揮發(fā)性有機(jī)物廢氣的膜法處理工藝研究

宋宗南

摘 要：尼龍化工是促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要產(chǎn)業(yè)，已深入到我國市場的各個領(lǐng)域，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。伴隨人們環(huán)境意識的不斷增強，作為大氣污染的主要源頭之一，化工企業(yè)已成為當(dāng)前國家環(huán)保部門的重點調(diào)查對象。為響應(yīng)國家節(jié)能環(huán)保的發(fā)展策略，化工企業(yè)應(yīng)做好廢氣污染治理工作?；诖?，本文提出了膜法處理工藝，在對比分析常用的三種不同膜法工藝特點的基礎(chǔ)上，以氣體膜分離法為例，結(jié)合具體案例對揮發(fā)性有機(jī)物廢氣處理技術(shù)進(jìn)行了探討，并由此得出氣體膜分離法在處理VOCs廢氣時具有良好的使用效果。

關(guān)鍵詞：化工行業(yè);揮發(fā)性有機(jī)物廢氣;膜法處理

在工業(yè)發(fā)展持續(xù)深化的今天，大量工業(yè)與生活廢氣向大氣源源不斷地排入，不僅會破壞生態(tài)環(huán)境，還會對人體健康造成嚴(yán)重威脅。揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）是眾多大氣污染物中最難處理的一種。VOCs可經(jīng)呼吸、皮膚表面向人體侵入，從而造成人體肝臟等病害。為了有效控制VOCs排放量及改善空氣質(zhì)量，必須重視VOCs廢氣處置方法的合理選擇。膜分離技術(shù)作為一項高效、科學(xué)的廢氣處理技術(shù)，在揮發(fā)性有機(jī)物廢氣污染治理中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，為此，必須重視此項技術(shù)的應(yīng)用，減少廢氣排放，降低環(huán)境污染。

1 膜分離法基本原理

作為一種經(jīng)常出現(xiàn)的污染物，揮發(fā)性有機(jī)化合物無論是對于生態(tài)環(huán)境、還是動植物生長以及人員自身健康均有著很大的傷害。當(dāng)前VOCs多來源于有機(jī)化工業(yè)、涂刷印染業(yè)、汽車尾氣等，已成為我國大氣污染的主要成分。VOCs的成分比較復(fù)雜，屬于易燃易爆類型，往往會產(chǎn)生嚴(yán)重的光污染，對人體健康威脅很大。因此，控制VOCs廢氣污染以及不斷改善環(huán)境質(zhì)量已成為人類急需解決的難題。近年來，在國外的許多發(fā)達(dá)國家都相繼頒布了新的法律制度，以此來限制揮發(fā)性有機(jī)化合物的排放，減少大氣污染現(xiàn)象。膜法處理工藝是VOCs廢氣處理常見方法，其基本原理為在特定壓力條件下，通過新型選擇性滲透膜有效分離或富集VOCs廢氣內(nèi)的有害物質(zhì)，伴隨科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，大量新型膜材料不斷用于大氣污染治理工作。相比其他處理方法，其具有工藝簡單、能耗低、去除率高等優(yōu)勢。但在廢氣溫度控制方面具有很高要求。

2 膜材料選擇及特點

以新型膜材料材質(zhì)劃分，可分為無機(jī)膜與有機(jī)膜。其中，無機(jī)膜主要包括耐高溫、耐酸堿的納米級無機(jī)微孔膜，及無機(jī)材料制作的聯(lián)合無機(jī)膜。在石油化工、食品加工等多領(lǐng)域，無機(jī)膜過濾技術(shù)已得到了廣泛應(yīng)用。無機(jī)膜過濾技術(shù)的應(yīng)用，可增強膜材料的穩(wěn)定性。而有機(jī)膜則主要包括高分子橡膠態(tài)膜，如PDMS、POMS等，其結(jié)構(gòu)特點為無機(jī)、有機(jī)摻半，目前是應(yīng)用效果最好的一種高分子膜材料。在實驗研究中，通過POMS分離常見的幾種含VOCs的單組份混合氣體，經(jīng)研究表明，原料氣內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物的濃度、POMS膜材料內(nèi)的活性涂層厚度等，均不會對分離效果造成太大影響，同時在1000～5000mg/m?濃度下，不同厚度的膜材料對于VOCs分離具有良好的回收效果。在具體應(yīng)用中，為了滿足需求，往往將膜分離工藝與其他廢氣處治技術(shù)結(jié)合共同使用，如膜分離+冷凝、膜分離+吸附，從而獲取更好的應(yīng)用效果。

3 揮發(fā)性有機(jī)物廢氣膜分離技術(shù)分析

在對揮發(fā)性有機(jī)廢氣進(jìn)行處理過程中，吸附—吸收法不僅能夠產(chǎn)生良好的效果，而且自身的去除率也比較高，但對揮發(fā)性有機(jī)物濃度有著較低的要求，因此造成脫附工藝和吸收劑的成本大幅增加;氧氣法雖然能夠?qū)]發(fā)性有機(jī)物徹底清除，但是存在二次污染的風(fēng)險;膜分離技術(shù)因其工藝簡單、能耗低、去除率高等特點受到化工行業(yè)的一致好評。

