淺談低濃度有機(jī)廢氣治理技術(shù)的選擇

朱華偉

摘要：低濃度有機(jī)廢氣通常為混合氣體，盡管在空氣中其各組分比重不高，但是因?yàn)楦鹘M分混合共存，很多治理技術(shù)難以將其根除，這不僅會(huì)污染環(huán)境，也將嚴(yán)重威脅著人類(lèi)身體健康。低濃度有機(jī)廢氣之中存在的物質(zhì)極易和二氧化氮產(chǎn)生反應(yīng)形成臭氧，人們長(zhǎng)期處于低濃度的有機(jī)廢氣中，容易出現(xiàn)身體組織畸形及癌變等情況。此外，低濃度的有機(jī)廢氣會(huì)對(duì)植物光合作用產(chǎn)生阻礙，也將對(duì)糧食產(chǎn)量造成影響，因此應(yīng)采取合理的治理技術(shù)來(lái)處理。

關(guān)鍵詞：低濃度;有機(jī)廢氣;治理技術(shù);選擇

治理低濃度有機(jī)廢氣能夠劃分為源頭治理、過(guò)程管控、末端治理。其中最有效的方法是源頭治理，運(yùn)用清潔式能源來(lái)生產(chǎn)，即可在源頭避免產(chǎn)生廢氣，比如水性涂料等。但是對(duì)于我國(guó)實(shí)際情況來(lái)說(shuō)，對(duì)于各行各業(yè)來(lái)說(shuō)源頭治理都會(huì)產(chǎn)生較大影響，從而只能進(jìn)行部分替代，以此降低污染物排放。過(guò)程管控能夠?qū)⑸a(chǎn)以及使用中廢氣排出減少，可提升生產(chǎn)效率，目前在石化及煉化等行業(yè)過(guò)程管控得到了廣泛應(yīng)用。末端治理屬于最終控制，對(duì)于有機(jī)廢氣排放加以處理，廢氣在處理后能夠國(guó)家要求排放指標(biāo)，以獲得良好治理效果。在治理低濃度有機(jī)廢氣時(shí)，需要采用合理的治理技術(shù)，明確其在哪一環(huán)節(jié)進(jìn)行治理，結(jié)合實(shí)際情況及技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)來(lái)選擇治理技術(shù)。

一、常用低濃度有機(jī)廢氣治理技術(shù)

（一）低溫等離子治理技術(shù)

該技術(shù)對(duì)電極間10～30kV電壓的擊穿效應(yīng)加以運(yùn)用，生成離子體基本粒子，其中主要有電子、光子、離子、基態(tài)分子原子、激發(fā)態(tài)分子原子等，和廢氣之中含有的揮發(fā)性有機(jī)化合物產(chǎn)生作用，很短的時(shí)間內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物分子將發(fā)生分解，生成水、二氧化碳和一些副產(chǎn)物，由此凈化揮發(fā)性有機(jī)化合物。通常這一技術(shù)適合應(yīng)用在低于有機(jī)物濃度500mg/m 3的廢氣治理中[1]。去除廢氣有機(jī)化合物效率在40%以下。該技術(shù)的特點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：（1）不具備較高凈化效率，無(wú)選擇性破壞，容易出現(xiàn)二次污染物，也容易產(chǎn)生中間產(chǎn)物，難以達(dá)到環(huán)境保護(hù)的標(biāo)準(zhǔn);（2）極易形成臭氧，導(dǎo)致臭氧超標(biāo);（3）對(duì)含有焦油、漆渣、等沸點(diǎn)高或者是黏稠物質(zhì)進(jìn)行處理時(shí)會(huì)存在爆炸風(fēng)險(xiǎn);（4）在進(jìn)氣中容易受到濕度及顆粒物影響，難以獲得良好處理效果。

（二）光催化氧化治理技術(shù)

該技術(shù)運(yùn)用特種紫外線波段，氧氣受到特種催化劑作用可生成負(fù)氧離子，并氧化還原揮發(fā)性有機(jī)物分子的特殊處理方式。通常這一技術(shù)適合應(yīng)用在有機(jī)物濃度低于500mg/m3的廢氣中。有機(jī)化合物沒(méi)有良好的單程轉(zhuǎn)化率，會(huì)在40%以下。該技術(shù)的特點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：（1）不具備較高凈化效率，無(wú)選擇性氧化，容易出現(xiàn)二次污染物，也容易產(chǎn)生中間產(chǎn)物，難以達(dá)到環(huán)境保護(hù)的標(biāo)準(zhǔn);（2）催化劑表面存在污染問(wèn)題，使用燈管壽命也存在一些問(wèn)題，這將快速衰減處理效果，并且提升運(yùn)行維護(hù)成本;（3）綜合利用能量的效率低下，難以應(yīng)用有機(jī)化合物中的化學(xué)能[2]。

（三）蜂窩活性炭吸附濃縮催化氧化技術(shù)

