廢氣處理之VOCs治理技術(shù)全解析

導(dǎo)讀：VOCs是揮發(fā)性有機(jī)化合物(volatile organic compounds)的英文縮寫。普通意義上的VOC就是指揮發(fā)性有機(jī)物;但是環(huán)保意義上的定義是指活潑的一類揮發(fā)性有機(jī)物，即會(huì)產(chǎn)生危害的那一類揮發(fā)性有機(jī)物。本文詳細(xì)介紹了七種VOC廢氣處理的主要技術(shù)。

一、VOC廢氣處理技術(shù)——熱破壞法熱破壞法是指直接和輔助燃燒有機(jī)氣體，也就是VOC，或利用合適的催化劑加快VOC的化學(xué)反應(yīng)，最終達(dá)到降低有機(jī)物濃度，使其不再具有危害性的一種處理方法。

熱破壞法對(duì)于濃度較低的有機(jī)廢氣處理效果比較好，因此，在處理低濃度廢氣中得到了廣泛應(yīng)用。這種方法主要分為兩種，即直接火焰燃燒和催化燃燒。直接火焰燃燒對(duì)有機(jī)廢氣的熱處理效率相對(duì)較高，一般情況下可達(dá)到 99%。而催化燃燒指的是在催化床層的作用下，加快有機(jī)廢氣的化學(xué)反應(yīng)速度。這種方法比直接燃燒用時(shí)更少，是高濃度、小流量有機(jī)廢氣凈化的首選技術(shù)。

二、VOC廢氣處理技術(shù)——吸附法有機(jī)廢氣中的吸附法主要適用于低濃度、高通量有機(jī)廢氣。現(xiàn)階段，這種有機(jī)廢氣的處理方法已經(jīng)相當(dāng)成熟，能量消耗比較小，但是處理效率卻非常高，而且可以徹底凈化有害有機(jī)廢氣。實(shí)踐證明，這種處理方法值得推廣應(yīng)用。

但是這種方法也存在一定缺陷，它需要的設(shè)備體積比較龐大，而且工藝流程比較復(fù)雜;如果廢氣中有大量雜質(zhì)，則容易導(dǎo)致工作人員中毒。所以，使用此方法處理廢氣的關(guān)鍵在于吸附劑。當(dāng)前，采用吸附法處理有機(jī)廢氣，多使用活性炭，主要是因?yàn)榛钚蕴考?xì)孔結(jié)構(gòu)比較好，吸附性比較強(qiáng)。

此外，經(jīng)過氧化鐵或臭氧處理，活性炭的吸附性能將會(huì)更好，有機(jī)廢氣的處理將會(huì)更加安全和有效。

三、VOC廢氣處理技術(shù)——生物處理法生物法凈化voc廢氣是近年發(fā)展起來的空氣污染控制技術(shù)，它比傳統(tǒng)工藝投資少，運(yùn)行費(fèi)用低，操作簡單，應(yīng)用范圍廣，是最有望替代燃燒法和吸附凈化法的新技術(shù)。從處理的基本原理上講，采用生物處理方法處理有機(jī)廢氣，是使用微生物的生理過程把有機(jī)廢氣中的有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為簡單的無機(jī)物，比如CO2、H2O和其它簡單無機(jī)物等。這是一種無害的有機(jī)廢氣處理方式。生物凈化法實(shí)際上是利用微生物的生命活動(dòng)將廢氣中的有害物質(zhì)轉(zhuǎn)變成簡單的無機(jī)物(如二氧化碳和水)以及細(xì)胞物質(zhì)等，主要工藝有生物洗滌法，生物過濾法和生物滴濾法。

不同成分、濃度及氣量的氣態(tài)污染物各有其有效的生物凈化系統(tǒng)。生物洗滌塔適宜于處理凈化氣量較小、濃度大、易溶且生物代謝速率較低的廢氣;對(duì)于氣量大、濃度低的廢氣可采用生物過濾床;而對(duì)于負(fù)荷較高以及污染物降解后會(huì)生成酸性物質(zhì)的則以生物滴濾床為好。

生物法處理有機(jī)廢氣是一項(xiàng)新的技術(shù)，由于反應(yīng)器涉及到氣，液，固相傳質(zhì)，以及生化降解過程，影響因素多而復(fù)雜，有關(guān)的理論研究及實(shí)際應(yīng)用還不夠深入廣泛，許多問題需要進(jìn)一步探討和研究。

