工業(yè)有機廢氣處理的技術(shù)分析及前景展望

吳庭吉，郭可可，陳光秀，張校申

（中國汽車工業(yè)工程有限公司，河南 洛陽 471039）

工業(yè)有機廢氣處理的技術(shù)分析及前景展望

吳庭吉，郭可可，陳光秀，張校申

（中國汽車工業(yè)工程有限公司，河南 洛陽 471039）

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，工業(yè)有機廢氣越來越多，給治理工作帶來越來越大的壓力。但是，工業(yè)有機廢氣必須解決，目前治理工業(yè)有機廢氣的辦法有很多種，各有優(yōu)劣。鑒于此，本文重點闡述了吸收法、吸附法、熱破壞法、生物處理法、冷凝法和低溫離子體技術(shù)，并對工業(yè)有機廢氣處理技術(shù)進行展望，旨在提高工業(yè)有機廢氣處理的水平，有效促進環(huán)境保護。

工業(yè)有機廢氣；廢氣處理技術(shù)；環(huán)境污染

改革開放以來，我國經(jīng)濟發(fā)展迅速，各個產(chǎn)業(yè)隨之壯大起來。但是，各個產(chǎn)業(yè)在生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的有機廢氣也越來越大，如印刷印染、石油化工等行業(yè)所產(chǎn)生的有機廢氣尤其嚴重。只有合理采用新技術(shù)來處理有機廢氣，才能減輕工業(yè)有機廢氣給環(huán)境保護所帶來的壓力，真正解決空氣污染問題。

1 工業(yè)有機廢氣處理的技術(shù)

1.1 吸收法處理技術(shù)

該處理技術(shù)的原理實際上就是吸收劑跟有機廢氣充分地接觸，通過物理或化學方法將有機廢氣凈化。根據(jù)不同的吸收原理還可以對液體吸收法進一步分類：化學吸收法和物理吸收法。其中物理吸收法的原理是根據(jù)物質(zhì)的相似相容原理，通過將有害氣體溶解于吸收劑中，從而達到凈化有機廢氣的目的。例如，可以采用水作為吸收劑來吸收一些有害物質(zhì)，比如甲醇等。

在對環(huán)境實施治理時，其中一個重要手段就是吸收法。這種方法不僅可以達到對氣態(tài)污染物實施有效轉(zhuǎn)化的目的，而且可以將污染物轉(zhuǎn)化為一種有用的產(chǎn)品。當前，該技術(shù)已經(jīng)很成熟，在設(shè)計以及操作等環(huán)節(jié)中，積累了一定經(jīng)驗。正因為該治理方法適用性強，所以在大氣污染得治理工程中應(yīng)用較多。但是，有機廢氣水溶性比較差，所以該方法在這方面的應(yīng)用不太普遍。該吸收法主要利用有機廢氣能與高沸點、低蒸氣壓的機溶劑互溶的特點，對有機廢氣進行處理，充當吸收劑的物質(zhì)有664消泡劑、碳酸丙烯脂、乙醇水溶液、醋酸水溶液、柴油、煤油和水等。在處理有機廢氣的過程中，吸收法能夠充分地將有機廢氣進行轉(zhuǎn)化，并將其轉(zhuǎn)化為一種有用的產(chǎn)品。

1.2 吸附法處理技術(shù)

該處理技術(shù)的原理實際上就是通過多孔固體吸附劑對有機廢氣進行處理，利用分子引力或化學鍵力將有害成分充分地吸附到吸附劑的表面，這樣就達到了對有機廢氣凈化的目的。該吸附法基本上都是物理吸附，就其吸附過程而言具有可逆性，相反的過程即為脫附。在吸附達到一定程度后，對吸附劑進行脫附，從而達到循環(huán)使用的目的。作為吸附劑，它們都有內(nèi)表面積大和吸附效率高的特點。吸附劑在吸附的過程中，其吸附的效果跟吸附劑本身的性質(zhì)有關(guān)，更與廢氣的種類、濃度、性質(zhì)有很大的關(guān)系。

工業(yè)上最常用的吸附劑是活性炭，其內(nèi)部存在著數(shù)量巨大的細孔，其內(nèi)表面積大，影響吸附容量的因素比較多，一方面跟它自身的性質(zhì)有一定關(guān)系，另一方面跟有機物的性質(zhì)有關(guān)，在處理中、低濃度以及有較高凈化要求的有機廢氣時，它們的凈化效率比較高，能夠達90%以上。這也是經(jīng)常選用的方法之一。例如，用作吸附劑的活性炭，該吸附劑能夠吸附氯乙烯、乙醚、乙醇、甲苯和苯等物質(zhì)。該處理技術(shù)的最大優(yōu)點在于去除效率比較高，在凈化操作過程中比較徹底，能耗不高。目前，吸附的工藝比較成熟，推廣比較好，環(huán)境效益也比較好。該技術(shù)也有缺點：假如吸附劑不能進行回用，那么這些吸附劑應(yīng)該及時處理，如果不處理，可能造成二次污染的嚴重后果，甚至有些廢吸附劑成為危險物，會提高處理的成本。此外，如果有氣溶膠物質(zhì)在廢氣中存在，那么容易導致吸附劑失效。

