VOCs治理常用技術(shù)“痛點(diǎn)”再引行業(yè)熱議

2/2作者：一氣貫長空VOCs治理常用技術(shù)“痛點(diǎn)”...再引行業(yè)熱議01活性炭吸附法的技術(shù)“痛點(diǎn)”活性炭吸附法前期投資較低,但實(shí)際運(yùn)維成本高、管理難、技術(shù)適用性受多方因素影響，難持續(xù)性穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。不適合含塵廢氣和含水汽或含粒狀物的廢氣。治理廢氣需要大量活性炭，活性炭吸附飽和后的后續(xù)處理比較困難，只是對污染物的轉(zhuǎn)移，沒有做到把污染物消解掉，極易造成二次污染，不能形成除污環(huán)保閉環(huán)，存在環(huán)保責(zé)任風(fēng)險。國內(nèi)運(yùn)用活性炭吸附的治污工藝設(shè)備，制造其的環(huán)保公司對設(shè)備的除污參數(shù)，基本上都會提到這類設(shè)備的除污效率達(dá)到90%以上，但是事實(shí)呢？經(jīng)專家和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在實(shí)際除污應(yīng)用過程中，除污效率達(dá)到90%以上只是理論值。但是，在不同的工作環(huán)境下，其除污效率遠(yuǎn)比這個理論數(shù)值低。原因分析如下：活性炭的吸附作用，主要是與活性炭的結(jié)構(gòu)有關(guān)?；钚蕴勘砻嬖油ㄟ^絡(luò)合作用、氫鍵、離子交換等多種方式結(jié)合起作用?；钚蕴侩m然吸附速率快，吸附效率高，但對有機(jī)氣體吸附的選擇性低，同時，活性炭對有機(jī)氣體的吸附過程也受多種因素的影響，主要包括溫度、工作環(huán)境濕度、水霧、酸度、灰塵及被吸附氣體之間的相互作用等。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在不同的環(huán)境條件下，活性炭的吸附效率的變化：（1）溫度影響在通常情況下，活性炭吸附設(shè)備在溫度方面，一般要求廢氣的溫度低于40℃，25℃的吸附條件比較好，原則上需要對VOCs氣源進(jìn)行冷卻才能達(dá)到這個溫度，而在實(shí)際的工作環(huán)境中很難做到恒溫吸附VOCs，如果廢氣的溫度超過40℃，活性炭的吸附效率就會急速下降。而且，當(dāng)活性炭吸附一定量的VOCs后暫停工作，則已經(jīng)吸附VOCs的活性炭會因氣溫或氣壓的改變又釋放脫附VOCs。（2）相對濕度影響相對濕度也會對活性炭吸附設(shè)備的吸附效率產(chǎn)生影響。從我國華南地區(qū)的一個沿海大省氣象局發(fā)布的環(huán)境數(shù)據(jù)看到，自2016年4月，該省白天氣溫已經(jīng)出現(xiàn)30℃以上的溫度，甚至在7-9月份，頻繁地出現(xiàn)白天氣溫超過35℃的極端氣候。另外，該省自2016年3月開始，平均濕度長期超過70%了。再加上企業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的VOCs的溫度長期偏高，所含的濕氣也超過了50%。因此，室外環(huán)境條件和廢氣環(huán)境條件共同作用下，導(dǎo)致了活性炭吸附效率大為降低。活性炭吸附設(shè)備的整體吸附效率不到其設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的50%。可想而知，在這種情況下，排出的氣體，所含的VOCs肯定是超出了國家規(guī)定的可排放標(biāo)準(zhǔn)，直接對大氣產(chǎn)生了污染。（3）酸性氣體影響活性炭表面酸性與吸附平衡有著密切的關(guān)系。