VOCs治理常用技術“痛點”再引行業(yè)熱議

2/2作者：一氣貫長空VOCs治理常用技術“痛點”...再引行業(yè)熱議01活性炭吸附法的技術“痛點”活性炭吸附法前期投資較低,但實際運維成本高、管理難、技術適用性受多方因素影響，難持續(xù)性穩(wěn)定達標。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)保責任風險。國內運用活性炭吸附的治污工藝設備，制造其的環(huán)保公司對設備的除污參數(shù)，基本上都會提到這類設備的除污效率達到90%以上，但是事實呢？經專家和實驗數(shù)據表明，在實際除污應用過程中，除污效率達到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構有關?；钚蕴勘砻嬖油ㄟ^絡合作用、氫鍵、離子交換等多種方式結合起作用。活性炭雖然吸附速率快，吸附效率高，但對有機氣體吸附的選擇性低，同時，活性炭對有機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。實驗數(shù)據表明，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氣源進行冷卻才能達到這個溫度，而在實際的工作環(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，當活性炭吸附一定量的VOCs后暫停工作，則已經吸附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備的吸附效率產生影響。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)據看到，自2016年4月，該省白天氣溫已經出現(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)生產過程中產生的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，導致了活性炭吸附效率大為降低?；钚蕴课皆O備的整體吸附效率不到其設計標準的50%?？上攵?，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)定的可排放標準，直接對大氣產生了污染。（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系?；钚蕴勘砻嫠嵝栽黾?，則對酸性及中性有機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。因為活性炭的吸附是無選擇性的，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“痛點”技術原理為：低溫等離子廢氣處理設備中的介質阻擋放電過程中，等離子體內部產生富含極高化學活性的粒子，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發(fā)生反應，部分會被裂解，最終轉化為二氧化碳和水等物質，從而達到凈化廢氣的目的。國內生產的運用低溫等離子體技術的治污設備，制造環(huán)保公司對設備的除污參數(shù)，基本上都會提到這類設備的除污效率達到80%以上。例如低能量的等離子體設備可用于治理油煙機油煙污染，但是在實際處理工業(yè)VOCs過程中，這種低溫等離子體技術設備對VOCs的降解會生成副產物污染，VOCs的易燃性令其安全性將備受關注。（1）生成副產物現(xiàn)在采用等離子體技術的處理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，可以部分降解，但是對有機污染物甚至空氣的激發(fā)是沒選擇性的，且在短短零點幾到1秒內的時間對VOCs的降解是不完全的，還會產生一氧化碳、臭氧與氮氧化物等污染氣體，生成的大量中間產物，可能揮發(fā)性、遷移性、毒性更強，危害更大。生產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，生成無害的氣體。但是實際檢測結果表明，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備中是沒有與VOCs發(fā)生反應的。（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。但是在實際處理過程中，廢氣的含氧量很難做到10%的最佳比例，導致了等離子體技術處理設備對VOCs的降解率達不到最佳效率，甚至會因為含氧量過高或過低，導致對VOCs的降解率只有理論值70%以下，不但達不到治理VOCs的標準，生成的副產物對大氣產生了更多污染。（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，同時電壓越大產生的臭氧量越大。03光催化氧化法的技術“痛點”現(xiàn)應用的光催化廢氣處理設備的技術是利用特種紫外線波段，在特種催化氧化劑的作用下，將氧氣催化生成負氧離子，再將廢氣分子氧化還原的一種特殊處理方式。國內運用的光催化氧化的治污設備，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)保公司對設備的除污參數(shù)，基本上都會提到這類設備的除污效率達到80%以上。