1）VP工藝。VP工藝作為一種氣相分離工，產(chǎn)生于上世紀(jì)八十年代，工藝原理是借助膜材料進(jìn)料組分的選擇性來實現(xiàn)分離的目標(biāo)。VP工藝不會出現(xiàn)相變現(xiàn)象和高溫情況，相比滲透氣化方式而言，VP工藝更加合理和有效，能夠有效減少化學(xué)結(jié)構(gòu)變化的出現(xiàn)，有利于循環(huán)利用。通常情況下，VP過程是和冷凝集合形成的，通過冷凝或壓縮反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)物廢氣，對部分有機(jī)物進(jìn)行回收，并將剩余氣體引入膜組件內(nèi)。VP工藝一般利用膜材硅橡膠模對廢氣中的VOCs進(jìn)行回收，工作人員在聚丙烯中空纖維底膜通過等離子體接枝聚硅氧烷活性層的裝置，徹底清除甲苯和甲醇等廢氣成分。與此同時，空氣中的VOCs還能夠利用聚二甲基硅氧烷內(nèi)的空纖維半滲透膜進(jìn)行分離。從上述內(nèi)容了解到，二甲苯、甲苯和丙烯酸等通量是空氣的100倍以上，不過相比于涂抹硅橡膠皮層的膜二而言，很大程度上降低了VOCs的選擇性。通過分析可知，相比傳統(tǒng)工藝，VP工藝在VOCs濃度較高或通量較低的情況下具有良好的效果和較高的經(jīng)濟(jì)性。

2）氣體膜分離方式。所謂的膜法氣體分離法，其原理就是從混合氣體中的各項組分入手，透過膜的傳遞速率不同，通過壓力作用實現(xiàn)目標(biāo)分離。通過長期實踐可知，在空氣濃氮以及天然氣分離等環(huán)節(jié)中，氣體膜分離受到了非常廣泛的應(yīng)用，很多化工企業(yè)已經(jīng)開始對多種VOCs回收氣體分離膜進(jìn)行開發(fā)。在應(yīng)用氣體膜分離方式中 ，經(jīng)過壓縮的包含VOCs的廢氣進(jìn)入冷凝器內(nèi)，諸多的VOCs進(jìn)入到冷凝器中，氣體進(jìn)入膜組件，隨后將不含VOCs的氣體排放到大氣中。工作人員可以將包含VOCs的滲透氣運輸?shù)綁嚎s機(jī)的進(jìn)口中。由于系統(tǒng)中的VOCs不斷循環(huán)，回路內(nèi)的VOCs濃度持續(xù)變大，進(jìn)入的壓縮氣在冷凝器中達(dá)到凝結(jié)濃度后使VOCs出現(xiàn)冷凝現(xiàn)象。該工藝能夠回收甲苯、三氯乙烯等包含VOCs的廢氣。

3）膜基吸收方式。在傳統(tǒng)操作中，主要是通過塔、柱以及混合澄清器來實現(xiàn)氣、液接觸，這種方法經(jīng)常和兩相相互接觸，從而導(dǎo)致泡沫化、乳化等情況的出現(xiàn)。膜基吸收是通過中空纖維微孔膜使得需要出現(xiàn)接觸的兩相分別在膜孔內(nèi)和膜表面中，從而避免了出現(xiàn)乳化現(xiàn)象。膜基吸收與傳統(tǒng)膜分離技術(shù)相比，其選擇性與吸收劑的聯(lián)系較為密切，并且低壓為基本的推動力就能夠?qū)崿F(xiàn)膜基吸收，這種情況下可以使兩相流體之間的流動性得到提升，從而確保接觸界面的穩(wěn)定性。

4 案例分析

某化工企業(yè)廢氣排放中存有揮發(fā)性有機(jī)物，同時在有機(jī)廢氣中還含乙烯、丙烯等中間產(chǎn)物，為了有效消除和控制揮發(fā)性有機(jī)物廢氣的排放，決定采用高分子復(fù)合膜進(jìn)行膜分離法處理，基膜為聚偏氟乙烯（PVDF）平板膜，功能層為改性聚二甲基硅氧烷（PDMS），200～500nm為膜功能層的厚度范圍。為了處置高濃度VOCs廢氣及含苯系物廢氣，決定與活性炭吸附、冷凝工藝結(jié)合，采用二級膜分離—冷凝—吸附工藝進(jìn)行處理。本工藝包括三個單元，即二級膜分離單位、冷凝單元及變壓吸附單元。廢氣進(jìn)入裝置之后，待其滿足設(shè)定壓力便可啟動裝置，廢氣將向緩沖罐內(nèi)進(jìn)入，并利用壓縮機(jī)增加壓力，此時換熱器溫度將隨之下降，便可進(jìn)入一級膜分離單元。有機(jī)物將先透過膜，并形成透過側(cè)濃氣，隨后經(jīng)真空泵等裝置不斷增加其壓力，并進(jìn)入制冷機(jī)。待其冷凝之后，此時飽和有機(jī)物呈液化狀態(tài)。氣液分離器內(nèi)，將實現(xiàn)氣、液體分離情況。經(jīng)二級膜分離器，可大幅降低回流廢氣的VOCs濃度，這樣有利于吸附劑的長期使用及做好深度處理工作。同時，通過冷凝處理，大量有機(jī)物則會經(jīng)液化后被回收利用。

5 結(jié)束語

綜上所述，隨著大氣污染現(xiàn)象日益明顯，工業(yè)廢氣成為各地政府治理的重點。揮發(fā)性有機(jī)物廢氣作為處理難度最高的一種，需要將多項膜法處理工藝相互結(jié)合到一起，在不影響生產(chǎn)的情況下有效回收廢氣中的揮發(fā)性有機(jī)物，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，保障人身健康，為企業(yè)創(chuàng)造良好的環(huán)保效益。

參考文獻(xiàn)

[1]浦李霞.生物技術(shù)在有機(jī)廢氣處理中的運用實踐[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2016（36）：20.