活性炭表面酸性增加，則對酸性及中性有機(jī)物的吸附能力大幅降低，而大部分VOCs均顯酸性。（4）粉塵影響活性炭對VOCs的吸附則主要受活性炭比表面積、孔徑大小等物理特性的影響。因?yàn)榛钚蕴康奈绞菬o選擇性的，除了吸附VOCs，也會吸附粉塵，隨著活性炭表面粉塵量的增加，活性炭的微孔被堵塞，比表面積降低，降低活性炭對VOCs的吸附能力，致使活性炭“中毒”失活。02低溫等離子法的技術(shù)“痛點(diǎn)”技術(shù)原理為：低溫等離子廢氣處理設(shè)備中的介質(zhì)阻擋放電過程中，等離子體內(nèi)部產(chǎn)生富含極高化學(xué)活性的粒子，如電子、離子、自由基和激發(fā)態(tài)分子等。VOCs與這些具有較高能量的活性基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)，部分會被裂解，最終轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水等物質(zhì)，從而達(dá)到凈化廢氣的目的。國內(nèi)生產(chǎn)的運(yùn)用低溫等離子體技術(shù)的治污設(shè)備，制造環(huán)保公司對設(shè)備的除污參數(shù)，基本上都會提到這類設(shè)備的除污效率達(dá)到80%以上。例如低能量的等離子體設(shè)備可用于治理油煙機(jī)油煙污染，但是在實(shí)際處理工業(yè)VOCs過程中，這種低溫等離子體技術(shù)設(shè)備對VOCs的降解會生成副產(chǎn)物污染，VOCs的易燃性令其安全性將備受關(guān)注。（1）生成副產(chǎn)物現(xiàn)在采用等離子體技術(shù)的處理VOCs存在的問題是，等離子體對VOCs是可以部分降解的，如對簡單的VOCs烷烴類、胺類物質(zhì)，可以部分降解，但是對有機(jī)污染物甚至空氣的激發(fā)是沒選擇性的，且在短短零點(diǎn)幾到1秒內(nèi)的時間對VOCs的降解是不完全的，還會產(chǎn)生一氧化碳、臭氧與氮氧化物等污染氣體，生成的大量中間產(chǎn)物，可能揮發(fā)性、遷移性、毒性更強(qiáng)，危害更大。生產(chǎn)等離子體的廠家對原理剖析中，通常會指出臭氧能夠與VOCs一起發(fā)生反應(yīng)，生成無害的氣體。但是實(shí)際檢測結(jié)果表明，等離子體激發(fā)空氣生成大量臭氧，大部分的臭氧在處污設(shè)備中是沒有與VOCs發(fā)生反應(yīng)的。（2）空氣氧濃度的影響從以上圖可知，等離子體對VOCs的降解受廢氣中氧濃度影響比較大，同等電壓下，廢氣中10%的含氧量分別比0%、20%的降解率高。但是在實(shí)際處理過程中，廢氣的含氧量很難做到10%的最佳比例，導(dǎo)致了等離子體技術(shù)處理設(shè)備對VOCs的降解率達(dá)不到最佳效率，甚至?xí)驗(yàn)楹趿窟^高或過低，導(dǎo)致對VOCs的降解率只有理論值70%以下，不但達(dá)不到治理VOCs的標(biāo)準(zhǔn)，生成的副產(chǎn)物對大氣產(chǎn)生了更多污染。（3）電壓條件的影響從上圖可知，不管廢氣中含氧量多少，增大等離子體的電壓，生成臭氧量都會增加。雖然電壓大，可以增大激發(fā)電弧的能量，從而加大對VOCs的降解率，但是，同時電壓越大產(chǎn)生的臭氧量越大。03光催化氧化法的技術(shù)“痛點(diǎn)”現(xiàn)應(yīng)用的光催化廢氣處理設(shè)備的技術(shù)是利用特種紫外線波段，在特種催化氧化劑的作用下，將氧氣催化生成負(fù)氧離子，再將廢氣分子氧化還原的一種特殊處理方式。國內(nèi)運(yùn)用的光催化氧化的治污設(shè)備，通常采用雙波長紫外光管，采用二氧化鈦材料作為催化劑，制造其的環(huán)保公司對設(shè)備的除污參數(shù)，基本上都會提到這類設(shè)備的除污效率達(dá)到80%以上。