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    大氣環境中揮發性有機廢氣治理技術分析

    2021-08-25 08:41:47

    大氣環境中揮發性有機廢氣治理技術分析

    揮發性有機物是指在常溫下,沸點50 ~ 260 ℃的各種有機化合物,簡稱VOCs。含有揮發性有機物的廢氣即為揮發性有機廢氣。主要形態為揮發性和有機物兩個部分。主要成分包括苯系物、有機氯化物、氟利昂系列、有機酮、胺、醇、醚、酯、酸和石油烴化合物等。產生途徑為人們日?;顒蛹捌髽I生產過程、日常生活有加油站油氣的揮發、裝修涂料的晾干過程和酒精等日常的消毒等;企業生產過程產量較大,包括噴涂、印刷、有機溶劑清洗作業等,大量使用揮發性有機溶劑。VOCs 對人的健康影響較大,容易引發人體畸變和癌變,屬于大氣防治的主要內容。

    1 揮發性有機廢氣帶來的危害

    室內危害指污染氣體的濃度超標,人長時間處于含有揮發性有機廢氣的室內環境中,就會出現惡心、四肢乏力和頭疼等感覺,嚴重時還會出現記憶力下降、抽搐,甚至昏迷,其會導致人體肝腎與神經系統受到嚴重損傷。

    室外危害分為直接與間接危害。其中,直接危害對人體健康與植物生長帶來影響;間接危害給氣候環境帶來危害。大氣中的揮發性有機廢氣增加,容易形成光化學反應,導致霧霾天氣的產生,損害人體機能且發生病變。植物受到的危害體現在以下方面:硫化物與氟化物等有害物質含量急劇上升,可導致植物發病、枯萎、死亡,農作物的產量與農產品的質量將受到巨大影響;同時對氣候環境也有影響,可導致空氣渾濁,遮擋陽光,地面光照輻射下降,動植物生長的光合作用不足。而微粒對水汽有凝結核作用,從而導致降水量加大,氣候環境發生變化。

    2 源頭防控

    首先,在工業生產中,生產高含量揮發性有機化合物原料的企業,特別是石油化工、煤炭加工等行業,應注重生產技術的優化和完善,加強先進清潔生產技術的研究,提升原材料的轉化率與利用率,研發并采用新技術,逐步響應國家標準,生產出揮發性有機化合物含量較低并符合客戶需要的原料產品。生產過程需要注意車間的密閉,并做好設備與生產管線組建的檢查與維護工作,閥門、泵體、材料存儲、法蘭、運輸裝置等均屬于易泄露設備與組件,要避免管線組件損傷而導致廢氣泄露的情況出現,從源頭減少揮發性有機廢氣的產生量。

    對于噴涂、印刷等以含高揮發性有機溶劑為原輔材料的幾大行業,將揮發性有機物產品作為生產企業的原料時,除了做好全程防止廢氣外泄的情況出現之外,還應選用新的生產工藝,選用低揮發性新原料代替原來使用的高含量揮發性有機廢氣的生產原料用于生產。

    其次,做好揮發性有機廢氣的監測工作,加大排放監控力度,將大氣環境污染減少。生態環境部門要做好監督和引導,按照規范監測揮發性有機廢氣,做好揮發性有機廢氣治理設備的維護和日常管理,不斷完善和規范管理制度,保證揮發性有機廢氣的治理設備設施與儀器設備正常高效運行。例如,近年來,針對高VOCs 產生的幾大行業出臺制定的“一企一策”方針,要求企業提標改造老舊廢氣處理設施,削減企業廢氣排放總量,督促企業加速轉型。出臺的政策收到了明顯的效果,空氣質量得到極大的改善。

    3 過程管理

    一是注重工業清潔生產技術的優化。既要注重對揮發性有機廢氣排放方面的宣傳與引導,又要引導企業做好生產技術與設備的升級改造,注重清潔生產技術與設備的研發與應用,使揮發性有機物排放量得到有效控制。

    二是注重業務培訓,不斷強化企業的環保意識,召集行業企業參與揮發性有機廢氣治理技術與案例分析培訓會,強化揮發性有機廢氣治理先進技術的宣傳和典型治理案例的分析,講解和學習行業大氣污染排放標準,做好企業揮發性有機廢氣治理的部署。

