復雜工業有機廢氣處理方法及裝置

劉玲玲

（蘇州優樂蜂環保科技有限公司，江蘇蘇州215128）

1 引言

隨著我國現代化進程不斷加快，人民社會生活對于能源的需求越來越大。同時，我國的工業發展速度也逐步加快，伴隨產生的環境破壞問題也日益突出[1]。在各種影響因素中，有機廢氣的影響尤為突出，特別是印刷、涂裝、石化、化工等行業[2]。有機廢氣的大量排放對我國的社會環境、人民生活質量都造成了非常惡劣的影響，為了改善人民群眾的生活環境，提升生活質量，有必要對復雜的工業有機廢氣進行專業治理，以避免有機廢氣排放對建設我國清潔社會的影響，并從源頭上解決空氣污染問題，實現各行各業的長效、綠色以及可持續發展[3]。

2 有機廢氣的主要來源

有機廢氣，顧名思義就是在生產活動中排放出來的含有碳氫化合物、苯系物、醇類、酮類、酚類、醛類、胺類等有機化合物的不可回收利用的氣體，這些氣體的來源主要是工業及農業領域[4]。其中工業領域主要為化工、石化、印刷涂裝等行業。這種有機廢氣的擴散速度相當快，如果不加處理直接排放，將會對我們的生態環境及人民的身體健康造成嚴重的影響。除此之外，有機廢氣的排放還會對農作物以及部分昆蟲動物產生消極影響，嚴重威脅了生態平衡[1]。

3 有機廢氣的主要危害

揮發性有機物（VOCs）是工業有機廢氣的主要成分，是具有一定毒性的氣體。在生產過程中，特別是農業及工業中的石化、化工領域，會有大量VOCs的排放，這些會對人類、植物以及氣候造成非常嚴重的傷害[5]。

3.1 對人體健康的危害

大部分VOCs揮發性有機物均有一定的刺激性氣味，會對人的呼吸系統產生影響，引發鼻炎、肺炎等疾病。部分VOCs如芳香烴等排放到空氣中，嚴重時會導致人體引發腫瘤病變和其他重疾，如制鞋工藝中的“三苯”可引發中毒死亡；涂料溶劑中揮發的甲苯和二甲苯等有毒氣體也是危害人們健康的重要污染源，是對人體健康有重大威脅的氣體[6]。另外，VOCs可引發一系列光化學反應，在紫外光照射下，VOCs可與NOx和空氣中的其他物質發生反應，生成的臭氧等物質可間接的促進霧霾及光化學煙霧的形成，這些不良天氣均會對人體的呼吸系統和眼睛造成影響，引發不適。

3.2 對植物造成的危害

工業廢氣中的VOCs對植物也會造成十分嚴重的危害。植物是環境中有害氣體的天然凈化器，可以有效改善人類生存環境的空氣質量，而工業廢氣中的VOCs會對植物的光合作用造成影響，導致植物枯黃落葉，無法再為生態環境凈化空氣。同時，工業廢氣中的VOCs還會對農作物造成影響，引起農作物減產[7]。

3.3 對全球氣候的危害

有研究表明，目前造成大氣污染的主要原因是工業廢氣中的VOCs，而且工業廢氣中的VOCs對大氣環境的影響是全球性的。VOCs對環境的破壞主要有以下三個方面：1）工業廢氣中的VOCs會導致全球氣候變暖和冰川融化，對生態環境造成嚴重破壞。2）工業廢氣中的VOCs會導致酸雨，影響植物生長并造成農作物減產，腐蝕建筑物等。3）工業廢氣中的VOCs會造成臭氧層的破壞[8]。

4 工業有機廢氣處理技術

4.1 吸收法處理技術

吸收法處理技術的原理就是利用有機廢氣的溶解性或反應性，選擇恰當的吸收介質，將有機廢氣從氣流中分離出來的過程。其中物理吸收法和化學吸收法是主要的兩種液體吸收方法，這兩種方法都可以有效吸收有機廢氣。例如，處理技術中使用水作為吸收劑，吸收易溶于水的有機廢氣[9]。吸收法處理有機廢氣不僅可以有效轉化氣體污染物，而且可以將氣體污染物轉化為有價值的產品，因此吸收法是一種治理有機廢氣的重要方式和途徑。在我國現階段，已在處理工業有機廢氣過程中積攢了大量的經驗，吸收處理技術比較成熟，是有很強應用性的工業有機廢氣處理技術，因此該技術也被廣泛應用于大氣污染的治理之中。

吸收法處理技術的關鍵為吸收劑、吸收條件及吸收設備。根據有機廢氣的種類及產生條件選擇合適的吸收劑、設計與產氣情況相匹配的吸收設備及吸收條件，是保證吸收法高效處理有機廢氣的關鍵[10]。主要的吸收設備包括：填料塔、湍球塔、板式塔等。

