有機廢氣處理技術研究進展

彭雅麗

(青龍縣環境監察大隊，河北秦皇島 066500)

有機廢氣處理技術研究進展

彭雅麗

(青龍縣環境監察大隊，河北秦皇島 066500)

有機化工、印刷以及油漆噴涂等工業過程排放的有機廢氣對大氣環境造成了污染，為此介紹了各種有機廢氣處理新技術的機理、特點和應用。

有機廢氣；處理技術；變壓吸附；膜分離法

有機廢氣主要來源于煉油與石化、有機精細化工、合成材料、化學藥品原藥制造、裝備制造涂裝、塑料產品制造、電子設備制造、印刷、黏合、工業清洗等行業，以及建筑裝飾、餐飲服務和服裝干洗等日常生活。人體長期接觸有機廢氣，會通過呼吸系統經人或皮膚吸收到體內，引起肝、神經及造血系統的損傷，引起的癥狀主要有頭暈頭痛、惡心嘔吐、心慌氣喘、疲乏無力、血象變化等，而且對人體和動物存在嚴重的“致畸、致癌、致突變”危害[1]。因此，有機廢氣的治理越來越受到人們的重視，成為了大氣污染治理中的重點之一[2]。

1 傳統有機廢氣處理技術

以前普遍采用的廢氣處理方法有吸收法、吸附法、直接燃燒法、催化燃燒法、生物過濾池、生物滴濾塔、生物洗滌塔等。其中吸附法、催化燃燒法已經比較成熟，并且已經有了工程技術規范[3-4]。但是這些方法都存在著一定程度的不足：吸附法中不同氧化劑改性的吸附劑對有機廢氣的吸附量不同[5]，而且吸附劑價格較貴；直接燃燒法和催化燃燒法投資與運行費用較高，而且不適用于較常見的低濃度高流量的有機廢氣的處理；吸收法難以處理化學性質穩定且難溶于水的有機廢氣；生物法處理有機廢氣只適于組成相對較簡單的有機廢氣，對組成復雜的工業有機廢氣處理起來比較困難。基于傳統處理方法的不足，新廢氣的處理技術開始引起了人們的廣泛重視，成為研究的新方向。

2 有機廢氣處理新技術

2.1低溫等離子體技術

低溫等離子體技術是在電場的作用下，高頻放電產生瞬間高能，打開有機廢氣分子的化學鍵，使之分解為單質原子或無害分子，并且等離子體的高能電子、正負離子、激發態粒子和具有強氧化性的自由基，這些粒子可以氧化有機廢氣中的分子。有機廢氣的低溫等離子體處理是一門新興的技術。

低溫等離子體技術的特點是：等離子體的高能電子、正負離子、激發態粒子可以與碳氫化合物、氮氧化合物、硫化氫、硫醇等污染物反應，生成二氧化碳、水、氮氣、二氧化硫等簡單無機物質。

典型的有機廢氣如：苯、甲苯、乙硫醇、二氯丙烷等采用電暈放電形式的低溫等離子體處理惡臭廢氣是可行的，停留時間越長、電壓越高，脫除效果越好。

2.2變壓吸附技術

變壓吸附的基本原理是利用氣體組分在不同吸附劑上吸附特性的差異，以及吸附量隨壓力不同而變化的特性，通過壓力變換實現氣體的分離或提純[6]。變壓吸附由于采用了壓力漲落的循環操作，強吸附組分在低分壓下脫附，吸附劑得以再生。在加壓下進行吸附，減壓下進行解吸。

由于循環周期短，吸附熱來不及散失，可供解吸之用，所以吸附熱和解吸熱引起的吸附床溫度變化一般不大，波動范圍僅在幾度，可近似看作等溫過程。變壓吸附常用的吸附劑有硅膠、活性氧化鋁、活性炭、分子篩等，另外還有針對某種組分選擇性吸附而研制的吸附材料。氣體吸附分離成功與否，很大程度上依賴于吸附劑的性能。

CHIHARA等應用兩塔工藝的變壓吸附技術，吸附劑為高硅沸石，吸附壓力為0.2 MPa、脫附壓力為0.04 MPa，處理二氯甲烷氣體[7]。GILLILAND 等采用四塔工藝的變壓吸附技術，吸附壓力為0.195 MPa，脫附壓力為常壓，從空調的通風氣流中回收全氟烷烴等，處理效率大于99%[8]。

變壓吸附技術的優點是一次性投資低、能耗小、自動化程度高和可靠性強等優點，可以獲得純度比較高的副產品，實現廢氣資源化，產生較好的經濟效益。

2.3納米TiO2光催化技術

隨著納米技術的發展，納米技術也應用到有機廢氣的處理中。納米TiO2光催化能有效地將有機廢氣轉化為二氧化碳、水等無機小分子物質，還可以去除氯仿、多氯聯苯、有機磷化合物、多環芳烴等難降解或用其他方法難以去除的有機廢氣[9]。在一定的條件下，納米TiO2能將用化學法氧化難以分解的“三致”有機物徹底分解為二氧化碳、水和簡單的無機酸，且無二次污染。