    三是各企業在生產現場做好對產品和生產裝置以及工藝特點的排查,采用檢測儀器,做好生產現場的溯源,對揮發性有機廢氣的來源進行精準定位,并結合排查的問題做好對其的整改,以在生產過程中強化其的規避,確保揮發性有機廢氣在“源頭防控、過程管理、末端治理”的治理模式下得到高效防治。

    4 末端治理

    4.1 回收技術

    4.1.1 吸收技術

    吸收技術是對揮發性有機廢氣進行回收的技術,將不易揮發的液體作為吸收劑,利用其所具有的吸收功能,借助吸收裝置來回收揮發性有機廢氣。在回收過程中,借助組分溶解度和化學反應間的差異,揮發性有機廢氣的有害組分可以得到充分吸收。

    4.1.2 吸附技術

    吸附技術采用固體介質的吸附劑所具有微孔結構,將揮發性有機廢氣的吸附質吸附在表面,廢氣中的目標物質與主體得以分離。吸附塔設施有兩套,分別為1#、2#。首先是揮發性有機廢氣從風機進入1#吸附塔中吸附。1# 吸附塔的吸附飽和,就會切換到2# 吸附塔中繼續吸附,此時的1# 吸附塔脫附和再生。其間不斷進行交替操作,揮發性有機廢氣得以連續處理。常見的吸附劑是活性炭和沸石。其中,活性炭吸附是最為常見的吸附技術。利用活性炭吸附揮發性有機廢氣,飽和之后活性炭脫離吸附進行再生,有機廢氣在吹脫之后開展催化燃燒,將揮發性有機廢氣的有害物質銷毀,并轉化成無害物質。再生的活性炭還能實施二次利用,活性炭的作用得到有效發揮。在吸附過程中,應統計活性炭吸附能力,若活性炭吸附能力存在明顯下降的情況,應將活性炭及時地更換或者再生活性炭。置換后得到的活性炭為危險廢物,很多有害物質在其內部存儲,對其實施專項處理,委托有相關處置資質的單位進行回收,避免二次污染。

    在進行吸附回收時,應注重各項工藝參數的控制,以達到良好的處理效果。吸附溫度應超過40 ℃。當采用顆粒吸附劑時,其氣流速度大于0.6 m/s;當采用纖維狀吸附劑時,其氣流速度大于0.15 m/s;當采用蜂窩狀吸附劑時,其氣流速度大于1.2 m/s。顆粒物含量應大于1 mg/m3。就吸附單元壓力損失而言,采用纖維狀吸附劑時,其損失在4 kPa 之下,采用其他形狀的吸附劑時,其損失在2.5 kPa 之下;就脫附溫度而言,水蒸氣再生、熱空氣再生、分子篩吸附劑的脫附溫度分別是低于140、120、200 ℃。

    4.1.3 冷凝技術

    冷凝技術針對一定濃度下的有機蒸汽形成的揮發性有機廢氣,強行進行降溫處理,以確保揮發性有機廢氣中的有機物蒸汽濃度得到維持,飽和蒸汽氣壓比其組分分壓值要低,從而將其組分凝結為液體,廢氣內的組分分壓值得到減少,達到分離氣體的目的。一般而言,揮發性有機廢氣冷凝后形成的液體所需方法采取冷卻和壓縮兩種相結合的方式進行處理。當揮發性有機廢氣的濃度較高時,采取冷凝技術做好對其的預處理、回收。

    4.2 銷毀技術

    4.2.1 燃燒技術

    燃燒技術借助有機氣相污染物容易燃燒的特點,進行燃燒,將廢氣轉變成無機小分子,對揮發性有機廢氣進行分解。根據廢氣有機物的濃度大小,可采取直接燃燒、吸附脫附燃燒或者催化燃燒等方式,將揮發性有機廢氣中的污染物進行有效清除,清除率往往超過95%。

