VOC排放減量及凈化處理技術(shù)的應(yīng)用

VOC排放減量及凈化處理技術(shù)的應(yīng)用VOCs排放減量及凈化處理技術(shù)的應(yīng)用一、概論1、VOCs定義：VOCs是揮發(fā)性有機(jī)化合物（volatileorganiccompounds）的英文縮寫。按照世界衛(wèi)生組織（WHO）的定義，VOCs指沸點范圍在50-260℃之間，室溫下飽和蒸氣壓超過133.32Pa，在常溫下以蒸氣形式存在于空氣中的一類有機(jī)物。2、分類VOCs主要可分成八大類：1）烷烴類：包括乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷、環(huán)己烷；2）芳烴類：苯、甲苯、二甲苯、乙苯、異丙苯、苯乙烯；3）烯烴類：乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯、異戊二烯、環(huán)戊烯；4）醇類：甲醇、乙醇、異戊二醇、丁醇、戊醇；5）酯類：丙烯酸甲酯、鄰苯二甲酸二丁酯、醋酸乙烯；6）醛酮類：甲醛、乙醛、丙醛、丁醛、甲基丙酮、乙基丙酮；7）酸和酸酐類：乙酸、丙酸、丁酸、己二酸、鄰苯二甲酸酐；8）酰胺類：苯胺、二甲基甲酰胺。3、來源VOCs主要來源于石油、化工、印刷、制革、噴漆、涂料等工業(yè)行業(yè)，室內(nèi)和汽車裝修使用的油漆、涂料以及膠粘劑等也產(chǎn)生大量VOCs。在深圳市工業(yè)VOCs主要來源于噴漆行業(yè)（塑膠產(chǎn)品噴漆，金屬產(chǎn)品防銹噴漆，木材家具噴漆等）、涂料生產(chǎn)行業(yè)以及汽車尾氣等。4、危害VOCs主要有以下四大危害：1）在陽光照射下與空氣中的氮氧化物反應(yīng)生成光化學(xué)煙霧，光化學(xué)煙霧是PM2.5的前驅(qū)物，光化學(xué)煙霧的主要成分是臭氧、過氧化乙酰硝酸酯、酮類和醛類，屬于二次污染物，比一次污染物的危害更大；2）大多數(shù)VOCs有毒、有惡臭，易使人患呼吸道疾病，有些甚至可致癌；3）大多數(shù)VOCs易燃易爆；4）部分VOCs可破壞臭氧層。二、清潔生產(chǎn)根據(jù)《中華人民共和國清潔生產(chǎn)促進(jìn)法》第十九條規(guī)定，企業(yè)應(yīng)采用無毒、無害或者低毒、低害的原料，替代毒性大、危害嚴(yán)重的原料，產(chǎn)生的VOCs有機(jī)化合物大多屬于有毒有害的危險化學(xué)原料，企業(yè)應(yīng)使用清潔的原料，從源頭控制污染物的產(chǎn)生。所以從清潔生產(chǎn)的角度考慮，各行業(yè)應(yīng)優(yōu)先考慮淘汰使用易產(chǎn)生VOCs的化學(xué)原料，從而使用清潔的原料以減少VOCs的排放?；どa(chǎn)行業(yè)應(yīng)逐步生產(chǎn)水性油漆、UV漆、水性油墨、水性膠粘劑以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的油性漆、油性油墨和油性膠粘劑；噴漆行業(yè)應(yīng)優(yōu)先采購使用水性漆或用用噴粉工藝代替噴油工藝；印刷行業(yè)應(yīng)優(yōu)先考慮使用水性油墨；室內(nèi)墻面涂裝應(yīng)選用水性浮膠漆以代替油性漆。三、VOCs凈化技術(shù)VOCs凈化是通過物理、化學(xué)或者生物的方法將VOCs污染物從廢氣中加以回收利用或者轉(zhuǎn)化成無毒無害的物質(zhì)以達(dá)到相應(yīng)的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。VOCs凈化技術(shù)大致分成兩類，一類是回收法，回收是通過冷凝、吸附、吸收、膜分離的方法對VOCs氣相分子進(jìn)行回收，不破壞VOCs的分子結(jié)構(gòu)；第二類是破壞法，通過物理、化學(xué)或生物的方法將VOCs轉(zhuǎn)化成二氧化碳、水、氮?dú)?、無機(jī)鹽等無毒無害的無機(jī)物?；厥辗òㄎ椒ā⑽辗?、冷凝法、膜分離法，破壞法包括燃燒法、生物法、低溫等離子法、紫外氧化法等。