有機(jī)廢氣治理技術(shù)的研究進(jìn)展

高宏俊

(深圳市科德環(huán)保科技有限公司 廣東 深圳 518052)

0 引言

隨著工業(yè)排放的廢氣對環(huán)境造成的影響不斷加重，治理有機(jī)廢氣成為解決環(huán)境問題的重要環(huán)節(jié)。近幾年隨著科技的發(fā)展，科研單位對如何治理有機(jī)廢氣展開了深入的研究，其成果逐漸被應(yīng)用到實際操作中去，市場上已經(jīng)有了多種能有效治理廢氣的技術(shù)和設(shè)備。

1 傳統(tǒng)治理技術(shù)的相關(guān)概念

1.1 生物處理法

所謂生物處理法就是利用濾料介質(zhì)中微生物分解有機(jī)廢氣中的有機(jī)成分，將其分解為無害或少污染物質(zhì)的方法，在適宜的生存環(huán)境下，由廢氣提供碳源和氮源，分解出水、無機(jī)鹽、二氧化碳及生物質(zhì)等物質(zhì)。生物法分為生物吸收法和生物過濾法，其中生物吸收法中，微生物以及營養(yǎng)物等配料都安置在液體中，有機(jī)廢氣中的有機(jī)物在與懸浮液接觸之后被轉(zhuǎn)移到液體中區(qū)，從而被其降解；生物過濾法是說微生物就生存在固體之上，有機(jī)廢氣在通過固體的介質(zhì)形成的固體床層時被其吸附，最終被附著在介質(zhì)上的微生物降解。生物處理法運行設(shè)備簡單，耗費費用低，不容易形成二次污染，是非常優(yōu)秀的廢氣處理法。

1.2 活性炭吸附法

活性炭吸附法中的吸附劑根據(jù)固體從氣相或液相中吸附掉有害成分的吸附原理分為物理和化學(xué)兩個類別。化學(xué)吸附劑是通過其疏水鍵產(chǎn)生吸附作用，去掉其中的有機(jī)污染物。因為在氣固兩相中有機(jī)廢氣不能與吸附劑進(jìn)行有效時間的接觸，化學(xué)反應(yīng)來不及完成，達(dá)不到有效的吸附效果，使得化學(xué)吸附更適合去除水相中的有機(jī)污染物，很少被應(yīng)用于有機(jī)廢氣的去除。因此，有機(jī)廢氣的治理一般是采用物理吸附劑，這些材料通常是孔狀結(jié)構(gòu)的活性炭或沸石等，它們物理吸附能力強(qiáng)，可適用多種范圍。選擇材料治理有機(jī)廢氣時一般選擇纖維狀的材料，因為它的材料傳質(zhì)速率快，比蜂窩狀和顆粒狀的材料更具優(yōu)勢。

1.3 氧化法

一般采用氧化法處理VOCs等有毒有害且無須回收的揮發(fā)性有機(jī)廢氣。氧化法是將該廢氣與氧氣產(chǎn)生反應(yīng)，生成二氧化碳和水。采取以下兩種方法可以促進(jìn)該氧化反應(yīng)順利進(jìn)行：①催化氧化：常溫下且壓力一定的情況下，以Pt、Pd、Ni等金屬材料作為催化劑，以空氣、臭氧或氧氣等作為氧化劑，廢氣中含有的有機(jī)成分會產(chǎn)生氧化反應(yīng)，催化劑會使起燃溫度達(dá)到250～300攝氏度。該方法的關(guān)鍵核心是其高效氧化劑。②加熱：對廢氣加熱，使其中的VOCs達(dá)到反應(yīng)所需溫度，又稱作熱氧化法。最近幾年，整體式的催化劑因其比粒狀催化劑更好的傳熱性、傳質(zhì)性和壓降性，已經(jīng)成為了研究重點。在催化劑中，活性組分是根本性的物質(zhì)，如Cu、Pb、Pt等；而助催化劑能夠提高主催化劑的活性及選擇性，能夠使催化劑的耐熱性提高，也能提高催化劑的壽命。

1.4 其他方法

液體吸收法普遍使用有一種叫做水噴淋裝置的廢氣處理設(shè)備。該方法是指讓廢氣接觸吸收劑，并將其中的有害成分吸收。解吸后，有害組分就會被回收或除去，吸收劑就能再生，不斷的被重復(fù)利用。該方法中的吸收過程有物理和化學(xué)兩種。物理方法依據(jù)相似相溶這一原理，利用最常用的吸收劑，將溶解在水中的丙酮、醚、甲醛等有機(jī)溶劑氣體和微溶在水中的煙、灰塵、漆霧等物質(zhì)除去。但這種方法不能除去無法被水吸收的具有較差水溶性的三苯物質(zhì)。而化學(xué)吸收能夠使有機(jī)廢氣與吸收劑上的活性基團(tuán)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生吸收作用。

2 傳統(tǒng)技術(shù)存在的限制

2.1 生物法的限制

微生物對苯類物質(zhì)和PAEs進(jìn)行降解時，有機(jī)物中的聚合物及復(fù)合物分子能夠抵抗這種降解作用，微生物中的酶無法靠近化合物分子內(nèi)部，也無法破壞其中敏感的反應(yīng)鍵，因此在降解這類有機(jī)污染物的時候速度非常慢，大大限制了生物處理法的應(yīng)用范圍。