俞家玲等的研究結果表明，方法在模擬實驗室揮發有機物質創造污染源環境，開啟空氣凈化器，然后采樣進行測定。結果苯的降解效率為91%，甲醛的降解效率為78.8%[10]。

TiO2光催化技術不僅以其化學活性高、安全無毒、價格低廉、操作簡便、以及條件溫和無二次污染的突出優點，在廢氣處理中受到普遍重視。

2.4膜生物反應器

隨著新材料的研制開發以及膜生物技術在廢水處理中的成功應用，人們開始關注膜技術在有機廢氣處理中的應用。

膜生物反應器是將傳統的微生物廢氣處理技術與膜技術相結合，不僅具有生物方法環保的優點,而且膜材料作為生物降解的傳質界面,可以提供比較大的比表面積，增強降解效果，提高去除效率。

膜生物反應器目前還處于實驗室小型研究階段，而且這種方法的構建和運行成本比較高，因此從實驗到運行還需要更多的研究和實踐。同時膜生物反應器具有流量低、阻力大、對水溶性差的污染物去除效率低等缺點，在一定程度上限制了膜生物技術在廢氣處理中的應用。

2.5微波催化氧化技術

有機廢氣的微波催化氧化技術是由填料吸附/微波解吸技術發展而來，并將一般的熱解吸方式轉變為微波解吸，降低了能耗、縮短了解吸所需的時間，而且吸附劑反復使用20次，還可以保持原有吸附能力[11]。國外已經有微波催化氧化技術在有機廢氣處理中的小規模應用，在中國尚處于研究階段。

與常規加熱催化熱解技術相比，微波催化氧化技術的優點是催化熱解效率高、能耗比較低、吸附劑的損耗小、啟動迅速、解吸時間比較短、對環境溫度影響小；缺點是對不同的有機廢氣需要選擇不同的吸附劑，而且微波功率、加熱時間、載氣流量等對微波催化氧化效率都有一定的影響。

2.6膜分離法

膜分離法處理有機廢氣的原理是在壓力驅動下,利用有機廢氣組分分子大小的不同，在膜結構內的擴散能力、滲透速率的不同來實現有機廢氣與空氣的分離[12-13]。

采用膜分離技術處理油氣，具有流程簡單、運行費用低；設備占地面積小、質量輕、便于安裝;易放大、和其他技術兼容性好；回收率高、能耗低、無二次污染等優點。近年來，隨著膜材料和膜技術的進一步發展，國內外已有許多成功應用的范例。

通過投入產出分析，一座加油量7 000 t/a的加油站，上一套膜油氣回收系統投資約30萬元，年運行費用約7 000 元，按0.5%的回收率計算，年回收汽油35 t。據國家發展改革委員會于2013-05-09發布的關于提高國內成品油價格的通知，汽油的市場價格為 8 220 元/t，可年獲利28.8 萬元，投資回收期大約為13個月。膜油氣回收系統壽命可達15～20 年，回收油氣的經濟效益顯著。

3 結 語

近20年以來，學術界對有機廢氣處理技術的關注度逐漸上升，新的技術層出不窮。本文總結了新的有機廢氣處理工藝的原理、影響因素、實用范圍及去除效果，認為變壓吸附法和膜分離法有較好的應用前景。

變壓吸附法處理組分簡單的有機廢氣投資少，自動化程度高，可以回收產品，實現有機廢氣資源化，產生良好的經濟效益，符合中國的循環經濟政策，在中國有機廢氣治理領域有較好的發展前途。

膜分離法已經在石油行業油氣回收中實際應用，其處理效果明顯，有良好的環境效益和經濟效益。

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Research progress of organic waste gas treatment technology

PENG Yali

(Environmental Supervision Branch of Qinglong County, Qinghuangdao Hebei 066500, China)

Many industrial processes, such as organic chemistry industry, print industry, and paint spraying, emit organic waste gas, which has polluted atmospheric environment. The mechanisms, characteristics, and applications of various treatment technologies for organic waste gas are introduced.

organic waste gas; treatment technology; pressure swing adsorption; membrane separation process; new technology

1008-1534(2013)04-0306-03

X506

A

10.7535/hbgykj.2013yx0420

2013-04-30;

2013-05-29

責任編輯：陳書欣

彭雅麗(1980-)，女，河北青龍人， 助理工程師，主要從事環境監察方面的工作。

E-mail：chinstein@163.com