低濃度VOCs廢 氣處理技術(shù)及其應(yīng)用探究

林澤武

（安徽伊爾思環(huán)境科學(xué)有限公司，安徽 合肥 230000）

1 當(dāng)前揮發(fā)性有機(jī)廢氣的概況

揮發(fā)性有機(jī)廢氣有人為排放源、自然排放源等多種不同的排放源。其中，人為的排放源包括移動源、生活源與工業(yè)源等，自然的排放源包括濕地厭氧過程、森林火災(zāi)、動物排放、植被排放等。一般來說，揮發(fā)性有機(jī)廢氣在自然界中分布廣泛，大量的揮發(fā)性有機(jī)廢氣使得環(huán)境受到巨大危害，尋找合理、有效的處理技術(shù)已經(jīng)迫在眉睫。

在揮發(fā)性有機(jī)廢氣中，揮發(fā)性的有機(jī)化合物較多，如氨類、酮類、烴類、醛類、酸類等。其中釋放揮發(fā)性有機(jī)廢氣危害最大的是工業(yè)生產(chǎn)。①若揮發(fā)性有機(jī)廢氣中包含的苯蒸氣濃度較高，人們在吸入后會急性中毒，具有致死性的特點。②揮發(fā)性有機(jī)廢氣中的芳香胺、有機(jī)氮、多環(huán)芳烴等類型的化合物有較高的致癌率。③揮發(fā)性有機(jī)廢氣包含苯酸類有機(jī)物，一旦進(jìn)入到人體將會讓細(xì)胞蛋白質(zhì)出現(xiàn)變形、凝固等現(xiàn)象，引起人體各種不良反應(yīng)。④一些揮發(fā)性有機(jī)廢氣中的硝基苯、腈類化合物能夠入侵到人體的呼吸系統(tǒng)與神經(jīng)系統(tǒng)，直接讓人感到窒息、呼吸困難，直至死亡。

2 低濃度揮發(fā)性有機(jī)廢氣處理技術(shù)與應(yīng)用

2.1 生物技術(shù)

關(guān)于揮發(fā)性有機(jī)廢氣利用生物法處理的研究，早在20世紀(jì)80年代就已經(jīng)開始，從國內(nèi)外先進(jìn)的實踐中可以看出，生物法是當(dāng)前低濃度揮發(fā)性有機(jī)廢氣處理的一個有效途徑。借助生物技術(shù)對揮發(fā)性有機(jī)廢氣進(jìn)行處理時，主要利用了揮發(fā)性有機(jī)化合物組分能夠成為微生物養(yǎng)分或生命活動能源，在代謝降解以后，使有機(jī)物向細(xì)胞組成物質(zhì)、簡單無機(jī)物等進(jìn)行轉(zhuǎn)化。用于生物技術(shù)的揮發(fā)性有機(jī)廢氣處理裝置包括生物滴濾池、生物濾池與生物洗滌塔等。人們通過生物技術(shù)來處理揮發(fā)性有機(jī)廢氣時，大部分采用生物滴濾池這一系統(tǒng)，此種處理技術(shù)操作十分便捷[1]。

很多研究人員深入研究了動力學(xué)模式、有機(jī)物去除率、充填床特性等不同方面。整體來看，生物過濾器包括封閉式的多濾床、開放式的單濾床等主要形式，濾床厚度通常為1 m左右，面積根據(jù)處理器體量與設(shè)計處理效果來決定。在選擇過濾的材料時，通常以活性炭、泥炭、土壤、堆肥等水分保持能力強(qiáng)、適合微生物生存的材料。其中，堆肥這種材料應(yīng)用得最多，它是谷殼、干草、樹葉、碎木屑與生活垃圾共同組成的一種混合物，可以有效滿足揮發(fā)性有機(jī)廢氣對于過濾材料的各項要求，獲取較為容易，并且自身包含多種類型的微生物和無機(jī)營養(yǎng)成分。

2.2 吸附、解吸與催化燃燒技術(shù)與應(yīng)用

吸附、解吸與催化燃燒技術(shù)的工藝原理為：大風(fēng)量、低濃度揮發(fā)性有機(jī)廢氣在進(jìn)入到高效回轉(zhuǎn)式吸附區(qū)時，其有機(jī)物將會被吸附，凈化完廢氣以后將會排放；處于轉(zhuǎn)動狀態(tài)的吸附床有部分區(qū)域正在熱解吸，能夠?qū)⒏邼舛葥]發(fā)性有機(jī)廢氣釋放解吸，然后送到催化器中進(jìn)行一系列催化燃燒。這一過程中，形成的熱量一些用在高濃度預(yù)熱解吸后的揮發(fā)性有機(jī)廢氣，還有一些用在熱解吸中。

