VOCs治理常用技术“痛点”再引行业热议

2/2作者：一气贯长空VOCs治理常用技术“痛点”...再引行业热议01活性炭吸附法的技术“痛点”活性炭吸附法前期投资较低,但实际运维成本高、管理难、技术适用性受多方因素影响，难持续性稳定达标。不适合含尘废气和含水汽或含粒状物的废气。治理废气需要大量活性炭，活性炭吸附饱和后的后续处理比较困难，只是对污染物的转移，没有做到把污染物消解掉，极易造成二次污染，不能形成除污环保闭环，存在环保责任风险。国内运用活性炭吸附的治污工艺设备，制造其的环保公司对设备的除污参数，基本上都会提到这类设备的除污效率达到90%以上，但是事实呢？经专家和实验数据表明，在实际除污应用过程中，除污效率达到90%以上只是理论值。但是，在不同的工作环境下，其除污效率远比这个理论数值低。原因分析如下：活性炭的吸附作用，主要是与活性炭的结构有关。活性炭表面原子通过络合作用、氢键、离子交换等多种方式结合起作用。活性炭虽然吸附速率快，吸附效率高，但对有机气体吸附的选择性低，同时，活性炭对有机气体的吸附过程也受多种因素的影响，主要包括温度、工作环境湿度、水雾、酸度、灰尘及被吸附气体之间的相互作用等。实验数据表明，在不同的环境条件下，活性炭的吸附效率的变化：（1）温度影响在通常情况下，活性炭吸附设备在温度方面，一般要求废气的温度低于40℃，25℃的吸附条件比较好，原则上需要对VOCs气源进行冷却才能达到这个温度，而在实际的工作环境中很难做到恒温吸附VOCs，如果废气的温度超过40℃，活性炭的吸附效率就会急速下降。而且，当活性炭吸附一定量的VOCs后暂停工作，则已经吸附VOCs的活性炭会因气温或气压的改变又释放脱附VOCs。（2）相对湿度影响相对湿度也会对活性炭吸附设备的吸附效率产生影响。从我国华南地区的一个沿海大省气象局发布的环境数据看到，自2016年4月，该省白天气温已经出现30℃以上的温度，甚至在7-9月份，频繁地出现白天气温超过35℃的极端气候。另外，该省自2016年3月开始，平均湿度长期超过70%了。再加上企业生产过程中产生的VOCs的温度长期偏高，所含的湿气也超过了50%。因此，室外环境条件和废气环境条件共同作用下，导致了活性炭吸附效率大为降低。活性炭吸附设备的整体吸附效率不到其设计标准的50%。可想而知，在这种情况下，排出的气体，所含的VOCs肯定是超出了国家规定的可排放标准，直接对大气产生了污染。（3）酸性气体影响活性炭表面酸性与吸附平衡有着密切的关系。活性炭表面酸性增加，则对酸性及中性有机物的吸附能力大幅降低，而大部分VOCs均显酸性。（4）粉尘影响活性炭对VOCs的吸附则主要受活性炭比表面积、孔径大小等物理特性的影响。因为活性炭的吸附是无选择性的，除了吸附VOCs，也会吸附粉尘，随着活性炭表面粉尘量的增加，活性炭的微孔被堵塞，比表面积降低，降低活性炭对VOCs的吸附能力，致使活性炭“中毒”失活。02低温等离子法的技术“痛点”技术原理为：低温等离子废气处理设备中的介质阻挡放电过程中，等离子体内部产生富含极高化学活性的粒子，如电子、离子、自由基和激发态分子等。VOCs与这些具有较高能量的活性基团发生反应，部分会被裂解，最终转化为二氧化碳和水等物质，从而达到净化废气的目的。国内生产的运用低温等离子体技术的治污设备，制造环保公司对设备的除污参数，基本上都会提到这类设备的除污效率达到80%以上。例如低能量的等离子体设备可用于治理油烟机油烟污染，但是在实际处理工业VOCs过程中，这种低温等离子体技术设备对VOCs的降解会生成副产物污染，VOCs的易燃性令其安全性将备受关注。