（一） 吸附法吸附法是通過吸附劑表面存在著的范德華力或化學(xué)鍵力，將VOCs氣體分子濃集在吸附劑表面一種技術(shù)。依靠范德華力的吸附稱為物理吸附，依靠化學(xué)鍵力的吸附為化學(xué)吸附。吸附過程中一般會釋放出熱量。可用于凈化VOCs的吸附劑有活性炭（活性炭纖維）、硅膠和分子篩等。其中應(yīng)用最廣泛、效果最好的是活性炭。吸附法處理VOCs的流程：收集罩+進(jìn)風(fēng)管+預(yù)處理系統(tǒng)（降溫、除塵和除液滴）+吸附器+風(fēng)機(jī)+排空。當(dāng)吸附器內(nèi)活性炭吸附一段時間達(dá)到飽和后，需要對活性炭進(jìn)行脫附再生。吸附器需配套脫附再生裝置，若現(xiàn)場沒有脫附再生裝置，則需要定期更換活性炭，更換后的活性炭作為危險廢物需委托有資質(zhì)的危險廢物處置單位外運(yùn)進(jìn)行處理。脫附再生裝置包括升溫再生、降壓脫附、置換脫附、吹掃脫附以及化學(xué)轉(zhuǎn)化脫附等多種形式，一般可采用低壓水蒸氣脫附，脫附后的水蒸氣經(jīng)冷凝和精餾后可回收含VOCs的有機(jī)物。吸附法廣泛應(yīng)用于中低濃度VOCs的治理，但由于活性炭易飽和，所以不適合高濃度VOCs的治理。（二） 吸收法吸收法是通過溶劑（吸收劑）將VOCs從氣流中溶解吸收分離出來的一種技術(shù)。根據(jù)吸收劑和VOCs是否發(fā)生化學(xué)反應(yīng)可分為物理吸收和化學(xué)吸收兩種。由于化學(xué)反應(yīng)增大了吸收的傳質(zhì)系統(tǒng)和吸收推動力，加大了吸收速率，所以化學(xué)吸附效率更高。選用的吸收劑必須對VOCs有較大的溶解性。一般吸收苯酚蒸氣可采用水作吸收劑；吸收有機(jī)酸時可采用氫氧化鉀作吸收劑；吸收胺類可采用鹽酸或硫酸作吸收劑；吸收甲醛、乙醛和甲醇時可采用次氯酸鈉作吸收劑。由于大多數(shù)VOCs為非極性化合物，所以根據(jù)“相似相溶”的原理，可采用二乙二醇醚、柴油、汽油等非極性溶劑作為吸收劑。吸收主體設(shè)備為吸收塔，吸收塔的類型有填料塔、湍球塔、板式塔、噴淋塔等多種形式，吸收塔的主要功能是使VOCs氣體與吸收劑液體充分接觸，VOCs氣體分子通過擴(kuò)散進(jìn)入吸收劑溶液中達(dá)到相平衡，VOCs從氣相轉(zhuǎn)化到吸收劑的液相中，從而實現(xiàn)分離VOCs的目的。當(dāng)吸收達(dá)到平衡后需對吸收劑進(jìn)行再生。一種再生方法是通過解吸將溶于吸收劑中的VOCs直接分離出來；另外一種方式是通過生物化學(xué)處理方式將吸收液中的VOCs予以消除，以避免產(chǎn)生二次污染。吸收法一般用于處理氣量大，濃度低的VOCs氣體。由于能選擇性吸收VOCs的吸收劑種類較少，且吸收劑的吸收容量有限，并需要對吸收液進(jìn)行再生處理，極易產(chǎn)生二次污染，使用柴油作吸收劑還存在一定程度的安全隱患，所有這些因素在很大程度上限制了吸收法的應(yīng)用。（三） 冷凝法冷凝法是通過降低溫度或提高的壓力方式，使處于氣相狀態(tài)的 VOCs從氣流中分離出來一種技術(shù)。該方法特別適用于高濃度、小氣量的VOCs廢氣。由于大部分VOCs易燃易爆，所以VOCs濃度也不可能太高超出爆炸極限范圍。在通常情況下，由于相平衡的制約，且 VOCs的蒸氣壓較高，經(jīng)冷凝回收后的VOCs濃度仍不能滿足達(dá)標(biāo)要求，所以需結(jié)合吸附、燃燒等后續(xù)處理工藝進(jìn)行二級處理后才能達(dá)標(biāo)排放。所以冷凝法可為燃燒、吸收、吸附等其它凈化技術(shù)的預(yù)處理工藝，以減輕后續(xù)處理工藝的負(fù)荷。冷凝法分兩類，一類是表面冷凝器，一類是接觸冷凝器。表面冷凝器將冷卻介質(zhì)不與 VOCs直接接觸，而是通過間壁進(jìn)行熱量交換，使VOCs冷凝下來。如列管式冷凝器、螺旋式冷凝器等。表面冷凝器可回收 VOCs，但由于間壁傳熱，冷卻效果較差。冷卻介質(zhì)一般采用水、液氨等。接觸冷凝器是將冷卻介質(zhì)與VOCs直接接觸進(jìn)行熱量交換的設(shè)備，可采用噴淋塔、板式塔、填料塔等，此類設(shè)備的冷卻效率高，但不能回收有用組分，必須對冷卻液進(jìn)行處理，否則易造成二次污染?