有机废气主要来源于炼油和石化、有机精细化工、合成材料、化学药品原药制造、装备制造涂装、塑料制品制造、电子设备制造、印刷、粘接、工业清洗等行业,以及建筑装饰、饮食服务和服装干洗等日常生活。人体长期接触有机废气,通过呼吸系统吸收人和皮肤,引起肝、神经和造血系统的损伤,引起的症状主要有头晕、头痛、恶心、呼吸、疲劳、血象变化等,对人体和动物有严重的畸形、致癌、突变危害。因此,有机废气的管理越来越受到重视,成为大气污染管理的重点之一。
1传统有机废气处理工艺
之前普遍采用的废气处理工艺有吸收法、吸附法、直燃法、催化燃烧法、生物滤池、生物滴滤塔、生物清洗塔等。其中吸附法、催化燃烧法比较成熟,有工程技术规范。但是,这些方法存在一定程度的不足:吸附法中氧化剂改性的吸附剂对有机废气的吸附量不同,吸附剂价格高的直接燃烧法和催化燃烧法的投资和运行费用高,而且不适用于比较常见的低浓度高流量的有机废气处理的吸收法难以处理化学性质稳定、不溶于水的有机废气的生物法处理有机废气只适用于构成比较简单的有机废气,难以构成复杂的工业有机废气处理。基于传统处理方法的不足,新的废气处理技术开始引起人们的广泛重视,成为研究的新方向。
2有机废气处理新技术
2.1低温等离子技术
低温等离子技术在电场的作用下,高频放电瞬间产生高能量,打开有机废气分子的化学键,分解为单质原子和无害分子,等离子的高能量电子、正负离子、激发态粒子和强氧化自由基有机废气的低温等离子处理是一项新技术。低温等离子技术的特点是等离子高能量电子、正负离子、激发状态粒子能够与碳氢化合物、氮氧化合物、硫化氢、硫醇等污染物反应,生成二氧化碳、水、氮、二氧化硫等简单的无机物质。典型的有机废气,例如苯、甲苯、乙硫醇、二氯丙烷等可以用电晕放电形式的低温等离子体处理恶臭废气,停留时间越长,电压越高,脱离效果越好。
2.2变压吸附技术
变压吸附的基本原理是利用气体成分在不同吸附剂中吸附特性的不同,吸附量根据压力而变化的特性,通过压力变化实现气体的分离和纯化。变压吸附由于采用压力升降的循环操作,强吸附成分在低分压下脱附,吸附剂再生。加压下吸附,减压下解吸。由于循环周期短,吸附热不会消失,可以用于解吸,因此吸附热和解吸热引起的吸附床温度变化一般不大,变动范围只有几度,可以看作等温过程。变压吸附中常用的吸附剂有硅胶、活性氧化铝、活性炭、分子筛等,还有针对某组分选择性吸附而开发的吸附材料。随着纳米技术的发展,纳米技术也应用于有机废气处理。纳米Tio2光催化能以有效地将有机废气转化为二氧化碳、水等无机小分子物质,还可以去除氯仿、多氯联苯、有机磷化合物、多环芳烃等难以分解或用其他方法去除的有机废气。在一定条件下,纳米TIO2可将化学法氧化难以分解的三致有机物彻底分解为二氧化碳、水和简单的无机酸,无二次污染。俞家玲等研究结果表明,方法在模拟实验室挥发有机物质创造污染源环境,打开空气净化器,取样测量。结果苯的分解效率为91%,甲醛的分解效率为78.8%。TOI2光触媒技术不仅具有化学活性高、安全无毒、价格低、操作简单、条件温和、无二次污染的优点,在废气处理中也受到重视。
2.4膜生物反应器
随着新材料的开发和膜生物技术在废水处理中的成功应用,开始关注膜技术在有机废气处理中的应用。膜生物反应器是将传统微生物废气处理工艺与膜工艺相结合,不仅具有生物方法环保的优点,而且膜材料作为生物分解的传质界面,可以提供比较大的比表面积,增强分解效果,提高去除效率。膜生物反应器目前还处于实验室小型研究阶段,而且该方法的构建和运行成本相对较高,因此从实验到运行还需要更多的研究和实践。同时,膜生物反应器具有流量低、阻力大、水溶性差的污染物去除效率低等缺点,在一定程度上限制了膜生物技术在废气处理中的应用。
2.5微波催化氧化技术
有机废气的微波催化氧化技术是由填料吸附/微波解吸技术发展而来,并将一般的热解吸方式转变为微波解吸,降低了能耗、缩短了解吸所需的时间,而且吸附剂反复使用20次,还可以保持原有吸附能力。国外已经有微波催化氧化技术在有机废气处理中的小规模应用,在中国尚处于研究阶段。与传统的加热催化热解技术相比,微波催化氧化技术的优点是催化热解效率高,能耗低,吸附剂损失小,启动快,吸附时间短,对环境温度影响小,缺点是需要选择不同的有机废气吸附剂
3结语
近20年来,学术界对有机废气处理技术的关注度逐渐提高,新技术层出不穷。本文总结了新的有机废气处理工艺原理、影响因素、实用范围和去除效果,认为变压吸附法和膜分离法有较好的应用前景。变压吸附法处理组成简单的有机废气投资少,自动化程度高,可回收产品,实现有机废气资源化,产生良好的经济效益,符合中国循环经济政策,在中国有机废气管理领域有较好的发展前景。膜分离法已在石油行业油气回收中实际应用,其处理效果明显,具有良好的环境效益和经济效益。
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