挥发性有机物VOC处理进展概述

挥发性有机物VOC处理进展概述

挥发性有机物VOC处理进展概述

一、有机废气的各种净化方法

1.1吸附法

吸附法是一种从有机废气中去除可吸附的VOC组分或回收溶剂的一种传统方法。吸附操作的原理是在气相中需要分离的气体组分（吸附质）可以选择性的与固体表面（吸附剂）相结合，然后再经解吸又回到气相中，通常吸附分为物理吸附和化学吸附两种。VOC的净化主要采用物理吸附的方法，与其他方法相比，吸附法可以吸附浓度很低的（甚至痕量）组分，经解吸后可大大增浓，因而可以从废气中出去溶剂蒸气和最后经分离来回收溶剂。它有很多优点：不需要水，不需要辅助燃料，而且能适应废气浓度的变化和吸附卤代烃类和含无机物的挥发组分。

典型的吸附等温曲线如图3所示，工业上吸附等温曲线方程常用经验公式表示，其中与最事实最吻合的是由布鲁诺（Brunauer）、埃麦特（Emmet）和泰勒（Teller）于1938年在兰米尔方程基础上提出的描述多分子层吸附理论的方程(BET方程)。

在实际应用过程中，当气体混合物通过填装固体吸附剂的床层时，要分离组分被吸附在固体表面上；当吸附剂达到饱和时，被吸附的物质通过加热或减压而解吸，在这个过程中吸附剂得到再生。由于吸附剂的吸附容量较低，因此至少需要两套吸附器来完成吸附、解吸的连续操作过程。若用热空气或过热蒸汽来解吸，则不仅可以使床层温度升高，而且可使要吸附的气体组分的分压降低；分离出的气体组分就处于热空气或水蒸气中，经冷却、冷凝分离。在用水蒸气解吸的情况下，由于大部分的VOC在水中的溶解度极低，经冷凝而成为两相，因此很容易分离。

有机废气净化常用的吸附剂是活性炭或活性焦炭，因为它们不仅具有较大的比表面积，而且对非极性物质具有优异的吸附性能，而对极性物质如水的吸附性能很差，因而就有可能方便的用水蒸气再生。

图3 典型的吸附等温曲线

1.2吸收法

与吸附法类似，吸收法是通过所要分离的气体组分（吸收质）先与液相（吸收剂）结合，随后可通过再生方法（解吸）回到气相中，吸收的过程也可以分为物理的和化学的两种。吸收法对溶剂的要求是：具有较大的溶解度，而且对吸收质具有较高的选择性；蒸汽压尽可能的低，避免引起二次污染；吸收剂要便于使用、再生；具有良好的热稳定性和化学稳定性；耐水解，不易氧化；着火温度高；毒性低，不易腐蚀设备；价格便宜。常用的吸收剂有水、洗油（碳氢化合物）、乙二醇醚等。

吸收法也有很多的缺点：一般投资费用大，而用于吸收剂循环运转的操作费用也较高。此外，如果废气中的有机物成分复杂，则难以再生利用或必须添加许多分离设备；还可能产生废水造成二次污染。目前，吸收装置大多

用于废气中含无机污染物的净化，如HCl、SO

2、NO

x

和NH

3

等。仅在少数情况

下用吸收装置来净化有机废气。

1.3冷凝法

冷凝法主要是分离气体中的冷凝组分，目前主要用于回收废气中有价值的溶剂，而不是单独通过冷凝法来达到环保要求的排放限值。原理是：根据物质在不同温度下具有不同饱和蒸汽压的性质，借降温或升压，使废气中需要分离的有机组分的分压等于该温度下的饱和蒸汽压，则有机组分冷凝成液体从气相中分离出来。冷凝法对高沸点的有机物效果较好，而对低沸点的则较差。大部分达不到规定的排放限值[1]。

图4 各种有机物的蒸汽浓度与温度的关

系及排放限值

一般冷凝法处理有机废气的流量和VOC的含量的范围是：流量小于3000Nm3/h，废气中VOC约占0.5%~10%。原则上，只有当废气处理量较小且可冷凝物质的浓度相对较高时才采用冷凝法。有机废气在低温下冷凝，其中所含水分、CO2和其他组分会冻结，从而导致装置部分堵塞，影响传热效果，必须加以清理。此外，有机组分浓度

