揮發(fā)性有機(jī)廢氣排放的大氣污染物控制技術(shù)研究

關(guān)鍵詞：揮發(fā)性有機(jī)廢氣；大氣污染物控制；環(huán)境信訪分布圖；表面活性劑吸收液；吸收效率

中圖分類號：X511 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

前言

目前環(huán)境污染問題越來越嚴(yán)重，氣體狀態(tài)和氣溶膠顆粒狀態(tài)污染物威脅著人們的身體健康，在此背景下亟需控制有機(jī)廢氣的排放量。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，人體神經(jīng)系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)和循環(huán)系統(tǒng)都會受到揮發(fā)性有機(jī)廢氣的影響，提高了心血管疾病的死亡率和發(fā)病率，誘發(fā)癌癥，降低人體肺功能。因此研究大氣污染物控制技術(shù)具有重要意義。

王波等采用氣相色譜法在余熱回收技術(shù)和蓄熱氧化技術(shù)的基礎(chǔ)上監(jiān)測揮發(fā)性有機(jī)廢氣，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果控制大氣污染物的排放，該方法系統(tǒng)運(yùn)行能耗低，可產(chǎn)生良好的節(jié)能減排效果。但在進(jìn)氣濃度增高時，吸收效率較低。劉爍等利用兩相分配生物反應(yīng)器治理揮發(fā)性有機(jī)廢氣，該方法可有效減少廢氣排放。但進(jìn)氣濃度越高，吸收飽和量越低。

為了解決上述方法中存在的問題，提出考慮揮發(fā)性有機(jī)廢氣排放的大氣污染物控制技術(shù)。該方法在進(jìn)氣濃度增高時，吸收效率和吸收飽和量趨于穩(wěn)定，可有效控制有機(jī)廢氣的排放。

1污染現(xiàn)狀調(diào)查

以某工業(yè)園區(qū)為例，調(diào)查其揮發(fā)性有機(jī)廢氣的污染現(xiàn)狀，經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，2021年內(nèi)該園區(qū)的環(huán)境信訪投訴共2512起，施工噪聲和環(huán)境廢氣在環(huán)境信訪中占據(jù)主要部分。工業(yè)區(qū)、工業(yè)企業(yè)與住宅小區(qū)之間的距離隨著園區(qū)城鄉(xiāng)一體化的發(fā)展不斷縮短，越來越多的居民在信訪中指出異味問題，出現(xiàn)這種問題的主要原因是工業(yè)排放的揮發(fā)性有機(jī)廢氣。

監(jiān)測該園區(qū)空氣中近三年的揮發(fā)性有機(jī)廢氣，監(jiān)測結(jié)果顯示，該園區(qū)的甲烷濃度和非甲烷總烴在環(huán)境天然本底范圍內(nèi)，在園區(qū)中檢測出苯系物，表明周圍環(huán)境和空氣質(zhì)量已經(jīng)受到該園區(qū)排放的揮發(fā)性有機(jī)廢氣的影響。

為了更好的獲取該園區(qū)空氣中存在的揮發(fā)性有機(jī)廢氣成分，在園區(qū)中選擇一處異味類投訴高的區(qū)域作為研究區(qū)域，監(jiān)測揮發(fā)性有機(jī)廢氣在該區(qū)域大氣中的成分，監(jiān)測結(jié)果顯示，該區(qū)域乙酸乙酯、丁酮和己烷在該區(qū)域中的濃度較高，分別為598.3mg/m³、162 mg/m³和156 mg/m³，且在空氣中也檢測出苯系物。在醫(yī)藥、電子、印刷和涂料等行業(yè)中常用的溶劑包括乙酸乙酯、丁酮和己烷，上述工業(yè)溶劑會影響人們的鼻子和眼睛，長期接觸上述溶劑人們?nèi)菀谆忌现車窠?jīng)炎和皮炎等疾病。通過上述分析可知揮發(fā)性有機(jī)物會影響人們的正常生活和工作，因此亟需研究一種有效的大氣污染物控制技術(shù)。

2實(shí)驗部分

單一的表面活性劑在人們生活水平不斷提高的背景下難以控制大氣中存在的揮發(fā)性有機(jī)廢氣的排放，所提方法采用表面活性劑吸收液控制大氣污染物的排放。

2.1實(shí)驗儀器

實(shí)驗過程中所用的儀器有：恒溫水域槽，表面張力測定儀，轉(zhuǎn)子流量計，電熱鼓風(fēng)干燥箱，電子天平。

實(shí)驗過程所用的材料有：乙醇，聚乙二醇200，氯化鈉，聚乙二醇300，硫酸，聚乙二醇400，磷酸，聚乙二醇600，硝酸，吐溫80。

2.2工藝條件

利用離心式鼓風(fēng)機(jī)獲取干凈的氣體，將其輸入硅膠管中傳輸?shù)揭后w吸收塔和鼓泡瓶中，烷烴類氣體濃度和總氣體流量的調(diào)節(jié)可通過控制氣流流量完成，將出口處和入口處作為采樣區(qū)段。

