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探讨挥发性有机污染物(VOCs)治理

北极星VOCs在线  来源:基层建设  作者:黄仰波  2020/5/26 16:04:10  我要投稿  

北极星VOCs在线讯:摘要:挥发性有机物(VOCs)是一类具有刺激性、致畸、致癌、致突变作用、易燃易爆的有机物,极大的威胁着人体和生态系统健康。基于此,对空气中 VOCs 的监测和治理显得尤为重要。

关键词:挥发性有机污染物;(VOCs);治理技术

一、VOCs来源及其危害

1.VOCs来源

VOCs的来源包括天然源和人为源。天然源是指森林、草原、海洋等植物排放;人为源则可分为固定源和流动源两大类,其中固定源包括化石燃料和生物质(秸秆、木材)燃烧,溶剂使用、工业过程(如石油化工、炼钢炼焦)等。流动源指所有和机动车、船、飞机等交通工具相关的排放。此外,这些VOCs排放到大气中,在光照等条件下通过化学反应可生成新的VOCs,即所谓的VOCs二次来源。此外VOCs的排放量也是变化的,在城市地区,早晚上下班高峰期,机动车尾气排放是VOCs的重要来源;午后由于温度升高,VOCs主要来源是油品或溶剂的挥发泄露;夜晚环境中的VOCs则主要是白天排放VOCs的累积。从季节变化来看,天然源植物排放和二次生成是夏季VOCs的重要来源,燃煤等则会在冬季的贡献率更大。

2.VOCs对环境的危害

VOCs对环境的危害较大,它们主要包括以下方面,由于大多数VOCs具有毒性,可以使人畜昏迷,导致死亡,有些VOCs本身具有恶臭,还有一部分VOCs具有致癌性,容易使人类患有癌细胞,如氯乙烯、苯、多环芳烃、甲醛等,都能够导致人体患有癌细胞;同时,对于空气中多数的VOCs,它们还具有易燃易爆的性能,这种易燃易爆的性能,都会对生产企业带来严重的不安全性;因为这些VOCs,在阳光照射下,就会和阳光发生化学反应,如大气中的氮氧化合物、碳氢化合物与氧化剂可以发生光化学反应,这些物质就生成光化学烟雾,它们可以产生二次污染,这些二次污染产物,对人类的健康影响很大,由于这些二次污染物的存在,可以对人类的健康,带来更大的危害;还有一些VOCs物质,也对人类的健康影响很大,如卤烃类的VOCs,由于这些物质可以破坏臭氧层,就给地球的生存带来严重的威胁;同时,由于空气中对于挥发性有机化合物中的芳香烃(如:二甲苯、甲苯等)及含氧碳氢化合物(如:乙醇、酮、酯等),也对大气带来威胁,这主要是由于这些物质的挥发性较大,如果扩散在大气中,它们就很容易扩散,如果这些有机物扩散在大气中,这些挥发性有机物质,就会严重的污染大气,严重的污染环境和影响人体健康。

二、挥发性有机污染物(VOCs)监测技术

1.TDLAS技术

近年来,在环境监测工作中,激光光谱技术的应用成为了一个非常活跃的研究领域。利用激光功率密度高、光子通量大等特性,相继建立了和发展了多种激光光谱分析方法,其中TDLAS技术更以其灵敏度高、选择性好、实时、动态等多种特点迅速发展起来,应用范围也越来越广泛。TDLAS技术利用波长调制技术在1s的检测时间内可以达到ppm级甚至ppb级,监测灵敏度可以提高超过100倍,同时,其能够在高温、高压、高腐蚀等恶劣环境下进行测试,是当前恶劣条件下气体污染物监测的首选技。

2.膜萃取气相色谱技术

近年来,利用膜技术处理样品已成为了多种条件下的首选。在膜萃取过程中,不存在两相间的混合,可以有效消除乳液状的形成并减少溶剂的消耗量,样品可以与萃取剂连续接触,有效保证了监测过程的连续性和实时性。在利用该技术监测空气中的VOCs时,空气连续流过中空纤维膜,VOCs组分有选择性地透过膜流入到惰性气体氮气流中,在微阱中VOCs被收集和浓缩,通过直接电加热形成具有一定时间间隔注射的脉冲导入连续进样。膜萃取进样通常需要经过一定的时间使膜渗透达到一个相对稳定的状态,从而保证监测结果的准确性。