2.3 脈沖電暈放電技術(shù)

脈沖電暈放電這種處理廢氣的技術(shù)原理為：借助窄脈沖高壓，使揮發(fā)性有機(jī)廢氣能夠在常壓常溫狀態(tài)下進(jìn)行電暈放電，形成高能電子對有機(jī)分子，其他原子與分子進(jìn)行撞擊，原子產(chǎn)生活性粒子或降解，并繼續(xù)參與到反應(yīng)中[2]。這種處理技術(shù)得到大多數(shù)國家的應(yīng)用，并認(rèn)為其是廢氣處理的一個高效途徑，早期用在脫除廢氣中的NOX、SO2等，近些年開始用在處理揮發(fā)性有機(jī)廢氣上。國內(nèi)外大量學(xué)者研究了反應(yīng)器、處理效率、主要機(jī)理等。研究揮發(fā)性有機(jī)廢氣用脈沖電暈放電技術(shù)進(jìn)行處理時，現(xiàn)階段更多地停留于實驗室的階段。

應(yīng)用脈沖電暈放電技術(shù)來處理甲苯時，對鋼瓶內(nèi)的空氣作出了干燥處理，并將其分成兩路，有一路會進(jìn)入到甲苯的原料瓶，把甲苯的蒸氣帶出，借助閥門對氣體甲苯濃度與氣體流量進(jìn)行控制，還有一路會直接進(jìn)入到電暈放電的反應(yīng)器中。通常電暈放電的反應(yīng)器形式多樣，線板式與線筒式是經(jīng)常用到試驗中的兩個類型。這兩類反應(yīng)器都是一個非對稱的電場，其電場在內(nèi)部的分布不具備均勻性。為了使反應(yīng)器中電暈的放電得到加強(qiáng)，須為線筒式反應(yīng)器包扎金屬細(xì)絲網(wǎng)或?qū)⑩伔弁磕ㄔ诒砻嫔稀＝?jīng)過較長的時間，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)器里有催化劑存在時，去除揮發(fā)性有機(jī)廢氣含有的有機(jī)物比率就會顯著提高，并且氣體經(jīng)過反應(yīng)器的過程中會增加阻力，因此，研究人員會將催化器涂于反應(yīng)器的內(nèi)部，從而進(jìn)一步提升去除揮發(fā)性有機(jī)廢氣含有的有機(jī)物比率。

在實驗室一系列的試驗中，發(fā)現(xiàn)揮發(fā)性有機(jī)廢氣用脈沖電暈放電技術(shù)進(jìn)行處理時存在下列特征。第一，操作過程中，脈沖電壓峰值是極為重要的一個參數(shù)，去除揮發(fā)性有機(jī)廢氣的比率會由于電壓峰值提高而增加，其原因是增強(qiáng)電場的強(qiáng)度以后，自由基、高能電子等多種粒子的數(shù)量將會不斷增加。第二，催化劑能夠讓揮發(fā)性有機(jī)廢氣去除率充分提高，其原因是催化劑能夠讓反應(yīng)活化能降低。第三，當(dāng)電壓的峰值相同時，氣體流量和揮發(fā)性有機(jī)廢氣去除率表現(xiàn)出反比的關(guān)系，停留時間和揮發(fā)性有機(jī)廢氣去除率表現(xiàn)出正比的關(guān)系，去除率會因進(jìn)口濃度不斷提高而相應(yīng)降低，絕對去除量會因進(jìn)口濃度不斷提高而相應(yīng)增加。第四，若廢氣中包含水蒸氣的量較少，去除率就會由于水蒸氣含量不斷增加而相應(yīng)提高，并在特定峰值開始下降。第五，處理后的產(chǎn)物為CO、H2O與CO2。

2.4 光催化氧化技術(shù)

在對揮發(fā)性有機(jī)廢氣進(jìn)行處理時，光催化氧化技術(shù)是現(xiàn)階段較為新穎的一種方法。光催化氧化技術(shù)指的是通過光的作用而形成化學(xué)反應(yīng)，讓揮發(fā)性有機(jī)廢氣包含的有害物質(zhì)向無害化合物進(jìn)行不斷轉(zhuǎn)化，讓揮發(fā)性有機(jī)廢氣自身污染性大大降低。起初，光催化氧化技術(shù)主要在處理廢水的方面應(yīng)用，后來逐漸開始應(yīng)用到處理廢氣。現(xiàn)階段。國內(nèi)外的大量專家學(xué)者都對應(yīng)用光催化氧化技術(shù)的應(yīng)用展開了大量研究，其研究結(jié)果表明，若催化劑的選擇合理，應(yīng)用光催化氧化技術(shù)可以讓揮發(fā)性有機(jī)廢氣去除污染物的比率高達(dá)70%～80%，具有十分明顯的處理效果[3]。

