废气中挥发性有机物的治理_赵江力

第35卷第4期2012年4月

HEBEIHUAGONG

Vol.35,No.4Apr.201

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环保与安全

废气中挥发性有机物的治理

赵江力1，次会玲2

（1.石家庄经济技术开发区东方热电有限公司，河北石家庄052160；2.晋煤金石化工投资集团有限公司，河北石家庄050041）摘

要：介绍了工业废气中挥发性有机物的来源和危害，阐述了挥发性有机物治理技术的原理及国内外研究进展，

并探讨了其发展前景和研究方向。关键词：废气；挥发性有机物；治理中图分类号：X701

文献标识码：A

文章编号：1003-5095(2012)04-0076-03

TreatmentforVolatileOrganicCompoundsinWasteGas

ZHAOJiang-li1,CIHui-ling2

(1.DongfangThermoelectricCo.,Ltd,ShijiazhuangEconomicandTechnologicalDevelopmentZone,Shijiazhuang052160，China;2.JinmeiJinshiChemicalInvestmentGroupCo.,Ltd,Shijiazhuang050041，China)

Abstract:Tointroducethesourcesandhazardsofvolatileorganiccompoundsinindustrialwastegas,emphasizetheprin-ciplesandresearchprogressofthetreatmenttechnologiesforvolatileorganiccompounds,anddiscusstheirdevelopmentprospectsandresearchdirection.

Keywords:wastegas;volatileorganiccompound；treatment

随着经济发展和城市化进程的不断加快，空气质量受到了严重的破坏，挥发性有机物的污染问题日趋严重，已成为影响城市可持续发展的重要因素。挥发性有机物是一类有机化合物的统称，通常是指在常温下饱和蒸汽压＞70Pa、常压下沸点＜260℃的有机化合物，简称VOCS(Volatileorganiccompounds)[1]。VOCS种类有很多，如芳香烃、脂肪烃、卤代烃、醇、醛、酮、羧酸、酯、醚、萜烯化合物和四氢呋喃等。在常温下，其蒸发速率大，易挥发，且多数有毒，会危害人类健康，污染环境。

放源(含固定源与移动源)及自然排放源(含生物源与非生物源)两大类。南京市无工业污染源的交通干道大气环境中VOCs的监测结果表明，在检出的140多种挥发性有机物中，苯系物和烯烃含量最高，而且苯系物种类构成复杂，对人体健康危害较大。香港不同功能区大气中挥发性有机物的检测结果显示[2]：香港大气中存在60多种VOCs，其主要成分是苯系物、烷烃和卤代烃，在检出的VOCs中有17种是有毒挥发性有机物，其主要成分是苯系物和氯代烃，且机动车尾气是香港大气中VOCs的主要来源。通过对2002年环境大气中挥发性有机化合物的人为来源进行研究[3]，运用模型对各类污染源进行源解析，结果表明，各人为污染源的年平均贡献率分别为汽车尾气62%、汽油挥发9%、石油液化气

1挥发性有机物的来源及危害

典型挥发性有机污染物排放源可分为人为排

收稿日期：2012-02-08

1.1挥发性有机物的来源

作者简介：赵江力(1973-)，男，工程师，从事有关化工工作，E-mail:cihuiling@。

第4期赵江力，等：废气中挥发性有机物的治理·

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10%、涂料6%、石油化工6%、未知源6%。

伴随着新型建筑装饰装修材料的大量引入和各种日用化工用品的消费，空气污染源已经由过去的以室外工业排放和汽车尾气为主，逐渐转变为以室内家具涂料装饰材料所释放的气体为主。世界卫生组织证实，一些大厦的室内空气比起户外空气污染要严重十至百倍以上。挥发性有机化合物对建筑物室内的环境污染调查结果显示[4]，醇酸调和漆、防锈漆和清漆3种涂料中油漆涂料释放VOCs的组分很多，定性实验共检出35种组分，其中24种组分对人体健康有一定危害，19种组分具有“三致”效应。1.2挥发性有机物的危害

