挥发性有机废气治理技术发展研究

挥发性有机废气治理技术发展研究

针对挥发性有机废气治理技术的发展问题，首先介绍了挥发性有机废气治理技术，主要包括利用燃烧法处理挥发性有机废气，如利用直接燃烧法、催化燃烧法处理挥发性有机废气、生物法处理挥发性有机废气和吸附法处理挥发性有机废气，探讨了挥发性有机废气治理技术进展以及应用，主要探讨了微波催化氧化技术、活性炭纤维治理技术和生物治理技术，并介绍了在挥发性有机废气治理中的应用、纳米材料净化技术的应用和膜基吸收净化技术在挥发性有机废气治理的应用。

挥发性有机废气(以下简称VOCs)是一种有害气体，它的沸点接近水的沸点，有的VOCs沸点是在较高的温度下，此时这些有机废气的饱和蒸汽压都会高于133.3Pa，在这样的条件下，它们就可能成为挥发有机化合物，这种有机挥发化合物会污染空气，影响人类的健康。这些挥发性的有机化合物主要成分包括：硫烃、含氧烃、氮烃、卤代烃、烃类等多环芳香烃，由于它们的性质相似，它们很容易混合在一起，就会污染环境，这些VOCs同时能够威胁人类的身体健康，在人们的呼吸中，进入人体，对人的器官造成伤害。因此，在科技时代，必须对挥发性有机废气进行治理，使有机废气控制在一定的浓度。
1挥发性有机废气治理技术的分析　　在高科技时代，许多高科技产品的表面，都会利用涂漆、塑料、化工以及其它化工原料，都会使用许多有机物来进行处理，在利用这些有机物时，就会使它们形成许多挥发性的有机废气，它们不仅对工人带来身体的伤害，而且，如果这些气体不经过处理就随意的排放到空气中，就会污染环境，对人类的健康带来严重的危害，对于常用的VOCs治理技术有以下几种。
 
1.1利用燃烧法处理挥发性有机废气
 
燃烧法是利用VOCs的可燃性，由于它们自身可以燃烧，如果将这些有机物，在一定的温度下，将它们通人到焚烧炉中，就可以使这些有机物燃烧，当这些有机物生成CO和HO，就可以将它们排放到空气中。这种燃烧法的处理机理，主要根据燃烧温度和燃烧方式的不同，一般可以将它们分成直接燃烧法、热力燃烧法和催化燃烧法三种形式。
 
1.1.1利用直接燃烧法处理挥发性有机废气
 
直接燃烧法，就是使VOCs直接燃烧，其方法就是将VOCs直接通人到焚烧炉中，就可以使VOCs在高温中燃烧。如果VOCs的浓度高，它们在炉中就可以很好的燃烧，生成CO2和H2O，当VOCs浓度低时，此时的燃烧由于不充分，就需要采取一定的措施，如加入辅助燃料，也会使VOCs燃烧完全，最终使VOCs完全生成CO2和H2O，这些CO2和H2O就可以排人空气。这种方法的优势是：由于它们的投资费用低，制备的设备比较简单，在操作方面也比较方便，但是，利用这种燃烧的方法需要维持高温燃烧(>1100~C)的条件，同时，在这种高温条件下，就容易使产物生成NOx化合物，这种化合物使燃烧结果产生二次污染物。
 
1.1.2利用催化燃烧法处理挥发性有机废气
 
催化燃烧法是在反应系统加入某种催化剂，在催化剂的作用下，使VOCs能够完全反应，生成CO2和H2O，然后将它们排人到空气中的方法。这种催化剂的作用机理，主要是可以降低VOCs的燃点。目前使用的这种催化剂的类型较多，这些催化剂主要是贵金属催化剂(如Pt、Pd)和非贵金属催化剂(女口V、Ti、Fe、Cu等)。女口Pt/H—Beta和PdO/H—
 
Beta等催化剂，它们在与VOCs接触时，对氯化烃类的有机物具有很强的选择性，这样Pt/H—Beta和PdO/H—Beta等催化剂，就容易使它们发生催化分解作用]。而M.A.Centeno_3等人通过研究表明，利用催化燃烧的方法，可以使Au/TiOxNy催化剂对已烷、苯和丙醇等有机物发生很高的催化作用，在这种催化作用下，使VOCs得到完全燃烧。如果将催化燃烧法与热力燃烧法进行比较，它们各自具有不同的优势，但催化燃烧法所需的燃烧温度更低(200℃～400qC)，这是它的优势。由于它们可以在较低温度下燃烧，就可以避免NO二次污染物生成，使环境得到保护。但是，现在使用的催化剂，由于它们的性能不稳定，在某些条件下容易被含s、P、As等物质破坏，一旦催化剂的活性破坏，就使催化剂失去活性，如果一旦催化剂失去活性，为了保证反应进行，就需要更换催化剂，这一过程，也需要付出昂贵的费用。
 