常处于爆炸浓度范围内，因此对设备的安全等级要求极高。

1.4膜分离法

膜分离法也称渗透法，在有机废气净化中，是借载体空气和有机蒸汽不同的渗透能力，或膜对气体混合物中分子的不同选择性而将其分开。和冷凝法一样，膜分离法在空气净化领域内主要用于回

收有价值的有机化合物，而不是以空气净化、达到排放标准为目的

单独用来处理有机废气。有机废气的浓度从没标准立方米10g到几百克，废气处理量为100~2000Nm3/h

1.5生物降解法

有机废气的生物降解处理本质上是按照废水生化处理的原理进行的，利用微生物将废气中所含的有机物氧化降解为二氧化碳和水，废气中的有机物为微生物提供能量和养分。目前废气生化处理的设备主要有三种类型：膜生化反应器、生化过滤器和生化洗涤器。如同废水的生化处理，要使微生物能发挥作用，而且具有一定的降解速度必须具备以下条件:废气中的有机物能溶于水；有机物是可降解的；废气温度在5~60℃；废气中不含有毒物质。

1.6光催化氧化法

当紫外光灯的最大发射波长与VOC的最大吸收相一致时，VOC借紫外光直接通过自由基链连锁反应降解，这种借紫外光产生的反应成为光氧化或光

解。紫外光的强度越大，空气中的氧越容易生成臭氧，产生的臭氧分解为自由基，从而加剧了光解过程。空气中的水分也能在紫外线的作用下产生OH，同样参与VOC的氧化。

光催化氧化法是借具有光催化性能的催化剂，将吸附在催化剂表面的

VOC氧化为CO

2和H

2

O。经典的光催化剂都是半导体，由于TiO

2

对紫外线有很

高的吸收率，还有较高的催化活性和化学稳定性所以最常用，此外还有ZnO、

SnO

2、Fe

2

O

3

、CdS、ZnS、WO

3

、PbS等。

1.7热力燃烧法

因为有机废气中所含的可燃物浓度极低，不能着火和依靠自身来维持燃

烧，所以必须借辅助燃料燃烧产生的热量来提高废气温度，使废气中的VOC 氧化并转化成无害物质。济南化纤总公司化工一厂[2]利用该原理，采用焚烧炉进行PTA装置的废气处理，设A、B、C三个炉膛按焚烧、排放、反吹顺序切换运转，焚烧后废气通过烟囱排向大气。此方法可有效的去除PTA尾气中的乙酸甲酯、对二甲苯和CO等污染物，但是对溴化物的去除率偏低，仅有57%，而且焚烧温度达800℃，需要消耗大量的燃油，运行费用较高，操作不当会引起安全隐患，并且可能产生NOx等二次污染物。故现在已经逐步被淘汰。

1.8蓄热燃烧法（Regenerative Thermal Oxidizer,RTO）

热力燃烧法的运行费用中，一个重要部分是来自辅助燃料的消耗。所以运行成本过高，经济上不合算。在许多情况下采用的是蓄热燃烧法其特点是氧化尾气的热裂解和传热在同一设备——充填有高效传热陶瓷的加热炉内实现，也叫蓄热式热氧化法。基本原理是把有机废气加热到适当温度（800 ℃），使废气中的挥发性有机物在燃烧室内氧化成二氧化碳和水，氧化产生的高温气体流经热交换室，使特制的陶瓷块升温蓄热，充分利用废弃燃烧产生的热量，将这些热量用来加热后续进入的尾气，从而节省加热废气

的燃料（甚至不需要燃料）。由于过程的热效率很高（95%左右），通常只需要补充少量燃料或不补充燃料，大大节约了运行成本，RTO的操作维护十分简单、可靠，不需要经常更换部件，使用寿命较长。缺点是容积较大，一次性投资费用高。

图5 典型的两室蓄热式燃烧器