氣態(tài)污染物凈化-揮發(fā)性有機(jī)廢氣凈化（大氣污染控制技術(shù)）

氣態(tài)污染物凈化揮發(fā)性有機(jī)廢氣凈化冷凝法和生物法（一）冷凝法1、原理：物質(zhì)在不同的溫度和壓力下，具有不同的飽和蒸氣壓。2、特點(diǎn)：運(yùn)行費(fèi)用高，適于廢氣中VOCs體積分?jǐn)?shù)10-2以上的有機(jī)蒸氣，回收效率80％～95％以上，常作為其它方法的前處理。三、冷凝法和生物法3、流程4、冷凝類型和設(shè)備1）接觸冷凝——被冷凝氣體與冷卻介質(zhì)直接接觸例如：噴射塔、噴淋塔、填料塔、篩板塔2）表面冷凝（間接冷卻）——冷凝氣體與冷卻壁接觸例如：列管式、翅管空冷、淋灑式冷凝器等（二）生物法（BiologicalOxidation）優(yōu)點(diǎn):凈化效果好，設(shè)備、工藝流程簡(jiǎn)單，操作穩(wěn)定，無二次污染，能耗少，運(yùn)行費(fèi)用低。生物法與傳統(tǒng)方法凈化VOCs廢氣的費(fèi)用比較方法投資費(fèi)用(美元/106ft3)燃料和藥劑消耗(美元/ft3·min-1)能耗(美元/ft3·min-1)燃燒法13015≈0化學(xué)吸收法6081活性炭吸附法20——生物法8≈00.61、原理微生物將有機(jī)成分作為碳源和能源，并將其分解為CO2和H2O。載體生物膜液膜氣流主體有機(jī)物CO2生物法處理VOCS廢氣機(jī)理傳質(zhì)和生物降解兩個(gè)過程微生物對(duì)部分VOCs的生物降解效果化合物生物降解效果甲苯，二甲苯，甲醇，乙醇，丁醇，四氫呋喃，甲醛，乙醛，丁酸，三甲胺非常好苯，苯乙烯，丙酮，乙酸乙脂，苯酚，二甲基硫，噻吩，甲基硫醇，二硫化碳，酰胺類，吡啶，乙腈，異腈類，氯酚好甲烷，戊烷，環(huán)己烷，乙醚，二惡烷，二氯甲烷較差1,1,1-三氯甲烷無乙炔，異丁烯酸甲脂，異腈酸脂，三氯乙烯，四氯乙烯不明2、工藝

懸浮生長(zhǎng)系統(tǒng)：微生物及其營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)存在于液相例如：生物洗滌塔附著生長(zhǎng)系統(tǒng)：微生物附著生長(zhǎng)于固體介質(zhì)表面例如：生物過濾塔生物滴濾塔同時(shí)具有懸浮生長(zhǎng)系統(tǒng)和附著生長(zhǎng)系統(tǒng)特性（1）生物洗滌塔(懸浮生長(zhǎng)系統(tǒng)）構(gòu)成：吸收塔和再生池適合于處理水溶性好的VOCS，例如：乙醇、乙醚洗滌塔：多孔板式塔、鼓泡塔（2）生物過濾塔（附著生長(zhǎng)系統(tǒng)）生物活性填料層土壤法和堆肥法土壤法中微生物生活的適宜條件是：溫度5~30℃，濕度50%~70%，pH值7~8。堆肥法以泥炭、堆肥、土壤、木屑等有機(jī)材料為濾料，經(jīng)熟化后形成一種有利于氣體通過的堆肥層，更適宜于微生物生長(zhǎng)繁殖，因而堆肥生物濾床中的生物量比土壤床多，污染物的去除負(fù)荷及凈化效率均比土壤床高，空床停留時(shí)間也較短生物過濾反應(yīng)器的環(huán)境條件應(yīng)適合微生物的生長(zhǎng)填料及其濕度（４０％～６０％）；ＰＨ值（７～８）；營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)；溫度等．參數(shù)

