有機(jī)廢氣處理技術(shù)研究進(jìn)展

彭雅麗

(青龍縣環(huán)境監(jiān)察大隊(duì)，河北秦皇島 066500)

有機(jī)廢氣處理技術(shù)研究進(jìn)展

彭雅麗

(青龍縣環(huán)境監(jiān)察大隊(duì)，河北秦皇島 066500)

有機(jī)化工、印刷以及油漆噴涂等工業(yè)過程排放的有機(jī)廢氣對大氣環(huán)境造成了污染，為此介紹了各種有機(jī)廢氣處理新技術(shù)的機(jī)理、特點(diǎn)和應(yīng)用。

有機(jī)廢氣；處理技術(shù)；變壓吸附；膜分離法

有機(jī)廢氣主要來源于煉油與石化、有機(jī)精細(xì)化工、合成材料、化學(xué)藥品原藥制造、裝備制造涂裝、塑料產(chǎn)品制造、電子設(shè)備制造、印刷、黏合、工業(yè)清洗等行業(yè)，以及建筑裝飾、餐飲服務(wù)和服裝干洗等日常生活。人體長期接觸有機(jī)廢氣，會(huì)通過呼吸系統(tǒng)經(jīng)人或皮膚吸收到體內(nèi)，引起肝、神經(jīng)及造血系統(tǒng)的損傷，引起的癥狀主要有頭暈頭痛、惡心嘔吐、心慌氣喘、疲乏無力、血象變化等，而且對人體和動(dòng)物存在嚴(yán)重的“致畸、致癌、致突變”危害[1]。因此，有機(jī)廢氣的治理越來越受到人們的重視，成為了大氣污染治理中的重點(diǎn)之一[2]。

1 傳統(tǒng)有機(jī)廢氣處理技術(shù)

以前普遍采用的廢氣處理方法有吸收法、吸附法、直接燃燒法、催化燃燒法、生物過濾池、生物滴濾塔、生物洗滌塔等。其中吸附法、催化燃燒法已經(jīng)比較成熟，并且已經(jīng)有了工程技術(shù)規(guī)范[3-4]。但是這些方法都存在著一定程度的不足：吸附法中不同氧化劑改性的吸附劑對有機(jī)廢氣的吸附量不同[5]，而且吸附劑價(jià)格較貴；直接燃燒法和催化燃燒法投資與運(yùn)行費(fèi)用較高，而且不適用于較常見的低濃度高流量的有機(jī)廢氣的處理；吸收法難以處理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定且難溶于水的有機(jī)廢氣；生物法處理有機(jī)廢氣只適于組成相對較簡單的有機(jī)廢氣，對組成復(fù)雜的工業(yè)有機(jī)廢氣處理起來比較困難?；趥鹘y(tǒng)處理方法的不足，新廢氣的處理技術(shù)開始引起了人們的廣泛重視，成為研究的新方向。

2 有機(jī)廢氣處理新技術(shù)

2.1低溫等離子體技術(shù)

低溫等離子體技術(shù)是在電場的作用下，高頻放電產(chǎn)生瞬間高能，打開有機(jī)廢氣分子的化學(xué)鍵，使之分解為單質(zhì)原子或無害分子，并且等離子體的高能電子、正負(fù)離子、激發(fā)態(tài)粒子和具有強(qiáng)氧化性的自由基，這些粒子可以氧化有機(jī)廢氣中的分子。有機(jī)廢氣的低溫等離子體處理是一門新興的技術(shù)。

低溫等離子體技術(shù)的特點(diǎn)是：等離子體的高能電子、正負(fù)離子、激發(fā)態(tài)粒子可以與碳?xì)浠衔?、氮氧化合物、硫化氫、硫醇等污染物反?yīng)，生成二氧化碳、水、氮?dú)?、二氧化硫等簡單無機(jī)物質(zhì)。

典型的有機(jī)廢氣如：苯、甲苯、乙硫醇、二氯丙烷等采用電暈放電形式的低溫等離子體處理惡臭廢氣是可行的，停留時(shí)間越長、電壓越高，脫除效果越好。

2.2變壓吸附技術(shù)