（1）生成副产物现在采用等离子体技术的处理VOCs存在的问题是，等离子体对VOCs是可以部分降解的，如对简单的VOCs烷烃类、胺类物质，可以部分降解，但是对有机污染物甚至空气的激发是没选择性的，且在短短零点几到1秒内的时间对VOCs的降解是不完全的，还会产生一氧化碳、臭氧与氮氧化物等污染气体，生成的大量中间产物，可能挥发性、迁移性、毒性更强，危害更大。生产等离子体的厂家对原理剖析中，通常会指出臭氧能够与VOCs一起发生反应，生成无害的气体。但是实际检测结果表明，等离子体激发空气生成大量臭氧，大部分的臭氧在处污设备中是没有与VOCs发生反应的。（2）空气氧浓度的影响从以上图可知，等离子体对VOCs的降解受废气中氧浓度影响比较大，同等电压下，废气中10%的含氧量分别比0%、20%的降解率高。但是在实际处理过程中，废气的含氧量很难做到10%的最佳比例，导致了等离子体技术处理设备对VOCs的降解率达不到最佳效率，甚至会因为含氧量过高或过低，导致对VOCs的降解率只有理论值70%以下，不但达不到治理VOCs的标准，生成的副产物对大气产生了更多污染。（3）电压条件的影响从上图可知，不管废气中含氧量多少，增大等离子体的电压，生成臭氧量都会增加。虽然电压大，可以增大激发电弧的能量，从而加大对VOCs的降解率，但是，同时电压越大产生的臭氧量越大。03光催化氧化法的技术“痛点”现应用的光催化废气处理设备的技术是利用特种紫外线波段，在特种催化氧化剂的作用下，将氧气催化生成负氧离子，再将废气分子氧化还原的一种特殊处理方式。国内运用的光催化氧化的治污设备，通常采用双波长紫外光管，采用二氧化钛材料作为催化剂，制造其的环保公司对设备的除污参数，基本上都会提到这类设备的除污效率达到80%以上。实际上现市场的光催化氧化法处理设备采用的紫外光管降解VOCs受催化材料、粉尘、反应时间、湿度、废气浓度等影响甚大，同时如无可控技术，会生成中间副产物并加大了污染排放。存在巨大环保责任风险。（1）光催化材料的影响光催化氧化技术的微观反应原理是：当催化剂被一定光强的光照射时，根据半导体电子结构的特点，催化剂中会发生电子跃迁，即电子（e-）会从充满的价带跃迁到空的导带，从而留下氧化性极强的带正电的空穴（h+）。若采用市面上的二氧化钛（建材）材料，而不是锐钛矿型（光触媒介）二氧化钛光触媒（性价比等同碳与钻石），完全没有催化光解功效。（2）生成副产物目前普遍研究认为光催化氧化法能够将VOCs完全降解生成无毒无害的CO2和H2O等，但是在实际工程实践中VOCs的光催化氧化反应会生成酮、醛等中间产物，对环境造成二次污染。如下表所示实验结果。由上表可见，UV光解产生很多中间副产物，成分更复杂，可挥发性、可迁移性、毒性更高。在企业工厂的实际应用中，一定风量的VOCs的光催化氧化反应会生成酮、醛等中间产物与臭氧，这些产物可能成分更复杂、毒性更大，对环境造成二次污染。部分使用企业因对设备不甚了解，购买了毫无效果的设备也不清楚。（3）反应时间的影响在企业工厂的实际应用中，会不断的排放VOCs，因此VOCs在通过光催化氧化法处理设备的时间很短，从而导致了降解率偏低，达不到应有的标准。由上面的实验数据图可见，短时间内（1秒钟左右时间），单独紫外光设备对VOCs降解率很低。在单独UV光解技术应用中，即使延长反应时间，对VOCs的降解率也在10%以内（正如国内某知名紫外线灯管厂所介绍的，没有在反应区留滞三秒以上，基本没有效果），不但满足不了工业治污应用，还产生很多副产物污染气体。（4）相对湿度影响从上图的数据可以看到，随着湿度增大，在湿度50%时，降解率升到一个极点。但随着湿度增大，降解率又开始下降。