工业废气治理技术概述ht-彭芬

工业废气净化技术

彭芬

（凯天环保科技股份有限公司，湖南长沙410100；工业生产环境技术湖南

省重点实验室，湖南长沙410100）

摘要：随着经济的快速发展，环境问题也日益严峻，近几年雾霾的严重化让大家意识到废气治理的重要性。社会各界也在不断地研究并探讨废气治理的新技术、新工艺、新设备以求达到更好的治理效果。工业废气排放源及成分复杂多样，相应的治理技术也呈现多样化发展。本文概述了常用的工业废气治理技术，在此基础上进行了对比和初步分析，最后对废气净化技术做出了展望。

关键词：工业废气净化

Overview of Industrial Waste Gas Treatment Technology

Fen Peng

（Kaitian Environmental Technology Co.,Ltd, Changsha Hunan 410100; Hunan Key Laboratory of Industrial Production Environmental Technology

Cooperation, Changsha Hunan 410100）

Abstract: With the rapid development of economy, increasingly severity of environmental problems, especially, haze in recent years, people realize the importance of waste gas treatment. The public study and exploration constantly new technology and equipment of the exhaust gas treatment in order to achieve better control the emission source and composition of industrial waste gas is complicated, and the corresponding control technology is also diversified . This paper summarizes the common industrial waste gas treatment technology, and makes contrast and the

preliminary analysis. Finally, the paper makes prospects for waste gas treatment technology.

Keywords: Industrial waste gas, Treatment

1 关于废气

工业废气一般包括有机废气和无机废气。有机废气，一般主要包括各种烃类、醇类、醛类、酸类、酮类和胺类等，常用的处理方法有冷凝法、吸附法、吸收法、催化燃烧法等；无机废气，一般主要包括硫氧化物、氮氧化物、碳氧化物、卤素及其化合物等，常用的处理方法有喷淋法和洗涤法等。下面分别予以介绍。

有机废气

VOCs的定义

挥发性有机化合物（Volatile Organic Compounds，VOCs）是指在20℃条件下，蒸汽压大于或等于，或者特定适用条件下具有相应挥发性的全部有机化合物的统称，其主要成分为烃类、氧烃类、含卤烃类、氮烃及硫烃类、低沸点的多环芳烃类等。

VOCs的来源

VOCs 排放源非常复杂，从大类上分，主要包括自然源和人为源，自然源主要为植被排放、森林火灾、野生动物排放和湿地厌氧过程等，目前仍属于非人为可控范围。VOCs主要人为源包括移动源和固定源，固定源中又包括生活源和工业源等。

VOCs的危害

大气细颗粒物和低空臭氧O

是复合型大气污染的两种核心污染物。大气污

染尤其是由于细颗粒物造成的大范围灰霾已经成为我国最突出的环境问题之一。挥发性有机物VOCs不仅对人体健康具有严重的直接危害，同时作为的重要前体物和光化学烟雾的主要组成部分，对复合大气污染的形成往往起着至关重要的作

用。针对工业生产过程中产生的VOCs进行治理净化，提高和改善作业人员的工作环境，维护人体的身心健康，是一件关乎国计民生的大事。

无机废气

无机废气，一般主要包括硫氧化物、氮氧化物、碳氧化物、卤素及其化合物等。

2 国内外发展

国外对VOCs治理的关注早于国内，经过多年的发展其对于VOCs的认识和治理技术的研发逐渐成熟，从开始的单一控制技术逐步过渡到联合控制技术。主要治理技术有吸收法、吸附法、冷凝法、膜分离法、热力燃烧法、催化燃烧法、等离子法、光催化氧化法、生物法以及上述技术的联合方法。目前针对VOCs治理的研究集中在新材料、新工艺领域，科研院所及科技型企业均在积极尝试。据统计，生物法以及催化燃烧法以各占29%的比例共居于治理方法前两位，发展前景较大。

我国VOCs治理起步较晚，实际上是在“十二五”期间才开始重视 VOCs 的污染控制问题，过去大气治理核心不在VOCs上，因此研究基础相对薄弱，治理技术也是参差不齐，常见的VOCs治理方法有冷凝回收法、吸附法、催化燃烧法、蓄热催化氧化法、吸附-催化燃烧法等。

3 常见的废气治理技术

工业生产过程中所排放的废气种类多、成分复杂、性质差异大，针对不同的废气情况有相应的治理方法，废气治理技术呈现多样化发展[1]。常见的废气治理技术有两个方面，一是回收技术，二是销毁技术，下图为常见的废气治理技术路线图：