含義計(jì)算公式常用單位典型范圍空床停留時(shí)間廢氣在生物濾床中的相對(duì)停留時(shí)間V/Qs15~60空床氣速濾床無填料時(shí)氣體在濾層中的流速Q(mào)/Am/h50~200質(zhì)量負(fù)荷單位濾床體積的污染物負(fù)荷QC1/Vg/(m3·h)10~160去除率污染物的去除程度(C1-C2)/C1%90~99（3）生物滴濾塔生物滴濾法與生物過濾法最大的區(qū)別－填料上方噴淋循環(huán)液提供微生物所需的除碳源以外的其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)；調(diào)節(jié)微生物生長(zhǎng)環(huán)境的pH值；保證微生物生存的濕度環(huán)境；帶走代謝產(chǎn)物通過水力沖刷保持生物膜的厚度，防止生物膜內(nèi)厭氧。生物滴濾法因?yàn)榭烧{(diào)節(jié)微生物營(yíng)養(yǎng)的供給和生長(zhǎng)環(huán)境的優(yōu)勢(shì)成為目前的研究熱點(diǎn)，主要集中在不同目標(biāo)污染物、高性能填料、高效降解菌和機(jī)理模型等方面。生物法工藝比較4、優(yōu)點(diǎn):凈化效果好，設(shè)備、工藝流程簡(jiǎn)單，操作穩(wěn)定，無二次污染，能耗少，運(yùn)行費(fèi)用低。生物法與傳統(tǒng)方法凈化VOCs廢氣的費(fèi)用比較方法投資費(fèi)用(美元/106ft3)燃料和藥劑消耗(美元/ft3·min-1)能耗(美元/ft3·min-1)燃燒法13015≈0化學(xué)吸收法6081活性炭吸附法20——生物法8≈00.6氣態(tài)污染物凈化揮發(fā)性有機(jī)廢氣凈化燃燒法和催化燃燒法概述

1、概念（VolatileOrganicCompounds,簡(jiǎn)稱VOCs)

