有機廢氣治理及其技術與應用探討

欒德海

【摘要】圍繞有機廢氣的產生，結合有機廢氣的主要特點，對燃燒凈化技術、有機廢氣吸附凈化技術、有機廢氣治理常用技術、吸收技術、催化氧化燃燒技術、等離子體分解技術等進行了概述，并結合高溫等離子焚燒技術應用作了簡要分析，以為有機廢氣治理及其技術與應用提供技術參考。

【關鍵詞】有機廢氣 ?治理技術 ?技術應用

一、有機廢氣的產生

有機廢氣主要來自以煤、石油、天然氣為燃料或原料的工業或與之有關的化工企業。如石油、天然氣的開采與加工以及化工行業生產過程中排放的廢氣，石油和化工工廠及石化產品的存儲設施，使用石油及石油化工產品的場合與燃燒設備如各種內燃機、燃煤、燃油、燃氣鍋爐與工業鍋爐，印刷及其他與石油和化工有關的行業、以石油產品為燃料的各種交通工具都是有機廢氣的源頭，此外有機物的加工與運輸，糞便池、沼氣池及垃圾處理站等也都會產生有機廢氣。自然的生物過程也使周圍的有機物含量上升，包括來自動植物、森林火災和沼澤地的厭氧過程。

二、有機廢氣的主要特點

由于有機廢氣一般都存在易燃易爆、有毒有害、不溶于水、溶于有機溶劑、治理難度大的特點。在有機廢氣治理時普遍采用的是有機廢氣活性炭吸附治理法、催化燃燒法、催化氧化法、酸堿中和法、等離子法等多種原理。一般推薦使用等離子法，因為低溫等離子法具有去除效率高使用方便的特點。比較好的有機廢氣治理方法是催化氧化凈化系統，廢氣治理設計周密、層層凈化過濾廢氣，效果較好。

三、有機廢氣治理常用技術

近年來，有關居住區居民對工業廢氣的污染問題投訴越來越多。因此，尋求該類廢氣的有效處理技術已經迫在眉睫。由于區域性大氣復合污染進一步加劇，環境質量不斷惡化，各個層面都加大了對于有機廢氣治理技術的研發力度，推進了新技術、新材料的研發和應用。

（一）燃燒凈化技術

它是利用某些廢氣中污染物可以燃燒氧化的特性，將其燃燒轉變為無害或易于進一步處理和回收物質的方法。該法的主要化學反應是燃燒氧化，少數是熱分解。石油煉制廠、石油化工廠產生的大量碳氫化合物廢氣和其他危險有害的氣體;溶劑工業、漆包線、絕緣材料、油漆烘烤等生產過程產生的大量溶劑蒸氣;咖啡烘烤、肉食煙熏、搪瓷焙燒等過程產生的有機氣溶膠和煙道中未燒盡的碳質微粒以及所有的惡臭物質，如硫醇、氰化物氣體、硫化氫等，都可用燃燒法處理。該法工藝簡單，操作方便，可回收熱能。但處理低濃度廢氣時，需加入輔助燃料或預熱。

（二）有機廢氣吸附凈化技術

吸附凈化技術是一種傳統的VOCs處理方法，具有低能耗、工藝成熟、去除率高、凈化徹底、易于推廣的優點，有很好的環境和經濟效益。缺點是設備龐大，流程復雜，吸附劑需要再生，且當廢氣中有膠粒物質或其他雜質時，吸附劑易中毒。近幾年來，由于環保要求日益嚴格，吸附技術得到了迅速的發展，出現了新的吸附工藝和設備;同時吸附劑的改進，如活性炭纖維和沸石的使用，也擴大了吸附技術的應用范圍，使吸附成為有機廢氣（溶劑）處理技術的首選方法。根據選取的吸附材料以及吸附機理的不同，吸附法又可分成化學吸附和物理吸附。化學吸附利用的是疏水鍵去除有機污染物的，例如用酚醛樹脂吸附劑去除鄰苯二甲酸二甲酯類物質。但是化學吸附劑，更多的是運用在去除水相污染物當中，用來去除有機廢氣的情況比較少見，究其原因是吸附劑與氣體接觸時間不夠長，無法進行有效的反應，導致吸附效果達不到預期。這就使得人們在實際生產中選擇物理吸附材料處理有機廢氣，比如活性炭、沸石等。選擇這種孔狀結構，比表面積大，物理吸附能力強的吸附劑符合去除有機氣體的要求。