VOCs多半具有光化学反应性，经由紫外光照射，VOCs会与大气中其它化学成分反应，形成二次污染物或化学活性强的中间产物，从而增加烟雾、臭氧的地表浓度对生态环境造成危害。由光化学反应所造成的烟雾，除了降低能见度外，所产生的臭氧、过氧乙酰硝酸酯(PAN)、过氧苯酰硝酸酯(PBN)物质可能造成呼吸系统等方面的疾病[5]。

2VOCs的治理技术及进展

针对VOCs的性质以及浓度分布的不同，目前

广泛应用于VOCs治理的措施基本分为两大类：一类是以改进工艺技术、更换设备、防止泄漏乃至杜绝VOCs排放为主的预防性措施；另一类是以末端治理为主的控制性技术。末端处理技术又具体分为两种：一种是通过物理方法回收VOCs，即回收法；另一种是通过生化方法将VOCs氧化分解为无毒或是低毒产物的破坏性方法，即消除法。2.1VOCs的回收技术

回收技术是通过物理方法，在一定温度、压力下，用选择性吸收剂、吸附剂或选择性渗透膜等分离VOCs，目前常用的方法主要有冷凝法、吸收法、吸附法等。2.1.1

冷凝法

冷凝法是利用VOCs在不同温度和压力条件下具有不同的饱和蒸气压这一性质，采用提高系统压力或降低系统温度的方法，使处于蒸气状态的污染物从气相中分离的过程。冷凝法需要较高的压力和较低的温度才能保证较高的回收率。因此，运行费用高，适用于高沸点和高浓度VOCs的回收。该法常与吸收法、吸附法等联合使用。2.1.2

吸收法

吸收法是以液体作为吸收剂，通过洗涤吸收装置使废气中的有害成分被液体吸收，从而达到净化

的目的，其吸收过程是气相和液相之间进行气体分子扩散或者是湍流扩散的物质转移。该法适用于浓度较高、温度较低和压力较高情况下的气体污染物的处理，去除率可达95%～98%[6]。吸收法的关键是吸收剂的选择，根据有机物种类及生产工艺条件的不同，选择溶解度大、不易挥发、价廉的吸收剂，如水、液体石油类物质。

复方液吸收法是在传统吸收法的基础上提出的一种新的吸收法[7]。该法采用复合吸收液（成分为水、无苯柴油、添加乳化剂MOA的邻苯二甲酸二丁酯和多肽DH27）处理低浓度苯类废气，处理效果明显好于传统吸收液，提高了吸收效率，使低浓度苯类废气的净化处理效率达到87.5%，且该项技术投资少，运行成本低，净化效率高，易操作，具有很好的推广应用价值。2.1.3

吸附法

吸附法是利用某些具有吸附能力的物质,如活性炭、硅胶、多孔粘土矿石、高聚物吸附树脂等吸附剂，吸附有害物质而达到消除污染的目的，一般用于处理中、低浓度的气相污染物。吸附效果取决于吸附剂性质、气相污染物种类以及吸附系统的操作温度、湿度、压力等因素。近几年，出现一些新的吸附工艺和设备，如吸附—热再生—催化燃烧净化工艺、吸附—水蒸气再生—溶剂回收净化工艺等，对VOCs的去除效果较为明显。

2.2VOCs的消除技术

消除技术是通过化学或生物反应等，在光、热、催化剂和微生物等作用下将有机物转化为H2O和CO2，这种方法对于中等浓度或者浓度＜1000mg/m3的低浓度VOCs具有较好的处理效果。目前，常用的方法主要有燃烧法、低温等离子体分解法、生物法等。2.2.1

燃烧法

燃烧法是利用VOCs易燃性质进行处理的一种方法，经过充分的燃烧后，最后的产物是CO2和H2O，由于燃烧时放出大量的热，排气的温度很高，所以可以回收热量。该法在化工、喷漆和绝缘材料等行业广泛使用。若VOCs中含有硫、氮和卤素等成分，还应考虑对燃烧后废气的处理，以免造成二次污染。