4.2 吸附法處理技術

吸附法處理技術的原理主要是利用分子間的作用力，采用多孔固體來吸附和處理有機廢氣，然后實現凈化有機廢氣的目標。當工業有機廢氣被吸附到一定范圍后會有吸附的有機物被解吸的情況出現，一旦吸附物被解吸，便可以進行再回收。這主要是因為在特定的吸附過程中，物理吸附是高度可逆的，而解吸與物理吸附相反[11]。

活性炭是一種普遍的、常用的吸附劑，活性炭的主要形式包括活性炭顆粒、蜂窩活性炭、活性炭纖維等。活性炭吸附劑的比表面積較大，吸附率較高。活性炭吸附劑在其自身的吸附過程中產生的吸附效果與其本身包含大量的孔、表面積較大特征有著緊密聯系，同時與廢氣的基本性質、濃度和類型有關。活性炭吸附劑的強吸附作用不僅與其自身的性能有關，而且與有機物的性能密切相關[12]。活性炭吸附工藝流程如圖1所示。

圖1 活性炭吸附工藝流程

在此過程中，如果有機廢氣的濃度較低并且需要較高的凈化要求，可選用吸附法對有機廢氣進行吸附濃縮，以達到廢氣治理的目的。

去除效率高、可以徹底凈化、能量消耗少都是目前吸附處理技術的優點。如今，我國現有的吸附法處理技術已經發展得相當成熟，吸附法處理工業有機廢氣技術可靠，市場推廣力度較高，它還帶來了環境和經濟利益[13]。 但是，吸附工藝技術也有一定的缺點，比如目前我們所使用的吸附劑不能被重復利用，如果在處理完工業有機廢氣之后，不能很好處理吸附劑將會對環境造成二次污染，得不償失。嚴重時，這些吸附劑可能會更加有害，變成十分危險的物質，因此加大了消除成本[14]。

4.3 熱破壞處理技術

通常用于處理工業有機廢氣的熱分解技術稱為燃燒法，熱分解技術的基本原理是高溫環境下有機廢氣的氧化和熱解。在我國現階段，熱破壞處理技術是一種處理工業有機廢氣的重要方法之一[15]。直接燃燒(如RTO)和催化劑燃燒(如RCO)是現階段熱破壞燃燒類型的兩種主要類型。兩種類型的處理過程主要為：直接燃燒是指在特定的容器內在一定的溫度條件下（650~850℃范圍內）燃燒一些有害的有機物質，然后是小的無機分子，例如二氧化碳和水的過程[16]。這種清潔工業有機廢氣的方法可實現99%的治理效率，具體見圖2。催化燃燒方法是在催化劑的作用下處理有機廢氣。

圖2 直接燃燒處理工藝流程

熱破壞處理技術治理效果十分明顯，作用非常突出，可以將有機廢氣徹底去除。催化燃燒技術將使用貴金屬、賤金屬和其他催化劑。 其中，貴金屬催化劑具有良好的低溫催化活性和低閃點，賤金屬催化劑的類型是多種多樣的。

催化劑燃燒經常會發生催化劑中毒的現象。這是因為有機廢氣中包含著大量的雜質，包含汞，鉛，磷，鋅和其他物質。 這些物質在實際燃燒過程中會轉化為有機物質，容易附著在催化劑表面，大大降低催化劑的活性。 因此，選擇與催化劑的活性和穩定性有關的催化劑非常重要。

4.4 生物處理技術

生物處理技術原理是通過微生物將工業有機廢氣分解成簡單的無機物。生物處理技術的本質是在一定的環境條件下，微生物將利用有機廢氣中的有機化合物將其轉化為必需能量，以維持生命。同時，它們分解有機物質，并將其從小分子轉變為無毒無害的物質，例如水和二氧化碳。使用微生物進行廢物處理的這種方法已經存在了很長時間，并且可以用于凈化工業廢氣。生物處理技術工藝流程圖如圖3所示。

圖3 生物法凈化工業廢氣的傳質降解模型

綠水青山就是金山銀山。十八大以來我國愈來愈注重對于生態環境的保護，工業有機廢氣是發展經濟的副作用產業，無視有機廢氣的存在，任由其污染空氣，破壞生態環境，終會讓我們付出慘重的代價，因此我們必須有效控制工業有機廢氣的排放，利用現代化的治理技術處理工業生產過程中產生的有機廢氣，避免其污染生態環境。文章通過總結吸收法處理技術、吸附法處理技術、熱破壞處理技術、生物處理技術的原理和處理有機廢氣的過程，利用裝置來去除工業生產過程中的有機廢氣，以降低其對環境的負面影響。