2.3評價指標(biāo)

將去除率和飽和吸收量作為大氣污染物控制技術(shù)的指標(biāo)：

（1）去除率Y，其計算公式如（1）：

式中，m₁代表的是飽和狀態(tài)下吸收液對應(yīng)的質(zhì)量；m₀代表的是吸收液的初始質(zhì)量；T代表的是達(dá)到飽和狀態(tài)時所用的時間；M代表的是相對分子量；C代表的是目標(biāo)污染物在理想狀態(tài)下的濃度；Q₂代表的是氣體流量計的流量。

（2）飽和吸收量，該指標(biāo)描述的是無法吸收廢氣的表面活性劑吸收液中存在的有機(jī)廢氣含量。

3實(shí)驗分析

3.1空白實(shí)驗

在水槽中裝入清水，將其作為廢氣吸收液，揮發(fā)性有機(jī)廢氣通過乙酸乙酯、石油醚和甲苯模擬，具體實(shí)驗條件如下：

（1）將填料層厚度設(shè)置為1米，進(jìn)氣濃度范圍設(shè)置為500～1000 mg/m³，噴淋量范圍設(shè)置為2～4 m³／h，進(jìn)氣流量設(shè)置為200m³／h。

（2）由1：1：1的乙酸乙酯、石油醚和甲苯構(gòu)成揮發(fā)性有機(jī)廢氣。

（3）將清水作為揮發(fā)性有機(jī)廢氣的吸收液。

由實(shí)驗可知，清水的廢氣吸收效率隨著進(jìn)氣濃度的升高不斷下降，表明兩者之間呈負(fù)相關(guān)。吸收液吸收揮發(fā)性有機(jī)氣體時，在氣液比為75：1和100：1條件下的吸收效率不存在明顯差異，通過上述分析可知，吸收效率會受到氣液比的影響，液相與氣相之間的接觸面積隨著氣液比的提高而增大。綜上所述，針對揮發(fā)性有機(jī)廢氣的吸收，清水的吸收效率較差，因此研發(fā)表面活性劑吸收液具有重要意義。

3.2單因素測試

3.2.1吸收效率受噴淋量的影響

設(shè)置如下實(shí)驗條件：

（1）將進(jìn)氣濃度設(shè)置為1000 m／m³，填料層厚度設(shè)置為1米，進(jìn)氣流量設(shè)置為200m³／h。

（2）由1：1：1的乙酸乙酯、石油醚和甲苯構(gòu)成揮發(fā)性有機(jī)廢氣。

（3）由水、KCL、YN1201和DMA構(gòu)成吸收液。

吸收效率受噴淋量的影響見圖1。

分析圖1可知，吸收液的吸收效率隨著噴淋量的增大而提高，兩者之間呈正比關(guān)系，噴淋量為1m³／h時，吸收效率在72%左右，當(dāng)噴淋量為4m³／h時，在噴淋15分鐘后的吸收效率最高可達(dá)90%。增大噴淋量，在其他條件保持一致時，可以增加吸收液與揮發(fā)性有機(jī)廢氣之間的接觸面積，氣液傳質(zhì)效率隨著接觸面積的增大而提高，由雙膜理論可知，在此條件下吸收液的吸收效率得以提高，因此吸收液的吸收效率受噴淋量影響的顯著性較高。

3.2.2吸收效率受進(jìn)氣流量的影響

設(shè)置如下實(shí)驗環(huán)境：

（1）將進(jìn)氣濃度設(shè)置為1000mg／m³，填料層厚度設(shè)置為1米，噴淋量設(shè)置為4 m³／h。

（2）由1：1：1的乙酸乙酯、石油醚和甲苯構(gòu)成揮發(fā)性有機(jī)廢氣。

（3）由水、KCL、消泡劑、YN1201和DMA構(gòu)成揮發(fā)性有機(jī)廢氣吸收液。

吸收效率受進(jìn)氣流量的影響見圖2。

分析圖2可知，吸收效率隨著進(jìn)氣流量的增加而降低，兩者之間呈反比關(guān)系。造成上述現(xiàn)象的主要原因是裝置內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)廢氣的風(fēng)速隨著進(jìn)氣流量的增大而加快，填料層中廢氣的停留時間不斷縮短，液相和氣相在此條件下的接觸時間也隨之減小，最終降低了吸收液的吸收效率。

