有機廢氣治理技術的研究進展

高宏俊

(深圳市科德環?？萍加邢薰?廣東 深圳 518052)

0 引言

隨著工業排放的廢氣對環境造成的影響不斷加重，治理有機廢氣成為解決環境問題的重要環節。近幾年隨著科技的發展，科研單位對如何治理有機廢氣展開了深入的研究，其成果逐漸被應用到實際操作中去，市場上已經有了多種能有效治理廢氣的技術和設備。

1 傳統治理技術的相關概念

1.1 生物處理法

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

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兩個類別。化學吸附劑是通過其疏水鍵產生吸附作用，去掉其中的有機污染物。因為在氣固兩相中有機廢氣不能與吸附劑進行有效時間的接觸，化學反應來不及完成，達不到有效的吸附效果，使得化學吸附更適合去除水相中的有機污染物，很少被應用于有機廢氣的去除。因此，有機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構的活性炭或沸石等，它們物理吸附能力強，可適用多種范圍。選擇材料治理有機廢氣時一般選擇纖維狀的材料，因為它的材料傳質速率快，比蜂窩狀和顆粒狀的材料更具優勢。

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性有機廢氣。氧化法是將該廢氣與氧氣產生反應，生成二氧化碳和水。采取以下兩種方法可以促進該氧化反應順利進行：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，廢氣中含有的有機成分會產生氧化反應，催化劑會使起燃溫度達到250～300攝氏度。該方法的關鍵核心是其高效氧化劑。②加熱：對廢氣加熱，使其中的VOCs達到反應所需溫度，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、傳質性和壓降性，已經成為了研究重點。在催化劑中，活性組分是根本性的物質，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，不斷的被重復利用。該方法中的吸收過程有物理和化學兩種。物理方法依據相似相溶這一原理，利用最常用的吸收劑，將溶解在水中的丙酮、醚、甲醛等有機溶劑氣體和微溶在水中的煙、灰塵、漆霧等物質除去。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。而化學吸收能夠使有機廢氣與吸收劑上的活性基團發生化學反應，從而產生吸收作用。

2 傳統技術存在的限制

2.1 生物法的限制

微生物對苯類物質和PAEs進行降解時，有機物中的聚合物及復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部，也無法破壞其中敏感的反應鍵，因此在降解這類有機污染物的時候速度非常慢，大大限制了生物處理法的應用范圍。

2.2 活性炭吸附的限制

使用活性炭進行吸附作用實質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。如果有機廢氣中的污染物是多種氣態共存，活性炭的吸附作用將會大幅降低，遠遠不及氣態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

對有機廢氣催化其氧化反應時，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、熱穩定性和水熱穩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，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移到液相，或化學轉變到液相。液相吸收法中對氣態污染物使用的噴淋吸收僅對高濃度或低濃度大風量的有機廢氣效果較好，對低風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 各傳統技術適用范圍

3.1 生物法適用范圍

生物處理技術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廢氣，廢氣流量應小于每立方米50000毫克，其中的TOC每立方米應小于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，吸附效果在酸性環境中效果明顯好于堿性環境，并且周圍氣體溫度應為常溫，如果溫度高出規定值，應增設氣體冷卻裝置降低溫度，使活性炭恢復其最佳的吸附狀態。

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廢氣或濃度低大風量的廢氣。

4 治理廢氣新技術

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)等半導體能夠在光照作用下將其吸收的光能轉化為化學能，激發一種高能粒子——“電子-空穴”對，這種粒子在于周遭的水和氧氣發生反應以后，能產生一種自由基活性物，這種物質擁有極強的氧化能力。早在1976年，凱里等人就實現了二氧化鈦在紫外光下催化脫氯了廢水中含有的多氯聯苯。

4.2 UV光催化技術

高能高臭氧的UV紫外線光束照射有機廢氣后能使其產生裂解，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菌的核酸遭到破壞，之后臭氧會對其形成氧化反應，從而達到徹底脫臭和滅殺細菌的作用。

除了以上兩種技術，還有將各種傳統技術綜合使用的處理技術、低溫等離子體等凈化技術，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。這些技術的發展都有效加快了有機廢氣的治理進程。

5 結束語

在治理有機廢氣時，應合理選擇適用方法技術，高效處理污染物。隨著科技的發展，對有機廢氣的處理技術也必然會得到更好的改進，新技術的研發也不斷加快，早日實現有機廢氣的高效凈化，保護環境，創造更美好的和諧社會。

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