該技術(shù)是及活性炭吸附以及催化燃燒技術(shù)為一體，揮發(fā)性有機(jī)物廢氣通過(guò)吸附、濃縮以及燃燒這三個(gè)階段。以下為其凈化原理：（1）通過(guò)活性炭表面張力以及多孔性在活性炭空隙吸附揮發(fā)性有機(jī)物溶劑，達(dá)到對(duì)有機(jī)廢氣凈化的效果;（2）達(dá)到吸附飽和狀態(tài)后，通過(guò)熱風(fēng)來(lái)脫附和再生;（3）催化劑發(fā)揮相應(yīng)作用后，有機(jī)化合物脫附后會(huì)在低溫環(huán)境下分解成水和二氧化碳，由此來(lái)處理廢氣。該技術(shù)通常會(huì)應(yīng)用在有機(jī)物濃度低于1000mg/m3的風(fēng)量較大有機(jī)廢氣中。其缺陷具體表現(xiàn)為以下幾方面：（1）吸附劑使用活性炭材料，不具備良好安全性。但是因?yàn)榛钚蕴恐芯哂薪饘俪煞?，?duì)于活性炭表面吸附的有機(jī)物具有催化氧化作用。如果再生熱氣流超過(guò)100℃時(shí)，因?yàn)樵鰪?qiáng)催化氧化作用，將會(huì)蓄積大量熱量，容易使吸附床著火。（2）使用熱氣流對(duì)再生活性炭進(jìn)行吹掃，由于有著較低的再生溫度，在完成脫附周期后，一些高沸點(diǎn)化合物無(wú)法完全脫附，將會(huì)累積在活性炭床層之中，這會(huì)降低其吸附能力。除此之外，因?yàn)樵诎踩陨洗嬖谝恍﹩?wèn)題，一般再生溫度不應(yīng)比120℃高。在面對(duì)三甲苯等沸點(diǎn)超出120℃的有機(jī)物時(shí)，不應(yīng)該使用該技術(shù)來(lái)凈化。（3）活性炭通常具有較強(qiáng)吸水能力，如果有著較高的廢氣濕度，則需要降低有機(jī)物凈化效率。

（四）沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮催化氧化技術(shù)

該技術(shù)運(yùn)用沸石大于表面積及溫度條件不同時(shí)有著不同分子間作用力原理來(lái)設(shè)計(jì)。當(dāng)溫度較低的情況下，風(fēng)量大的有機(jī)廢氣利用沸石轉(zhuǎn)輪，揮發(fā)性有機(jī)物分子對(duì)其表面進(jìn)行吸附，廢氣通過(guò)沸石轉(zhuǎn)輪后能夠直接排放。高溫脫附區(qū)有許多揮發(fā)性有機(jī)物吸附的沸石轉(zhuǎn)輪部分進(jìn)入，通過(guò)沸石轉(zhuǎn)輪脫附風(fēng)量小、溫度高廢氣之中揮發(fā)性有機(jī)物分子，以此構(gòu)成濃度較高的廢氣，使其進(jìn)入廢氣催化氧化系統(tǒng)之中，經(jīng)過(guò)催化氧化分解成為水和二氧化碳，廢氣在凈化后能夠直接排放[3]。該技術(shù)適合應(yīng)用在有機(jī)物濃度不超過(guò)1500mg/m3的廢氣治理中。沸石轉(zhuǎn)輪裝置具有超過(guò)90%的吸附效率，使其在風(fēng)量大、濃度低的有機(jī)廢氣治理上有著明顯優(yōu)勢(shì)，但是其對(duì)于廢氣組分有著比較高的要求。對(duì)于一些沸點(diǎn)較低的有機(jī)物很難起到良好效果，例如氯甲烷以及二氯甲烷等等，另外，對(duì)于長(zhǎng)鏈揮發(fā)性的有機(jī)物也沒(méi)有良好吸附效率。如果廢氣之中含有甲苯以及乙醇，沸石轉(zhuǎn)輪會(huì)受到競(jìng)爭(zhēng)吸附影響，難以獲得良好乙醇吸附效果，并且沸石轉(zhuǎn)輪需要進(jìn)氣溫度處于40℃之下，例如沸石分子篩微孔內(nèi)有苯乙烯等吸附，脫附的溫度處于180℃～220℃，能夠達(dá)到苯乙烯聚合反應(yīng)條件，很容易形成大分子的聚合物，將沸石微孔堵塞住，吸附效率會(huì)受此影響，長(zhǎng)時(shí)間下來(lái)沸石將會(huì)喪失吸附能力，而這樣的損壞無(wú)法逆轉(zhuǎn)[4]。

