膜法分離技術(shù)在廢氣治理中的應(yīng)用

韓昊東

摘要：近年來，環(huán)境污染日益嚴重，霧霾天氣頻繁出現(xiàn)，2016年底開始，國家通過環(huán)保督查加大了環(huán)保執(zhí)法力度，大氣環(huán)境的治理工作在全國全面展開，石化行業(yè)有機廢氣治理成為大氣環(huán)境整治的重點。目前，石化企業(yè)生產(chǎn)裝置排放的廢氣多采用燃燒法、吸收法、吸附法、冷凝法、催化氧化、蓄熱式氧化以及膜分離等技術(shù)進行治理。

關(guān)鍵詞：膜法分離;廢氣治理;達標(biāo)排放

引言

在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)過程中，石化、化工、工業(yè)涂裝和包裝印刷等行業(yè)生產(chǎn)過程中均會產(chǎn)生揮發(fā)性有機廢氣。揮發(fā)性有機廢氣組分復(fù)雜，治理技術(shù)多樣，適用性差異大，對于有機廢氣治理技術(shù)的選擇和系統(tǒng)匹配性要求高?，F(xiàn)階段，各類企業(yè)針對揮發(fā)性有機廢氣采用的末端治理技術(shù)主要有：吸附法、冷凝法、燃燒法、膜分離法、生物處理法等。利用這些方法可以對有機廢氣進行有效地分離、吸附、清除。

1、VOCs規(guī)范處理的重要性

隨著環(huán)保政策的出臺和技術(shù)的飛速發(fā)展，我國揮發(fā)性有機化合物管理技術(shù)得到了極大的發(fā)展。VOCs是揮發(fā)性有機化合物，大多數(shù)VOCs對身體造成危險。工業(yè)生產(chǎn)對空氣質(zhì)量產(chǎn)生強烈、持續(xù)和深遠的影響。VOCs排放清單顯示，排放量最高的城市主要是由人為工業(yè)排放造成的，不同來源的VOCs成分、濃度和毒性性質(zhì)也有所不同。揮發(fā)性有機化合物，特別是無組織的排放，與公司主要使用的生物熔膠溶劑和成分密切相關(guān)。當(dāng)前的VOCs排放研究著眼于將公司作為整體的排放控制和一般分析，而較少研究著重于VOCs的生物以及細污染物的變化和形成。

2、VOCs廢氣來源、危險以及地方排放標(biāo)準分析

通常來說，VOCs廢氣來源廣，牽涉的領(lǐng)域較多，在國內(nèi)諸多工業(yè)中均會產(chǎn)生VOCs廢氣，并且對VOCs而言，該氣體類型多樣，并非只有一種。在實際生活與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)之中均會出現(xiàn)VOCs廢氣。在國內(nèi)，以石油、天然氣、煤為原料的工業(yè)均為導(dǎo)致VOCs廢氣的來源，部分其他工業(yè)同樣會產(chǎn)生VOCs氣體。國內(nèi)VOCs廢氣排放量是很大的，在幾年前就已經(jīng)達到了2500多萬噸，工業(yè)中占據(jù)比例能夠達到總量的43%，而石化工涂裝噴漆為VOCs廢氣排放比較大的行業(yè)。VOCs廢氣達到某種程度時，會威脅到人體健康，嚴重的會導(dǎo)致死亡，這是因為在VOCs廢氣里面的芳香胺與多環(huán)芳烴均有致癌性，與此同時人類細胞里面的蛋白質(zhì)會和VOCs廢氣里面的苯酸類產(chǎn)生反應(yīng)，在一定程度上會導(dǎo)致蛋白質(zhì)凝固。而VOCs廢氣的地方排放標(biāo)準為：天津工業(yè)化企業(yè)全部有機廢氣排氣筒最高VOCs排放濃度就是：焚燒處理小于等于每立方米20毫克、15米排氣筒VOCs允許排放速率為每小時2.8千克、非焚燒處理為每立方米80毫克;罐頂VOCs檢測濃度小于2000ppmv。

3、VOCs廢氣治理技術(shù)

3.1冷凝處理技術(shù)

冷凝法主要基于物理特性的方式對VOCs廢氣進行處理，是目前應(yīng)用較為普遍、操作較為簡單的處理技術(shù)之一。一般情況下，不同的VOCs廢氣有著不同的蒸氣壓。那么針對此項特征，基于溫度以及壓力的雙方面管控可以起到較好凝結(jié)VOCs廢氣的作用。要想實現(xiàn)VOCs廢氣的高效冷凝回收，就需要有效地降低溫度并施以較高氣壓。但這種方法運行成本較高，所以一般情況下，工業(yè)技術(shù)流程中會將冷凝法會和吸附法以及吸收法等一起使用。采用上述耦合處理工藝，既能達到較好的經(jīng)濟效益，同時也有非常好的回收效果。相較于其他VOCs廢氣處理方法，多法結(jié)合的冷凝法的總體成本投入不高。但該法適用范圍較窄，一般僅對高濃度廢氣有較好效果，且使用時也存在一定局限性。

3.2吸附處理技術(shù)