變壓吸附的基本原理是利用氣體組分在不同吸附劑上吸附特性的差異，以及吸附量隨壓力不同而變化的特性，通過壓力變換實(shí)現(xiàn)氣體的分離或提純[6]。變壓吸附由于采用了壓力漲落的循環(huán)操作，強(qiáng)吸附組分在低分壓下脫附，吸附劑得以再生。在加壓下進(jìn)行吸附，減壓下進(jìn)行解吸。

由于循環(huán)周期短，吸附熱來不及散失，可供解吸之用，所以吸附熱和解吸熱引起的吸附床溫度變化一般不大，波動(dòng)范圍僅在幾度，可近似看作等溫過程。變壓吸附常用的吸附劑有硅膠、活性氧化鋁、活性炭、分子篩等，另外還有針對某種組分選擇性吸附而研制的吸附材料。氣體吸附分離成功與否，很大程度上依賴于吸附劑的性能。

CHIHARA等應(yīng)用兩塔工藝的變壓吸附技術(shù)，吸附劑為高硅沸石，吸附壓力為0.2 MPa、脫附壓力為0.04 MPa，處理二氯甲烷氣體[7]。GILLILAND 等采用四塔工藝的變壓吸附技術(shù)，吸附壓力為0.195 MPa，脫附壓力為常壓，從空調(diào)的通風(fēng)氣流中回收全氟烷烴等，處理效率大于99%[8]。

變壓吸附技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是一次性投資低、能耗小、自動(dòng)化程度高和可靠性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可以獲得純度比較高的副產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)廢氣資源化，產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)效益。

2.3納米TiO2光催化技術(shù)

隨著納米技術(shù)的發(fā)展，納米技術(shù)也應(yīng)用到有機(jī)廢氣的處理中。納米TiO2光催化能有效地將有機(jī)廢氣轉(zhuǎn)化為二氧化碳、水等無機(jī)小分子物質(zhì)，還可以去除氯仿、多氯聯(lián)苯、有機(jī)磷化合物、多環(huán)芳烴等難降解或用其他方法難以去除的有機(jī)廢氣[9]。在一定的條件下，納米TiO2能將用化學(xué)法氧化難以分解的“三致”有機(jī)物徹底分解為二氧化碳、水和簡單的無機(jī)酸，且無二次污染。

俞家玲等的研究結(jié)果表明，方法在模擬實(shí)驗(yàn)室揮發(fā)有機(jī)物質(zhì)創(chuàng)造污染源環(huán)境，開啟空氣凈化器，然后采樣進(jìn)行測定。結(jié)果苯的降解效率為91%，甲醛的降解效率為78.8%[10]。

TiO2光催化技術(shù)不僅以其化學(xué)活性高、安全無毒、價(jià)格低廉、操作簡便、以及條件溫和無二次污染的突出優(yōu)點(diǎn)，在廢氣處理中受到普遍重視。

2.4膜生物反應(yīng)器

隨著新材料的研制開發(fā)以及膜生物技術(shù)在廢水處理中的成功應(yīng)用，人們開始關(guān)注膜技術(shù)在有機(jī)廢氣處理中的應(yīng)用。

膜生物反應(yīng)器是將傳統(tǒng)的微生物廢氣處理技術(shù)與膜技術(shù)相結(jié)合，不僅具有生物方法環(huán)保的優(yōu)點(diǎn),而且膜材料作為生物降解的傳質(zhì)界面,可以提供比較大的比表面積，增強(qiáng)降解效果，提高去除效率。

膜生物反應(yīng)器目前還處于實(shí)驗(yàn)室小型研究階段，而且這種方法的構(gòu)建和運(yùn)行成本比較高，因此從實(shí)驗(yàn)到運(yùn)行還需要更多的研究和實(shí)踐。同時(shí)膜生物反應(yīng)器具有流量低、阻力大、對水溶性差的污染物去除效率低等缺點(diǎn)，在一定程度上限制了膜生物技術(shù)在廢氣處理中的應(yīng)用。

