VOCs净化技术

1、VOCs净化技术1 VOCs概述1.1 定义VOCs指挥发性有机化合物（volatile organic compounds）的英文缩写。它包括烃类、芳烃类、醇类、醛类、酮类、脂类、胺类和有机酸等。1989年，世界卫生组织(WHO)对总挥发性有机化合物(VOCs)的定义是熔点低于室温，沸点范围在50-260之间的挥发性有机化合物的总称。1.2 来源VOCs 排放源非常复杂，从大类上分，主要包括自然源和人为源，自然源主要为植被排放、森林火灾、野生动物排放和湿地厌氧过程等，目前仍属于非人为可控范围。VOCs 主要人为源包括移动源和固定源，固定源中又包括生活源和工业源等。移动源是指汽车、轮船、飞机等

2、各种交通运输工具的排放。生活源VOCs 排放对象复杂，包括建筑装饰、油烟排放、垃圾焚烧、秸秆焚烧、服装干洗等。其中，建筑装饰、垃圾焚烧、秸秆焚烧等只能从源头进行控制。餐饮油烟可以通过末端控制进行净化。服装干洗则主要在于设备的改进，通过推行密闭干洗机，使含VOCs 溶剂密闭运行，可起到很好的减排作用。工业源主要包括石油炼制与石油化工、煤炭加工与转化等含VOCs原料的生产行业，油类（燃油、溶剂等）储存、运输和销售过程，涂料、油墨、胶粘剂、农药等以VOCs为原料的生产行业，涂装、印刷、粘合、工业清洗等含VOCs产品的使用过程。1.3 危害VOCs是强挥发、有特殊气味、有刺激性、有毒的有机气体，部分己

3、被列为致癌物，如氯乙烯、苯、多环芳烃等。其危害主要有：（1）在阳光照射下，NOx和大气中的VOCs发生光化学反应，生成臭氧、过氧乙酰硝酸酯(PAN)、醛类等光化学烟雾，造成二次污染，刺激人的眼睛和呼吸系统，危害人的身体健康。这些污染物同时也会危害农作物的生长，甚至导致农作物的死亡；（2）大多数VOCs有毒、有恶臭，使人容易染上积累性呼吸道疾病。在高浓度突然作用下，有时会造成急性中毒，甚至死亡；（3）大多数VOCs都易燃易爆，在高浓度排放时易酿成爆炸；（4）部分VOCs可破坏臭氧层。2 VOCs污染控制技术VOCs的控制技术基本分为两大类。第一类是预防性措施，以更换设备、改进工艺技术、防止泄漏乃

4、至消除VOCs排放为主，这是人们所期望的，但是以目前的技术水平，向环境中排放和泄露不同浓度的有机废气是不可避免的，这时就必须采用第二类技术。第二类技术为控制性措施，以末端治理为主。末端控制技术包含两类，即回收技术和销毁技术（图1）。回收技术是通过物理的方法，改变温度、压力或采用选择性吸附剂和选择性渗透膜等方法来富集分离有机污染物的方法，主要包括吸附技术、吸收技术、冷凝技术等。回收的挥发性有机物可以直接或经过简单纯化后返回工艺过程再利用，以减少原料的消耗，或者用于有机溶剂质量要求较低的生产工艺，或者集中进行分离提纯。销毁技术是通过化学或生化反应，用热、光、催化剂或微生物等将有机化合物转变成为二氧

5、化碳和水等无毒害无机小分子化合物的方法，主要包括高温焚烧、催化燃烧、生物氧化、低温等离子体破坏和光催化氧化技术等。2.1 回收技术对于高浓度或比较昂贵的具有回收价值的VOCs，宜采用回收技术加以循环利用。常用的回收技术主要有吸附、吸收、冷凝技术等。2.1.1 吸附技术吸附法是目前最广泛使用的VOCs回收法。它属于干法工艺，是通过具有较大比表面积的吸附剂对废气中所含的VOCs进行吸附，将净化后的气体排入大气。吸附法主要用于低浓度，高通量的VOCs处理。吸附法是一种传统的废气治理技术，具有能耗低，工艺成熟，去除率高，净化彻底，易于推广的优点，有很好的环境和经济效益。其缺点是设备庞大，流程复杂，再生

6、的液体不能回用， 这些液体必须进行处理，不仅可能造成二次污染， 而且增加许多处理成本，另外当废气中有气溶胶或其他杂质时， 吸附剂易失效。由于全过程的复杂性，费用也相对较高。2.1.2 吸收技术吸收法是采用低挥发或不挥发液体为吸收剂，利用废气中各种组分在吸收剂中溶解度或化学反应特性的差异，使废气中的有害组分被吸收剂吸收，从而达到净化废气的目的。VOCs的吸收通常为物理吸收。根据有机物相似相溶原理，常采用沸点较高、蒸汽压较低的柴油、煤油作为溶剂，使VOCs从气相转移到液相中，然后对吸收液进行解吸处理，回收其中的VOCs，同时使溶剂得以再生。对一些水溶性较高的化合物，也可以使用水作为吸收剂。当吸收剂