1.1.3利用生物法处理挥发性有机废气
 
生物过滤法处理VOCs，这种有机废气，主要是工业生产、市政污水、污泥处理的主要来源。为了治理恶臭气体，提出了生物过滤法这种技术，近年来，随着科学的发展，发现这种处理方法对处理VOCs也有较好的效果。这种生物过滤法，可以处理较低浓度的VOCs，核心处理设备是生物滤床的作用(如图1所示)，VOCs可以在生物滤床中得到处理，使VOCs生成CO：和HO，这主要是由于在滤床内，已经装有能形成生物膜的填料，这些填料可以使VOCs在滤床里被生物膜上的生物经过吸附作用，将VOCs分解成CO2和H2O，使它们排放到空气中得到净化。

图1生物过滤法工艺的流程图

这种生物过滤法决定它的处理效率的优劣，主要是对这种生物过滤操作条件的控制，因此，在利用这种方法时，只要把操作条件控制好，就可以得到较好的结果。这种方法如控制得当对不同有机物的处理结果，可以达到40%一98%。生物过滤法的运行成本很低，这有利于企业的应用，但是由于这种方法的设备庞大，而且，它对于处理VOCs还具有选择性，这就减弱了这种方法的使用范围。

1.1.4利用吸附法处理挥发性有机废气
 
吸附法是利用具有微孔结构的吸附剂，它的方法是利用这种吸附剂，可以将空气中的吸附质吸附在吸附剂的表面上，通过吸附剂的吸附将有机物从主体中分离，这样就可以处理有机废气。吸附法工艺流程如图2所示，当VOCs通过风机的作用，使它输送到吸附塔1，当吸附塔1中达到吸附饱和后，就可关闭阀门，再将VOCs气体切换到吸附塔2进行吸附，由于VOCs是分别在塔1和塔2进行脱附，它们是相互交替操作，因此，只要设计合理，就可以达到连续处理的结果，使VOCs得到净化。目前常用的吸附剂：由于活性炭的性能较好，这主要是活性炭具有较大的比表面积，这就使活性炭具有较高的吸附容量，使VOCs得到较大的；另一种方法就是沸石分子筛，这种吸附剂它具有均匀的微孔结构，就可以使这种微型结构具有较强的选择性。就可以使它们具有较大的优势，在吸附VOCs的过程中，它们都具有较高的去除效率，就可以使它们达到吸附VOCs的作用，同时由于它们的能耗低，工艺成熟，因此，这种方法在一般的企业都易于推广实用，来处理VOCs使其净化。

图2吸附法工艺流程图
需要指出，中国对于VOCs的处理还存在差距，上述的处理方法，只适合应用在高、中浓度的VOCs治理中，但这些方法对于低浓度的VOCs处理，其效果相对微弱。在这样的环境中，就会影响到人的呼吸系统，使人的鼻、眼、心、肝、肺等器官受到有害气体的伤害，长时间在这种有机废气中生活，就会导致人体的器官出现变态反应，人类吸人有机废气的时间一长；就会导致吸人者致残和致癌，给人类带来难以补救的伤害。因此，针对中国VOCs治理技术的研究以及创新，目前，科技工作者正在积极引入或开发新的技术方法，这样才能够保证中国的环境优良，才能避免VOCs对人类的健康带来伤害。

2挥发性有机废气治理技术进展及应用 

2.1微波催化氧化技术及其在挥发性有机废气治理中的应用
 
微波催化氧化技术是高科技的处理技术，随着科学的发展，这种技术已经得到高速的发展，它可以有效集合传统的填料吸附技术，来提高处理VOCs治理的能力，这种方法的实现，改变了传统解吸治理方式向微波解吸治理方式的转变，极大地提高了治理效果。在治理VOCs过程中，使用微波催化氧化技术，它不仅能够缩短废气的解吸和吸附时间，而且还可以利用这种技术，降低各种能源的消耗和浪费，减少处理费用，提高VOCs的治理能力。现在采用的吸附剂可以连续使用二十次，而且这些吸附剂，在反复使用的过程中，都能够达到非常好的吸附效果，使VOCs得到彻底的处理。
 
