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VOCs危害及其处理技术

作者:user 来源:  日期:2019-09-26 21:15
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挥发性有机化合物(VOCs)是大气污染的主要源头之一,石油化工废气、垃圾焚烧发电和汽车尾气排放等都会产生VOCs,其会对人民身体产生巨大损伤,并导致光化学烟雾、雾霾等的产生。文章综述了目前国内外各项VOCs处理技术的原理及各自特点,并重点介绍吸附法、吸收法、膜分离法、冷凝法、燃烧法、光催化氧化、生物降解法以及等离子体法等控制技术、VOCs有机废气净化催化剂。 
 近年來,工业化程度越来越深入,社会经济的发展也越来越迅速,人类社会的物质文明得到了前所未有的长足进步与发展。但同时,随之而来的环境污染问题也变得更加严重和突出,已悄悄逐渐演变成了阻碍我国各方面发展的主要因素。在纷繁复杂的各类环境污染问题中,易隐蔽和扩散是大气污染独有的特点,这使其容易对人民身体健康造成长久侵害,并成为我国环境污染问题中最为严重的一种。 
  挥发性有机化合物英文缩写一般为VOCs,是一类具有特定沸点与饱和压力(常温)的气体化合物[1],在常温常压就有容易被点燃和发生爆炸的威胁,如脂肪烃、卤代烃、醇、醛、酮、醚、酯、梭酸类、胺类以及含硫、氯有机化合物等[2]。VOCs是一种主要的大气污染物,其不仅对环境造成严重影响,威胁人民群众健康,同时也是一种对可用能源的极大浪费与损失,对现代社会各方面的发展起到了很不利的阻碍作用,对孩童身体的健康生长和经济进一步提升发展都造成了严重的威胁和阻碍。于是对VOCs产生的控制和治理VOCs已经造成的污染,已经变成现今气体污染防治亟待解决的棘手任务。 
  2 VOCs的产生及危害 
  VOCs来源广泛,人们平常生活中排放VOCs的来源主要是包含建材行业、化学涂料以及各类烧油机器乃至平常的洗衣做饭等的排放;工业生产中的一般常见来源主要有石油化工废气、电厂锅炉尾气、燃料燃烧过程、各种垃圾焚烧、印刷、电子行业清洗、油漆和橡胶等的生产与使用。 
  VOCs不单是产生途径多种多样,它的类型也是各式各样,并且带来很大的危害。VOCs绝大多数具有毒害作用,对人的视力、嗅觉造成严重损伤,而且对头发、皮肤和内分泌系统都有很大的潜在威胁,甚至可能造成中毒事故发生;目前一部分VOCs更是被确定为致癌物质,比如甲醛和多环芳烃等;不少的VOCs是属于容易燃烧和发生爆炸的化合物,给企业的安全运行构成了不小的威胁;而且大多数VOCs会与臭氧反应,导致臭氧层破坏形成空洞,使紫外线辐射危险加剧[3,4]。 
  随着社会生产力越来越发达,VOCs造成的污染也愈加严重,人们开始一步步意识到其危害,也越来越迫切的寻求对VOCs进行管制的新型控制技术。 
  3 VOCs控制方法 
  对VOCs的控制方法包括两大类,分别是前端的预防性管控和末端的处理性控制。预防控制的指导思路是通过革新工艺流程,改良或更换生产设备,加大研究和开发深度,以减少或消除VOCs的排放。末端控制又按照处置形式分为两大类,分别是回收性质类技术和处理销毁性质类技术。预防性管控对生产技术水平的要求很高,目前来说很难达到,大部分企业都多多少少的在生产流程中向环境排放各种VOCs,所以更新和发展以回收法和销毁法为主的末端控制技术就格外重要。 
  3.1 回收方法 
  VOCs回收方法是指一类非破坏性的技术,是采用具有特殊性质的吸附剂或者渗透膜,在特定的物理化学条件下将VOCs分离出来,几种常用的回收方法如下。 
  3.1.1 吸附技术 
  该方法脱除VOCs的思路是利用具有特定性质的吸附剂对VOCs微粒进行处理,随后把截留下来的有机物分子在特定状态下脱附,继而起到净化的作用,这是当前一种使用比较多的VOCs回收方法[5,6]。 
  吸附法重中之重是吸附剂,探究如何改变其比表面积、表面化学性质、孔径分布和孔容等可以使吸附剂对VOCs的选择性以及吸附容量得到优化,这也是当前一个重要的研究方向[7]。这个方法的优势是去除效率相对比较高且净化比较完全,但是它初期投资成本较高,且生产运行费用高、更换费用昂贵,另外吸附剂易失去活性,再生起来困难较多,同时无法避免二次污染的问题,以上问题都阻碍了这个技术得到较为普及的应用。
3.1.2 吸收技术 
  相似相容原理是吸收法的主旨理论,它是用不易挥发的吸收剂将VOCs回收,然后再根据VOCs与吸收剂性质上的不同,使VOCs从混合气体中剥离出来。多种因素都会对吸收效果产生影响,吸收剂也不能随便选取,其主要选用原则是要对被处理污染气体的溶解度要大,且吸收剂本身的蒸气压低,不具有毒性,而且应该市场价格便宜且相对比较容易获得等[8]。这个方法的优点是可利用的市场广泛,可以处理所有能溶解在吸附剂里的污染气体,而且能回收到有价值的副产品;弊端是相比较而言,工艺流程繁杂,无法保证吸收效率;另外还有一个大问题是必须对吸收液进行二次处理,否则又会造成污染。 