；S對其生產(chǎn)過程中排出的高濃度VOCs一般需采用冷凝法回收有用組分，冷凝后的VOCs液體再回用到生產(chǎn)作為原料循環(huán)使用，從而達(dá)到降低原材料消耗，減少VOCs排放，實現(xiàn)清潔生產(chǎn)的目的。（四） 燃燒法燃燒法是通過高溫氧化將VOCs徹底分解成二氧化碳、水和氮?dú)獾葻o機(jī)物的一種處理方法，燃燒法主要有四種，分別為直接燃燒，熱力燃燒、催化燃燒和蓄熱燃燒。1、直接燃燒也稱火焰燃燒，是 VOCs作為可燃分直接參與燃燒， VOCs分子與氧氣在高溫下反應(yīng)生成二氧化碳、水和氮?dú)獾冗_(dá)到消除污染物的目的。該方法只能用于凈化可燃分濃度較高或燃燒熱值較高的VOCs氣體。石油化工行業(yè)的“火炬”燃燒是一種直接燃燒方式，“火炬”燃燒具有安全簡單、成本低的特點，在1100℃的高溫下VOCs得到徹底分解，消除了VOCs對環(huán)境的污染。但由于燃燒過程中產(chǎn)生的煙塵、熱輻射對環(huán)境造成二次污染，不能回收熱量而造成燃料氣的大量浪費(fèi)，因此應(yīng)減少和避免“火炬”燃燒。對于其它高濃度可燃性VOCs氣體，可直接通入窯爐進(jìn)行燃燒，或者直接噴入鍋爐中進(jìn)行燃燒，可回收部分熱量。2、熱力燃燒對于不能直接燃燒的 VOCs可采用添加輔助燃料的方式對 VOCs進(jìn)行加熱，使VOCs氣體在高溫下分解成無害物質(zhì)，這種處理方式稱為熱力燃燒。輔助燃料一般為天然氣、煤氣和油等。熱力燃燒一般分成三個步驟，第一步是輔助燃料燃燒預(yù)熱 VOCs；第二步是VOCs與高溫燃?xì)饣旌喜⑦_(dá)到 740-820℃，最后VOCs中可燃組分充分燃燒，被氧化分解。熱力燃燒爐分為配焰燃燒爐和離焰燃燒爐兩種，熱力燃燒可適用于各種 VOCs氣體的燃燒。熱力燃燒爐具有設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，占用空間小，維修費(fèi)用低的特點。3、催化燃燒催化燃燒是在催化劑存在的條件下， VOCs氣體中的可燃組分在較低的溫度下進(jìn)行的一種無焰燃燒，將有害 VOCs轉(zhuǎn)化成無害的二氧化碳和水的過程。由于催化劑的存在，氧化反應(yīng)的活化能得到降低，氧化分解可在較低的溫度下進(jìn)行，一般為200-400℃。催化劑一般采用鉑、鈀等貴金屬，以三氧化二鋁作為載體，現(xiàn)在正在研究開發(fā)新型的稀土催化劑以節(jié)省貴金屬。由于催化燃燒對VOCs氣體中可燃組分的濃度和熱值限制較小，溫度低，安全性好，所以催化燃燒應(yīng)用范圍較為廣泛。催化燃燒是主要缺點是催化劑的費(fèi)用高。（五） 生物法生物法處理VOCs是通過微生物利用VOCs氣體分子作為碳源和能源進(jìn)行新陳代謝，將VOCs降解成二氧化碳和水的過程。生物法凈化VOCs的主要工藝有三種，分別是生物洗滌塔、生物滴濾塔和生物過濾塔。生物洗滌塔凈化工藝由洗滌塔和活性污泥池構(gòu)成，洗滌塔為 VOCs與活性污泥充分接觸提供條件，通過吸收、吸附和新陳代謝，活性污泥中的微生物將VOCs氣體中的易降解組分分解成二氧化碳和水，達(dá)到消除VOCs的目的。洗滌塔一般采用多孔板式塔。生物滴濾塔凈化工藝是VOCs氣體從滴濾塔底部進(jìn)入塔內(nèi)與生物膜進(jìn)行接觸而被凈化，凈化后氣體由塔頂排出。微生物附著在塔內(nèi)的生物濾料上進(jìn)行生長，達(dá)到一定厚度即發(fā)生內(nèi)源呼吸而從填料上脫落下來。生物過濾塔工藝是VOCs氣體從過濾塔頂部進(jìn)入塔內(nèi)與附著在過濾介質(zhì)上的微生物進(jìn)行接觸而被凈化，凈化后氣體由塔底排出。常用的生物過濾塔凈化工藝有土壤法和堆肥法兩種，土壤法是采用土壤中的膠狀顆粒作為濾料，利用其吸附性能和土壤中的細(xì)菌和霉菌等微生物的分解作用將吸附到濾料內(nèi)的VOCs氣體予以除去。堆肥法是利用泥炭、堆肥和木屑為濾料，經(jīng)熟化后形成堆肥層，微生物在其中生長，當(dāng)VOCs穿