有機廢氣治理技術匯集帖(tiē)上篇
近年來隨著(zhe)經(jīng)濟的發(fā)展,化工企業的大量新起,在加上環保投資(zī)力度的不(bú)夠,導致了大量工業有機廢氣的排放,使(shǐ)得(dé)大氣環境質量下降,給人體健康來嚴重危害,給國民經濟(jì)造成巨大損失,因此,需要加大對(duì)有機廢氣治(zhì)理。對有機廢氣治理,人(rén)們早就有研究(jiū),而且已經開發出一些卓有成效的(de)控(kòng)製技術,如廣泛采用並且研(yán)究較多(duō)的有熱破壞法、冷凝法(fǎ)、吸收法等,近年來形(xíng)成的新控製技術有生物膜法、電暈法、等離子體分解法等。本文將對上述方法作較為詳細的介紹。
1.熱破壞法
熱破壞是目前應(yīng)用比較廣泛也是(shì)研究較多的有(yǒu)機廢氣治理方(fāng)法,特(tè)別是對低濃度有機廢氣,有機化合物的熱破(pò)壞可分為直接火焰燃燒和催化燃(rán)燒。直接火焰燃燒是一種有機物(wù)在氣(qì)流中直接燃燒和輔助燃料燃燒的方法。多數情況(kuàng)下,有機物濃度較低,不足以在(zài)沒有輔助燃料時(shí)燃燒。直接火焰燃燒在適當溫(wēn)度和(hé)保留時間(jiān)條(tiáo)件下,可以達到99%的熱處理效率。
催化燃燒是有機物在氣(qì)流中被加熱,在(zài)催化床層作用下,加快有(yǒu)機物化學反(fǎn)應(或破壞效率的(de)方法),催(cuī)化劑(jì)的存在使有機物在(zài)熱破(pò)壞時比直接燃燒法需要更少的保留時間和更低(dī)的溫度。催(cuī)化劑在催化燃燒係統中起著重要作用。用於有機(jī)廢氣處理的催化劑主要(yào)是金屬和金屬鹽,金屬包括貴金屬和非貴金屬。目前使用的金屬催化劑主要是Pt、Pd,技術成熟,而且催化活性高,但價格比較昂貴而且在處理鹵素有機物,含N、S、P等元素時,有機物易發生氧化等作用使催化劑失(shī)活。非金屬催(cuī)化劑有過渡族元素(sù)鈷、稀土等。近年來有(yǒu)機廢氣處理(lǐ)催化劑的研製無論是國內還(hái)是國外進行得較多,而且多集中於非(fēi)貴金屬催化劑並(bìng)取能得了很多成(chéng)果。例如V2O5+MOX(M:過渡族金屬)+貴(guì)金屬製成的催化劑用於治理甲硫醇廢氣(qì),Pt+Pd+Cu催人劑用於治理含氮有機醇廢(fèi)氣。
由於有機廢氣中常出(chū)現雜質(zhì),很容易引起催化劑中(zhōng)毒,導致催化劑中毒的毒物(抑(yì)製劑主要(yào)有磷、鉛(qiān)、鉍砷、錫、汞、亞(yà)鐵離子鋅、鹵素等。在有機廢氣處理中(zhōng),催化劑載體起到節省催化劑,增大催化劑有效麵積,使催化劑具有一定機械強(qiáng)度,減少(shǎo)燒結,提高催化活性和穩(wěn)定性的作用。能作(zuò)為載體的材(cái)料主要有AL2O3、鐵釩、石棉、陶土、活性炭、金屬等(děng),常用的是陶瓷載(zǎi)體一般製成網狀、球狀、柱狀、峰窩狀(zhuàng)。另外近年來研究(jiū)較多且成功的有絲光沸石等。對催化燃燒而言,今(jīn)後研究的重(chóng)點與熱點仍將是探索高效高活性的催化劑及其載體,催化(huà)氧化機理(lǐ)。
2.液(yè)體吸收法(fǎ)
液體吸收法是利用液體(tǐ)吸收液與有機廢氣的相似相(xiàng)溶性原理而達到有機廢氣處理的目的。通常(cháng)為強化(huà)吸收效果用液體石油類物質、表麵活性劑和(hé)水組成的混合液來作為吸收液。近年來,日(rì)本人研究利用了用環糊精作為有機鹵(lǔ)化物的吸收材料,根據環糊精對有機鹵化物親合性極強的原理,將環(huán)糊精的水溶液作為吸收劑對有機鹵化物氣(qì)體進行吸收。這種(zhǒng)吸收劑(jì)具(jù)有無毒不汙染,捕集(jí)後解吸率高,回收(shōu)節省能源,可反複使用的優點。
3.吸附法
吸附法的應用廣泛,具有(yǒu)能耗低、工藝成熟、去除率高、淨化徹底、易於推廣的優(yōu)點,有很好的環境和經濟(jì)效益。缺點是設備龐大(dà),流程(chéng)複雜,當廢氣中有(yǒu)膠粒物質或其他雜質時(shí),吸附劑易中毒。吸附(fù)法主(zhǔ)要用於低濃度,高通量可揮(huī)法性VOCs處(chù)理。決定吸(xī)附法VOCs處理的關鍵是吸附劑,吸附劑應具有密(mì)集的細孔結構、內表麵積大、吸附性能好、化(huà)學性質穩定、不易(yì)破碎(suì)、對空氣阻力小等性能,常用的(de)有活性炭、氧(yǎng)化鋁、矽膠、人工沸石等。