1.3 熱破壞法處理技術(shù)

該處理法也被稱為燃燒法，處理的原理就是利用高溫對有機廢氣實施熱裂解、氧化。當前，該方法是對有機廢氣進行治理的重要方法。根據(jù)燃燒的類型可以將熱破壞法處理技術(shù)進一步分為催化燃燒和直接燃燒法兩類。所謂直接燃燒就是在650℃～850℃這一溫度范圍的容器中進行燃燒，對一些有機有害物質(zhì)給予燃燒，促使這些物質(zhì)生成二氧化碳和水等無害物質(zhì)，直接燃燒法的處理有效率可以達到99%。而催化燃燒法就是在催化劑的作用下，對有機廢氣進行處理，該方法本質(zhì)上就是加速有機化學反應(yīng)的速度，該處理方法的處理效果可達90%～99%。該方法使用的催化劑有貴金屬以及非貴金屬。就貴金屬催化劑而言，其特點是起燃溫度低、低溫催化活性良好，其缺點在于價格比較昂貴，耐熱性不佳。而非金屬催化劑中有很多種，其中常用的有六鋁酸鹽和稀土等。由于有機廢氣中含有各種各樣的雜質(zhì)，常有催化劑中毒狀況發(fā)生。導致催化劑中毒的物質(zhì)主要有鹵素、鋅、錫、磷、鉛、砷、汞等物質(zhì)。在燃燒過程中，這些物質(zhì)會生成有機物，并會粘附于催化劑的表層，最終導致催化劑失去了應(yīng)有的活性。所以，選擇合適的催化劑比較重要，關(guān)系到催化的活性和穩(wěn)定性。在實際應(yīng)用中，常常用作催化劑載體的物質(zhì)有很多，包括鐵釩、陶土、金屬、三氧化二鋁、石棉以及活性炭等[1]。

1.4 生物處理技術(shù)

該方法就是通過微生物的分解作用，將有機廢氣中的有害氣體進行分解，形成一種最簡單的無機物，其本質(zhì)就是將有害的有機物轉(zhuǎn)化為一種無害的無機物，也就是附著在濾料介質(zhì)中的一些微生物，在某一特定的環(huán)境下，這些微生物會充分地利用廢氣中的有機成分，將那些有機成分解為一種能源，對生命活動進行維持，并且將這些物質(zhì)進行分解，最后成為二氧化碳和水。這種通過微生物的作用對廢物實施治理的方法，已經(jīng)存在一百多年的歷史。在工業(yè)廢氣處理方面，這種方法應(yīng)用得也不晚。目前，采用這種方法進行工業(yè)有機廢氣處理時，有機廢氣的生物處理裝置主要有生物洗滌塔、生物濾池和生物滴濾池。

生物處理技術(shù)特點是操作簡單，能夠在常溫下進行，缺點是抗沖擊復(fù)合能力差，微生物對生長的環(huán)境要求高等。

1.5 冷凝處理技術(shù)處理

由于不同溫度下具有不同飽和的蒸氣壓，冷凝處理技術(shù)實際上利用的就是這一性質(zhì)，采用降低溫度方法、提高系統(tǒng)壓力的方法，或者采用一種既降低溫度又提高壓力的技術(shù)方法，促使處于蒸氣狀態(tài)的污染物，在冷凝后與廢氣分離。

冷凝處理技術(shù)可以分為表面接觸冷凝法和接觸冷凝法兩類。接觸冷凝是被冷卻的氣體與冷卻液或冷凍液直接接觸。冷凝技術(shù)的優(yōu)點是：在傳熱過程中有著積極的作用，不過冷凝液需進一步處理。表面冷凝也稱間接冷卻，冷卻壁把廢氣與冷卻液分開，因而被冷凝的液體很純，可以直接回收利用。

從理論上來說，冷凝完全可以達到比較高的凈化程度，特別適用于處理廢氣體積分數(shù)在10-2以上的有機蒸氣，一旦體積分數(shù)比10-6低時，有必要采取冷凍措施，這會導致運行成本成倍提高。從這一層面而言，低濃度的有機氣體不適宜采用該技術(shù)處理方法。該技術(shù)的優(yōu)點在于可回收產(chǎn)品，不會導致廢物的排放，該技術(shù)的缺點同樣很明顯，即只適用于處理高濃度、有回用價值的有機廢氣。采用冷凝處理技術(shù)的不足在于運行費高、能耗較大。

1.6 低溫等離子體技術(shù)

常溫下物質(zhì)有三態(tài)，而等離子是物質(zhì)的第四態(tài)。等離子是由激發(fā)態(tài)粒子、電子、自由基和離子等一些粒子所組成的一種導電流體。等離子體的產(chǎn)生方法很多，有電離法、射線輻照法以及激光等離子體法等[2]。

