有机废气的治理技术

有机废气的治理技术

VOCs（挥发性有机化合物）是指各种人类活动和生物代谢排放到大气中的挥发性有机化合物的总称，是导致雾霾天气形成的主要原因之一。VOCs作为二次PM2.5的一种前体物，来源很多，大部分来自于有机溶剂的挥发，如汽车涂装、家居喷漆、印刷涂布等。其中含有的某些化学品如苯，甲苯、卤化碳卤代烯烃（三氯乙烯、二氯乙烯）类物质不仅会对大气环境造成严重污染，而且当人体吸入这种被污染的气体后，对眼睛和呼吸管道的刺激、头疼等均为影响人体健康的潜在威胁。现阶段，很多国家与地区陆续开始对VOCs进行规范与限制。随着雾霾、PM2.5等大气问题在我国日趋严重，所以在源头上控制VOCs的排放势在必行，VOCs的治理迫在眉睫。

现阶段，各行业主要采用的VOCs治理技术可大体上分为两类：一类是传统处理方法，基本思路是利用吸收过滤、燃烧分离排放的VOCs，在末端采取提纯等措施，达到资源化循环利用。常见的有冷凝法、吸收法、吸附法、燃烧法等；另一类是新兴的一些生物技术，膜分离技术等。它的基本原理是在微生物选择作用，把VOCs中有害有毒物质分解转化为无机物。具体有生物洗涤塔、生物滴滤塔、生物过滤塔等。

一.传统处理方法

1.1冷凝法

冷凝法就是根据有机气体的化学性质，通过降低气体温度使有机蒸汽达到过饱和后从气体中液化出来得到净化回收，再经过活性炭的间隙吸附作用或选择对废气中的有机物溶解度和选择性大的溶剂作为吸附液对处理气体进行减排处理。该法常用于高浓度、低温、小气体量条件下。比如一些石油化工轻质油品生产、转储运、销售过程以及各种使用有机溶剂的行业。但冷凝法不适宜处理低浓度的有机气体，所以常作为其他净化高浓度废气的前处理，以降低有机负荷，回收有机物。如焦化厂用冷凝法回收沥青烟以消除污染；炼油厂、油毡厂氧化沥青尾气亦先用冷凝法回收油，然后再送去燃烧净化。通常情况下，考虑该技术作为一级处理技术，后期结合其他技术。

1.2吸收法

吸收法主要是利用溶剂吸收VOCs，根据物理性质的不同分离VOCs与吸附剂，从而达到净化的目的。通常低浓度、低温、高压下VOCs去除更适用于此方法。吸收剂本身性能指标，以及使用的吸收设备的结构特征决定吸收效果。目前采用的吸收剂有柴油、煤油、水等。当吸收液为水时，回收有机溶剂简单易行，只需经过精馏处理；但当非水类溶剂时，为节约成本，应采用再生吸收剂，所以同样存在二次污染的问题。此类方法常用于一些涉及油漆涂装作业企业。

1.3吸附法

吸附法是指当含有VOCs气相接触到多孔性固体后，由于固体表面存在的未平衡的分子吸引力或化学键力，把混合气体中VOCs组分吸附留在固体表面的这种分离过程。该工艺用于处理较高浓度的低温高压的排放废气。它能够做到低能

耗高效率的工作水平，基本可以彻底净化有机废气。缺点在于装置过于庞大，而且工艺流程比较复杂；耗巨资且伴随二次污染。但目前有研究表明，活性炭由于自身分子不易与极性分子相结合，从而达到吸附VOCs性能最佳。一些中小型企业会首选这种简单易行、成本低的活性炭吸附治理技术，比如喷涂、包装印刷。

1.4燃烧法

燃烧法是燃烧可燃性VOCs从而达到净化。化工、喷漆、绝缘材料等行业所排出的有机废气广泛采用燃烧法净化。以燃烧工艺为标准，包括直接燃烧法、热力燃烧法和催化燃烧法。直接燃烧法（火焰燃烧法），利用废气的可燃性直接燃烧。该方法投资小、操作简单，适用于浓度高、风量小的废气，但其安全技术要求较高。热力燃烧法，当VOCs浓度含量较低时，向其中添加助燃气体，使其持续燃烧，在氧化作用后变成无害物质。在热力燃烧中，被净化的废气不是作为燃料，而是作为提供氧气的辅燃气体；当废气中氧的含量较低时，需加入空气来辅燃。与直接燃烧相比，热力燃烧所需的温度更低，约在５４０—８２０℃范围。催化燃烧是指在燃烧过程中，VOCs中的有机物通过合适的催化剂低温进行氧化分解的方法通常高温度、高浓度的VOCs会达到良好的效果，其具有燃烧温度低、节能、净化率高、占地面积少优点，但投资较大。

