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VOCs的随意排放,污染了大气环境,进而造成地球生物圈的破坏,也伤害了人类自身。VOCs对生物圈环境破坏的途径主要有:在阳光照射下,VOCs这些地面有机挥发物与氮氧化物生成臭氧,使空气中臭氧浓度升高导致人体不适,严重的会使皮肤产生癌变和肺气肿;其次则是对高空臭氧层的消耗,如氟利昂及含氯溶剂通过消耗臭氧层使大气层外圈臭氧层变薄,增加了紫外线的辐射量,对地球生命体造成危害;再有就是许多VOCs物质如甲苯、二甲苯、甲乙酮等对人的眼睛及呼吸道系统有刺激作用,对心、肺、肝等内脏及神经系统也产生有害影响,造成急性与慢性中毒,甚至产生致癌突变(表2)。
此外,VOCs也是PM2.5及光化学雾的一个重要来源,具有难以控制的特点。随着国家对环境的愈加重视,继水环境治理及土壤环境治理之后,对VOCs的控制与治理必将列入重要议程,因此,开展VOCs治理技术研究,特别是适用性工程技术示范研究,非常迫切与必要,具有重要的现实意义。
1VOCs治理技术研究进展
VOCs治理技术研究一般从3个角度展开:(1)改进涉及VOCs的产品生产工艺,或使用替代材料或新的生产工艺以从源头控制VOCs的产生;(2)对生产过程产生的VOCs尽可能进行分离、回用;(3)末端治理,即对必须排放的VOCs进行独立处理。鉴于(1)、(2)类方式涉及企业生产工艺的升级改造,一般研究工作者难以触及,因此,提及VOCs的治理技术研究,通常指的是末端治理。
1.1传统技术
1.1.1直接燃烧
鉴于VOCs富含C,H元素,在适宜的处理温度下可被空气中的氧氧化生成CO2和H2O,条件适宜其处理效率可达95%~99%[1,2]。但该方法运行条件苛刻,只适用于可燃物浓度较高的VOCs的净化处理,对于燃烧热值低于系统散失的热量时,需要补充燃料进行热力燃烧以使系统维持在持续工作状态。燃烧温度与湍流程度及停留时间都将直接影响处理效果。此外,燃烧温度通常在700~1200益,会有燃烧副产物NOx产生,形成二次污染物。
1.1.2催化燃烧
对于低浓度的VOCs处理,直接燃烧法因显而易见的缺点而难以胜任。催化燃烧是利用催化剂来降低反应能垒,实现VOCs在较低温度(200~400度)下的氧化分解并释放热量。催化燃烧特别适用于处理量大、气体浓度较低的醇、醛、酮、苯等VOCs物质。催化燃烧过程反应温度低,相较直接燃烧要低300-500度,且燃烧完全,也不易生成高温下的二次污染物如氮氧化物和二恶英等,而且可以回收热量,节约能源,污染物脱除效率也更高。
1.1.3吸附
吸附法是利用吸附剂的多孔结构与巨大表面积以及结构上的活性点对VOCs进行吸附的一种方法。它适宜处理成分相对单一、气流相对稳定、浓度在300*10-6~5000*10-6r/min范围的有机废气。作为常用吸附剂的活性炭和大孔树脂,广泛应用于吸附回收脂肪和芳香族碳氢化合物、大部分含氯溶剂、常用醇类、部分酮类和酯类有机污染物,是应用较为广泛的一种VOCs控制方法。
1.1.4吸收
吸收法是利用液体吸收剂从气流中吸收回收VOCs的一种方法,它的本质在于VOCs增浓。其处理的VOCs浓度范围为300*10-6~5000*10-6r/min,效率可达95豫~98豫,常用的工艺装备有填料塔和喷淋塔两种。吸收法工艺对处理常温、低温及大风量、低浓度的含苯VOCs比较有效,且费用较低。吸收过程的传质阻力主要在气液表面与液膜内,其净化效果则取决于气、液两相间的接触效率和面积,因此,吸收剂与反应器的优化是该技术研究的一个主要方向。
1.1.5凝并凝并法是根据气态污染物在不同压力和温度下
的蒸气压差异,使其过饱和从而发生凝结作用,实现VOCs的净化回收的一种方法。在实际应用中,通常将该方法与吸附、焚烧及溶剂吸收等联合使用,从而降低运行成本。常用的冷凝设备有冷凝器、雾化凝结塔等。
常用的冷却剂有水、盐水(冷却温度4.4~34度)和CFC(冷却温度-34.4~68度)。也可用压缩法使气态有害物质在临界温度和临界压力下变成液态,从而净化除去或回收有害物质,但由于费用较高,目前使用较少。
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