所以光催化氧化法不是越干燥越好，也不是湿度越高就越好。UV光生成的臭氧，需要与部分水汽反应生成氢氧自由基或负氧离子增强介质的反应活性才可能增大与VOCs的反应几率。总之，单独的紫外光解技术的弊端是，受催化剂、湿度、灰尘颗粒物的影响，紫外灯大部份能量用于产生臭氧，短时间光解VOCs做不到彻底，反而产生更复杂的中间副产物，造成二次污染，此外，如果采用市面上的二氧化钛材料，不是锐钛矿型二氧化钛光触媒，完全没有催化光解功效。因此，我们可以分析出，在企业工厂实际生产中，催化氧化法处理设备对VOCs的降解率比较低，经光解排出的气体中VOCs会超出国家规定的标准，而且还会产生的臭氧，存在造成环境的二次污染的风险。04生物法的技术“痛点”生物法原理：利用微生物对废气中的污染物进行消化代谢，实质上是一种氧化分解过程，它通过附着在介质上的活性微生物来吸收VOCs，将污染物转化为无害的水、二氧化碳及其它无机盐类。适用范围：以微生物可分解物质为主，污染物为微生物的食物来源，可以生物处理的污染物包括：碳氢氧组成的各类有机物、简单有机硫化物、有机氮化物、硫化氢及氨气等无机类。要求小气量、低浓度、排气连续、废气处理容气大，虽处理过程比较环保,但运维较为复杂。（1）适用性目前，生物法仅限用于处理低浓度VOCs，不适合用于源源不断地排放VOCs的实际工况治理，如何将这些技术和方法用于高浓度VOCs的治理有待于研究。此外，生物需要在一定的pH缓冲液、适宜的温度及一些盐分如NH4NO3、K2HPO3等营养元素才能生长。一旦改变pH、温度或者盐分，可能会导致微生物失水死亡。（2）气液混合影响污染物去除率的关键过程是将污染物从气相转移到液相中，目前的大部分研究是对于易溶物和易降解污染物进行处理，在实际应用中将会受到一定的限制。开发出适合于难降解和疏水性污染物处理工艺就显得尤为困难。（3）堵塞问题生物法所用填料的比表面积、孔隙率等直接影响反应器的生物量以及整个填充床的压降及填充床是否易堵塞间题，污染物完成从气相到液、固相传质过程，在两相中的分配系数是处理工艺可行性的决定因素。（4）操作问题难实现自动控制，以提高对各运行参数的控制能力，维护费用高和发生故障的次数多。菌种培育困难，难筛选出高效降解各种VOCs气体的优势菌种；反应场地约束，反应装置占地面积大、反应时间较长，设备交易形成摆设。05燃烧法的技术“痛点”燃烧法主要分为蓄热式燃烧技术（RTO）和催化燃烧技术（RCO）、TO、CO等。其原理是通过直接燃烧或者添加催化剂进行低温燃烧，利用“烧”将有机废气彻底降解为水和二氧化碳。燃烧法作为目前处理效率和效果相对理想的工艺，虽然它的价格相对昂贵且运行费用不低，但已被大部分专家和部分地市环境主管部门认可，甚至制定为主要治理工艺，但VOCs治理涉及行业众多，市面上从数量上来讲，或许不到1%的用户有条件考虑焚烧工艺，此工艺投资大，运维成本高。（一）非催化类燃烧因蓄热燃烧（RTO）方式的燃烧室内温度一般不低于750度，特别是TO炉甚至高达1000度，因此，会产生燃料型氮氧化物。氮氧化物按生成机理的不同分为三类：热力型、快速型和燃料型，其中燃料型占60%_95%。在生成燃料型NOx过程中，首先是含有氮的有机化合物或空气中的氮气经过热裂解产生N，CN，HCN和等中间产物基团，然后再氧化成NOx。因此，非催化燃烧所需的燃烧温度较高，虽然高温有利于VOCs的去除，但同时会产生一些不良的后果：像直接燃烧法，燃烧温度过高会导致烟气中产生二次污染；对于蓄热式热力燃烧法，燃烧温度过高容易导致切换阀门等精密部件损坏。（二）催化类燃烧在有机废气的催化燃烧（RCO）工艺中，若采用自来水