三、挥发性有机污染物(VOCs)治理技术

1.液体吸收法

在 VOCs 治理工程中,液体吸收法是最常用的治理方法之一。该治理方法不但能够有效消除空气中的气态污染物,同时还能回收部分游泳的物质。一般能够对气体流量在 3000 ~ 15000m3/h 之间、浓度在 0. 05% ~0. 5%之间的 VOCs 气体进行处理,器去除率可以达到95%以上。该技术通过采用挥发性极低的液体作为吸收剂,通过吸收装置利用废气中各种组分在吸收剂中的溶解度或者化学反应特性差异,使吸收剂吸收掉废气中的有害组分,从而实现废气的净化。液体吸收法的工艺流程相对简单切运行成本较低,主要适用于废弃流量较大、浓度较高以及温度较低和压力较高情况下气相污染物的处理,在喷漆、绝缘材料以及化工等行业运用非常广泛。但是该方法对设备的要求较高,需要定期对吸收剂进行更换来保持净化能力。

2.催化燃烧法

在催化燃烧系统中,燃烧温度一般控制在 200 ~400℃。催化燃烧的反应器有由 Boreskov 和 Matros 等较早报道的流向变换催化燃烧反应器,是集固定床催化反应器和蓄热换热器于一体,热回收率较高的装置。催化燃烧的热回收装置一类是采用可以在放热和吸热端同时翅片化的热管换热器,系统热回收率可达到 70% 以上。另一类是蓄热式燃烧装置,该装置从 20 世纪 70 年代末开始应用,近年来最新发展的是采用陶瓷、砾石或其它的高密度惰性材料床吸收气体热量。不但回收率高,去除率也可达 98%。蓄热式燃烧法在欧洲、美国使用得较多,国内也有应用。

3.电晕法

电晕法治理 VOCs的原理,是通过验陡峭、脉冲窄的高压脉电晕的电,在常温常压状态下获得非平衡等离子体,从而产生许多高能电子和活性粒子,对VOCs中的有害物质分子进行氧化降解反应,从而使VOCs污染物中的有害物质无害化,实现去除效果。

4.生物膜法

现阶段随着科技的不断发展, 使用有机生物的降解技术对 VOCs 污染处理有着很好的作用。 因为微生物对各种污染物有着较强的适应性, 并且还能够将这些污染物作为代谢物进行分解和转化,为此,与相对传统的 VOCs 污染处理技术比较,生物的处理技术的优点逐渐凸显,低成本、高安全、功能好和无污染等都让生物处理技术开始走上坡路;此外,因为废弃的生物处理吸收剂在再生功能上也能够很好的使用吸收剂来进行微生物作用而实现吸收, 也不需要使用专门的设备和机器来进行处理,因此促进着整个处理过程的便捷和流畅,操作的时间和运用的成本也会大大减少, 这对我们现代的 VOCs污染处理技术来说无疑不是一件好事。

5.吸附——解吸技术

(1)微波解吸法

利用微波能将再生后的吸附剂保持之前的吸附能力,不影响其表面积,且微波解吸法的解吸时间较短,消耗的能量较少,具有较高的经济效益和环保效益。

(2)超声波解吸的方法,即利用超声波产生足够的热能,增强对吸附剂解吸的能力, 从而达到处理污染物的一种解析法。 据最新研究发现,使用超声波能够很容易的解吸聚合树脂以及活性炭等污染物质,另外,使用超声波解吸能够使得解吸速率得到提高,使得解吸所需的活化能减少。 根据对超声场条件下的吸附相平衡关系, 超声波能越强的区域吸附剂的吸附能力越小,这会使得解吸速度得到强化,超声波的存在能使体系的相平衡状态朝吸附量减少的方向移动。 但是,这种技术在解吸原理上仍存在些问题,有待进一步的研究探讨。 目前该技术仍没有其应用的报道。

结语

由于VOCs的种类繁多,性质各异,因此在处理时也需要不同的途径,由于VOCs的排放状况多样,在处理VOCs方法也会根据不同情况进行选择。因此,在治理VOCs时,需要充分了解对VOCs的不同治理技术及其有效的使用范围,尽量达到处理的最大效应,使特定含VOCs的废气得到有效的治理,这就需要进行综合评估,才能够达到实现最佳的治理效果,使环境得到最佳的保护。

原标题:探讨挥发性有机污染物(VOCs)治理

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