（三）吸收技術

吸收法一般情況是指的是液體吸收法，其基本的原理是廢氣和吸收劑接觸很充分，吸收劑對于有害物質進行吸收，再經過接吸收過程，從吸收劑中除去廢氣并提取吸收劑，這樣就使得吸收劑能夠被循環利用。目前廢氣處理設備中噴淋裝置是使用吸收的原理進行制作的。物理吸收劑是利用的物質具備相似相容的物質特性，比如常見的吸收劑水，可以用于去除那些易溶于水的氣體，像丙酮、甲醇、醚，但是對于水溶性差的物質水無法起到作用。這就需要使用化學吸附的方法，其主要的原理是吸附劑上面的基團與有機廢氣發生，就當前國內外對吸收法的應用，可以獲得以下經驗總結。一是國內外研究者研究了不同溶劑吸收法對各種有機廢氣污染成分的處理效果，吸收劑主要包括有機溶劑、表面活性劑和水，還包括新型環保型吸收劑環糊精;因此廢氣種類不同，采用的吸附劑的種類也就不同。

（四）催化氧化燃燒技術

對于處理那些有毒、有害、沒有回收價值的氣體，如VOCs，氧化法是最佳的處理手段。該方法的基本原理是VOCs同氧氣發生氧化反應生成水和二氧化碳，氧化反應就好比燃燒過程一樣，最后得到的成分是對空氣無害的水和二氧化碳。通常采用以下兩種方法促使氧化反應的順利進行：一種是加熱升溫，即熱氧化法，使得廢氣達到氧化反應必需的最低溫度;另一種是催化氧化，催化氧化是指不改變反應的溫度和壓強，向反應環境中添加金屬催化劑，例如Pt、Pd、Ni等，廢氣中的有機污染物同氧化劑發生的氧化反應，催化劑的存在可以大大降低催化燃燒所需要的溫度。如何獲得高效的催化劑是催化氧化法的關鍵。

（五）等離子體分解技術

這種處理技術主要是在氯氟烴中依據等離子體分解技術來分解有機廢氣的技術，目前已經在工業生產中得到廣泛應用，能夠在短時間內進行分解，同時也不需要嚴格要求設備的規模，不論是小型設備還是大型設備都可以應用這種技術。運行等離子體分解技術的時候包括兩種子系統，第一是能夠依據高頻等離子體來對等離子體進行急速加熱，保證能夠在短時間內溫度上升到10000℃，此時可以在超高溫環境下分解系統，水蒸氣和等離子體進行化學作用是分解有機廢氣的基本原理。第二，實際上就是依據等離子子系統可以避免合成二惡英排氣急冷系統，降低溫度到80°C以下。

四、有機廢氣治理技術應用

以高溫等離子焚燒技術為例，工業廢氣在反應器中由常溫急劇上升至三千度高溫，在高溫、高電勢的雙重作用下，有機污染成分（VOCs）瞬間被電離并完全裂解。經高溫等離子焚燒處理，工業廢氣中有機物（VOCs）裂解成為碳、二氧化碳、水蒸氣等單質物質。高溫等離子焚燒技術能夠處理高濃度、成分復雜、易燃易爆、含有固態、油狀物的工業廢氣。高溫等離子焚燒技術在工業廢氣處理方面的應用是一個劃時代的技術變革。高溫等離子焚燒技術將逐步取代天燃氣RTO，成為新興產業。