目前,多數采(cǎi)用活性炭,其去(qù)除效率(lǜ)高。活性炭有粒狀(zhuàng)和纖維狀兩(liǎng)類。顆粒狀活性(xìng)炭結構氣孔均勻,除小孔外,還有10~100nm的中孔和1.5~5um的大孔,處理氣體從外向(xiàng)內擴散,吸附脫(tuō)附都較慢;而纖維活性炭孔徑(jìng)分布均(jun1)勻,孔徑(jìng)小且絕大多數是1.5~3nm的微孔,由於(yú)小孔都向外,氣體擴散距離短,因而吸附脫附快(kuài)。經過氧化鐵或(huò)氫氧化鈉或臭氧處理的活性炭(tàn)往往具有更好的吸附(fù)性能。
4.冷凝(níng)法
冷凝法是利用物質在不同溫度下具有不同飽和蒸汽壓這一性質,采用(yòng)降低係(xì)統溫度或提高係統壓力,使處於蒸汽狀態的汙染物冷凝並從廢氣中分(fèn)離出來的過程。冷凝過程可在恒定溫度的條件下用提高壓力的辦法來實現,也可在恒定壓力的條件下用降低溫度的辦法來實現,一般多采用後者。利用冷(lěng)凝的辦法,能使(shǐ)廢氣得到很高(gāo)程度的淨化,但是高的淨化要求(qiú),往往是室溫下(xià)的冷卻水所不(bú)能達到的。VOCs處理淨化要求愈(yù)高,所需冷卻的溫度(dù)愈低,必要時還得增大壓力,這樣(yàng)就會增(zēng)加處理的難度和費用。因而,冷凝法往往與吸(xī)附、燃燒和其他淨化手段聯合使用,以回收有價值的產品。
5.生物法(fǎ)
生物淨化實質上是一種氧化分解過程:附著在(zài)多孔、潮濕介質上的活性微生物以廢氣中有機組分作為其生(shēng)命活動的能源或養分,轉化為簡單(dān)的無(wú)機物(wù)(CO2、H2O)或細胞組成物質。有機廢氣處理現階段主要工藝包括:生物過(guò)濾床、生物滴濾床以及生物洗滌床。
5.1過濾床
生物過濾床是一種(zhǒng)在其中填入具有吸附性濾料(如泥炭、土壤、活性炭等(děng)物質)的淨化裝置。掛生物膜(mó)前(qián),在過濾床中摻入pH緩衝劑和N、P、K等營養元素(如NH4NO3和K2HPO3),當具有一(yī)定濕度的廢氣進入生物濾床,通過約0.5~1m厚的生(shēng)物活性填料層時,濾料(liào)中的微生物(主要是細菌、放線菌、原生動物、藻類等)即可通(tōng)過接觸而捕獲廢氣中的有機物並將(jiāng)其作為自身生(shēng)長的碳源。因此,VOCs處理,廢氣通過生物過濾床後即可被(bèi)淨化,而濾料層中的微生物在(zài)生(shēng)化降解汙染物的過程中不斷生長繁殖,從而使生物(wù)濾池的操作得以持續進行。濾料使用一年(nián)後一般呈酸性,要定期進行維護和保養。
5.2生物滴濾床(chuáng)
生物滴(dī)濾池與(yǔ)生物濾池的結構相(xiàng)似,不同之處在於其頂部設有噴淋裝置。生物滴(dī)濾床使用的是粗碎石、塑料蜂窩狀填料、塑料波紋板填料、陶瓷、不鏽鋼拉西環、樹皮(pí)、活性炭纖維、微孔矽(guī)膠等一類不具吸(xī)附性的填料,填料的表麵是微生物形成的幾毫米厚的生物膜。廢氣(qì)通過(guò)滴濾池時,廢氣(qì)中的汙染物被微(wēi)生物降解,生物滴濾池在營養供給和微生物生長環境的調節方(fāng)麵具有優勢,可承受比生物濾池更大的汙染負荷(hé),同時具有很大的緩衝能(néng)力(lì),操作(zuò)條件也易於控製,可通過調節(jiē)循環液的pH,加入K2HPO4、NH4NO3等(děng)物質得以實現。
5.3生物洗(xǐ)滌塔
生物洗滌塔(tǎ)通常由一個裝(zhuāng)有填料的洗滌器和一(yī)個(gè)具有活(huó)性汙泥的生物反應器構成。洗滌器裏的(de)噴淋(lín)裝置將循環液逆著氣流(liú)噴灑,使廢(fèi)氣中的(de)汙染物與填料表麵的(de)水接觸,被(bèi)水吸收而轉入液相,從而實現質量傳遞過程。吸收了廢氣組分的洗滌液,流入活性汙泥池中,通入(rù)空氣充氧後再生,被吸收的氣態汙染物(wù)通過(guò)微(wēi)生物氧化作用,被活性(xìng)汙泥懸浮液從液相中除去(qù),生物洗滌塔工藝中的液相是流動(dòng)的,這有利於控製反應(yīng)條件,便於添(tiān)加營養液、緩衝劑和(hé)更換液體,除去多餘的產物。
不(bú)同成分、濃(nóng)度及(jí)氣量的氣態(tài)汙染物各有其有效的(de)生物淨化係統。生物(wù)洗滌塔適宜(yí)於處理淨化氣(qì)量較小、濃度大、易溶(róng)且生物代謝速率較低的廢氣;對於氣量大、濃度低的廢氣可采用生物過濾床(chuáng);而對(duì)於負荷較高以及汙染物降解後會生成酸性物質的則以生物(wù)滴濾床為好。