图1 废气治理技术

回收技术

吸附处理技术

吸附法是利用吸附剂对不同气体的选择吸附性能将废气分子吸附，从而达到净化的目的[2]。吸附法的关键在于吸附剂的选择。吸附剂要具有密集的细孔结构、内表面积大、吸附性能好、化学性质稳定、耐酸碱、耐水、耐高温高压、对空气阻力小。常用的吸附剂主要有活性炭、分子筛、柱状粘土、活性氧化铝、硅胶、人工沸石等。但目前以活性炭和分子筛为主。

分子筛转轮吸附技术

针对低浓度、大风量的工业有机废气，为了降低治理成本，通常采用吸附浓缩技术使废气中的有机物浓缩后再进行燃烧或冷凝回收。在处理分子量较大、沸

点较高的有机废气或废气中含有较大分子的物质时，需要使用温度更高的热空气对床层进行再生。由于采用活性炭材料作为吸附剂容易着火，安全性较差，一般采用成型分子筛作为吸附剂。根据污染物浓度的不同，经过沸石转轮吸附浓缩后污染物的浓缩倍数可达几倍到几十倍，浓缩后的废气可以根据需要进行冷凝回收或燃烧处理[3]。

图2 分子筛转轮吸附技术

冷凝法

冷凝法的原理是将VOCs废气冷却到低于露点温度，使有机物冷凝成液滴，因而从气体中分离出来。适用于高沸点和高浓度VOCs的回收，尤其是适用于处理有害物组分单一的废气[4]。当有害物含量较高时，也可作为燃烧与吸附净化的预处理，以减轻后续净化装置的操作负担。

膜分离法

膜分离法是在一定压力条件下，让含VOCs废气的气体通入到膜分离系统，然后膜选择性地让VOCs气体通过而被富集，剩余气体留在膜的未渗透侧，无危害排放；而被富集的高浓度VOCs气体则可以采用冷凝回收法进行回收再利用[5]。销毁技术

吸收法

吸收法是以液体为吸收剂，利用废气物与吸收液发生化学反应的原理，通过

洗涤吸收装置使废气中的有害成分被液体吸收，从而达到净化废气的目的[6]。

图3 化学洗涤法

燃烧法

（1）直接燃烧

直接燃烧法是上世纪50、60年代广泛采用的方法，主要适用于处理高浓度挥发性有机废气，其运行温度通常达到800~1200℃，工艺能耗成本较高，且燃

等副产物，近年来已较少采用。

烧尾气中容易出现二恶英、NO

（2）催化燃烧

催化燃烧是典型的气-固相催化反应，其实质是活性氧参与的深度氧化作用。借助催化剂可使有机废气在较低的起燃温度条件下，发生无焰燃烧。催化燃烧净化是利用工业废气中污染物可以燃烧的特性，将污染物中含碳氢的化合物，在催化剂和较低温度（250~450℃）下进行氧化分解，使其转化为二氧化碳与水蒸汽[7-8]。

（3）蓄热式燃烧技术

蓄热式燃烧技术交替切换流经蓄热体助燃介质或气体燃料与废气流向，使废气与天然气混合后进行高效燃烧，以达到去除废气中有害挥发性有机化合物的目的[9]。工作原理是把有机废气直接加热到800℃以上的高温，氧化分解。

22()4

2n m m m C H n O nCO H O ++++高温条件

热量

点燃

废气经蓄热填料预热后，温度达到反应所需的温度，进入燃烧室，被迅速的氧化成无毒的化合物二氧化碳和水蒸汽。当燃烧后生成的高温气体排出燃烧区时，其热量被出口处的蓄热陶瓷填料吸收并储存起来，下一个循环中，气流逆流，并不断循环，每个蓄热填料床都是在输入废气与排出处理的气体模式间交替转换，切换时间一般为30~120s 。生物法

生物净化技术利用附着于多孔介质填料上的微生物在适宜的环境条件下，以有机废气污染物作为增殖碳源和能源，通过新陈代谢过程将有机物分解为二氧化碳和水等[10-11]。生物净化技术常见有三种工艺：生物滤池、生物滴滤、生物洗涤。

三种工艺对应的特征分别如下表：

表1 三种生物净化工艺对比

多微孔陶粒生物净化法

利用微生物和生物酶的催化氧化作用，使废气中的有机恶臭分子分解氧化成CO 2和H 2O ，从而有机恶臭废气得以净化。本生物治理装置分两级处理，第一级为连续喷水，目的主要有：清洗废气中大颗粒粉尘，防止粉尘进入二级处理装置；给废气加湿；可处理硫类废气降低废气酸碱PH 值；第二级为间隙喷水，生物填料分三层放置，增加气水接触面积，达到最佳处理效果。根据用户情况也可设计成多层。