常溫下飽和蒸氣壓大于約70Pa，常壓下沸點(diǎn)小于

260oC的液體或固體有機(jī)化合物。炭原子數(shù)小于12的大多數(shù)有機(jī)物都是VOCs。

2、產(chǎn)生原因石油、煤炭、天然氣等的開采、加工、貯運(yùn)過程中，部分有機(jī)物料進(jìn)入空氣煤、石油、石油制品、天然氣、木材燃燒時(shí)的不完全燃燒產(chǎn)物進(jìn)入空氣作為溶劑的有機(jī)物使用時(shí)揮發(fā)到空氣中的，油漆、噴漆中的溶劑揮發(fā)有機(jī)農(nóng)藥、消毒劑、防腐劑加工與使用時(shí)，使部分有機(jī)物進(jìn)入空氣各種合成材料、有機(jī)黏合劑及其他有機(jī)制品遇到高溫時(shí)氧化與裂解，產(chǎn)生部分低分子有機(jī)污染物進(jìn)入空氣淀粉、脂肪、蛋白質(zhì)、纖維素、糖類等氧化與分解時(shí)產(chǎn)生部分有機(jī)物進(jìn)入空氣石油開采與加工、煉焦與煉焦油加工、煤礦、木材干餾，天然氣開采與利用化工生產(chǎn)，包括石油化工、染料、涂料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、炸藥、有機(jī)合成、試劑、洗滌劑、黏合劑等生產(chǎn)工廠各種內(nèi)燃機(jī)燃煤、煤油、燃?xì)忮仩t與工業(yè)爐油漆、涂料噴涂作業(yè)，使用含有機(jī)黏合劑的作業(yè)各種有機(jī)物的燃燒與加熱裝置、運(yùn)輸裝置及貯存裝置食品、油脂、皮革、毛的加工部門糞便池、沼氣池、發(fā)酵池及垃圾處理站分類VOCs烷烴類乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷、環(huán)己烷烯烴類乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯、異戊二烯、環(huán)戊烯芳香烴及其衍生物苯、甲苯、二甲苯、乙苯、異丙苯、苯乙烯、苯酚醛和酮類甲醛、乙醛、丙酮、丁酮、甲基丙酮、乙基丙酮脂肪烴丙烯酸甲脂、鄰苯二甲酸二丁脂、醋酸乙烯醇甲醇、乙醇、異戊二醇、丁醇、戊醇乙二醇衍生物甲基溶纖劑、乙基溶纖劑、丁基溶纖劑、甲氧基丙醇酸和酸酐乙酸、丙酸、丁酸、乙二酸、鄰苯二甲酸酐胺和酰胺苯胺、二甲基甲酰胺VOCS排放總量中：80％來源于溶劑使用、運(yùn)輸和VOCS儲(chǔ)存過程。5.VOCs的危害（1）大多數(shù)有毒，部分有致癌性；（2）大氣中的氮氧化物、VOCs與氧化劑發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，生成光化學(xué)煙霧。（3）鹵烴類VOCs可破壞臭氧層。有機(jī)污染物癥狀影響苯、甲苯、乙苯、環(huán)己酮失眠、煩躁、癡呆、沒精神神經(jīng)障礙丙酮運(yùn)動(dòng)障礙、四肢末端感覺異常末梢神經(jīng)障礙甲醛、200＃溶劑、甲苯、二甲苯腹瀉、便秘、惡心消化器官障礙丁醇、丙酮、烴類出汗異常、手足發(fā)冷、易疲勞自律神經(jīng)障礙氯苯、200＃溶劑皮炎、哮喘、自身免疫病變免疫系統(tǒng)障礙200＃溶劑、醋酸丁酯、醋酸乙酯、甲醛、丙酮結(jié)膜發(fā)炎視覺障礙醋酸丁酯、200＃溶劑喉痛、口干、咳嗽呼吸道障礙蒸氣壓及蒸發(fā)VOCs污染預(yù)防VOCs污染控制方法和工藝VOCs污染預(yù)防VOCs控制技術(shù)1、防止泄漏為主的預(yù)防性措施替換原材料改變運(yùn)行條件更換設(shè)備等2、末端治理為主的控制性措施VOCs控制方法和工藝燃燒法吸收（洗滌）法冷凝法吸附法生物法一、燃燒法及催化燃燒法（Combustion）

1、VOCs燃燒轉(zhuǎn)化原理及燃燒動(dòng)力學(xué)

1）特點(diǎn)：適用于可燃或高溫分解的物質(zhì)，不能回收有用物質(zhì)，但可回收熱量。

2）燃燒反應(yīng)，如

Q——反應(yīng)時(shí)放出的熱量，KJ。燃燒熱：每摩爾燃料燃燒時(shí)放出的熱量，KJ/mol。3）燃燒動(dòng)力學(xué)單位時(shí)間VOCs減少量式中：r——燃燒速率；

k’——燃燒動(dòng)力學(xué)速率常數(shù)；

CVOCs——VOCs的濃度；

CO2——O2的濃度；

n——反應(yīng)級(jí)數(shù)。由于氧氣濃度遠(yuǎn)高于VOCs濃度其中：k——化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)常數(shù)，可由阿累尼烏茲方程求取。（10-1）（表10-8）例：試計(jì)算燃燒溫度分別為538、649和760oC時(shí)，去除廢氣中99.9%的苯所需的時(shí)間。解：假設(shè)燃燒反應(yīng)為一級(jí)，即n=l，對(duì)式（10-1）積分，得

當(dāng)T=5380C時(shí)，由表10-8，得k=0.00011/s，代入上式，得

同理可求得T=649、7600C時(shí)所需的燃燒時(shí)間分別為49s、0.2s。4）燃燒與爆炸燃燒極限濃度范圍＝爆炸極限濃度范圍混合氣體的爆炸極限范圍2、燃燒工藝1）直接燃燒——可燃有害組分當(dāng)作燃料