實(shí)際上現(xiàn)市場的光催化氧化法處理設(shè)備采用的紫外光管降解VOCs受催化材料、粉塵、反應(yīng)時間、濕度、廢氣濃度等影響甚大，同時如無可控技術(shù)，會生成中間副產(chǎn)物并加大了污染排放。存在巨大環(huán)保責(zé)任風(fēng)險。（1）光催化材料的影響光催化氧化技術(shù)的微觀反應(yīng)原理是：當(dāng)催化劑被一定光強(qiáng)的光照射時，根據(jù)半導(dǎo)體電子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，催化劑中會發(fā)生電子躍遷，即電子（e-）會從充滿的價帶躍遷到空的導(dǎo)帶，從而留下氧化性極強(qiáng)的帶正電的空穴（h+）。若采用市面上的二氧化鈦（建材）材料，而不是銳鈦礦型（光觸媒介）二氧化鈦光觸媒（性價比等同碳與鉆石），完全沒有催化光解功效。（2）生成副產(chǎn)物目前普遍研究認(rèn)為光催化氧化法能夠?qū)OCs完全降解生成無毒無害的CO2和H2O等，但是在實(shí)際工程實(shí)踐中VOCs的光催化氧化反應(yīng)會生成酮、醛等中間產(chǎn)物，對環(huán)境造成二次污染。如下表所示實(shí)驗(yàn)結(jié)果。由上表可見，UV光解產(chǎn)生很多中間副產(chǎn)物，成分更復(fù)雜，可揮發(fā)性、可遷移性、毒性更高。在企業(yè)工廠的實(shí)際應(yīng)用中，一定風(fēng)量的VOCs的光催化氧化反應(yīng)會生成酮、醛等中間產(chǎn)物與臭氧，這些產(chǎn)物可能成分更復(fù)雜、毒性更大，對環(huán)境造成二次污染。部分使用企業(yè)因?qū)υO(shè)備不甚了解，購買了毫無效果的設(shè)備也不清楚。（3）反應(yīng)時間的影響在企業(yè)工廠的實(shí)際應(yīng)用中，會不斷的排放VOCs，因此VOCs在通過光催化氧化法處理設(shè)備的時間很短，從而導(dǎo)致了降解率偏低，達(dá)不到應(yīng)有的標(biāo)準(zhǔn)。由上面的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖可見，短時間內(nèi)（1秒鐘左右時間），單獨(dú)紫外光設(shè)備對VOCs降解率很低。在單獨(dú)UV光解技術(shù)應(yīng)用中，即使延長反應(yīng)時間，對VOCs的降解率也在10%以內(nèi)（正如國內(nèi)某知名紫外線燈管廠所介紹的，沒有在反應(yīng)區(qū)留滯三秒以上，基本沒有效果），不但滿足不了工業(yè)治污應(yīng)用，還產(chǎn)生很多副產(chǎn)物污染氣體。（4）相對濕度影響從上圖的數(shù)據(jù)可以看到，隨著濕度增大，在濕度50%時，降解率升到一個極點(diǎn)。但隨著濕度增大，降解率又開始下降。所以光催化氧化法不是越干燥越好，也不是濕度越高就越好。UV光生成的臭氧，需要與部分水汽反應(yīng)生成氫氧自由基或負(fù)氧離子增強(qiáng)介質(zhì)的反應(yīng)活性才可能增大與VOCs的反應(yīng)幾率。總之，單獨(dú)的紫外光解技術(shù)的弊端是，受催化劑、濕度、灰塵顆粒物的影響，紫外燈大部份能量用于產(chǎn)生臭氧，短時間光解VOCs做不到徹底，反而產(chǎn)生更復(fù)雜的中間副產(chǎn)物，造成二次污染，此外，如果采用市面上的二氧化鈦材料，不是銳鈦礦型二氧化鈦光觸媒，完全沒有催化光解功效。因此，我們可以分析出，在企業(yè)工廠實(shí)際生產(chǎn)中，催化氧化法處理設(shè)備對VOCs的降解率比較低，經(jīng)光解排出的氣體中VOCs會超出國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，而且還會產(chǎn)生的臭氧，存在造成環(huán)境的二次污染的風(fēng)險。