基于工業(yè)生產(chǎn)VOC的危害分析及治理方案研究

陳金祖

【摘 要】文章以莆田市雙利鞋業(yè)有限公司鞋底車間為例，分析了VOC的特點和危害，并重點對VOC 廢氣治理方法和技術(shù)做了詳細分析，使車間工作和周邊區(qū)域的環(huán)境符合環(huán)保要求。

【關(guān)鍵詞】鞋底車間;VOC廢氣;危害;治理方法

【中圖分類號】X701 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2019）07-0116-02

1 工業(yè)VOC特點

工業(yè)VOC具有污染物數(shù)量多、排放量大的特點。在實際工業(yè)生產(chǎn)過程中的有害氣體種類很多，主要有硫氧化物、氮氧化物、鹵化物、碳氧化物、VOC等，對大氣環(huán)境造成污染統(tǒng)的氣體稱為氣態(tài)污染。根據(jù)有害氣體來源和性質(zhì)的不同，可采取適宜的措施對其進行控制，即源頭控制污染產(chǎn)生、回收利用處理等方式，充分利用環(huán)境的自凈能力，利用經(jīng)濟措施和政策實行總量控制等。雖然氣態(tài)污染物屬于混合物，在空氣中并非顆粒狀態(tài)或原子狀態(tài)，但仍能采用化學(xué)或物理手段分離處理。在空氣凈化過程中，大多根據(jù)氣態(tài)污染物的濃度等選擇凈化方法，合理選擇凈化方法不僅可以達到凈化目的，而且可以減少處理成本，提高社會效益與經(jīng)濟效益。值得注意的是，在處理高濃度氣態(tài)污染物時，需要進行預(yù)處理。

2 現(xiàn)況描述

本項目主要針對雙利鞋業(yè)有限公司鞋底車間的VOC廢氣進行處理，廢氣主要為在熱壓和煉膠生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的VOC氣體和制膠機產(chǎn)生的粉塵氣體，車間內(nèi)的廢氣產(chǎn)生源未設(shè)置任何處理設(shè)備。未經(jīng)處理的氣體不僅導(dǎo)致工人工作環(huán)境惡劣，排放后也會對周圍環(huán)境、廠區(qū)環(huán)境造成較大的污染。

2.1 存在問題

（1）工人在生產(chǎn)車間作業(yè)過程中，會有廢氣產(chǎn)生，其主要成分為苯乙烯、苯、甲苯與二甲苯等VOC氣體。

（2）廢氣未經(jīng)處理設(shè)備直接排放不能滿足環(huán)保要求。

（3）有害氣體將對工作環(huán)境和周邊區(qū)域影響較大。

2.2 解決對策

在處理工業(yè)異味較大、程度嚴重的污染項目時，不僅要考慮到項目的處理效率，而且需要將投資成本也納入分析范圍。在處理過程中，需要盡可能地使工業(yè)異味散發(fā)源集中，并根據(jù)氣態(tài)污染物的濃度等選擇有效的處理方式，嚴格遵守相關(guān)法律法規(guī)，按要求操作。①針對生產(chǎn)車間廢氣，增加集氣罩及管路系統(tǒng);②增加光催化加等離子廢氣處理設(shè)備;③增加引高排放風(fēng)管15 m。

3 VOC廢氣治理方法和技術(shù)

生產(chǎn)車間廢氣成分為苯乙烯、苯類等VOC氣體;只有進行深度處理后，才能達到排放標準，因此選擇工藝為集氣罩收集+光催化氧化+低溫等離子。

3.1 治理工藝選擇與確定

生產(chǎn)車間產(chǎn)生的廢氣通過集氣罩收集系統(tǒng)進入輸送風(fēng)管，被送到各廢氣處理單元進行凈化，達到環(huán)保排放的目標。

第一步：廢氣被抽引至光催化裝置催化，生產(chǎn)車間產(chǎn)生的廢氣分子鏈根據(jù)“光解氧化”原理進一步分解，形成降解轉(zhuǎn)變成低分子化合物。在這一過程中，二氧化鈦表面生成的·OH基團反應(yīng)活性很高，具有高于有機物中各類化學(xué)鍵能的反應(yīng)能，加上活性氧化類物質(zhì)及羥基自由基協(xié)同作用，可以高效分解廢氣，同時可以實現(xiàn)除臭與滅菌。主要作用是去除廢氣中的容易被分解和氧化的廢氣成分（非甲烷總烴、苯類等VOC氣體，具有較好的消毒和除臭效果，使其達標排放）。

