有機廢氣處理工藝技術(shù)

大氣污染是我國目前最為突出的環(huán)境問題之一，而大氣污染物的重要來源是工業(yè)廢氣。大量的工業(yè)廢氣排入大氣中，使大氣環(huán)境質(zhì)量急驟下降，給人們的身體健康帶來嚴(yán)重危害，使國民經(jīng)濟損失巨大。工業(yè)廢氣中最難處理的就是有機廢氣，有機廢氣通過呼吸道和皮膚進(jìn)入人體后，使人們的呼吸、血液、臟器等造成暫時性或永久性病變，尤其是苯并芘類多環(huán)芳烴能使人直接致癌，已經(jīng)引起人們的高度重視。在工業(yè)生產(chǎn)中會產(chǎn)生各種有機物廢氣，主要有醇類、烴類、醛類、酸類、酮類和胺類等。這些有機廢氣不但造成大氣污染，而且還危害人們的健康，并造成浪費，所以對有機廢氣的處理與凈化是勢在必行。

        有機廢氣的凈化處理方法有兩大類：一類是回收法；另一類是消除法。

    1、回收法是通過工藝手段將有機物從空氣中分離出來加以回收利用的工藝，回收法可以經(jīng)濟地回收有機溶劑，有效地實現(xiàn)了空氣凈化和廢棄物的循環(huán)利用，所以回收法將成為有機廢氣凈化處理的未來發(fā)展方向。

      中間工藝：所謂中間工藝是指單獨采用這種工藝只能將污染物從廢氣中分離出來，但是需要結(jié)合其他工藝手段才能將有機污染物進(jìn)行分解或回收的中間手段。中間工藝一般會結(jié)合分解法和回收法使用。 對于吸收法，水吸收對于親水性有機污染物具有較好的效果，對于在水中溶解度較低的有機污染物，也有采用其他溶劑進(jìn)行吸收的方法。經(jīng)過吸收法處理的空氣雖然可以達(dá)標(biāo)，但是吸收了有機污染物的溶劑需要進(jìn)一步處理，才能防止二次污染，并且應(yīng)使飽和溶劑重復(fù)使用。 吸附法是一種較好的將有機污染物從廢氣中分離的方法，但是也需要結(jié)合其他工藝才能消除吸附劑的二次污染，并且使飽和的吸附劑可以重復(fù)使用。目前使用最多的是使用活性炭吸附劑，也有使用沸石、分子篩等吸附劑的情況。分解法：分解法是將有機污染物最終氧化分解為H2O和CO2的方法。分解法可以分為高溫燃燒分解，利用微生物進(jìn)行常溫生物氧化分解，以及高級氧化法。由于高級氧化法還處于實驗階段，在實際應(yīng)用上還有很多工藝問題、應(yīng)用問題有待解決，因此在工程實踐中應(yīng)用不多。

（1）燃燒分解 高溫燃燒又可以分為直接燃燒法和催化燃燒法，是通過燃燒分解污染物的方法。催化燃燒是利用催化劑的作用使有機污染物在較低的溫度發(fā)生分解的方法。由于催化燃燒可以降低分解溫度，因此可以大大降低運行費用。在燃燒法中一般結(jié)合使用換熱器對燃燒的熱能進(jìn)行換熱回用，如果采用蓄熱方式進(jìn)行熱量回收，則是比較常用的蓄熱回?zé)崛紵?/SPAN>RTO）和蓄熱回?zé)岽呋紵?/SPAN>RCO）方式，這種回?zé)岱绞胶蛽Q熱方式相比，具有熱能回收效率高的優(yōu)點，其中RCO節(jié)能效果更加顯著，但是RCO和RTO技術(shù)較復(fù)雜，設(shè)備初投資較高。

（2）生物分解 生物分解方法是利用微生物的生物氧化作用將有機污染物進(jìn)行分解，同時微生物獲得生存所需的能量。較為普遍使用的生物分解方法是生物洗滌塔和生物濾床。其他還有MBR法、曝氣污泥法等等。生物洗滌塔和生物濾床均結(jié)合了污染物的吸收、吸附和污染物的生化分解等復(fù)雜過程，通過以水為介質(zhì)或以吸附劑為介質(zhì)將空氣中的污染物捕捉下來，然后利用微生物進(jìn)行分解。由于微生物的生命活動是以水為介質(zhì)，因此對于水溶性的、無生物毒性的有機污染物，生物法能夠取得較好的去除率和穩(wěn)定性，但是對于疏水性的、有毒性的有機污染物，生物法的處理效率較低。 生物分解需要外界補充的能量較少，因此生物分解的運行費用最低，對于某些親水性的有機污染物，生物分解是一種較好的處理工藝。但是由于生物分解的速率比較慢，因此生物分解工藝一般需要很大的場地，在大風(fēng)量情況下，場地占用問題更加突出。

     組合工藝：由于有機廢氣的種類繁多，不同的有機廢氣其污染物含量、風(fēng)量、濃度情況也不同，而且各種單一的處理工藝具有不同的優(yōu)缺點，因此需要根據(jù)不同的應(yīng)用情況將工藝組合使用，才能在節(jié)約投資和運行費用的情況下取得較好的處理效果。在組合工藝中，采用活性炭吸附廢氣中的低濃度有機污染物，再對活性炭進(jìn)行脫附再生，對脫附出來的高濃度有機污染物進(jìn)行燃燒分解或催化燃燒分解是一種常用的工藝組合，尤其適用于處理大風(fēng)量、低濃度的噴涂有機廢氣的場合，具有投資省，運行費用低，處理效果穩(wěn)定的特點。

