基于膜分離技術(shù)的有機(jī)廢氣處理探討

章維超，林曉東

（平湖市正和環(huán)?？萍加邢薰?，浙江 平湖 314200）

大氣污染是一項(xiàng)治理難度大、耗費(fèi)時(shí)間和成本較大的治理工程，有機(jī)廢氣是大氣環(huán)境重要的污染源之一，它產(chǎn)生于各行各業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程中，如化學(xué)工程、制造加工機(jī)械、紡織、文字印刷等。有機(jī)廢氣中含有有毒的氣體分子，稱(chēng)作VOCS，這種有毒物質(zhì)會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境，威脅生態(tài)環(huán)境中生命體的健康，嚴(yán)重時(shí)誘發(fā)生物體內(nèi)產(chǎn)生癌變。因此，對(duì)大氣污染元兇進(jìn)行無(wú)害化處理，是一項(xiàng)重要工作。對(duì)有機(jī)廢氣處理后再進(jìn)行排放，有助于保護(hù)生態(tài)環(huán)境，發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì)。在廢氣的處理中，人們可以應(yīng)用膜分離技術(shù)來(lái)處理有機(jī)廢氣。

1　有機(jī)廢氣的主要處理方法

有機(jī)廢氣的處理方法主要有兩種，即消除技術(shù)和回收技術(shù)。消除技術(shù)是指通過(guò)一系列化學(xué)反應(yīng)，對(duì)氣體內(nèi)部含有毒害作用的物質(zhì)分子進(jìn)行無(wú)害化的轉(zhuǎn)換，變?yōu)槠渌麤](méi)有毒性的物質(zhì)，如二氧化碳和水，從而消除有機(jī)廢氣中的毒素。而有機(jī)廢氣的回收處理技術(shù)和消除處理技術(shù)不同。

回收處理技術(shù)主要采用物理技術(shù)手段，應(yīng)用自然界或者人工合成的一些具有強(qiáng)吸附作用的物質(zhì)，對(duì)有機(jī)廢氣中毒害物進(jìn)行吸收，再對(duì)這些攜帶毒性物質(zhì)的材料進(jìn)行集中無(wú)害化處理并排放。應(yīng)用有機(jī)廢氣回收技術(shù)對(duì)其進(jìn)行無(wú)害化處理時(shí)，人們主要采取冷凝技術(shù)手段，支持這項(xiàng)技術(shù)的運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備就是冷凝器，使用密封性能良好的輸送氣體裝置，將有機(jī)廢氣導(dǎo)入冷凝器中，在冷凝器中對(duì)溫度較高的有機(jī)廢氣進(jìn)行降溫處理，使得有機(jī)廢氣的溫度大幅降低，有機(jī)廢氣就會(huì)凝結(jié)成液滴，最后利用專(zhuān)門(mén)的回收處理設(shè)備對(duì)這種物質(zhì)進(jìn)行回收[1]。

另一種回收技術(shù)是吸附法，在吸附操作中最常用的物質(zhì)就是活性炭，活性炭本身呈現(xiàn)不規(guī)則形狀，為多孔狀結(jié)構(gòu)，活性炭不能單獨(dú)發(fā)揮吸附作用，需要人為干預(yù)來(lái)控制活性炭的一些物理屬性，這樣才能達(dá)到吸附效果?；钚蕴坑稍S多小孔組成，這些小孔分子之間由于密度比較大，會(huì)產(chǎn)生一定的分子張力，在力的相互作用下就會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的吸附作用，這樣就能對(duì)有機(jī)廢氣中的毒害物質(zhì)進(jìn)行吸附，充分處理有機(jī)廢氣中的毒素?；钚蕴课郊夹g(shù)使用較多的一種處理技術(shù)，但這種方法在使用一段時(shí)間后就會(huì)暴露出缺陷，活性炭在高溫高壓或者是環(huán)境潮濕的地方，其分子結(jié)構(gòu)變得不穩(wěn)定，最終導(dǎo)致吸附失效。偶然情況下，活性炭還會(huì)發(fā)生自燃，在使用活性炭進(jìn)行吸附時(shí)，其存放的地點(diǎn)要考慮防火要求。