2.2 活性炭吸附的限制

使用活性炭進(jìn)行吸附作用實質(zhì)就是將氣相的污染物固定到活性炭中，沒有能夠根本解除污染。如果有機(jī)廢氣中的污染物是多種氣態(tài)共存，活性炭的吸附作用將會大幅降低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及氣態(tài)污染物僅有一種時的效率。吸附了污染物的活性炭飽和之后，處置方式通常有兩種，分別是廢棄和再生。廢棄就是指將已用過的活性炭直接填埋或者燒掉，但這種方法會造成資源上的浪費。再生就是指反復(fù)使用活性炭，但再生使用的活性炭往往損失較多的有效部分，它的吸附作用隨著不斷再生而不斷下降，再生使用后殘余的尾氣會造成二次污染。

2.3 氧化法的限制

對有機(jī)廢氣催化其氧化反應(yīng)時，有不少氣體所需的催化劑及條件比較苛刻。有些要求高空、高溫且需要用高水蒸氣來分壓，因此對其催化劑的選擇就一定要慎重，必須要選擇活性高、熱穩(wěn)定性和水熱穩(wěn)定性都很高的催化劑，并且能夠抗中毒。滿足這些要求的比較常用的有Pd、Rh、Pt、Au等貴金屬，但貴金屬普遍價格高昂，并且易燒結(jié)，使催化氧化的方法成本大增。

2.4 其他方法的限制

液相吸收就是將氣相的污染物物理轉(zhuǎn)移到液相，或化學(xué)轉(zhuǎn)變到液相。液相吸收法中對氣態(tài)污染物使用的噴淋吸收僅對高濃度或低濃度大風(fēng)量的有機(jī)廢氣效果較好，對低風(fēng)量且低濃度廢氣吸收效率非常低，有待提高。另外，研究證明，這四種方法中生物法和活性炭法耗費資金較低，以生物法最低，而氧化法因其昂貴的催化劑耗費成本最高，不利于投資運行。

3 各傳統(tǒng)技術(shù)適用范圍

3.1 生物法適用范圍

生物處理技術(shù)適合處理污染物的濃度比較低，生物的代謝速率比較低且易溶的有機(jī)廢氣，廢氣流量應(yīng)小于每立方米50000毫克，其中的TOC每立方米應(yīng)小于1000毫克，且溫度不能高于40攝氏度。

3.2 活性炭吸附法適用范圍

使用活性炭吸附的有機(jī)廢氣必須是污染物濃度不超過每立方米2000毫克，另外，吸附效果在酸性環(huán)境中效果明顯好于堿性環(huán)境，并且周圍氣體溫度應(yīng)為常溫，如果溫度高出規(guī)定值，應(yīng)增設(shè)氣體冷卻裝置降低溫度，使活性炭恢復(fù)其最佳的吸附狀態(tài)。

3.3 氧化法及吸收法適用范圍

氧化法適用于處理每立方米污染物不超過2000到6000毫克的有機(jī)廢氣，但如果廢氣溫度高于180攝氏度，其污染物濃度即使低于2000毫克也能處理。另外，廢氣中如果含有硫就不適宜這種方式，因為硫能使催化劑中毒。吸收法適用于濃度高的有機(jī)廢氣或濃度低大風(fēng)量的廢氣。

4 治理廢氣新技術(shù)

4.1 光催化氧化法

二氧化鈦(TiO2)、氧化鋅(ZnO)、氧化錫(SnO2)、硫化鎘(CdS)等半導(dǎo)體能夠在光照作用下將其吸收的光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，激發(fā)一種高能粒子——“電子-空穴”對，這種粒子在于周遭的水和氧氣發(fā)生反應(yīng)以后，能產(chǎn)生一種自由基活性物，這種物質(zhì)擁有極強(qiáng)的氧化能力。早在1976年，凱里等人就實現(xiàn)了二氧化鈦在紫外光下催化脫氯了廢水中含有的多氯聯(lián)苯。

4.2 UV光催化技術(shù)

高能高臭氧的UV紫外線光束照射有機(jī)廢氣后能使其產(chǎn)生裂解，如三甲胺、甲硫氫、二甲二硫及苯乙烯等廢氣，其中苯、二甲苯中的分子鏈在高能的紫外線光下會降解成水和二氧化碳等低分子的化合物。另外，通過高能UV光可以使廢氣中的細(xì)菌的核酸遭到破壞，之后臭氧會對其形成氧化反應(yīng)，從而達(dá)到徹底脫臭和滅殺細(xì)菌的作用。

除了以上兩種技術(shù)，還有將各種傳統(tǒng)技術(shù)綜合使用的處理技術(shù)、低溫等離子體等凈化技術(shù)，以及膜分離法，膜隔離法就是指利用氣體中不同組分具有不同的透膜而過的能力這一特性來展開，基于這種能力的不同，利用具有半滲透性的膜，使氣體組分以不同的速度透過它，可以輕松的將廢氣中含有的VOCs分離出來。這些技術(shù)的發(fā)展都有效加快了有機(jī)廢氣的治理進(jìn)程。

5 結(jié)束語

在治理有機(jī)廢氣時，應(yīng)合理選擇適用方法技術(shù)，高效處理污染物。隨著科技的發(fā)展，對有機(jī)廢氣的處理技術(shù)也必然會得到更好的改進(jìn)，新技術(shù)的研發(fā)也不斷加快，早日實現(xiàn)有機(jī)廢氣的高效凈化，保護(hù)環(huán)境，創(chuàng)造更美好的和諧社會。

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