廢氣中揮發(fā)性有機(jī)物的治理探討

銅陵市樅陽縣生態(tài)環(huán)境分局 安徽 銅陵 246700

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化的日益成熟,工業(yè)污染對空氣質(zhì)量的影響越來越嚴(yán)重,空氣的污染指數(shù)越來越高,廢氣中的揮發(fā)物的有機(jī)物的問題也就日益的嚴(yán)重,已經(jīng)成為加快全球氣候變暖和城市空氣質(zhì)量污染的重要因素了。目前在揮發(fā)性的廢氣中較為嚴(yán)重的一類有機(jī)物是指在常溫的狀態(tài)下可以飽和的水蒸氣的壓強(qiáng)大于70千帕,另外在正常的壓力下沸點則小于260度的有機(jī)化合物,在這里我們對這類化合物的簡稱是VOCS[1]。VOCS種類有很多,如芳香烴、脂肪烴、鹵代烴、醇、醛、酮、羧酸、酯、醚、萜烯化合物和四氫呋喃等。并且這類物質(zhì)在常溫的狀態(tài)下的蒸發(fā)速度極快,并且較容易揮發(fā),并且多數(shù)都是有毒有害的氣體,對空氣質(zhì)量的污染極為嚴(yán)重,并且對人類的健康也會造成較為嚴(yán)重的危害,對環(huán)境的污染更是非常明顯。

1 揮發(fā)性有機(jī)物的來源及危害

1.1 揮發(fā)性有機(jī)物的來源 典型的揮發(fā)性有機(jī)物的來源主要分為兩大類,一是人工排放源,如工業(yè)污染園區(qū)內(nèi)每年會有大量的揮發(fā)性有機(jī)物的排出,對人體的危害系數(shù)極大[2],根據(jù)相關(guān)檢測數(shù)據(jù)顯示,通過工業(yè)園區(qū)排放的有機(jī)物的來源中,來自交通運(yùn)輸產(chǎn)生的工業(yè)廢氣以及燃料燃燒產(chǎn)生的工業(yè)廢氣較多,另外光化學(xué)污染也是工業(yè)污染源排放的主要來源,相對的對人體的健康的威脅也相對較大。人工污染源的排放除了工業(yè)排放外還有生活源的排放,例如夏天在家開的空調(diào)所排放的氣體,家用電器、清潔劑所造成的的排放以及人體自身的排放等都是生活污染源的主要排放組成部分。而另一類則是自然的排放源,但是自然排放源只占比非常少,如霧霾天氣空氣中的小顆粒物體等,PM2.5等顆粒都是自然中的污染源的重要組成部分,但是本文主要的研究重點是工業(yè)排放源的相關(guān)問題[4]。

1.2 揮發(fā)性有機(jī)物的危害 國家新頒布的《民用建筑室內(nèi)環(huán)境污染控制規(guī)范》中,室內(nèi)空氣中TVOC的含量,已經(jīng)成為評價居室室內(nèi)空氣質(zhì)量是否合格的一項重要項目。在此標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的TVOC含量為Ⅰ類民用建筑工程:0.5mg/立方米、Ⅱ類民用建筑工程:0.6mg/立方米。