    在燃燒技術中,RTO 技術的應用較為成熟和廣泛,這一技術將高溫環境作為處理的前提,并通過化學反應將可燃揮發性有機廢氣轉化成等量的氧化物和水。利用RTO 技術處理揮發性有機廢氣時釋放的熱量被蓄熱式熱力氧化爐吸收后,RTO 自身運行對能源的消耗降低,而且對有機廢氣的分解率得到提升。當RTO 熱回收率超過95% 時,揮發性有機廢氣分解率往往超過99%。蓄熱式熱力氧化爐結構簡單,其中的切換閥提升了RTO 的靈活性,人們還能結合實際而采取針對性的熱回收方式。

    催化燃燒技術利用催化劑在低溫情況下對揮發性有機廢氣進行完全氧化,有效地對工業揮發性有機廢氣進行凈化處理,在化工、噴漆、涂料等行業中得到應用。其中,最為關鍵的就是催化燃燒設備的選擇,催化燃燒設備通常包含預熱、催化燃燒、煙道、電加熱和廢熱回收等裝置。另外,要做好催化劑的選擇,稀土催化劑的催化效果較好,催化過程更安全。在利用設備進行催化處理時,揮發性有機廢氣在高溫環境下與空氣混合容易引起爆炸,在催化燃燒凈化中做好有機物與空氣配比的控制,確保配比始終處于爆炸范圍的下限。在具體的處理中,應注重以下技術參數的控制:催化燃燒裝置內的揮發性有機廢氣溫度應低于400 ℃;催化床的溫度應控制在250 ~ 350 ℃;催化燃燒裝置內的顆粒物含量應保持在10 mg/m3 之下;換向閥泄漏率應控制在0.2% 之下,壓力損失應保持在2 kPa 以下。

    除了上述燃燒技術外,還可以采取吸附濃縮催化技術,這一技術是將吸附技術和催化燃燒技術進行有機結合。首先利用活性炭吸附揮發性有機廢氣,吸附飽和之后,凈化設備停止吸附,再利用設備熱氣流在活性炭中將揮發性有機廢氣脫離,活性炭再生后便能再次利用,而揮發性有機廢氣脫附后,濃縮成之前的幾十倍,再將其送入催化燃燒室中進行催化燃燒,得到二氧化碳與水。揮發性有機廢氣的濃度達到一定程度,器就可以在催化床上燃燒,而燃燒形成的氣體基本處于吸附床中,成為活性炭脫附所需的熱氣流,只有少量排入大氣中,熱能得到多次利用。

    4.2.2 生物技術

    生物處理技術屬于一種新型技術,在利用其治理揮發性有機廢氣時,人們可以借助生物降解的方式來處理。有的微生物在污染物中有著較強的適應力,所以可以將有機物作為微生物的養料進行新陳代謝,從而降解揮發性有機廢氣中的化合物。該法不僅安全性較強,而且便于操作,不會形成二次污染,對所需的設備要求不高,經濟性較強,目前在我國得到逐步發展,在低濃度與惡臭治理中得到有效應用。在處理過程中,微生物的成長養分靠有機物,將揮發性有機廢氣中的有機物進行轉化和分解后,形成水與二氧化碳,從而有效地將揮發性有機廢氣對大氣環境帶來的污染降低。在利用這一方法對揮發性有機廢氣進行治理時,為確保治理效果得到提升,廢氣中的污染物如何由氣相被捕捉至液相是關鍵,直接影響去除效率。人們必須考慮填料層的碰撞密度和吸收液的選擇添加,捕捉下來的揮發性有機廢氣再被微生物分解成水與二氧化碳。運行過程做好生物處理系統的指標控制,在具體進行控制時,結合指標內容來確定控制標準。就填料溫度而言,一般控制在25 ~ 43 ℃,空塔停留時間一般超過9s,系統濕度保持在40% ~ 60%,營養物質主要有BOD、N、P,三者的比例為100 ∶ 5 ∶ 1,pH 介于4 ~ 10。

    5 結語

    本研究基于“源頭防控、過程管理、末端治理”的思路,對揮發性有機廢氣治理模式進行了梳理,注重揮發性有機廢氣的全程化防治,以確保揮發性有機廢氣的治理成效得到提升。

    文章來源:北極星vocs在線,侵刪

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