7、为水时，采用精馏处理就可以回收有机溶剂；当吸收剂为非水溶剂时，从降低运行成本考虑，常需进行吸收剂的再生。吸收技术是控制大气污染的重要手段之一，不仅能消除气态污染物，而且能将污染物转化为有用产品。2.1.3 冷凝技术冷凝法是利用物质在不同温度下具有不同饱和蒸汽压这一性质，采用降低系统温度或提高系统压力的方法，使处于蒸汽状态的污染物冷凝并从废气中分离出来的过程。冷凝法适用于高浓度有机溶剂蒸汽的净化，经过冷凝后尾气仍然含有一定浓度的有机物，需进行二次低浓度尾气治理。在有机废气治理中，通常采用常温水或低温水对高浓度的废气首先进行冷凝回收，冷凝后的尾气再进行吸附或催化燃烧处理。对于低浓度的有机废气，当需

8、要进行回收时，可以首先采用吸附浓缩的方法，吸附浓缩后高浓度废气再采用冷凝技术处理。2.2 销毁技术对于中等浓度或低浓度（<1000 mg/m3）的VOCs 一般选择销毁的方法，常见的销毁技术有：燃烧法（直接燃烧、热力燃烧和催化燃烧）、生物法（主要是生物过滤、生物洗涤、生物滴虑三种）、光催化降解、电晕法、等离子体技术等等。2.2.1 燃烧法热破坏是目前应用比较广泛也是研究较多的有机废气治理方法，特别是对低浓度有机废气。目前使用的燃烧净化方法有直接燃烧、热力燃烧和催化燃烧。燃烧时所发生的化学作用主要是燃烧氧化作用及高温下的热分解。因此，这种方法只能适用于净化那些可燃的或在高温情况下可以分解的

9、有害物质。对化工、喷漆、绝缘材料等行业的生产装置中所排出的有机废气，广泛采用了燃烧净化的手段。由于VOCs燃烧氧化的最终产物是CO2，H2O等，因而使用这种方法不能回收到有用的物质，但由于燃烧时放出大量的热，使排气的温度很高，所以可以回收热量。2.2.1.1 直接燃烧直接燃烧法是使VOCs 在较高温度下迅速转化为CO2和H2O，直接燃烧法温度一般在1100以上。适合于治理高浓度的有机废气。处理VOCs 浓度范围在5000-10000 mg/m3。直接燃烧法工艺成熟，在适当的温度和保留时间下，可以达到99%的热处理效率。优点：在适宜的温度和保留时间下，处理率可达99%，运行费用较低。 缺点：容易

10、发生爆炸，并且浪费热能 产生二次污染，能耗高， 投资大，易氧化空气中的 N2。2.2.1.2 热力燃烧热力燃烧一般用于处理废气中含可燃组分浓度较低的情况。它和直接燃烧的区别就在于直接燃烧的废气由于本身含有较高浓度的可燃组分，它可以直接在空气中燃烧。热力燃焚烧则不同，废气中可燃组分的浓度很低，燃烧过程中所放出的热量不足以满足燃烧过程所需的热量。因此，废气本身不能作为燃料，只能作为辅助燃料燃烧过程中的助燃气体，在辅助燃料燃烧的过程中，将废气中的可燃组分销毁。与直接燃烧相比，热力燃烧所需要的温度一般较低，通常为540820。2.2.1.3 催化燃烧目前，VOCs 治理技术中催化燃烧技术相对成熟。催化

11、燃烧是在催化剂存在的条件下，VOCs气体中的可燃组分在较低的温度下进行的一种无焰燃烧，将有害VOCs转化成无害的二氧化碳和水的过程。由于催化剂的存在，氧化反应的活化能得到降低，氧化分解可在较低的温度下进行，一般为200-400。2.2.2 生物技术生物降解技术最早应用于脱臭，近年来逐渐发展成为VOCs的新型污染控制技术。废气生物净化技术实质上就是通过附着在反应器内填料上的微生物，在新陈代谢过程中将废气中的污染物转化为简单的无机物(CO2、H2O 和SO42-等)和微生物细胞质的过程。其中，废气中的VOCs 分解为二氧化碳、水等无机物；含硫恶臭污染物中的硫转化为硫化氢并进一步转化为环境中稳定的硫

12、酸盐；含氮污染物中的氮转化为环境中稳定的硝酸盐或氮气。2.2.3 光催化技术光催化氧化法主要是利用光催化剂（如TiO2）的光催化性，氧化吸附在催化剂表面的VOCs。利用特定波长的光（通常为紫外光）照射光催化剂，激发出“电子-空穴”（一种高能粒子）对，这种“电子-空穴”对与水、氧发生化学反应，产生具有极强氧化能力的自由基活性物质，将吸附在催化剂表面上的有机物氧化为二氧化碳和水等无毒无害物质。光催化氧化与电化学、O3、超声和微波等技术耦合可以显著提高对有机物的净化能力。光催化氧化具有选择性，反应条件温和（常温、常压），催化剂无毒，能耗低，操作简便，价格相对较低，无副产物生成，使用后的催化剂可用物理