第二步：對處理后的廢棄進行檢驗，若達標則借助煙囪高空排放。

3.2 UV光催化裝置

該催化裝置是將納米級TiO2均勻地分布在泡沫鎳基體上，在尖端納米復(fù)合技術(shù)及納米光觸媒材料的基礎(chǔ)上，研制出一種新型材料。經(jīng)過紫外燈光照射，高能離子可以破壞異味氣體中細菌的核酸，從而分解有機廢氣，達到滅菌的目的。

3.2.1 光催化工作原理

復(fù)合光催化泡沫金屬尖端納米復(fù)合技術(shù)由于具有較為特殊的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，是一種比較優(yōu)質(zhì)的光催化劑載體。納米二氧化鈦作為光催化劑，被廣泛地應(yīng)用于實踐中，也是最被學(xué)術(shù)界熱議的光催化劑，其在處理無機有害氣體等方面發(fā)揮著重要的作用，應(yīng)用前景廣闊。從二氧化鈦電子結(jié)構(gòu)來看，其具有一個滿的價帶和一個空的導(dǎo)帶。當(dāng)光照大于其帶隙能時，電子可以進一步轉(zhuǎn)化為自由電子，在價帶形成一個帶正電的空穴，最終形成電子—空穴對：

TiO2+hν →（TiO2）h++（TiO2）e-

價帶空穴、導(dǎo)帶電子分別是常見的氧化劑與還原劑?？昭ㄒ话闩c表面吸附的水分子或OH-離子反應(yīng)形成具有強氧化性的活性羥基（OH）：

h++H2O→·OH+H+

h++OH- →·OH

電子則與表面吸附的氧分子發(fā)生反應(yīng)，生成超氧離子。超氧離子可與水進一步反應(yīng)，生成過羥基和過氧化氫：

e-+O2→·O2-

·O2-+H2O→·OOH+OH-

2·OOH→H2O2+O2

·OOH+H2O+e- →H2O2+OH-

H2O2+e- →·OH+OH-

在活性羥基與其他活性氧化類物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)后，二氧化鈦光催化氧化得以實現(xiàn)。在二氧化表面生成的·OH基團反應(yīng)活性很高，加上活性氧化類物質(zhì)及羥基自由基協(xié)同作用，可以高效分解廢氣。

粗略的反應(yīng)機理如下：

H2S+O2、O2-、O2+→SO3+H2O

NH3+O2、O2-、O2+→NOx+H2O

VOCs+O2、O2-、O2+→SO3+CO2+H2O

3.2.2 紫外光激活照射

紫外光燈在斷開、閉合的瞬間會產(chǎn)生高壓擊穿汞蒸氣，汞原子在刺激下會發(fā)生輻射躍遷，最終產(chǎn)生可見光。低壓汞蒸汽主要產(chǎn)生254 nm和185 nm的紫外線。

日光燈等燈具的燈管大多使用普通玻璃，紫外線不能透射出來;紫光燈因其燈管多為石英玻璃等，不會出現(xiàn)上述情況（如圖1所示）。

紫外線燈可以作為良好的光能提供體，在滿足條件的紫外光線照射下，光催化劑納米粒子被刺激形成電子—空穴對。在整個過程中，不會因反應(yīng)產(chǎn)生臭氧，不會產(chǎn)生新的污染問題，對環(huán)境的影響較小。

3.2.3 復(fù)合光催化技術(shù)的先進性

光催化工藝除了由負載TiO2的三維網(wǎng)紫外線組成，同時也由設(shè)備殼體及電控系統(tǒng)構(gòu)成。該工藝對苯、硫化氫等揮發(fā)性有機、無機化合物有著較好的清潔作用。在二氧化鈦的催化作用下，這些有害廢氣最終達到無機化，同時也不會產(chǎn)生苯酚、六元環(huán)醇等中間產(chǎn)物。從實際情況來，已經(jīng)有許多國家將含有TiO2的光催化涂料應(yīng)用于建筑涂料中，目的是為了進一步分解汽車尾氣及工業(yè)廢氣中的有機高分子有機廢氣分子鏈，改善空氣質(zhì)量。

惡臭分子一般以粒子態(tài)和氣態(tài)兩種形態(tài)存在。其中，粒子態(tài)主要是含在粉塵中和液態(tài)中的惡臭成分。鑲嵌有納米二氧化鈦的三維網(wǎng)，其對廢氣成分中的粉塵有著較好的攔截作用。被攔截的粉塵中有一定量的揮發(fā)性有機和無機化合物，在光催化作用下，可將其分解成無毒無害物質(zhì)。

4 結(jié)論

綜上所述，工業(yè)生產(chǎn)VOC易危害人體健康，需要加強對工業(yè)VOC廢氣處理技術(shù)的研究，通過采用集氣罩收集+光催化氧化+低溫等離子的綜合處理，有效減少了廢氣對車間工作環(huán)境和周邊區(qū)域的危害。

參 考 文 獻

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[責(zé)任編輯：陳澤琦]