特點(diǎn)：適用于可燃有害組分濃度較高或熱值較高的廢氣。

設(shè)備：燃燒爐、窯、鍋爐

燃燒產(chǎn)物：CO2和H2O。

燃燒溫度：1100oC左右2）熱力燃燒（ThermalCombustion)

特點(diǎn)：適于低濃度可燃有機(jī)廢氣的凈化。

燃燒溫度：較低，540～820oC。

燃燒裝置：普通燃燒爐、熱力燃燒爐。

燃燒產(chǎn)物：CO2和H2O。燃燒過程：輔助燃料燃燒，廢氣與高溫燃?xì)饣旌希趸?。必要條件：溫度、停留時(shí)間、湍流混合。3）催化燃燒（CatalyticCombustion）特點(diǎn)：加入催化劑（Pt，Pd)，燃燒溫度降低（300～450oC），輔助燃料消耗少，對(duì)可燃組分濃度和熱值限制較小。催化劑品種活性組分含量2000h-1下90%轉(zhuǎn)化溫度/℃最高適使用溫度/℃Pt-Al2O3Pb-Al2O3Pb-Ni、Cr絲或網(wǎng)Pd-蜂窩陶瓷Mn、Cu-Al2O3Mn、Cu、Cr-Al2O3Mn-Cu、Co-Al2O3Mn-Fe-Al2O3稀土催化劑錳礦石顆粒0.1~0.50.1~0.50.1~0.50.1~0.55~105~105~105~105~105~1025~355~105~1025~35

250~300250~300250~300250~300350~400350~400350~400350~400350~400350~400300~350350~400350~400300~350

650650650650650650650650650700500650700500具有熱回收裝置的催化燃燒器催化燃燒裝置催化燃燒特點(diǎn):進(jìn)入催化燃燒裝置的氣體首先要經(jīng)過預(yù)處理。進(jìn)入催化床層的氣體溫度必須要達(dá)到所用催化劑的起燃溫度，催化反應(yīng)才能進(jìn)行。氣體的預(yù)熱方式可以采用電加熱也可以采用煙道氣加熱，目前應(yīng)用較多的為電加熱。催化燃燒反應(yīng)放出大量的反應(yīng)熱，因此燃燒尾氣溫度很高，對(duì)這部分熱量必須回收。某親水涂層鋁箔生產(chǎn)混合有機(jī)溶劑的廢氣催化燃燒的工藝流程4）燃燒工藝比較氣態(tài)污染物凈化揮發(fā)性有機(jī)廢氣凈化吸收法和吸附法

選取原則：對(duì)VOCs溶解度大，選擇性強(qiáng)，蒸氣壓低，易解吸，無毒及化學(xué)穩(wěn)定性好等。1）、吸收劑1.吸收法吸收原理：采用低揮發(fā)或不揮發(fā)溶劑對(duì)VOCs進(jìn)行吸收，然后利用VOCs與吸收劑物理性質(zhì)的差異二者分離。二、吸收法和吸附法2）、吸收工藝主要設(shè)計(jì)指標(biāo)：

液氣比塔徑塔高

2.吸附法（Adsorption）

1）工藝流程有機(jī)廢氣預(yù)處理水蒸氣吸附床Ⅰ吸附床Ⅱ排空冷凝器分離器冷凝液有機(jī)溶劑水

2）、有機(jī)蒸氣的吸附材料活性炭、硅膠、分子篩等，活性炭吸附VOCs的性能最佳。

3）、有機(jī)溶劑的蒸發(fā)量F——有機(jī)溶劑敞露面積，m2

；M——分子量。

其中：Lgpv=-0.05223A/T+BT——有機(jī)溶劑的溫度，k；A、B——常數(shù)。

式中：G——有機(jī)溶劑蒸發(fā)量，g/h;v——車間內(nèi)風(fēng)速，m/s；

pv——有機(jī)溶劑在室溫時(shí)飽和蒸氣壓，mmHg；（1）馬扎克公式：有害物質(zhì)敞露存放時(shí)散發(fā)量

（2）由相對(duì)揮發(fā)度近似計(jì)算相對(duì)揮發(fā)度：乙醚的蒸發(fā)量與某溶劑在相同條件下蒸發(fā)量的比值。即

4）、吸附容量的確定

（1）單組分吸附等溫線

4種VOCs的吸附等溫線(T=303K)吸附等溫線均屬于I型，符合微孔填充的特征;吸附質(zhì)分子量越大，平衡吸附量越大.