在揮發(fā)性有機廢氣的治理過程中，吸附處理技術(shù)是比較常用的幾種處理技術(shù)之一。這種技術(shù)主要是利用多孔固體吸附劑來對流體混合物展開處理，進而使得流體混合物中的一種或者數(shù)種特定的揮發(fā)性廢氣可以在固體吸附劑上被吸收出來，進而實現(xiàn)最初將揮發(fā)性廢氣進行分離的目標(biāo)。再接著使用適合的技術(shù)手段對完成了分離的廢氣進行凈化。這種方法的使用，通常是對于大流量低濃度的揮發(fā)性有機廢氣進行處理，其優(yōu)勢在于擁有較高的去污效率，處理過程較為簡便操作比較容易，同時一次操作不會造成二次污染;但是這種方法同樣存在其自身的局限性，即因為固體吸附劑的吸附能力存在一定的上限，同時固體吸附劑在作業(yè)的過程中，如果受到污染物中部分雜質(zhì)地污染，非常容易導(dǎo)致自身的吸附能力受到損壞甚至完全喪失吸附能力。因此，在這些技術(shù)選擇和使用的過程中，適合的固體吸附劑的選取非常重要，在以往的實踐經(jīng)驗中已然可以發(fā)現(xiàn)，使用臭氧或者氧化鐵等物質(zhì)處理完成的活性炭，在吸附能力上相比較其他的吸附劑擁有更好地吸附效果。

3.3燃燒法

對于中小風(fēng)量中高濃度VOCs廢氣的（達10-3數(shù)量級），當(dāng)無回收價值時，一般采用催化燃燒（CO/RCO）和高溫燃燒（TO/TNV/RTO）技術(shù)進行治理。在該濃度范圍內(nèi)，催化燃燒和高溫燃燒技術(shù)的安全性和經(jīng)濟性是較為合理的，因此是目前應(yīng)用最為廣泛的治理技術(shù)。蓄熱式催化燃燒（RCO）和蓄熱式高溫燃燒技術(shù)（RTO）近年來得到了廣泛的應(yīng)用，提高了催化燃燒和高溫燃燒技術(shù)的經(jīng)濟性，使得催化燃燒和高溫燃燒技術(shù)可以在更低的濃度下使用。燃燒法中當(dāng)氣體溫度比較高，接近或達到催化劑的起燃溫度時，由于不再需要對廢氣進行加熱，即使有機物濃度較低，采用催化燃燒技術(shù)是最為經(jīng)濟的（當(dāng)廢氣溫度達到或超過催化劑的起燃溫度時，可以采用直接催化燃燒技術(shù)進行治理，如漆包線生產(chǎn)尾氣的治理等），處理過程安全，不產(chǎn)生二次污染，能耗低，有機物去除率高達99%。

3.4微波催化氧化技術(shù)

微波催化氧化是更為經(jīng)濟實用的一種處理技術(shù)，該種技術(shù)可以極大地縮短廢氣處理的時間，減少對資源的消耗，從而實現(xiàn)節(jié)約資源的目的。微波催化氧化技術(shù)可以應(yīng)用吸附劑數(shù)十次以上，且依然存在極強的吸附性。目前學(xué)術(shù)界應(yīng)當(dāng)加深對微波催化氧化技術(shù)的研究程度，探究如何將該種技術(shù)充分的應(yīng)用在實踐之中，使部分企業(yè)在追求經(jīng)濟效益的同時完成保護環(huán)境的任務(wù)，減少中國政府在環(huán)境治理方面的成本支出。

3.5膜分離

膜分離法是利用VOCs廢氣中的各種氣體成分在壓力下通過滲透膜，使膜兩側(cè)的VOCs廢氣中的各種成分的氣體富集，最終實現(xiàn)VOCs廢氣的分離的方法。這個過程非常適合于天然氣的分離和提純。目前，常用的隔膜材料是硅橡膠。常用的膜分離技術(shù)包括蒸汽滲透，氣膜分離和膜接觸器。膜分離技術(shù)具有許多優(yōu)勢，尤其是在低流速下分離和回收高濃度VOCs廢氣的過程中。膜分離技術(shù)具有高設(shè)備成本，高膜元件和復(fù)雜的膜維護。新型膜材料和分離系統(tǒng)的開發(fā)是技術(shù)研究的熱點和難點。

3.6活性炭纖維應(yīng)用技術(shù)

活性炭纖維技術(shù)對選材的要求較高，需要應(yīng)用到各種的環(huán)保材料，對企業(yè)存在一定的專業(yè)性考驗。活性炭纖維的作用原理在于表面吸附能力，此種材料表面積大，延展性好，可以起到良好的空氣凈化作用，實踐推廣價值較高。目前活性炭纖維技術(shù)研究的重難點在于污染物的處理，當(dāng)活性碳纖維遇到揮發(fā)性有機廢氣時，其表面毛孔會長大，在吸收廢氣的同時釋放凈化空氣的碳原子，研究者應(yīng)當(dāng)保證物理反應(yīng)過程的高效、標(biāo)準，全面利用活性碳纖維自帶的環(huán)保性能，起到良好的治理作用。

結(jié)束語

總而言之，此次對企業(yè)VOCs廢氣治理技術(shù)的有效分析，可以給有關(guān)領(lǐng)域提供參考，利于提升廢氣治理水平和質(zhì)量，有效改善治理成效，讓石化工領(lǐng)域向著綠色化方向發(fā)展。將來，企業(yè)要在全面掌握好多種VOCs廢氣治理技術(shù)原理的同時，結(jié)合自身情況，合理使用各種技術(shù)，為企業(yè)可持續(xù)發(fā)展打基礎(chǔ)。

參考文獻

[1]王晶，王炳華，劉忠生，等.石化企業(yè)VOCs廢氣治理技術(shù)概述[J].當(dāng)代化工，2019，11（46）：2338-2341，2345.

[2]方向晨.石油石化企業(yè)環(huán)境保護技術(shù)[M].北京：中國石化出版社，2019.