13、和化学方法再生后循环使用，对几乎所有污染物均具净化能力等优点。目前光催化氧化技术存在反应速率慢、光子效率低、催化剂失活和难以固定等缺点。2.2.4 等离子体技术低温等离子体净化技术是近年来发展起来的废气治理新技术。低温等离子体破坏技术属低浓度VOCs 治理的前沿技术。研究表明，C-S 和S-H 键比较容易被打开，因此低温等离子体技术对于臭味的净化具有良好的效果，如橡胶废气、食品加工废气等的除臭。低温等离子体用于废气的净化具有很多的优势。（1）由于等离子体反应器几乎没有阻力，系统的动力消耗非常低；（2）装置简单，反应器为模块式结构，容易进行易地搬迁和安装，运行管理方便；（3）不需要预热时间，可以

14、即时开启与关闭；（4）所占空间较小；（5）抗颗粒物干扰能力强，对于油烟、油雾等无需进行过滤预处理；（6）无需考虑催化剂失活问题；（7）工艺流程简单、 运行费用低, 是直接燃烧的一半；（8）对VOC s的去除率高, 对VOC s的适应性强；（9）有机化合物最终产物为 CO2、CO 和H2O, 若有机物是氯代物, 则产物应加上氯化物, 而无中间副产物, 降低了有机物毒性, 同时避免了其他方法中后期处理问题。今后应加强以下两方面的研究：对水蒸气比较敏感，当水蒸气含量高于5时处理效率及效果将受到影响；初始设备投资较高。2.2.5 脉冲电晕技术脉冲电晕技术基本原理是通过沿陡峭、脉冲窄的高压脉电晕的电，在

15、常温常压下获得非平衡等离子体，即产生大量高能电子和O，OH等活性粒子，对有害物质分子进行氧化降解反应，使污染物最终无害化。该技术适用于低浓度广范围的VOCs废气处理。电晕放电技术对 VOCs 的处理效率非常高，应用范围广，基本上各类VOCs都能有效处理，对低浓度VOCs处理效果显著。运行工艺简单，维护方便，能耗低，比传统方法更经济有效。其优点在于工艺流程简单，维护方便；处理效率高，运行费用低，特别对芳烃的去除效率高。缺点：对高浓度VOCs处理效率一般还停留在实验室阶段。2.2.6 紫外氧化法紫外氧化法是通过紫外光照射产生的臭氧将VOCs氧化分解成低分子化合物、二氧化碳和水的一种技术。紫外氧化法

16、主要应用于恶臭气体的除臭，具有除臭效率高，设备简单，运行成本低，无需添加化学药剂等特点。但存在氧化不彻底，有低分子中间产物产生。3治理与综合利用（一）鼓励VOCs的回收利用，并优先鼓励在生产系统内回用。（二）应根据废气的产生量、污染物的组分和性质、温度、压力等因素进行综合分析后选择废气治理工艺路线。（三）对于高浓度VOCs废气，宜首先采用冷凝回收、变压吸附回收等技术对废气中的VOCs回收利用，辅助以其他治理技术实现达标排放。（四）对于中等浓度VOCs废气，宜采用吸附技术对有机溶剂进行回收，或采用催化燃烧和热力焚烧技术净化后达标排放。当采用催化燃烧和热力焚烧技术净化时，应对燃烧后的热量回收利用。

17、（五）对于低浓度VOCs废气，有回收价值时，宜采用吸附技术对有机溶剂回收后达标排放；无回收价值时，宜采用吸附浓缩燃烧技术、生物技术或等离子体技术等净化后达标排放。（六）恶臭气体宜采用生物技术、等离子体技术、吸附技术等净化后达标排放。（七）对于催化燃烧和高温焚烧过程中产生的含硫、氮、氯等的无机废气，以及吸附、吸收、冷凝、生物等治理工艺过程中所产生的含有机物的废水，应处理后达标排放。4 总结除了所处理VOCs气体本身的特性外，技术选择时还应综合考虑各种技术本身的性能指标、建设和运行成本、执行的排放标准等因素。在VOCs处理技术选择方面虽然有一些共性的规律和标准可以遵循，但是由于实际工业生产中不同行业企业所排放VOCs气体的组成和特性往往存在较大差异，因此很难用一个标准覆盖所有的情形。 在实际工程中，往往单一处理工艺难以满足排放要求，常常需要在主体工艺前加入预处理单元或进行不同工艺的组合。比如对于含有颗粒物的气体，需要在VOCs去除单元之前加入水洗或过滤等预处理单元.对于浓度较低、不适于直接催化燃烧的气体，可采用吸附浓缩+催化燃烧的工艺组合进行处理。吸附、催化燃烧、生物处理、热力燃烧、等离子体等工艺在国内外工业VO