3.2.3吸收效率受氣液比的影響

設(shè)置實(shí)驗環(huán)境如下：

（1）將進(jìn)氣濃度設(shè)置為1000 mg／m³，進(jìn)氣流量設(shè)置為200m³／h，噴淋量設(shè)置為4 m³／h。

（2）由1：1：1的乙酸乙酯、石油醚和甲苯構(gòu)成揮發(fā)性有機(jī)廢氣。

（3）由水、KCL、消泡劑、YN1201和DMA構(gòu)成揮發(fā)性有機(jī)廢氣吸收液。

吸收效率受氣液比的影響見圖3。

由圖3可知，隨著氣液比的增加吸收效率不斷下降，造成上述現(xiàn)象的主要原因是進(jìn)氣流量隨著氣液比的增大而增加，噴淋量在此環(huán)境下逐漸減小，進(jìn)而縮短了揮發(fā)性有機(jī)廢氣進(jìn)入填料層花費(fèi)的時間。

3.2.4吸收效率受有效停留時間的影響

吸收效率隨著有效停留時間的增長而提高，表明吸收液由于長時間的有效停留無法有效的吸收揮發(fā)性有機(jī)廢氣，因此吸收液的吸收效率無法提高。

3.2.5吸收效率受進(jìn)氣濃度的影響

設(shè)置實(shí)驗環(huán)境如下：

（1）將進(jìn)氣流量設(shè)置為200 m³／h，填料層厚度設(shè)置為1米，噴淋量設(shè)置為4m³／h。

（2）由乙酸乙酯、石油醚和甲苯構(gòu)成揮發(fā)性有機(jī)廢氣。

（3）由水、KCL、消泡劑、YN1201和DMA構(gòu)成揮發(fā)性有機(jī)廢氣吸收液。

吸收效率受進(jìn)氣濃度的影響見圖4。

由圖4可知，吸收效率隨著進(jìn)氣濃度的增大而降低，主要是因為石油醚分子、乙酸乙酯分子和甲苯分子在揮發(fā)性有機(jī)廢氣中的含量隨著進(jìn)氣濃度的提高而增大，吸收液和揮發(fā)性有機(jī)廢氣分子在此背景下的接觸時間和面積保持不變，因此吸收效率無法提升。

3.3吸收飽和量與吸收效率

為了驗證考慮揮發(fā)性有機(jī)廢氣排放的大氣污染物控制技術(shù)的整體有效性，選用文獻(xiàn)[3]方法和文獻(xiàn)[4]方法處理揮發(fā)性有機(jī)廢氣，對比上述方法的廢氣吸收飽和量和吸收效率。

所提方法、文獻(xiàn)[3]方法和文獻(xiàn)[4]方法的吸收效率測試結(jié)果見圖5。

分析圖5可知，所提方法、文獻(xiàn)[3]方法和文獻(xiàn)[4]方法的吸收效率隨著進(jìn)氣濃度的增加而降低，但在相同進(jìn)氣濃度條件下，所提方法的吸收效率均在80%以上，高于文獻(xiàn)[3]方法和文獻(xiàn)[4]方法。

所提方法、文獻(xiàn)[3]方法和文獻(xiàn)[4]方法的吸收飽和量測試結(jié)果見圖6。

由圖6可知，針對揮發(fā)性有機(jī)廢氣控制技術(shù)，所提方法的吸收飽和量較高，驗證了所提方法的有效性。

4結(jié)語

造成大氣污染的主要因素是工業(yè)排放的揮發(fā)性有機(jī)廢氣，這種有機(jī)廢氣會對人們的身體健康產(chǎn)生影響，隨著人們對日常生活環(huán)境的重視程度和社會經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，亟需研究揮發(fā)性有機(jī)廢氣的控制方法。在對工業(yè)園區(qū)污染現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查后，提出考慮揮發(fā)性有機(jī)廢氣排放的大氣污染物控制技術(shù)。該技術(shù)通過表面活性劑吸收液吸收空氣中存在的揮發(fā)性有機(jī)廢氣，將去除率和飽和吸收量作為大氣污染物控制技術(shù)的指標(biāo)。在空白實(shí)驗、單因素測試、吸收飽和量與吸收效率實(shí)驗中發(fā)現(xiàn)：清水的吸收效率較差，吸收液的吸收效率受噴淋量影響較為明顯。根據(jù)實(shí)驗可知，所提方法具有費(fèi)用低、環(huán)保、穩(wěn)定性高和安全性好等優(yōu)點(diǎn)，且在進(jìn)氣濃度升高后，可以提高揮發(fā)性有機(jī)廢氣的吸收飽和量和吸收效率，有效控制有機(jī)廢氣的排放。