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    工業有機廢氣處理技術發展(轉載)

    2018-07-03

    改革開放以來,我國的化工企業猶如雨后春筍,發展極為迅速。生產中產生的廢氣、廢液、固體廢棄物等“三廢”問題也隨之而來。其中大氣污染是我國目前突出的環境問題之一,工業生產中產生的各種有機物廢氣,例如各種烴、醇、酸,醛和酮類化合物等,嚴重制約著社會經濟發展和威脅著人們身心健康,并且這些污染物也是難處理的。有機廢氣污染具有面廣、量大、難降解的特點,如何合理地控制它們的排放并且加以有效凈化成為當前擺在廢氣處理設備廠家面前一個十分緊迫的課題。
      1.當前有機廢氣處理的主要方法
      國內外科研工作者對于有機廢氣分處理進行了深入和廣泛的研究,目前,普遍的處理方法有:吸收法、吸附法、熱破壞法和生物處理法等。
      1.1 吸收法
      該法在氣態污染物處理方面運用極為廣泛。按照吸收過程,它又分為物理吸收和化學吸收兩種,通常是利用氣體混合物中的不同組分在液體溶劑里的溶解度不同或者與吸收劑發生選擇性的化學反應,分離污染物,達到凈化廢氣的目的。吸收劑主要是液體類物質,化工企業一般采用水、表面活性劑和液體石油類物質的混合試劑對廢氣進行吸收,具有很好的強化效果[3]。對于種氣態污染物,例如:SO2,NOX和H2S 等,都可以用液體溶劑吸收法進行處理。對于有用的產品,通過解析,可以回收利用,吸收劑也可以重復使用,具有很好的經濟效果。
      1.2 吸附法
      吸附是一種界面現象,一種物質附著在另一種物質表面上的緩慢作用過程。發揮吸收作用的吸附劑應該具有疏松多孔的結構,化學性質穩定,不易破碎,比表面積大,可以在多個位點上對氣體污染物進行吸附。工業上常用的吸附劑有人工沸石、硅膠、氧化鋁和活性炭等。在吸附材料的選擇上,經過研究發現:纖維狀物質在吸附當中,傳質速率很快,處理效果比起顆粒狀、蜂窩狀等吸附劑要好很多。吸附法應用廣泛,工藝成熟,能耗低,但是廢氣當中如果含有多種污染物時,吸附效率顯著降低;并且吸附劑再生困難,容易中毒。
      1.3 熱破壞法
      對于低濃度有機廢氣,該法效果很好。根據操作過程,可以分為直接火焰燃燒和催化氧化燃燒。前者的使用時間由來已久,投資少而且處理徹底,在適當溫度和保留時間條件下,可以達到99%的熱處理效率;后者可以有效地降低有機物的起燃溫度,在催化劑作用下,有機物在氣流中加熱,迅速發生化學反應,污染物得到去除。用于有機廢氣凈化的催化劑主要是貴金屬和非貴金屬及其鹽類,在整個燃燒體系中起到重要作用。該法的缺點是:催化劑存在中毒問題,并且工藝條件要求十分嚴格,一些貴金屬成本很高,反應過程中容易燒結,增加了后處理的難度。
      1.4 生物處理法
      自上世紀80 年代以來,該法受到人們廣泛的關注和應用。從原理上來看,此法實質上是一種氧化分解過程。微生物以廢氣中的有機組分作為作為碳源和氮源,經代謝降解,將有機物分解為二氧化碳、水、無機鹽和生物質等無害或少污染的物質。目前開發和應用的生物處理設備有生物洗滌器、生物滴濾塔和生物濾池等。生物處理法在低濃度的有機廢氣處理上,技術成熟,而且設備簡單、運行費用低,不過對于濃度較高的有機廢氣,相關的研究和應用比較少,濾床中的顆粒物積累過多之后極易堵塞,形成很大的阻力,使得處理效率下降。此外,對于適用于特定有機物降解的細菌種類和接種方法有待進一步研究與開發。
      2.對當前一些新技術的展望
      上述所介紹的傳統方法雖然開展研究較早,應用廣泛,但是在經濟或者技術層面有一定的局限性,隨著對廢氣治理開發力度的加大,一些新的技術也慢慢被人們所嘗試,展示了更加廣闊的前景。這些新方法有:膜分離,放電等離子體,光催化氧化和綜合處理技術等[4]。
      2.1 膜分離
      在有機廢氣的前進通道上,設置一個半滲透性的膜。氣體中的組分由于自身性質和分壓的不同,透過膜的能力就有所差別,這樣,通過速度就會有先后次序,氣體污染物可以得到很好的分離。該法凈化廢氣的效率高,但是半透膜容易被污染,而且運行成本費用較之其它方法高許多。
      2.2 放電等離子體
      該法通過高壓放電形式,產生的大量高能電子或者O、OH、N 等活性離子,構成一個非熱平衡等離子體。在等離子體的作用下,C-H 和C-C 等化學鍵發生斷裂,廢氣中含有的CL、F、H 等原子發生置換反應,得到的終產物是CO2和H2O 等無害物質。在等離子體中引入TiO2和金屬氧化物催化體系可以大大降低副產物的生成,提高污染物的去除效率。與常規方法相比而言,該法可操作性好,流程短,尤其在節能方面潛力很大,很適合處理低濃度的有機廢氣。
      2.3 光催化氧化
      在光照條件下,一些半導體材料,例如TiO2、ZnO、CdS、WO3等,會產生一種自由基活性物質,它具有強氧化性,可以使得一些有機污染物在常溫常壓的條件下反應成為簡單無毒的無機物。該法處理廢氣不受溶劑分子影響、易回收、反應效率高、反應速率快,對于苯系物和含氯的化合物有比較好的降解性。
      2.4 綜合處理技術
      該技術是多個傳統工藝的結合,可以更好的發揮各項處理方法的優點,處理效果也遠遠優于單一方法。目前,綜合處理技術已經有了很多工程實例。例如:吸附催化氧化技術,吸收-解吸-變壓-吸附組合工藝等。陳定盛等[5]通過非離子表面活性劑——Tween 20,陰離子表面活性劑——十二烷基苯磺酸鈉和自制的表面活性劑SCOP,與水配成不同
      濃度的復合吸收劑,對低濃度、高通量,含無機物、塵粒和油分等成分的有機廢氣進行了吸附研究,并且整合了加熱、吹脫、燃燒和厭氧等其他工藝,結果表明:復合吸收技術對于甲苯和乙酸丁酯有良好的去除率,廢氣和吸收尾液均達標排放,而且整套處理裝置體積小、防堵塞,并能
      高效吸收傳質。
      3.結語
      隨著社會經濟的快速發展,有機產品得到了大量使用,隨之而來的有機廢氣已引起各國的高度重視,如何能有效地控制污染成為每一名環保工作者的攻堅項目。對于工業有機廢氣的處理,應當從污染物的類型和成分組成入手,選用合理的凈化手段。不管是業已被廣泛采用的傳統處理手段,還是正在研究開發的新技術,都要考慮到它們的實用性和設備購置的成本費用。另外,化工企業當中的技術人員必須熟悉和了解各項處理方法的適用對象和范圍,依據自身的情況選擇一個合理的凈化處理方案。一般情況下,單一的處理手段會有一定的局限性,選擇合適的技術搭組合不僅能有效地去除目標污染物,還能夠為企業節省下大量的運營成本,增加經濟效益。

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