2.5微波催化氧化技術(shù)

有機(jī)廢氣的微波催化氧化技術(shù)是由填料吸附/微波解吸技術(shù)發(fā)展而來，并將一般的熱解吸方式轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒉ń馕档土四芎?、縮短了解吸所需的時(shí)間，而且吸附劑反復(fù)使用20次，還可以保持原有吸附能力[11]。國外已經(jīng)有微波催化氧化技術(shù)在有機(jī)廢氣處理中的小規(guī)模應(yīng)用，在中國尚處于研究階段。

與常規(guī)加熱催化熱解技術(shù)相比，微波催化氧化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是催化熱解效率高、能耗比較低、吸附劑的損耗小、啟動(dòng)迅速、解吸時(shí)間比較短、對環(huán)境溫度影響??；缺點(diǎn)是對不同的有機(jī)廢氣需要選擇不同的吸附劑，而且微波功率、加熱時(shí)間、載氣流量等對微波催化氧化效率都有一定的影響。

2.6膜分離法

膜分離法處理有機(jī)廢氣的原理是在壓力驅(qū)動(dòng)下,利用有機(jī)廢氣組分分子大小的不同，在膜結(jié)構(gòu)內(nèi)的擴(kuò)散能力、滲透速率的不同來實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢氣與空氣的分離[12-13]。

采用膜分離技術(shù)處理油氣，具有流程簡單、運(yùn)行費(fèi)用低；設(shè)備占地面積小、質(zhì)量輕、便于安裝;易放大、和其他技術(shù)兼容性好；回收率高、能耗低、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)。近年來，隨著膜材料和膜技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，國內(nèi)外已有許多成功應(yīng)用的范例。

通過投入產(chǎn)出分析，一座加油量7 000 t/a的加油站，上一套膜油氣回收系統(tǒng)投資約30萬元，年運(yùn)行費(fèi)用約7 000 元，按0.5%的回收率計(jì)算，年回收汽油35 t。據(jù)國家發(fā)展改革委員會(huì)于2013-05-09發(fā)布的關(guān)于提高國內(nèi)成品油價(jià)格的通知，汽油的市場價(jià)格為 8 220 元/t，可年獲利28.8 萬元，投資回收期大約為13個(gè)月。膜油氣回收系統(tǒng)壽命可達(dá)15～20 年，回收油氣的經(jīng)濟(jì)效益顯著。

3 結(jié) 語

近20年以來，學(xué)術(shù)界對有機(jī)廢氣處理技術(shù)的關(guān)注度逐漸上升，新的技術(shù)層出不窮。本文總結(jié)了新的有機(jī)廢氣處理工藝的原理、影響因素、實(shí)用范圍及去除效果，認(rèn)為變壓吸附法和膜分離法有較好的應(yīng)用前景。

變壓吸附法處理組分簡單的有機(jī)廢氣投資少，自動(dòng)化程度高，可以回收產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢氣資源化，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益，符合中國的循環(huán)經(jīng)濟(jì)政策，在中國有機(jī)廢氣治理領(lǐng)域有較好的發(fā)展前途。

膜分離法已經(jīng)在石油行業(yè)油氣回收中實(shí)際應(yīng)用，其處理效果明顯，有良好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。

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Research progress of organic waste gas treatment technology

PENG Yali

(Environmental Supervision Branch of Qinglong County, Qinghuangdao Hebei 066500, China)

Many industrial processes, such as organic chemistry industry, print industry, and paint spraying, emit organic waste gas, which has polluted atmospheric environment. The mechanisms, characteristics, and applications of various treatment technologies for organic waste gas are introduced.

organic waste gas; treatment technology; pressure swing adsorption; membrane separation process; new technology

1008-1534(2013)04-0306-03

X506

A

10.7535/hbgykj.2013yx0420

2013-04-30;

2013-05-29

責(zé)任編輯：陳書欣

彭雅麗(1980-)，女，河北青龍人， 助理工程師，主要從事環(huán)境監(jiān)察方面的工作。

E-mail：chinstein@163.com