二. 新兴处理技术

2.1吸附回收技术

在有机废气治理领域，溶剂回收往往具有很好的经济效益。吸附回收技术研究的最多，应用的最成熟。从目前的情况来看，很多行业的VOCs治理涉及到溶剂的吸附回收技术。如油气回收、包装印刷、石油化工、化学化工、集装箱喷涂、原料药制造等行业。从吸附工艺来讲，低压水蒸气脱附再生技术依然是主流技术，工艺得到了不断地完善；近年来发展的氮气保护再生新工艺，避免了水蒸气的使用，减轻了回收溶剂提纯费用，并提高了设备安全性，得到了一定的应用，特别是在包装印刷行业的应用最为广泛。此外，采用真空（降压）解吸的再生技术在高浓度的油气回收和储运过程中的溶剂回收领域也得到了大量的应用。

2.2吸附浓缩技术

在大部分的工业排放尾气中VOCs是以低浓度、大风量的形式排放的，为了降低治理费用，通常是利用吸附材料首先对低浓度废气进行吸附浓缩，然后再进行冷凝回收、催化燃烧或高温焚烧处理。吸附浓缩技术的应用近年来发展迅速，特别是沸石转轮吸附浓缩技术（采用多种类型的硅铝分子筛作为吸附剂）已经成为很多行业低浓度VOCs治理的主流技术。沸石转轮吸附浓缩技术最早从日本企业开始的，并在全世界范围内得到了应用。该技术净化效率高，尾气排放浓度稳定，采用高温热气流再生时安全性好，被视为诸如汽车制造等喷涂行业的最佳可行治理技术，国外的一些治理工程公司近年来开始在我国大规模地推广该技术，发展迅速，除了日本的几家公司以外，美国、韩国和台湾的一些公司也纷纷开始介入我国国内市场，近年来占领了很大一部分的市场份额。国内企业方面，广州黑马环保科技公司通过自主开发掌握了该技术，技术上逐步走向成熟，已在一些行业得到良好的应用。其他的一些有实力的工程公司也在加大力度研究开发该技术，如青岛华世杰等公司等，并开始在市场上推广应用。

2.3活性炭吸附集中再生技术

在诸如喷涂（如4S店喷涂）、印刷（包装印刷和书刊印刷）、化工、制药等行业，存在大量分散的小型企业，VOCs的排放量小、排放浓度低，但不能达到目前逐步严格的排放标准要求，这些企业的治理是目前VOCs减排与控制工作中的一个难题。活性炭吸附技术是简单易行、低成本的治理技术，是目前这些企业首选的治理技术。但对单个企业进行治理，建立相应的活性炭再生系统费用高，小企业往往难以承担治理费用。因此目前大量的企业只是安装了活性炭吸附装置，而没有安装活性炭再生装置，需定期更换活性炭。由于更换活性炭的成本较高，更换下来的活性炭作为危废处理又增加了部分成本，因此在实际运行中缺乏监管的情况下吸附装置实际上成为摆设。各地环保管理部门已经逐步认识到了这个问题，为了减轻单个企业的治理费用，采用集中收集吸附使用过的活性炭，建立统一的活性炭异位（地）再生装置，是目前最为可行且成本低的一种模式。该模式在VOCs排放集中的区域/城市/工业园区中得到了各地管理部门的极大重视。目前为止已经在山东、河北和江苏等地建立了活性炭的集中再生基地，每个再生基地的活性炭年再生量都达到了几万吨的规模，很好地解决了分散吸附后活性炭的循环利用问题，被认为是工业园区（如化工园区、制药园区、纺织印染园区等）中小企业集中区域VOCs治理的一个可行的低成本的解决办法。

2.4活性炭吸附回收的溶剂集中提纯利用技术

在很多行业中，如包装印刷、服装涂布整理、化工、制药、锂电池生产、化纤生产等行业，溶剂使用量大，进行溶剂回收具有很好的经济效益。但回收的溶剂往往是混合溶剂，或者含水量高，或者存在溶剂变质的问题，在大多数情况下不能直接回用于生产，需要进行精馏提纯以提高回收溶剂的价值。依靠单个企业建立溶剂提纯装置费用高，通常企业难以承受。在企业集中的地区，如各类工业园区，有政府部门出面组织，引入第三方运营机制，建立统一的溶剂提纯回收中心，可以大大降低企业的负担。目前在已经有锂电池行业、服装涂布行业、包装印刷行业等采用该模式进行VOCs的综合治理，并取得了很好的治理效果。

三.结语

相比于传统的废气处理方法，生物技术显然具有效果好、投资及运行费用低、安全性好、无二次污染、易于管理等优点。但是要想进一步应用在工业生产上，仍需解决工程实施的一些关键问题，比如如何提高疏水性或难降解废气的处理能力，针对高浓度废气和较难降解的物质，培养专属的微生物菌种等。这是由于VOCs成分组成复杂，不同类型的化合物之间属性差距也大，而大多数行业排放废气又以混合物的形式存在，由表可知，对于高浓度的VOCs暂时还没有一个理想化的处理技术。所以，根据现阶段各行业排放VOCs的性质及浓度，为使去除率达到较高水平，可以考虑采用两种及以上技术耦合，以便能够达到更好的治理效果。