吸附-脫附-催化燃燒工藝

1、吸附過程 吸附是氣體結(jié)合到固體上去的質(zhì)量傳遞過程。氣體（吸附質(zhì)）進(jìn)入固體（吸附劑）的孔隙中但并未進(jìn)入其晶格內(nèi)。吸附過程可能是物理過程，也可能是化學(xué)過程。物理吸附主要是范德華引力起作用，一般沒有選擇性，在吸附過程中沒有電子轉(zhuǎn)移，沒有化學(xué)鍵的生成與破壞?；瘜W(xué)吸附實際上是一種化學(xué)反應(yīng)，具有選擇性，在化學(xué)吸附過程中，氣體和固體表面發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。 最普遍使用的吸附劑是活性炭、分子篩、硅膠和活性氧化鋁。這些吸附劑經(jīng)過處理后表面積極大，可有效吸附碳?xì)浠衔锏任廴疚?。其缺點是對水有優(yōu)先選擇性吸附作用。所有的吸附劑在一定的高溫下會發(fā)生變化。在這些溫度下，其吸附能力很弱。污染物可以被解脫出來，從而使吸附劑的活性得到再生，這個過程成為脫附。 為了進(jìn)行連續(xù)操作，一般提供兩個或多個吸附床。一個或幾個吸附床在吸附時，另一個或幾個吸附床則進(jìn)行再生。在吸附過程中，被收集的污染物滯留在吸附床中，只要吸附床有足夠的容量，污染物就不會釋放出來。但是當(dāng)吸附床中的污染物濃度達(dá)到飽和時，污染物便開始釋放出來，這種現(xiàn)象稱為穿透。達(dá)到飽和的吸附床需要進(jìn)行再生，一般采用加熱的氣體對吸附床進(jìn)行脫附，一方面使吸附床重新具有活性，一方面是污染物被解脫出來進(jìn)行回收或分解處理。

2、燃燒過程 當(dāng)氣流中的污染物可被氧化時，燃燒是一種徹底的污染控制方案。碳?xì)浠衔锞蛯儆谶@類污染物。燃燒可以分為直接火焰燃燒和催化燃燒兩類。燃燒即是在氧和熱的作用下將碳?xì)浠衔镛D(zhuǎn)化為水和二氧化碳。其反應(yīng)方程式如下： CnH2m+(n+m/2)O2=nCO2+H2O+Heat 在燃燒過程中，氣流量和有機物負(fù)荷是選擇燃燒技術(shù)的重要參數(shù)。一個衡量污染物負(fù)荷的參數(shù)是低爆炸極限（LEL）或低可燃極限（LFL）。氣流的低爆炸極限是氣體可自燃的最低有機物濃度（100%LEL）。由于100%LEL具有爆炸危險，美國消防協(xié)會規(guī)定氣流的LEL不能超過50%，在LEL超過25%時應(yīng)設(shè)置可燃?xì)怏w監(jiān)控裝置。另一個要考慮的因素是氣流的能量密度，當(dāng)氣流的能量密度必須大于3.7MJ/m3時點火后氣體可自行維持燃燒，否則需要提供輔助燃料，另外要考慮燃燒后不產(chǎn)生有毒的副產(chǎn)品。 能量值低于3.7MJ/m3的氣體，可利用催化劑來幫助氧化燃燒。經(jīng)常使用的活性催化劑是鉑或鈀的化合物，使用陶瓷作載體。使用催化劑可降低燃燒溫度，節(jié)省運行費用，但是主要缺點是微量的硫和鉛的化合物會使催化劑中毒，而且特定的催化劑對每種有機污染物起到催化燃燒的作用是不同的，對有些有機污染物的去除可能無效。 在燃燒工藝中，為了節(jié)省能源，一般對燃燒使用或產(chǎn)生的熱量進(jìn)行利用。利用方式包括換熱和回?zé)醿煞N。換熱方式是利用換熱器在燃燒后產(chǎn)生的高溫氣體和低溫氣體（進(jìn)氣或其他需要熱源的氣流）之間進(jìn)行換熱能量傳遞，回?zé)岱绞绞抢眯顭嵫b置直接和氣流進(jìn)行交替熱交換，因此熱量利用的效率更高。 不同的燃燒工藝組合，形成4種基本的燃燒工藝方式：催化燃燒（換熱），直接燃燒（換熱），回?zé)岽呋紵?/SPAN>RCO），回?zé)崛紵?/SPAN>RTO）。在此基礎(chǔ)上還形成了轉(zhuǎn)輪富集燃燒，陶瓷過濾器等方式。

3、吸附-脫附-催化燃燒工藝 通過上述兩種工藝的分析，可以得到上述兩個處理工程的特點： 吸附工藝：適合低濃度情況，需要提供能量進(jìn)行脫附再生，脫附出來的高濃度污染物需要進(jìn)行再處理。 燃燒工藝：適合高濃度情況，合適的設(shè)計工藝可以在只需要補充少量能源情況下維持燃燒，并且可以產(chǎn)生富裕能量，可以徹底分解污染物，催化燃燒的運行費用更低。 結(jié)合上述兩種工藝特點進(jìn)行組合，得到吸附-脫付-催化燃燒工藝，可以揚長避短有效地將兩種工藝應(yīng)用到不同有機污染物處理場合，尤其是在大風(fēng)量、低濃度的VOC廢氣處理方面，是目前具有最高性價比的處理工藝方式。

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