實際上現(xiàn)市場的光催化氧化法處理設備采用的紫外光管降解VOCs受催化材料、粉塵、反應時間、濕度、廢氣濃度等影響甚大，同時如無可控技術，會生成中間副產物并加大了污染排放。存在巨大環(huán)保責任風險。（1）光催化材料的影響光催化氧化技術的微觀反應原理是：當催化劑被一定光強的光照射時，根據半導體電子結構的特點，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帶，從而留下氧化性極強的帶正電的空穴（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）生成副產物目前普遍研究認為光催化氧化法能夠將VOCs完全降解生成無毒無害的CO2和H2O等，但是在實際工程實踐中VOCs的光催化氧化反應會生成酮、醛等中間產物，對環(huán)境造成二次污染。如下表所示實驗結果。由上表可見，UV光解產生很多中間副產物，成分更復雜，可揮發(fā)性、可遷移性、毒性更高。在企業(yè)工廠的實際應用中，一定風量的VOCs的光催化氧化反應會生成酮、醛等中間產物與臭氧，這些產物可能成分更復雜、毒性更大，對環(huán)境造成二次污染。部分使用企業(yè)因對設備不甚了解，購買了毫無效果的設備也不清楚。（3）反應時間的影響在企業(yè)工廠的實際應用中，會不斷的排放VOCs，因此VOCs在通過光催化氧化法處理設備的時間很短，從而導致了降解率偏低，達不到應有的標準。由上面的實驗數(shù)據圖可見，短時間內（1秒鐘左右時間），單獨紫外光設備對VOCs降解率很低。在單獨UV光解技術應用中，即使延長反應時間，對VOCs的降解率也在10%以內（正如國內某知名紫外線燈管廠所介紹的，沒有在反應區(qū)留滯三秒以上，基本沒有效果），不但滿足不了工業(yè)治污應用，還產生很多副產物污染氣體。（4）相對濕度影響從上圖的數(shù)據可以看到，隨著濕度增大，在濕度50%時，降解率升到一個極點。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生成氫氧自由基或負氧離子增強介質的反應活性才可能增大與VOCs的反應幾率。總之，單獨的紫外光解技術的弊端是，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生臭氧，短時間光解VOCs做不到徹底，反而產生更復雜的中間副產物，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)工廠實際生產中，催化氧化法處理設備對VOCs的降解率比較低，經光解排出的氣體中VOCs會超出國家規(guī)定的標準，而且還會產生的臭氧，存在造成環(huán)境的二次污染的風險。04生物法的技術“痛點”生物法原理：利用微生物對廢氣中的污染物進行消化代謝，實質上是一種氧化分解過程，它通過附著在介質上的活性微生物來吸收VOCs，將污染物轉化為無害的水、二氧化碳及其它無機鹽類。適用范圍：以微生物可分解物質為主，污染物為微生物的食物來源，可以生物處理的污染物包括：碳氫氧組成的各類有機物、簡單有機硫化物、有機氮化物、硫化氫及氨氣等無機類。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,但運維較為復雜。（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的實際工況治理，如何將這些技術和方法用于高濃度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，可能會導致微生物失水死亡。（2）氣液混合影響污染物去除率的關鍵過程是將污染物從氣相轉移到液相中，目前的大部分研究是對于易溶物和易降解污染物進行處理，在實際應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）操作問題難實現(xiàn)自動控制，以提高對各運行參數(shù)的控制能力，維護費用高和發(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；反應場地約束，反應裝置占地面積大、反應時間較長，設備交易形成擺設。05燃燒法的技術“痛點”燃燒法主要分為蓄熱式燃燒技術（RTO）和催化燃燒技術（RCO）、TO、CO等。其原理是通過直接燃燒或者添加催化劑進行低溫燃燒，利用“燒”將有機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行費用不低，但已被大部分專家和部分地市環(huán)境主管部門認可，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，運維成本高。（一）非催化類燃燒因蓄熱燃燒（RTO）方式的燃燒室內溫度一般不低于750度，特別是TO爐甚至高達1000度，因此，會產生燃料型氮氧化物。氮氧化物按生成機理的不同分為三類：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化合物或空氣中的氮氣經過熱裂解產生N，CN，HCN和等中間產物基團，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，但同時會產生一些不良的后果：像直接燃燒法，燃燒溫度過高會導致煙氣中產生二次污染；對于蓄熱式熱力燃燒法，燃燒溫度過高容易導致切換閥門等精密部件損壞。（二）催化類燃燒在有機廢氣的催化燃燒（RCO）工藝中，若采用自來水