2.2活性炭纤维治理技术及其在挥发性有机废气治理中的应用
 
活性炭纤维治理技术是高科技时代的创新，这种技术与传统的碳吸附技术相比，在使用性能上，它的吸附效果更好。这种VOCs治理技术的原理为：由于它通过活性炭纤维的加入，使它具有高效吸附性，由于它的高效吸附性，主要是由于具有环保材料的活性炭纤维，这样就使它的内表面和外表面分布了许多碳原子，由于这些碳原子的作用，使这些碳原子组成了具有吸附能力很强的表面性结构。这种活性碳纤维的表面性结构，具有很强的优势。为了比较两者的效能，即对活性炭纤维和传统的碳吸附材料的吸附性能进行比较，通过实验结果证实，由于这种活性炭纤维的特殊结构，使它的吸附结果更具有优势，这样它可以使活性炭纤维具有比较优异的性能，具有吸附速度快、吸附容量大、再生容易、表面积大、微孔丰富、含碳量高等众多优点，这些众多的优点，就可以使它们在治理VOCs的过程中，充分发挥吸附VOCs的作用，可以显示活性炭纤维非常好的用效果，因此，活性炭纤维治理技术已经具有很大的优势。非常适宜广泛的推广和应用在VOCs的治理中，使环境更加清新。
 
2.3生物治理技术及其在挥发性有机废气治理中的应用
 
生物治理技术在VOCs的治理中，这是一个较新的方法，主要应用原理：是通过生物治理技术的发展，将微生物的降解过程利用起来，就可以将这些VOCs有机物得到处理，使它们转化成水、二氧化碳等无机物，这样就把污染环境的有机废气处理掉。但是，由于生物治理技术对VOCs治理的过程比较复杂，在生物治理技术中，很难保证在气相中不产生
 
害物质，这样就会影响生物治理技术的结果，因此在实际应用中，应该注意保证气态污染物的液化，气态VOCs污染物液化后，需要通过各种污染物的生物吸附、新陈代谢以及降解的液化过程。但是，这种处理方法至今还未形成完善的理论，在实际应用中还没有找到合适的方法，因此，要利用生物技术处理VOCs，还需要许多科技工作者继续努力，做进一步的深入研究。
 
2.4纳米材料净化技术及其在挥发性有机废气治理中的应用
 
纳米材料净化技术是近年来处理VOCs的新技术。纳米材料指的是超细材料，这种超细材料的纳米粒子，由于它的表面积大，吸附能力非常强，因此，在反应过程中，可以显现纳米材料具有非常好的催化作用，这些纳米粒子的加入，在处理VOCs的过程中，就能够由于纳米粒子的加入，就可以有效的提高VOCs分解的反应速率，这对于挥发性有机废气的处理具有很大的优势，甚至能够将原来不能反应的物质，也能使它们完全进行。显然，纳米TiO在气态有机污染物治理方面具有优势。这些优势主要是它们表现在光照条件下，就能够激活纳米材料，可以使纳米TiO：把有机物质转化成有机酸、水、二氧化碳等小分子，这样就把污染有机物处理掉了，显然，纳米TiO：的光催化剂，在处理VOCs方面具有很大的发占优势，它可以在降解处理VOCs方面具有很大的优势，在净化空气方面具有很大的能力，因此，它可以使纳米TiO：具有非常广泛的应用前景。为了更好的分析比较，利用表1给出了上述几种VOCs处理工艺特点的分析对比结果，就可以清楚的进行比较。

3结语 

中国对挥发性有机废气治理技术的研究投入了一定的精力，目前已经开发和应用的种类较多，它们是微波催化氧化技术、活性炭纤维治理技术、生物治理技术、纳米材料净化技术、膜基吸收净化技术等。这些技术在实践中已经得到广泛的应用，并且已经获得了较好的成绩，尤其在处理VOCs的过程中，可以有效克服传统VOCs治理技术的弊端。为了更好地治理VOCs，在今后的应用中，可以利用不同的治理技术，发挥它们不同的特点，使它们更好地处理VOCs，所以在今后的实际工作中，要根据具体VOCs的实际情况，选择适当的治理技术，这样才能处理好VOCs的清除，才能够保证在环境中对VOCs的治理效果，保证环境的可持续发展。

——来源：《环境科学与管理》

原标题：挥发性有机废气治理技术发展研究