應(yīng)用光催化氧化技術(shù)時，特定波長的光照條件下，可借助催化劑具備的光催化性，讓表面揮發(fā)性有機(jī)化合物進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，然后使有機(jī)物最終氧化成為H2O、CO2與無機(jī)小分子物質(zhì)。通過UV紫外線的光束對揮發(fā)性有機(jī)廢氣進(jìn)行照射，將其中的二甲苯、甲苯、苯等分子鏈結(jié)構(gòu)進(jìn)行裂解，讓高分子化合物的分子鏈經(jīng)過紫外線高能光束的照射，向低分子的化合物進(jìn)行轉(zhuǎn)變與裂解，比如H2O與CO2等。同時，該光束還能將空氣氧分子有效分解成游離氧，游離氧自身正負(fù)電子不具有平衡性，和氧分子相互結(jié)合后會有臭氧形成。由于臭氧自身氧化作用較強(qiáng)，因此，能夠充分清除低濃度的揮發(fā)性有機(jī)廢氣。按照揮發(fā)性有機(jī)廢氣濃度高度與風(fēng)量大小，光催化氧化過程中為了讓設(shè)備的使用壽命、處理效果得到保證，需要進(jìn)行廢氣源預(yù)處理的工作，將酸性的氣體取出后方可讓其進(jìn)入到凈化設(shè)備中。酸性氣體能夠很好地溶于水中，因此，預(yù)處理的工藝應(yīng)采用水洗裝置。

2.5 低溫等離子體法

低溫等離子法的技術(shù)原理是：借助射頻放電等技術(shù)得到大量活性粒子與高能粒子，通過二者的綜合作用，讓揮發(fā)性有機(jī)廢氣有害化合物與有毒化合物向無害二氧化碳、氮氣、水等進(jìn)行轉(zhuǎn)化。作為一種新型的處理技術(shù)，由于其能耗較低、工藝簡單等優(yōu)勢，變成處理揮發(fā)性有機(jī)廢氣中具有較高應(yīng)用價值與推廣潛力的先進(jìn)技術(shù)。等離子體是原子被剝奪電子或被電離以后形成的氣體狀、離子化物質(zhì)，物質(zhì)除了氣態(tài)、液態(tài)與固態(tài)外，它是第四種形態(tài)。低溫等離子體屬于優(yōu)良的導(dǎo)電體，其磁場通過十分巧妙的設(shè)計以后，能夠使等離子體加速、移動或被捕捉。等活性粒子能夠和不同類型的污染物產(chǎn)生作用，實現(xiàn)凈化揮發(fā)性有機(jī)廢氣的目的，能夠讓部分常規(guī)條件下難以開展的化學(xué)反應(yīng)順利進(jìn)行，且完成時間十分短暫，因此可充分應(yīng)用到處理低濃度揮發(fā)性有機(jī)廢氣。

2.6 納米微電解氧化技術(shù)

納米微電解凈化技術(shù)充分運(yùn)用了納米級壓電性甲供材料，若具備特定濕度條件，可借助微電解電場使納米微電解材料形成的電性來吸附污染物，并且能夠?qū)⒘u基負(fù)離子大量釋放出來用于凈化氣體中的污染物，揮發(fā)性有機(jī)廢氣內(nèi)絕大多數(shù)的有機(jī)物將會被去除，同時對硫化氫與氨氮等無機(jī)臭氣進(jìn)行分析[4]。

3 結(jié)語

研究低濃度揮發(fā)性有機(jī)廢氣處理技術(shù)與應(yīng)用具有重要的意義。研究人員應(yīng)對當(dāng)前揮發(fā)性有機(jī)廢氣的概況有一個全面了解，能夠?qū)⑸锛夹g(shù)、脈沖電暈放電技術(shù)、脈沖電暈放電技術(shù)、光催化氧化技術(shù)、低溫等離子體技術(shù)、納米微電解氧化技術(shù)等多種技術(shù)充分應(yīng)用到處理低濃度揮發(fā)性有機(jī)廢氣的過程中，從而實現(xiàn)VOCs污染的有效治理，使排放的VOCs濃度符合國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。