在處理濃度很高、量很大的有機(jī)廢氣時(shí)，首先應(yīng)當(dāng)對(duì)這些氣體進(jìn)行燃燒處理（預(yù)處理），通過(guò)氣體輸送裝置將其導(dǎo)入超低溫處理設(shè)備中，添加適量的催化劑，有機(jī)廢氣在催化劑的作用下，加快轉(zhuǎn)化速率，快速變成小分子，其間產(chǎn)生熱量，整個(gè)處理過(guò)程中的溫度比其他氣體燃燒點(diǎn)要低350℃，而且燃燒中不會(huì)產(chǎn)生新的有害物質(zhì)，不會(huì)發(fā)生二次污染。

除了上述有機(jī)廢氣處理方法外，還有分解法、催化發(fā)、氧化法等方法，這些技術(shù)都有明顯的優(yōu)勢(shì)，可以有效處理有機(jī)廢氣，但在不同應(yīng)用環(huán)境中也會(huì)暴露出缺點(diǎn)。人們要結(jié)合實(shí)際情況，合理選擇方法對(duì)有機(jī)廢氣進(jìn)行處理。在有機(jī)廢氣成分復(fù)雜、毒害物質(zhì)多時(shí)，人們可以綜合運(yùn)用多種技術(shù)方法，這樣不僅能發(fā)揮相關(guān)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，還能提高處理效率。

2　膜分離技術(shù)應(yīng)用

2.1　膜分離技術(shù)概述

膜分離技術(shù)早在20世紀(jì)60年代已經(jīng)出現(xiàn)，不斷發(fā)展和完善，成為使用頻繁、效果好的廢氣處理技術(shù)。膜分離技術(shù)使用的材料有很強(qiáng)的分離性能，同時(shí)分離膜還能實(shí)現(xiàn)濃縮和提純的作用。因此，應(yīng)用膜分離技術(shù)會(huì)產(chǎn)生很好的環(huán)境保護(hù)作用，同時(shí)能夠降低能源消耗，膜分離技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。膜分離技術(shù)不單單可以用來(lái)處理有機(jī)廢氣，在其他領(lǐng)域也有很廣的應(yīng)用，這就充分展現(xiàn)了該技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。目前，膜分離技術(shù)在制藥、生物科技化、化學(xué)化工、冶金礦業(yè)、水污染治理、電子科技領(lǐng)域等得到普遍推廣，取得不錯(cuò)的效果，帶來(lái)很大的實(shí)際功效，帶動(dòng)了相關(guān)行業(yè)的發(fā)展[2]。

與其他技術(shù)相比，膜分離技術(shù)較為先進(jìn)，處理廢氣的效率較高、操作簡(jiǎn)潔方便，能有效保護(hù)環(huán)境，同時(shí)能源資源消耗比較小，節(jié)能環(huán)保。在膜分離處理中，應(yīng)用復(fù)合性的處理膜，能對(duì)有機(jī)廢氣中的毒害物進(jìn)行有效的滲透處理，當(dāng)有機(jī)廢氣通過(guò)膜表面時(shí)，利用薄膜內(nèi)的強(qiáng)大壓強(qiáng)和滲透性可以濾除有害物質(zhì)。操作人員為了增強(qiáng)效果，還會(huì)借助一些輔助工具，如空氣壓縮機(jī)和壓力泵等，這些工具可以加大膜表面的壓強(qiáng)，對(duì)有機(jī)廢氣中的有害物產(chǎn)生推力，從而增強(qiáng)有機(jī)廢氣的通過(guò)速率。

2.2　膜分離處理技術(shù)的主要構(gòu)成

膜分離處理技術(shù)主要通過(guò)兩個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行操作，即單一系統(tǒng)和集成化系統(tǒng)。單一系統(tǒng)中，將有機(jī)廢氣直接通過(guò)薄膜進(jìn)行過(guò)濾壓縮，在逐步壓縮的過(guò)程中，將其所含的有機(jī)物進(jìn)行合理分解。單一系統(tǒng)操作簡(jiǎn)便，但效果不是很好，并且有機(jī)質(zhì)分離的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范不合格。在廢氣處理中，集成化系統(tǒng)不僅使用膜分離技術(shù)，還融合了冷卻凝固技術(shù)，使得處理過(guò)程快速高效。集成化膜對(duì)有機(jī)廢氣處理時(shí)，會(huì)加大過(guò)濾膜表面的壓力，把廢氣導(dǎo)入冷凝器內(nèi)部使其凝固，一部分有機(jī)質(zhì)進(jìn)入容器中，一部分沒(méi)有完全分解的有機(jī)質(zhì)從冷凝器中泄露，泄露氣體通過(guò)薄膜分解為有機(jī)質(zhì)。冷凝器泄露的廢氣仍含有毒物質(zhì)，其在與薄膜表面接觸時(shí)就會(huì)被薄膜分解成蒸汽，蒸汽吸入壓縮機(jī)中再次進(jìn)行處理，最終達(dá)到排出廢氣且不含有毒有害物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)。