二、低濃度有機(jī)廢氣治理技術(shù)對(duì)比分析

（一）環(huán)保性能方面的對(duì)比分析

治理有機(jī)廢氣需要滿(mǎn)足環(huán)保達(dá)標(biāo)這一要求，在治理低濃度的有機(jī)廢氣時(shí)，需要根據(jù)其要求選擇能夠達(dá)到環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的治理技術(shù)，主要在凈化效率、適宜治理風(fēng)量、核心設(shè)備應(yīng)用壽命、科學(xué)治理濃度等方面來(lái)綜合考慮。上述已經(jīng)提出了目前比較常見(jiàn)的治理低濃度有機(jī)廢氣的治理技術(shù)，對(duì)這四種技術(shù)的環(huán)境保護(hù)性能進(jìn)行比較，如下表1所示。通過(guò)表中數(shù)據(jù)可知，在凈化常規(guī)有機(jī)廢氣效率上，效果最好的是沸石轉(zhuǎn)輪吸附技術(shù)，然后是蜂窩活性炭吸附技術(shù)，而光催化氧化以及低溫等離子技術(shù)效果相差不多。對(duì)于沸點(diǎn)超過(guò)120℃的有機(jī)化合物，沸石轉(zhuǎn)輪這一方具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)。

（二）運(yùn)維費(fèi)用方面的對(duì)比分析

在環(huán)境保護(hù)要求滿(mǎn)足的基礎(chǔ)上，重視將運(yùn)維費(fèi)用降低，低運(yùn)維費(fèi)用可將治理技術(shù)具備的經(jīng)濟(jì)性體現(xiàn)出來(lái)。運(yùn)維費(fèi)用可以根據(jù)入口濃度為500mg/m3、100mg/m3兩種工況來(lái)核算，分別有下表2和表3所示。通過(guò)表2以及表3能夠知道，常規(guī)有機(jī)廢氣入口濃度為100mg/m 3時(shí)，運(yùn)維費(fèi)用最高的是蜂窩活性炭吸附技術(shù)，然后是沸石轉(zhuǎn)輪技術(shù)，接著是光催化氧化，最低的是低溫等離子。當(dāng)入口濃度增大，蜂窩活性炭技術(shù)以及沸石轉(zhuǎn)輪吸附技術(shù)運(yùn)維費(fèi)用將會(huì)隨之降低。因?yàn)楣獯呋趸夹g(shù)以及低溫等離子技術(shù)無(wú)法應(yīng)用揮發(fā)性有機(jī)物化學(xué)能，其運(yùn)維費(fèi)用和入口濃度沒(méi)有關(guān)聯(lián)性[5]。

（三）技術(shù)安全方面對(duì)比分析

因?yàn)樵谥卫頁(yè)]發(fā)性有機(jī)物工程實(shí)踐中低溫等離子體技術(shù)容易造成燃燒爆炸事故，這會(huì)限制這一技術(shù)在治理?yè)]發(fā)性有機(jī)物中的應(yīng)用與推廣。使用低溫等離子等容易出現(xiàn)產(chǎn)生點(diǎn)火能的設(shè)備及工藝治理易燃易爆的揮發(fā)性有機(jī)物，或者是使用濕法除塵對(duì)金屬涉爆粉塵進(jìn)行治理的環(huán)保設(shè)施需要及時(shí)停用，同時(shí)將安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作做好，避免再次發(fā)生相關(guān)的事故。環(huán)保設(shè)備穩(wěn)定達(dá)到環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的需要其安全性及可靠性作為保證，當(dāng)前對(duì)于四種治理技術(shù)的安全性能規(guī)定如下，沸石轉(zhuǎn)輪技術(shù)是政府當(dāng)前鼓勵(lì)推薦的先進(jìn)治理技術(shù)，低溫等離子、光催化氧化技術(shù)為一些地方政府禁止應(yīng)用的治理技術(shù)。

結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于本文所分析的四種治理低濃度有機(jī)廢氣技術(shù)進(jìn)行環(huán)保性能、安全性能等方面的分析，可知低溫等離子技術(shù)以及光氧化催化技術(shù)無(wú)法滿(mǎn)足治理低濃度有機(jī)廢氣的要求。對(duì)比分析沸石轉(zhuǎn)輪吸附技術(shù)以及蜂窩活性炭吸附技術(shù)，可知，沸石轉(zhuǎn)輪吸附技術(shù)要比蜂窩活性炭吸附技術(shù)有著更好地凈化效率、更低運(yùn)行費(fèi)用以及更高安全性。當(dāng)前治理有機(jī)廢氣要求越來(lái)越嚴(yán)格，實(shí)際治理中建議選擇沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮催化氧化技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉相章.淺談低濃度有機(jī)廢氣治理技術(shù)的選擇[J].中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2020（02）：45-49.

[2]盛祥.揮發(fā)性有機(jī)廢氣治理技術(shù)的現(xiàn)狀與進(jìn)展[J].環(huán)境與發(fā)展，2020，32（02）：75+77.

[3]張培寶.分析揮發(fā)性有機(jī)廢氣治理技術(shù)的研究現(xiàn)狀及展望[J].皮革制作與環(huán)保科技，2020，1（06）：100-102.

[4]劉碩.揮發(fā)性有機(jī)廢氣治理技術(shù)的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展[J].河南建材，2019（02）：39-40.

[5]楊振宇.有機(jī)廢氣治理技術(shù)及其進(jìn)展分析[J].節(jié)能與環(huán)保，2019（08）：81-83.

2409500520261