催化燃烧法是采用一些催化金属，在低温下就可以进行燃烧的方法，该法具有去除率高、无二次污染等优点，并且可操作性较好。近年来，国内外对催化剂的研制多集中于非贵金属催化剂。用于催化燃烧净化含丙烯腈废气的金属氧化物-贵金

河北化工

HebeiChemicalIndustry

第35卷

属、金属氧化物、非贵金属3种类型的催化剂的研究制备[8]，初步评价了其对丙烯腈的催化氧化效果，并与现有的国产负载贵金属催化剂进行了比较，实验结果表明，所制备的催化剂对丙烯腈废气净化具有较好的催化氧化性能。2.2.2

低温等离子体分解法

低温等离子体技术又称为非平衡等离子体技术，是在外加电场的作用下，通过介质放电产生大量的高能粒子，其与有机污染物分子发生一系列复杂的等离子体物理—化学反应，从而将有机污染物降解为无毒无害物质。该法适用于各类VOCs的治理，处理效率高，无二次污染物产生、易操作，特别适用于对气体流量大、浓度低的有机废气的处理。利用电子束照射20种VOCs[9]，研究发现，通过化学结构可以推算出90%处理率时所需的电子束能。对于芳香族、脂环族、脂肪族、甲醇和三氯乙烯，电子束照射的处理效果很好。配备一个带防护罩的加速器(电压为300kV)可以处理的VOCs气体流量达3×104Nm3/h。

利用非热等离子体法处理VOCs[10]，研究结果表明，等离子体的氧化性能比O3强，同时提出，等离子体技术实际应用的关键是过程的可靠性、等离子体的能量效率和净化后气体的后续处理条件等。2.3VOCs的技术进展

传统VOCs治理方法具有一定的局限性，如费用高、生命周期短等，同时可能带来二次污染。近年来，国内光催化技术处理VOCs的研究和应用发展迅速，成为极具发展前景的VOCs治理技术。

光催化氧化法是利用催化剂的光催化活性，使吸附在其表面的VOCs发生氧化还原反应，最终转化为CO2、H2O及无机小分子物质。由于TiO2价廉且来源广泛，对紫外光吸收率较高，抗光腐蚀性、化学稳定性和催化活性高，且无毒，对很多有机物有较强的吸附作用，因而成为实验研究中最常用的光催化剂。TiO2光催化技术在处理VOCs上具有极大的优势。光催化氧化法的主要优点是能量利用效率较高，操作通常在常温下进行，无副产物生成，使用后的催化剂可用物理和化学方法再生后循环使用，VOCs降解率可达到90%～95%。

曾志雄等[11]以甲苯、甲醇和三氯乙烯为例，探讨了VOCs的初始浓度、室内温度、紫外光强度和迎面风速等因素对VOCs氧化速度的影响，研究结果表明，催化反应遵循Langeruire-Hinshelwood模式。李立清等[12]以钛酸丁酯为Ti源，分别以FeCl3、乙醇溶

液、硼酸为Fe源和B源，采用简单的溶胶—凝胶法制备了金属掺杂改性、非金属掺杂改性、金属和非金属共掺杂改性的TiO2，光催化剂催化降解甲醛的效果最好。中国海洋大学工程学院用纳米TiO2光催化剂进行了光催化氧化去除VOCs的机理研究，指出光催化降解控制机理中主要有传质、扩散、吸附、光化学反应几个过程，并建立了动态数值模型，该模型有助于VOCs光催化降解系统的设计[13]。

3结语

随着社会经济的发展和科技的进步，人们对生

存环境提出了更高的要求，更加关注对VOCs的治理。今后，应进一步探讨有机废气治理技术，克服传统VOCs废气处理技术运行费用高、反应器庞大、存在二次污染等缺陷，研制开发出投资少、高效、稳定的有机废气治理新工艺。尝试研究开发有机废气处理的联合协同工艺,这也将是今后一个重要的研究方向。

参考文献

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