  3.1.3 冷凝技术 
  该方法的指导原理是,不同温度下不同的气体饱和蒸汽压也不同,由此可以利用这个性质,运用冷却剂将废气冷却,当温度低到VOCs的露点温度时,就可以分离出已经变成液体的VOCs废气[9]。几种经常见到的冷却剂有冷水和液氨等。这个方法是全部VOCs控制技术里最简单的,但同时也有不少弊端:只能用于具有较高的沸点和较高浓度的VOCs,如果处理对象很容易挥发,则处理效果会大打折扣。又因为为数众多的VOCs具有容易点燃甚至爆炸的特点,受到爆炸极限的掣肘,废气里的VOCs含量不能太高,可是为了尽可能的提升回收效果,就需要采用加大压力或降低温度的措施,这又势必会相应的加大设备成本和运行维护的支出。因而为了不使成本太高,这个方法一般不会独自运用,而是将它与其他相应的技术结合起来联合使用。 
  3.1.4 膜技术 
  该方法的指导思想是,应用能让分子甄别性通过的特性薄膜,在膜两端加上不同的压力作为推力,由于VOCs与其他废气成分对所用分子膜穿透率的差异,最终将VOCs分离出来[10]。利用膜实施分离的方法对于具有较高浓度的气体处理效果较好,这在化工行业里会经常用到,具有回收效率高的优点,但伴随的弊端就是需要的设备初投资成本也很高。 
  3.2 销毁方法 
  VOCs销毁方法是在一定技术手段和条件下,将VOCs降解为无毒、无味的气体,即是一类破坏性的方法。几种经常能看到的技术如下。 
  3.2.1 燃烧技术 
  这个方法主要分下面所列的兩种。 
  直接燃烧法的指导思想是,利用VOCs气体容易燃烧的性质,直接将VOCs气体点燃,其对温度的要求很高,需要很大的能量[11]。该方法可以去除气相污染物,处理方式简略容易实行,但其也具有明显的缺点,即能耗巨大且操作温度高,有较大的爆炸风险并可能产生有毒废气,同时其适用范围狭窄,只能用于高浓度气体,因而已逐步被替代。 
  催化燃烧的指导思想是,首先是挑选出一种适宜的催化剂,在远远低于直接点燃燃烧温度的情况下,使废气里的有机废弃物质与氧结合反应产生无污染的H2O及CO2等。它所应用的原理是利用催化剂使化学反应要求的活化能大幅度减少,另外在催化剂的作用下,使整体的反应进程加速,使氧化分解在低温情况就可实现。此方法具有耗能较少、起燃温度低、处理范围广泛、安全性相对稳定、去除效率较高、无二次污染问题等很多优点,是当前VOCs污染治理技术中极具应用前景的方法[12]。 
  3.2.2 光催化技术 
  该方法依据的指导思想是,在具有特定波长的光照情况下光催化剂与在其表面附着的水反应产生强氧化自由基,随后通过一系列反应将VOCs最终转化成二氧化碳和水[13]。该方法的生产工艺简略,在日常条件下就可进行,但也存在一个较大弊端是,其只对部分VOCs脱除效果较好,对其它VOCs则效率很低,同时其催化剂容易失去活性,并且由于对太阳能利用的手段方法技术工艺还不够完善等问题,使其未能在VOCs治理方面实现大规模的应用。 
  3.2.3 生物降解技术 
  该方法所依据的指导思想是,在特定的条件下,利用微小形生物自身特性,把VOCs气体转化为其生长所需要的营养物质和无机物[14]。影响该方法使用效率的主要因素是PH值、湿度、温度、营养物质等。这个方法的设备相对比较简单,运行容易,而且不会产生二次污染,存在的弊端是对其处理效果的影响因素太多,而且一般比较复杂,其处理速率不高,不容易进行批量生产,当前只对低浓度污染物脱除处理使用。 
  3.2.4 等离子体技术 
  这个方法所依据的指导思想是,在常温常压情况下运用高压脉冲放电激发高能电子,随后激发出的电子不停歇的运动撞击空间别处的分子,最后在一系列化学反应后生成二氧化碳和水等[15]。这个方法所要求的设备比较简单,具有生产运行和维护的费用不高的优点,同时很少产生再污染,但遗憾的是目前大部分工作仍停留在实验状态,实际工业生产中还没有得到使用。 
  4 结束语 
  VOCs是主要的大气污染物,对各方面都有很大的危害,对VOCs排放的控制和处理办法有很多形式,但又都有不同的局限与缺点。因此治理VOCs污染问题,还要继续更新与优化控制技术,以不断提高VOCs脱除率、减少二次污染和降低生产运营成本。随着国家、社会对环境保护的认识越来越深入,VOCs排放限制也将越来越严格,今后更先进、全面的处理技术一定会不断涌现。 

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