04生物法的技術(shù)“痛點(diǎn)”生物法原理：利用微生物對廢氣中的污染物進(jìn)行消化代謝，實(shí)質(zhì)上是一種氧化分解過程，它通過附著在介質(zhì)上的活性微生物來吸收VOCs，將污染物轉(zhuǎn)化為無害的水、二氧化碳及其它無機(jī)鹽類。適用范圍：以微生物可分解物質(zhì)為主，污染物為微生物的食物來源，可以生物處理的污染物包括：碳?xì)溲踅M成的各類有機(jī)物、簡單有機(jī)硫化物、有機(jī)氮化物、硫化氫及氨氣等無機(jī)類。要求小氣量、低濃度、排氣連續(xù)、廢氣處理容氣大，雖處理過程比較環(huán)保,但運(yùn)維較為復(fù)雜。（1）適用性目前，生物法僅限用于處理低濃度VOCs，不適合用于源源不斷地排放VOCs的實(shí)際工況治理，如何將這些技術(shù)和方法用于高濃度VOCs的治理有待于研究。此外，生物需要在一定的pH緩沖液、適宜的溫度及一些鹽分如NH4NO3、K2HPO3等營養(yǎng)元素才能生長。一旦改變pH、溫度或者鹽分，可能會導(dǎo)致微生物失水死亡。（2）氣液混合影響污染物去除率的關(guān)鍵過程是將污染物從氣相轉(zhuǎn)移到液相中，目前的大部分研究是對于易溶物和易降解污染物進(jìn)行處理，在實(shí)際應(yīng)用中將會受到一定的限制。開發(fā)出適合于難降解和疏水性污染物處理工藝就顯得尤為困難。（3）堵塞問題生物法所用填料的比表面積、孔隙率等直接影響反應(yīng)器的生物量以及整個填充床的壓降及填充床是否易堵塞間題，污染物完成從氣相到液、固相傳質(zhì)過程，在兩相中的分配系數(shù)是處理工藝可行性的決定因素。（4）操作問題難實(shí)現(xiàn)自動控制，以提高對各運(yùn)行參數(shù)的控制能力，維護(hù)費(fèi)用高和發(fā)生故障的次數(shù)多。菌種培育困難，難篩選出高效降解各種VOCs氣體的優(yōu)勢菌種；反應(yīng)場地約束，反應(yīng)裝置占地面積大、反應(yīng)時間較長，設(shè)備交易形成擺設(shè)。05燃燒法的技術(shù)“痛點(diǎn)”燃燒法主要分為蓄熱式燃燒技術(shù)（RTO）和催化燃燒技術(shù)（RCO）、TO、CO等。其原理是通過直接燃燒或者添加催化劑進(jìn)行低溫燃燒，利用“燒”將有機(jī)廢氣徹底降解為水和二氧化碳。燃燒法作為目前處理效率和效果相對理想的工藝，雖然它的價格相對昂貴且運(yùn)行費(fèi)用不低，但已被大部分專家和部分地市環(huán)境主管部門認(rèn)可，甚至制定為主要治理工藝，但VOCs治理涉及行業(yè)眾多，市面上從數(shù)量上來講，或許不到1%的用戶有條件考慮焚燒工藝，此工藝投資大，運(yùn)維成本高。（一）非催化類燃燒因蓄熱燃燒（RTO）方式的燃燒室內(nèi)溫度一般不低于750度，特別是TO爐甚至高達(dá)1000度，因此，會產(chǎn)生燃料型氮氧化物。氮氧化物按生成機(jī)理的不同分為三類：熱力型、快速型和燃料型，其中燃料型占60%_95%。在生成燃料型NOx過程中，首先是含有氮的有機(jī)化合物或空氣中的氮?dú)饨?jīng)過熱裂解產(chǎn)生N，CN，HCN和等中間產(chǎn)物基團(tuán)，然后再氧化成NOx。因此，非催化燃燒所需的燃燒溫度較高，雖然高溫有利于VOCs的去除，但同時會產(chǎn)生一些不良的后果：像直接燃燒法，燃燒溫度過高會導(dǎo)致煙氣中產(chǎn)生二次污染；對于蓄熱式熱力燃燒法，燃燒溫度過高容易導(dǎo)致切換閥門等精密部件損壞。（二）催化類燃燒在有機(jī)廢氣的催化燃燒（RCO）工藝中，若采用自來水