根據(jù)離子體熱力學是否為非平衡狀態(tài)和熱力狀態(tài)這一標準，可以將離子體分為低溫等離子體和高溫等離子體兩類。

在這兩種離子狀態(tài)中，其中低溫等離子在有效除去污染物的過程中，其機理是：通過電場的作用，其中介質(zhì)會放電，并產(chǎn)生大量攜能電子，對污染物分子展開轟擊，實現(xiàn)電離以及解離。最后所引發(fā)的是一系列的化學反應(yīng)以及物理反應(yīng)。這會促使污染物中的一些大分子被分解為小分子，一些有害的物質(zhì)逐漸降低毒性，最終實現(xiàn)污染物去除的目的。

此外，低溫等離子體技術(shù)是近三四十年發(fā)展起來的技術(shù)，該技術(shù)主要包括電子柬照射法以及奔質(zhì)阻擋放電法，此外還有沿面放電和電暈放電法等技術(shù)。該技術(shù)的優(yōu)勢在于占地少、運行費不高、凈化效果好，是一種全新的處理技術(shù)。

2 工業(yè)有機廢氣處理技術(shù)展望

上文所闡述的處理方法中，比較常見的處理技術(shù)是吸收法和吸附法，這兩種處理技術(shù)在成本上相對要低，已經(jīng)得到了廣泛的運用，但是這兩種方法的效果有一定的限度。熱破壞法包括催化燃燒和直接燃燒法，該方法技術(shù)成熟，目前在國內(nèi)外汽車行業(yè)應(yīng)用較廣。

由于傳統(tǒng)技術(shù)具有一定的局限性，近年來相繼開發(fā)出很多聯(lián)合治理技術(shù)，具體包括：吸附-催化燃燒綜合技術(shù)和吸附-溶劑回收技術(shù)、吸附-解析-催化燃燒法等。在這些技術(shù)中，如吸附-解析-催化燃燒技術(shù)，其工藝原理為：當?shù)蜐舛群痛箫L量的有機廢氣進入高效吸附區(qū)部位后，其中的有機物會被吸附，對廢氣實施凈化后再排放，與此同時，吸附床中一些小區(qū)域處于熱解吸狀態(tài)，其中高濃度有機廢氣會直接送入到催化燃燒裝置被燃燒凈化。在這一燃燒的環(huán)節(jié)中，會出現(xiàn)大量熱量，這些熱量其中一部分用于預(yù)熱解吸后的高濃度有機廢氣，剩下的一部分主要用于吸附床的熱解吸。

除了上述聯(lián)合治理技術(shù)外，在新技術(shù)領(lǐng)域如冷凝法、生物處理法在經(jīng)過多年的研究后，目前在理論和實驗中已經(jīng)取得了一定的突破，但是距離實際的廣泛應(yīng)用還有很長的一段路要走。許多技術(shù)還有很多難點需要繼續(xù)攻克。

在眾多的工業(yè)有機廢氣處理技術(shù)中，最有發(fā)展前景的應(yīng)該是低溫等離子體技術(shù)。該技術(shù)在處理廢氣的過程中，處理的效果最有效、最徹底。目前，該技術(shù)盡管還存在許多技術(shù)障礙，有待進一步探索和研究，但是該技術(shù)離實際的應(yīng)用并不遙遠。

3 結(jié)語

綜上所述，工業(yè)生產(chǎn)過程中，所產(chǎn)生的有機廢氣數(shù)量很大。處理有機廢氣的方法很多，人們必須合理選擇和運用，具體包括液體吸收法處理技術(shù)、吸附法處理技術(shù)、熱破壞法處理技術(shù)、生物處理技術(shù)、冷凝處理技術(shù)、低溫等離子體技術(shù)等技術(shù)，它們對于有機廢氣治理有著深遠的意義。

1 黎健彬.工業(yè)有機廢氣處理技術(shù)分析及前景展望[J].化工設(shè)計通訊，2016，（2）：43-44.

2 王燕鋒，王培良.工業(yè)有機廢氣處理技術(shù)分析及前景展望[J].湖州職業(yè)技術(shù)學院學報，2015，（3）：1-4.

3 劉美儀.探討有機廢氣處理技術(shù)及前景展望[J].資源節(jié)約與環(huán)保，2013，（6）：134.

Technical Analysis and Prospect of Industrial Organic Waste Gas Treatment

Wu Tingji, Guo Keke, Chen Guangxiu, Zhang Xiaoshen
(China Automotive Industry Engineering Co., Ltd., Luoyang 471039, China)

With the development of economy, more and more organic waste gas is produced, which brings more and more pressure to the management. However, industrial organic waste gas must be resolved, there are many ways to treat industrial organic waste gas, each has its advantages and disadvantages. In view of this, this paper focuses on the absorption,adsorption, thermal damage, biological treatment, condensation and low-temperature plasma technology, and industrial organic waste gas treatment technology is prospected, in order to improve the treatment of industrial organic waste gas,effectively promote environmental protection.

industrial organic waste gas; waste gas treatment technology; environmental pollution

X701

A

1008-9500(2017)05-0049-03

2017-03-13

吳庭吉（1983-），男，吉林吉林人，碩士研究生，中級工程師，研究方向：環(huán)境影響評價。