一般情況下，一個(gè)完整的生物處理有機(jī)廢氣過程包括3個(gè)基本步驟：a) 有機(jī)廢氣中的有機(jī)污染物首先與水接觸，在水中可以迅速溶解;b) 在液膜中溶解的有機(jī)物，在液態(tài)濃度低的情況下，可以逐步擴(kuò)散到生物膜中，進(jìn)而被附著在生物膜上的微生物吸收;c) 被微生物吸收的有機(jī)廢氣，在其自身生理代謝過程中，將會(huì)被降解，最終轉(zhuǎn)化為對(duì)環(huán)境沒有損害的化合物質(zhì)。

四、VOC廢氣處理技術(shù)——變壓吸附分離與凈化技術(shù)變壓吸附分離與凈化技術(shù)是利用氣體組分可吸附在固體材料上的特性，在有機(jī)廢氣與分離凈化裝置中，氣體的壓力會(huì)出現(xiàn)一定的變化，通過這種壓力變化來處理有機(jī)廢氣。

PSA 技術(shù)主要應(yīng)用的是物理法，通過物理法來實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢氣的凈化，使用材料主要是沸石分子篩。沸石分子篩，在吸附選擇性和吸附量兩方面有一定優(yōu)勢(shì)。在一定溫度和壓力下，這種沸石分子篩可以吸附有機(jī)廢氣中的有機(jī)成分，然后把剩余氣體輸送到下個(gè)環(huán)節(jié)中。在吸附有機(jī)廢氣后，通過一定工序?qū)⑵滢D(zhuǎn)化，保持并提高吸附劑的再生能力，進(jìn)而可讓吸附劑再次投入使用，然后重復(fù)上步驟工序，循環(huán)反復(fù)，直到有機(jī)廢氣得到凈化。

近年來，該技術(shù)開始在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用，對(duì)于氣體分離有良好效果。該技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)有：能源消耗少、成本比較低、工序操作自動(dòng)化及分離凈化后混合物純度比較高、環(huán)境污染小等。使用該技術(shù)對(duì)于回收和處理有一定價(jià)值的氣體效果良好，市場(chǎng)發(fā)展前景廣闊，成為未來有機(jī)廢氣處理技術(shù)的發(fā)展方向。

五、VOC廢氣處理技術(shù)——氧化法對(duì)于有毒、有害，而且不需要回收的VOC，熱氧化法是最適合的處理技術(shù)和方法。氧化法的基本原理：VOC與O2發(fā)生氧化反應(yīng)，生成CO2和H2O。

從化學(xué)反應(yīng)方程式上看，該氧化反應(yīng)和化學(xué)上的燃燒過程相類似，但其由于VOC濃度比較低，在化學(xué)反應(yīng)中不會(huì)產(chǎn)生肉眼可見的火焰。一般情況下，氧化法通過兩種方法可確保氧化反應(yīng)的順利進(jìn)行：a) 加熱。使含有VOC的有機(jī)廢氣達(dá)到反應(yīng)溫度;b) 使用催化劑。如果溫度比較低，則氧化反應(yīng)可在催化劑表面進(jìn)行。所以，有機(jī)廢氣處理的氧化法分為以下兩種方法：

a) 催化氧化法?，F(xiàn)階段，催化氧化法使用的催化劑有兩種，即貴金屬催化劑和非貴金屬催化劑。貴金屬催化劑主要包括Pt、Pd等，它們以細(xì)顆粒形式依附在催化劑載體上，而催化劑載體通常是金屬或陶瓷蜂窩，或散裝填料;非貴金屬催化劑主要是由過渡元素金屬氧化物，比如MnO2，與粘合劑經(jīng)過一定比例混合，然后制成的催化劑。為有效防止催化劑中毒后喪失催化活性，在處理前必須徹底清除可使催化劑中毒的物質(zhì)，比如Pb、Zn和Hg等。如果有機(jī)廢氣中的催化劑毒物、遮蓋質(zhì)無法清除，則不可使用這種催化氧化法處理VOC;

b) 熱氧化法。熱氧化法當(dāng)前分為三種：熱力燃燒式、間壁式、蓄熱式。三種方法的主要區(qū)別在于熱量回收方式。這三種方法均能催化法結(jié)合，降低化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)溫度。