活性炭對(duì)4種VOCs吸附量大小排序：甲苯＞乙酸乙酯＞苯＞丙酮

1、Langmuir等溫式2、Freundlich等溫式將以上各方程線性化，分別有：Langmuir方程擬合Freundlich方程擬合2種等溫吸附方程式線性擬合系數(shù)比較VOCs種類R2(Langmuir方程)R2(Freundlich方程)苯0.99930.9821甲苯0.99790.967丙酮0.99990.973乙酸乙酯0.99910.97924種有機(jī)物的單組分Langmuir方程及常數(shù)有機(jī)物qm/mg.g-1Ka/pa-1吸附等溫方程苯2780.0337甲苯3230.0785丙酮2380.0118乙酸乙酯2860.0563設(shè)沸點(diǎn)較低者為A，較高的物質(zhì)為B。多組分吸附：過程：開始階段：各組分均等吸附于活性炭上；之后：揮發(fā)性強(qiáng)的物質(zhì)被弱的物質(zhì)取代。多組分吸附時(shí)吸附容量如何確定?

甲苯-苯二元吸附穿透曲線（甲苯4100mg.m-3

，苯4100mg.m-3

）

甲苯-苯二元吸附穿透曲線（甲苯1100mg.m-3

，苯6400mg.m-3

）吸附過程可分為3個(gè)結(jié)段：開始階段，置換階段，平衡階段

；置換階段：高沸點(diǎn)組分（強(qiáng)吸附質(zhì)）置換低沸點(diǎn)組分（弱吸附質(zhì)）；甲苯－苯二元體系：苯為弱吸附質(zhì)，甲苯為強(qiáng)吸附質(zhì)。甲苯－苯二元吸附

甲苯-乙酸乙酯二元吸附穿透曲線（甲苯3300mg.m-3

，乙酸乙酯1300mg.m-3）吸附過程可分為3個(gè)階斷段：開始階段，置換階段，平衡階段

；置換階段：高沸點(diǎn)組分（強(qiáng)吸附質(zhì)）置換低沸點(diǎn)組分（弱吸附質(zhì)）；乙酸乙酯為弱吸附質(zhì)，甲苯為強(qiáng)吸附質(zhì)。甲苯－乙酸乙酯二元吸附

甲苯-乙酸乙酯二元吸附穿透曲線（甲苯5500mg.m-3

，乙酸乙酯2700mg.m-3

）

甲苯-丙酮二元吸附穿透曲線（甲苯2500mg.m-3

，苯5300mg.m-3）

甲苯-丙酮二元吸附穿透曲線（甲苯4200mg.m-3

，丙酮4600mg.m-3）吸附過程可分為3個(gè)階段：開始階段，置換階段，平衡階段

；置換階段：高沸點(diǎn)組分（強(qiáng)吸附質(zhì)）置換低沸點(diǎn)組分（弱吸附質(zhì)）；丙酮為弱吸附質(zhì)，甲苯為強(qiáng)吸附質(zhì)。甲苯－丙酮二元吸附

苯-乙酸乙酯二元吸附穿透曲線（苯2300mg.m-3

，乙酸乙酯3500mg.m-3）

苯-乙酸乙酯二元吸附穿透曲線（苯5900mg.m-3

，乙酸乙酯2700mg.m-3）由于苯沸點(diǎn)（80.1℃）與乙酸乙酯的沸點(diǎn)（77.06℃）相近，吸附過程沒有顯著的置換現(xiàn)象。乙酸乙酯為弱吸附質(zhì)，苯為強(qiáng)吸附質(zhì)。苯－乙酸乙酯二元吸附

苯-丙酮二