大多數(shù)VOCs有毒,部分VOCs有致癌性;如大氣中的某些苯、多環(huán)芳烴、芳香胺、樹脂化合物、醛和亞硝胺等有害物質(zhì)對機(jī)體有致癌作用或者產(chǎn)生真性瘤作用;某些芳香胺、醛、鹵代烷烴及其衍生物、氯乙烯等有誘變作用。多數(shù)揮發(fā)性有機(jī)物易燃易爆、不安全。揮發(fā)性有機(jī)物在陽光照射下,與大氣中的氮氧化合物、碳?xì)浠衔锱c氧化劑發(fā)生光化學(xué)反應(yīng),生成光化學(xué)煙霧,危害人體健康和作物生長;光化學(xué)煙霧的主要成分是臭氧、過氧乙酰硝酸酯(PAN)、醛類及酮類等。它們刺激人們的眼睛和呼吸系統(tǒng)。危害人們的身體健康且危害作物的生長。并且VOCs多半具有光化學(xué)反應(yīng)性,并且通過紫外光的反射的照射,對于VOCs會與大氣中的化學(xué)成分相互反應(yīng),形成二次污染或形成具有有毒有害的化學(xué)物質(zhì)變成煙霧消散在大氣中,這會對空氣造成嚴(yán)重的污染,增加二次排出的氣體對于生態(tài)環(huán)境的破壞和危害。另外由于光化學(xué)反應(yīng)所造成的煙霧,除了可以有效降低能見度外的臭氧層和其他的PAN、PBN等有害物質(zhì),從而不僅對大自然環(huán)境造成影響,還會加速影響人們的身體健康,造成呼吸系統(tǒng)疾病的嚴(yán)重增加[5]。

2 VOCs 的治理技術(shù)及進(jìn)展

2.1 VOCs的回收技術(shù)

2.1.1 冷凝法 冷凝法是利用VOCs在不同的溫度和壓力下會造成不同的飽和蒸汽壓的性質(zhì),并且通過采用不同的壓力對系統(tǒng)的壓力進(jìn)行有效的升高或降低,使得處于蒸汽下的污染物可以從氣象中分離出來的過程。

2.1.2 吸收法 吸收法是通過液體為主要的吸收劑,通過洗滌吸收裝置使得廢氣中的有毒有害的物質(zhì)可以被液體所吸收,從而達(dá)到凈化的目的,在液體吸收的過程中通過氣象和液體之間發(fā)生的反應(yīng)所生成的氣體分子或是湍流擴(kuò)散開的物質(zhì)進(jìn)行有效的轉(zhuǎn)移。該類方法適用于濃度較高、溫度較低但是壓力又較高的情況下,容易對氣體的污染造成嚴(yán)重的擴(kuò)散作用[6]。

2.1.3 吸附法 吸附法是指利用某些具有吸附能力的物質(zhì),如活性炭等物質(zhì)作為吸附介質(zhì),對空氣中有毒有害的物質(zhì)進(jìn)行吸收,當(dāng)吸附有害物質(zhì)達(dá)到一定的消除污染的目的時,就可以用于處理低濃度的廢氣污染物了。并且對VOCs的去除效果較為明顯。目前在采用吸附法治理有機(jī)廢氣中,活性炭的性能最好,其去除率高,物流中有機(jī)物濃度在1000×10-6以上,吸附率可達(dá)95%以上[3]?；钚蕴坑钟蓄w粒狀和纖維狀兩類。如圖表2-1

表2-1 活性炭顆粒和活性炭纖維性能的主要差別

活性炭纖維 1500-2500 幾乎全是微孔 短 52 極少

比較而言,顆粒狀活性炭結(jié)構(gòu)氣孔均勻,除小孔外,還有10～100nm的中孔和0.5～5μm的大孔,處理氣體要從外向內(nèi)擴(kuò)散,通過距離較長,所以吸附脫附都慢;而纖維狀活性炭孔分布均勻,而且絕大部分是1.5～3.0nm小孔,比表面積大,由于小孔直接開口向外,氣體擴(kuò)散距離短,因而吸附和脫附都快。因此,在活性炭吸附劑中,又以活性炭纖維的應(yīng)用最為廣泛。國內(nèi)外近幾年的研究發(fā)現(xiàn),經(jīng)過氧化鐵或臭氧處理過的活性炭具有更好的吸附性能,研究表明氧化后的活性炭具有更強(qiáng)的親和力,對各種有機(jī)氣體的吸附有效傳質(zhì)系數(shù)比未處理過的活性炭更大。