3　基于膜分離技術(shù)的有機(jī)廢氣處理工藝

在膜分離處理技術(shù)組成中，最重要的就是薄膜，按照外部形態(tài)構(gòu)造，其可以分為纖維、卷曲、平板膜。按照分離處理的物質(zhì)種類(lèi)，薄膜可分為固體膜和液體膜。在膜處理方法中，相關(guān)的處理流程和工藝環(huán)節(jié)都很重要。

3.1　氣體分離法

氣體分離的基本原理是將廢氣分類(lèi)處理，之后根據(jù)不同物質(zhì)施加壓力，因?yàn)橛袡C(jī)廢氣內(nèi)部混合物的密度不同，所以通過(guò)薄膜時(shí)會(huì)有一定的速率差異，基于薄膜組分的不同，其可以獲取有順序、有層次的分離效果。目前，很多行業(yè)在處理有機(jī)廢氣時(shí)都會(huì)使用膜分離技術(shù)，如果氣體含有氮元素，就應(yīng)該使用氣體分離法，進(jìn)行對(duì)應(yīng)分解。此外，工程建筑行業(yè)、化工廠都會(huì)用氣體分離法，旨在提升有機(jī)污染物的處理效果。

3.2　蒸汽分離法

作為傳統(tǒng)工藝，此項(xiàng)技術(shù)在20世紀(jì)就已經(jīng)出現(xiàn)，蒸汽分離也屬于氣體分離的一種[3]。在具體應(yīng)用中，蒸汽分離利用滲透原理、薄膜對(duì)物質(zhì)進(jìn)行分解的屬性，以達(dá)到良好的廢氣處理效果。薄膜法和蒸汽法相比，蒸汽分離法的效率更高，也更加節(jié)能。蒸汽分離法中沒(méi)有高溫處理環(huán)節(jié)，所以不會(huì)產(chǎn)生有害物質(zhì)，使用此種方法分解回收的有機(jī)質(zhì)可以再次利用。

3.3　吸收分離法

此種方法中應(yīng)用膜分離技術(shù)對(duì)有機(jī)廢氣處理時(shí)，不可避免會(huì)出現(xiàn)氣體與液體混合的情況，或者是兩種液體接觸的情況，通常還會(huì)伴隨浮化現(xiàn)象，情況嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生氣體泄漏。吸收分離主要利用薄膜對(duì)將要接觸的兩種物質(zhì)進(jìn)行有效隔離，使兩種不同的物質(zhì)分別處于薄膜的兩面，這樣能夠避免液態(tài)物質(zhì)的乳化現(xiàn)象發(fā)生。在運(yùn)用薄膜處理技術(shù)時(shí)，人們可以使用吸收處理方法，從而加強(qiáng)吸收分離效果，這種方法只需在低壓情況下操作，具有穩(wěn)定性，資源消耗較低。

4　結(jié)語(yǔ)

有機(jī)廢氣產(chǎn)生后，如果不做處理，任其排放，就會(huì)對(duì)大氣造成嚴(yán)重污染，威脅生態(tài)環(huán)境和人體健康。因此，在生產(chǎn)過(guò)程中，工業(yè)企業(yè)一定要強(qiáng)化環(huán)保意識(shí)，采取多種技術(shù)處理有機(jī)廢氣，盡量實(shí)現(xiàn)無(wú)害化處理。膜分離處理技術(shù)在有機(jī)廢氣處理上的應(yīng)用效果顯著，具備一定的優(yōu)勢(shì)。所以，相關(guān)科研部門(mén)要積極開(kāi)發(fā)并不斷改進(jìn)膜分離技術(shù)，擴(kuò)大技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，促進(jìn)有機(jī)廢氣處理工作順利開(kāi)展。