后期，部分原子分細絲通道，形成微放電。在微放電形成的后期，部分原子分子受到激發(fā)，生成一些離子、自由基等活性粒子。具有較高子受到激發(fā)，生成一些離子、自由基等活性粒子。具有較高能量的激發(fā)態(tài)電子可以與原子分子發(fā)生非彈性碰撞，使得自能量的激發(fā)態(tài)電子可以與原子分子發(fā)生非彈性碰撞，使得自由基、激發(fā)態(tài)分子或原子、準分子、離子等活性離子在等離由基、激發(fā)態(tài)分子或原子、準分子、離子等活性離子在等離子體中大量存在。