此外,吸附法與其它凈化方法的集成技術(shù)治理眾多行業(yè)的有機(jī)廢氣,在國內(nèi)得到了推廣應(yīng)用。如采用液體吸附和活性炭吸附法聯(lián)合處理高濃度可回收苯乙烯廢氣;采用吸附法和催化燃燒法聯(lián)合處理丙酮廢氣等。吸附法與其它凈化方法聯(lián)用后不僅避免了兩種方法各自的缺點,而且具有吸附效率高,無二次污染等特點。

2.2 VOCs的消除技術(shù) 消除技術(shù)是通過化學(xué)或生物反應(yīng)等,在光、熱、催化劑和微生物等作用下將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為H2O和CO2,這種方法對于中等濃度或者濃度<1000mg/m3的低濃度VOCs具有較好的處理效果。目前,常用的方法主要有燃燒法、低溫等離子體分解法、生物法等。

2.2.1 燃燒法 燃燒法是利用VOCs易燃性質(zhì)進(jìn)行處理的一種方法,經(jīng)過充分的燃燒后,最后的產(chǎn)物是CO2和H2O,由于燃燒時放出大量的熱,排氣的溫度很高,所以可以回收熱量。該法在化工、噴漆和絕緣材料等行業(yè)廣泛使用[8]。若VOCs中含有硫、氮和鹵素等成分,還應(yīng)考慮對燃燒后廢氣的處理,以免造成二次污染。如其中的蓄熱式熱氧化爐(RTO)技術(shù),可使用于最高VOCs濃度約10g/Nm3場合,達(dá)1.5g/Nm3時,可不需要補(bǔ)充燃料。如果熱量無需回用于生產(chǎn)工藝,則RTO是最佳的選擇之一。

2.2.2 低溫等離子體分解法 低溫等離子體技術(shù)又稱為非平衡等離子體技術(shù),是在外面有電場加持的作用下,通過介質(zhì)導(dǎo)電的原理進(jìn)行這一復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng),從而將廢氣中有毒有害的物質(zhì)降解成武無毒無害的物質(zhì)的這一過程。并且可以充分利用非熱等離子體法進(jìn)行有效的處理VOCs[10],另外經(jīng)過相關(guān)研究表明,等離子的氧化性能相對更強(qiáng),并且等離子技術(shù)進(jìn)行廢氣處理在目前還是一種較為可靠的處理技術(shù),并且可以將凈化后的后續(xù)處理條件等。

2.3 VOCs的技術(shù)進(jìn)展 傳統(tǒng)VOCs治理方法的缺陷是局限性很大,并且費用非常高,生命周期卻很短,還會在處理過程中造成更嚴(yán)重的二次污染,正是因此,近年來,關(guān)于光催化技術(shù)的研究才更加的迅速,也是成為了目前業(yè)界較為看好的新起之秀[13]。

3 結(jié)語

隨著社會的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和時代的進(jìn)步科技的發(fā)展,人們對于生存環(huán)境提出了更高的要求,并且也更加的關(guān)注對于VOCS這類有毒有害物質(zhì)的治理,所以,從今以后,我們還是要加強(qiáng)對這類有毒有害物質(zhì)的關(guān)注度等,并且要進(jìn)一步探討有毒有害物質(zhì)的處理技術(shù),有效克服傳統(tǒng)的VOCS的處理技術(shù),傳統(tǒng)的處理技術(shù)還有成本高效率低等因素,并且反應(yīng)器龐大,還會造成嚴(yán)重的二次污染等缺陷,而目前對于處理技術(shù)的最新研發(fā)技術(shù)剛好有效克服這一缺點,新技術(shù)具有投入的資金少,成本低,效率高且穩(wěn)定等特點。雖然如今對于VOCS的處理已經(jīng)有了最新的技術(shù),但是對于揮發(fā)性廢氣中的有機(jī)物質(zhì)的處理的工藝優(yōu)化以及更優(yōu)的處理方案仍然是我們目前較為重要的關(guān)注對象和研究方向。