蒸汽渗透、气体膜分离、膜基吸收3种膜技术用于挥发性有机废弃处理的分析

蒸汽渗透、气体膜分离、膜基吸收3种膜技术用于挥发性有机废弃处

理的分析

摘要:挥发性有机化合物(VOCs)的处理方法和效果受到广泛关注。本文探讨了蒸气渗透、气体膜分离、膜基吸收3种膜技术进行VOCs处理的方法,希望为人类健康和废毒气处理提供有利依据,加强对环境和人类的保护。

关键词:蒸汽渗透气体膜分离膜基吸收挥发性有机废弃处理

挥发性有机化合物简称“VOCs”,属于常见的工业和生活污染物之一,严重危害人类的生存环境和身体健康,再加上VOCs本身具有挥发特性,不易改集和发觉,威胁性更大,因而VOCs的处理方法和效果受到广泛关注。本文探讨了蒸气渗透、气体膜分离、膜基吸收3种膜技术进行VOCs处理的方法,希望为人类健康和废毒气处理提供有利依据,加强对环境和人类的保护。

1 VOCs的特征

美国国家环保局曾经报道,189种工业生产中产生的有毒污染物中,VOCs占31种。这些VOCs主要来源于几种渠道:第一,在石油化工或制药行业中所排放出的多种废气,属于固定来源;第二,在涂料、油漆、皮革等工艺生产中挥发出的有机气体,属于固定来源;第三,汽车等交通工具所排放出的尾气,属于移动来源;第四,家庭厨房用油等产生

的油烟易产生VOCs,属于生活来源。

VOCs的环境影响主要包含以下几方面:第一,多数VOCs具有毒性和异味,易致癌变;第二,部分VOCs中的成分之一卤代烃对臭氧层有破坏作用;第三,很多VOCs具有易爆易燃性,对安全生产带来隐患;第四,光照作用下一些VOCs易发生光化反应,生成烟雾等难以辨清的物质,易被人类吸入而造成身体危害,且对动植物有损害。

2 VOCs的处理方法

蒸气渗透的过程与渗透汽化过程比较相似,都需要利用膜下游戏的侧抽真空或是利用干燥的气流进行吹扫。卷式和中空纤维式是蒸汽渗透膜组件的主要结构形式,相对而言,中空纤维膜分离装置应用较为广泛开展,具有较好的耐压性能,可使组件单位体积内的装填膜面种更大。卷式组件主要应用平板膜作为分离膜,多选用复合膜,卷式组件膜的制备相对简便,且装填密度更大,但组件制作比较复杂,对于工艺和密封的相关要求较高。

当VOCs的浓度较高时,蒸汽渗透需要与其它类型的处理过程结合应用研究,以达到较好的VOCs处理效果,提高效率。在膜技术、膜材料等不断的研究与发展过程中,蒸汽渗透结合气体膜分离与膜基吸收已经成为VOCs废气处理的主要途径,也获得了诸多成功的应用案例。

2.1 蒸气渗透技术

蒸汽渗透主要基于气相分离的理念实施,通过膜材料对于进料组分具有选择性的特征,实现有害气体分离的目的。整个蒸汽渗透过程中无需高温处理,大大降低了VOCs因高温而发生的化学结构和化学性质变化的发生率,从而提高VOCs的回收率和再利用率[1]。一般而言,蒸汽渗透过程与冷凝、压缩工艺集成合一,整个系统中从反应器中流出的废气可通过冷凝作用和压缩功能,使部分废气回收返流至反应器,而未被回收部分的废气则经过膜组件来实现回收。

2.2 气体膜分离技术

气体膜分离主要根据混合气体中不同成分在不同的压力下具有不同的透膜传质速率的原理实现,该技术主要应用于各类工业气体的分离,从而达到生产、回收、应用等目的。Ohlrogge等采用平板膜回收车辆加油过程中挥发的汽油可达到99%的回收率,报道表明,当膜面积超出12m2时,即可实现这一指标。气体膜分离器中膜的两侧通过气体的分压差形成对膜分离的驱动力,在实际的操作过程中,膜渗透一侧的蒸汽压要持续保持比膜进气一侧蒸汽压低,这样才能保证压力差的稳定性,促进膜分离作用的形成。对于压力差的实现,可利用膜渗透一侧利用真空泵实现[2]。当然,由于VOCs气体存在易燃易爆等危险性,因而膜分离器乃至整个处理系统都应做好检验与检修,其安全可靠性十分重要。

2.3 膜基吸收技术

传统的汽液接触多采用通地柱或是混合澄清器,但这种操作方法具有两相直接接触的特点,容易出现泡沫化、乳化、液漏等不良现象,影响废气处理的效果[3]。膜基的吸收由于对于膜的选用较为严格,从而有效避免了泡沫化、液漏、乳化等问题,使吸收率更高,效率更好。膜基吸收的吸收过程仅需低压推动,相对简单快捷,两相流体可独立流动,促进接触界面的持续稳定性。膜基吸收对于VOCs中成分的吸收选择主要取决于吸收剂的选择,硅酮油是一种较常见的吸收剂,在膜吸收过程中经由壳程发挥作用,而VOCs则通过纤维膜进行滤过,如此一来,吸收剂与VOCs两相接触,利用硅酮油的作用大量吸收VOCs;随后,吸收剂流入下一个纤维膜组件中,进行气提脱附再生。在实际的膜基吸收操作中还有一个小技巧,可进行间断性通入废气,使壳程中VOCs 分压明显较管程小,促进膜管内的间歇性废气进入,最好在管内压下降至与壳程分压接近时,再行下一次通所,从而更加提高系统对废气的吸收率。

3 结语

对VOCs的处理分离有多种方法,主要包括活性炭吸收法、冷凝法、气提法、生物处理法和膜分离技术等。一般而言,冷凝法和气提法多用于对废水中高浓的VOCs进行回收和处理,其对低浓度VOCs 具有难处理性;活性炭法尽管目前应用已经相对成熟,但其进口的VOCs浓度相对较低,且成本较高,不易被普及使用;生物法具有局限性,

对能够被生物降解的VOCs有作用,而且不利于VOC的回收再利用[4]。在诸多处理方法多,蒸气渗透压膜分离技术处理VOCs具有耗能低、操作简单、分离效率高、膜利用寿命长等优势,受到广泛关注。

蒸汽渗透最早在20世纪80年代的日本提出,并且根据近些年技术的不断发展与成熟在工业和生活中的应用显著加快。蒸汽渗透技术实施过程中,膜与料液不直接接触,可使膜收缩及浓胀大大减弱,通过减轻膜进料侧的浓差极化现象,使气体膜分离过程中节约了热量供应、并有效维持分离物流的温度。总之,膜技术用于VOCs处理有很好的实用效果,当然为提高有效率,还需要更多的研究与深入分析、发现新技术来促进整个膜技术水平的提升,提高对废气的回收率和处理效果。

参考文献

[1] 张秀娟,贺高红,吴玉斌,等.蒸气渗透膜法回收有机蒸气[J].化工进展,2008,22(22):119～120.

[2] 张元红,展江宏,杨吉红.蒸气渗透膜法分离碳酸二甲酯和甲醇共沸物[J].新膜过程研究与应用研讨会论文集,2008,12(12):63～65.

[3] 王志伟,耿春香,安慧.膜法回收有机蒸汽进展[J].环境科学与管理,2009,34(3):100～102.