图4 多微孔陶粒生物净化法

高能离子净化技术

高能离子净化技术的核心为产生高能离子的发生器。在外加电场的作用下，利用高速粒子的撞击，产生大量活性氧离子，通过打开废气分子内部的分子键并转化为无害的小分子物质，同时催化氧化降解废气等恶臭物质，达到净化的目的[12]。

等离子体净化法

等离子体净化法的工作原理是：内外电极在高压状态下进行间隙放电，气体被电离的过程。实际是电离空气产生臭氧，利用臭氧的强氧化性来进行废气处理[13-14]。

微波无极紫外灯净化法

通过微波无极紫外破坏废气分子结构，进而达到治理废气的目的[15]。

光催化净化法

光催化在光照下催化剂二氧化钛的表面形成电穴和游离电子，结合空气中的水和氧气，发生氧化还原反应，表面形成强氧化性的氢氧自由基及超氧阴离子自由基，能分解空气中的有害气体和部分无机化合物，达到净化的目的[16]。

超微细气泡技术

超微细真空气泡是纳米级的水气泡，它使水分子的原子团变的更小，水分子

团始终进行着布朗运动不断地进行不规则冲撞。在布朗运动的同时，超微细气泡沉降、破裂。在大量超微细气泡在与异味气体结合时破裂，瞬间产生巨大能量，破裂时产生一定能量的超声波、并产生大量的氧负离子[17]。

图6 微气泡法

组合技术

由于工业废气的种类繁多、成分复杂、性质差异大，在很多情况下采用一种净化技术往往难以达到治理要求。因此，针对不同的工况，有多单元组合治理工艺。常见的组合技术主要有以下几种。

吸附浓缩-催化燃烧技术

当工业废气成分没有回收价值时，直接进行燃烧能耗较高，设备的运行成本非常高，为此提出了吸附浓缩-催化燃烧技术。吸附浓缩-催化燃烧技术是将吸附技术和催化燃烧技术有机结合起来的一种组合技术，适合于大风量、低浓度或浓度不稳定的废气治理[18]。

图7 活性炭吸附-催化燃烧法

转轮浓缩-催化燃烧技术

转轮浓缩-催化燃烧技术基于分子筛转轮的连续运行，通过分子筛对有机废气的动态吸附，将其进行浓缩富集，实现大风量、低浓度废气转换为小风量、高浓度废气。经浓缩后的废气再经催化燃烧装置，实现自热燃烧，生成无污染物质排放。

图8 转轮浓缩-催化燃烧法

吸附浓缩-冷凝回收技术

对于低浓度的废气，当有较大回收价值时，可以使用吸附浓缩-冷凝回收工艺。采用热气流或蒸汽对吸附床进行再生，再生后的高温、高浓度废气通过冷凝器将其中的有机物冷凝回收，冷凝后的尾气再返回吸附器进行吸附净化[19]。

图9 转轮浓缩-冷凝回收法

4技术对比分析

常见的废气治理技术对比分析如下：

设备简单操作灵活去除效率高吸附剂再生费用高

有二次污染

不适用于高浓度废气治理

浓度低

流量大

高净化要求

温度不宜太高

运行稳定

吸附剂利用率高可高温脱附分子筛制备要求高

运行维护难

浓度低

流量大

工艺简单投资少

运行费用低设备要求高，易腐蚀

需定期更换吸收剂

对废气有选择性吸收

浓度高

流量大

温度低

设备及操作简单尾气需二次处理废气成分有回收价值

回收物质纯度较高成分不复杂，区分度高去除效率高

设备要求高

投资高

浓度高

有针对性处理废气工艺成熟净化效率不高

消耗吸收剂

需二次处理

中高浓度

风量大

操作简单净化效率高设备易腐蚀

成本高

易形成二次污染

浓度高

风量小

可燃性

设备结构简单投资低

净化效率高气阻大

降解速率慢

设备体积大

微生物培养难

浓度低

常温、常压

亲水性及易生物降解物质

可治理难治理的含硫、含氮废气

阻力小一次性投资高浓度低

效率高

适用范围广可能造成二次污染

治理易燃易爆气体有安全隐患

光解迅速

投资高

可能造成二次污染

浓度低无二次污染

资源消耗小

运行稳定、费用低

治理范围有限浓度低

净化效率高

活性炭安全性差

受湿度影响大浓度低或浓度不稳定风量大

净化效率高

热能再利用效率高能耗高

设备要求高

浓度低

风量大

回收纯度高尾气需二次处理浓度低

风量大

回收价值较高

5结论

通过以上对不同废气治理技术的分析，为合理选择废气治理技术提供了参考。工业废气种类繁多，排放源较为复杂，在选择治理技术时，应在充分分析工况、废气来源、废气特性的基础上，从技术和经济两方面考虑，有针对性的选择适合的工业废气治理技术，方能达到事半功倍的效果。

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