熱力燃燒式熱氧化器，一般情況下是指氣體焚燒爐。這種氣體焚燒爐由助燃劑、混合區(qū)和燃燒室三部分組成。其中，助燃劑，比如天然氣、石油等，是輔助燃料，在燃燒過程中，焚燒爐內(nèi)產(chǎn)生的熱混合區(qū)可對(duì)VOC廢氣預(yù)熱，預(yù)熱后便可為有機(jī)廢氣的處理提供足夠空間、時(shí)間，最終實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢氣的無害化處理。

在供氧充足條件下，氧化反應(yīng)的反應(yīng)程度——VOC去除率——主要取決于“三T條件”：反應(yīng)溫度(Temperat)、時(shí)間(Time)、湍流混合情況(Turbulence)。這“三T條件”是相互聯(lián)系的，在一定范圍內(nèi)，一個(gè)條件的改善可使另外兩個(gè)條件降低。熱力燃燒式熱氧化器的缺點(diǎn)在于：輔助燃料價(jià)格高，導(dǎo)致裝置操作費(fèi)用比較高。

直燃式廢氣處理爐

•所需溫度：攝氏700-800度

•對(duì)應(yīng)廢氣種類：所有

•廢氣凈化效率在99.8%以上

•搭配廢氣機(jī)熱回收系統(tǒng)可有效降低工廠營運(yùn)成本

催化式廢氣處理爐(RCO)

•所需溫度：攝氏300-400度

•根據(jù)廢氣濃度而啟動(dòng)的自燃性

•系統(tǒng)設(shè)計(jì)利用前處理劑和觸媒清潔可延長設(shè)備使用年限

•可在前端配置各種吸附材

RCO處理技術(shù)特別適用于熱回收率需求高的場(chǎng)合，也適用于同一生產(chǎn)線上，因產(chǎn)品不同，廢氣成分經(jīng)常發(fā)生變化或廢氣濃度波動(dòng)較大的場(chǎng)合。尤其適用于需要熱能回收的企業(yè)或烘干線廢氣處理，可將能源回收用于烘干線，從而達(dá)到節(jié)約能源的目的。

優(yōu)點(diǎn)：工藝流程簡單、設(shè)備緊湊、運(yùn)行可靠;凈化效率高，一般均可達(dá)98%以上;與RTO相比燃燒溫度低;一次性投資低，運(yùn)行費(fèi)用低，其熱回收效率一般均可達(dá)85%以上;整個(gè)過程無廢水產(chǎn)生，凈化過程不產(chǎn)生NOX等二次污染;RCO凈化設(shè)備可與烘房配套使用，凈化后的氣體可直接回用到烘房利用，達(dá)到節(jié)能減排的目的;

缺點(diǎn)：催化燃燒裝置僅適用含低沸點(diǎn)有機(jī)成分、灰分含量低的有機(jī)廢氣的處理，對(duì)含油煙等粘性物質(zhì)的廢氣處理則不宜采用，催化劑宜中毒;處理有機(jī)廢氣濃度在20%以下。

蓄熱式廢氣處理爐(RTO)

•所需溫度：攝氏800-900度

•低于500ppm的甲苯濃度也可以啟動(dòng)自燃性系統(tǒng)設(shè)計(jì)

•可實(shí)現(xiàn)與RCO配合使用

適用于大風(fēng)量、低濃度，適用于有機(jī)廢氣濃度在100PPM—20000PPM之間。其操作費(fèi)用低,有機(jī)廢氣濃度在450PPM以上時(shí)，RTO裝置不需添加輔助燃料;凈化率高，兩床式RTO凈化率能達(dá)到98%以上，三床式RTO凈化率能達(dá)到99%以上，并且不產(chǎn)生NOX等二次污染;全自動(dòng)控制、操作簡單;安全性高。

優(yōu)點(diǎn)：在處理大流量低濃度的有機(jī)廢氣時(shí)，運(yùn)行成本非常低。

缺點(diǎn)：較高的一次性投資，燃燒溫度較高，不適合處理高濃度的有機(jī)廢氣，有很多運(yùn)動(dòng)部件，需要較多的維護(hù)工作。

圖為RTO(蓄熱式熱力焚燒技術(shù))濃縮及廢熱回收系統(tǒng)，可將低濃度、大風(fēng)量的VOCs廢氣濃縮為高濃度、小風(fēng)量的廢氣，然后高溫燃燒，并將儲(chǔ)熱體的熱量重新回收，利用在廢氣預(yù)熱和熱轉(zhuǎn)換設(shè)備上。