浅谈喷漆废气处理技术研究进展-第4页-北极星VOCs在线

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3.2新型净化处理技术

3.2.1膜分离法

膜分离技术是根据废气中各组分分子大小不同，利用通过膜传递速率、扩散能力差异实现分离的技能。具有流程简单、能耗小、运行费用和设备占地面积小的优势，在医疗、食品等行业膜分离技术得到了充分重视。膜材料选择是该技术关键问题，材料结构和化学性质对于分离净化效果具有影，表11比较了不同类型膜材料结构及其优缺点。

近年来，工业生产中尝试将膜分离同传统气体吸收技术结合起来，即膜气体吸收技术，通过气液膜接触器将气液两相分离，再利用驱动压力将气相组分通过分离膜扩散到液相中并吸收;关毅鹏等采用错流式膜接触器及海水基吸收液治理燃煤烟气;姜尚等采用商业的聚酰亚胺中空纤维致密膜为接触器，以淡水和海水作为吸收剂捕集CO2;王跃等采用中空纤维膜接触器，以蛋氨酸合钴溶液为吸收剂去除NO。该技术对VOC分离研究鲜见报道，其原因可能是膜容易堵塞。

3.2.2光催化法

光催化法是利用催化剂在光照条件下VOC发生氧化反应分解成无污染的H2O和CO2。常用催化剂有TiO2、ZnO、WO3、CdS、ZnS、SnO2、Fe2O3等，其中因TiO2催化活性好、价格低廉、无毒无害而应用广泛。光催化剂粒子具有能带结构，该结构是由充满电子的低能价带(VB)、空的高能导带(CB)和价带与导带之间的禁带构成。当在受到具有一定能量外界光照射情况下，价带中的电子(e–)会跃迁至导带，并在离开的相应位置处产生空穴(h+)。光生空穴(h+)具有强氧化性，会把吸附在催化剂表面的H2O和OH–氧化成羟基自由基(•OH)，有着强还原性的光致电子(e–)会将O2还原成超氧阴离子自由基(•O2–)，再通过质子化作用生成羟基自由基(•OH);最后光生空穴(h+)和羟基自由基(•OH)将同VOCs分子进行反应生成无毒无害的H2O和CO2，反应示意见图10，具体反应方程式为式(1)～式(6)。

对于液体或粉末状催化剂需要固定化处理。常用的固定化催化剂制备方法有溶胶-凝胶法、相沉积法、化学气相沉积法、电沉积法、溅射法胶黏法、离子交换法等。固定化工艺选择应根据处理废气中VOCs种类、降解效果以及操作难易程度等特点合理经济的选择制备方法。

3.2.3生物法

生物法处理VOCs相比传统物理化学方法具有成本低、无二次污染净化彻底等优势，在国外已成为研究热点[54]。其机理是利用细菌和真菌等微生物将废气中的有机成分氧化分解成简单无机物。根据荷兰学者OTTENGRAF提出的吸收-生物膜理论，废气中的有机物由气相进入到液膜中，在浓度差作用下扩散到生物膜中，被膜中的微生物捕获并吸收，微生物将有机物作为能源和营养物质分解转化成CO2和H2O排出，如图11所示。孙珮石等提出的吸附-生物膜新型理论认为废气中的挥发性有机物从气相通过气膜到达湿润的生物膜表面被直接吸附，吸附后的有机物被微生物捕获并分解反应成CO2和H2O。

目前常用的生物处理工艺有生物滤池、生物涤塔和生物滴滤塔。生物滤池适用于处理低浓度废气，对于降解难溶于水的VOCs有一定优势，但存在填料易老化、pH难控制等问题;生物洗涤塔相较于生物滤池，反应条件更易控制，反应速度稳定，但只适用于处理易溶于水的VOCs，投资和运行费用较高;生物滴滤塔克服了生物滤池存在问题，但生物膜中的微生物容易随液相流失。微生物是生物法处理有机废气的主体，常用微生物种类主要是细菌、真菌和放线菌等。表12列举了适用于处理喷漆废气中VOCs的微生物种类。

生物法处理喷漆废气中的“三苯”存在效率低问题，由于甲苯、二甲苯等挥发性有机物在水相中溶解度很低，属于疏水性VOCs，所以采用传统生物法时，VOCs从气相到液相的传质过程中存在较大阻力，降低了VOCs被微生物捕获降解的机率。因此如何减少疏水性VOCs在气液相传质过程中的阻力是生物法净化喷漆废气需解决的关键问题。

3.2.4等离子体净化法

薄拯等[62]采用滑动弧放电等离子体技术处理正己烷，将正己烷裂解成CO2、CONO2和H2O;LIANG等研究了介质阻挡放电净化甲醛废气;施耀等]采用低温等离子体技术处理二甲苯;竹涛等为了提高低温等离子体处理甲苯的能量利用率，通过变频高压交流电源改变等离子体净化系统的影响因素。一般认为，在高压放电时电子从电场中获得大量能量形成高能电子，一部分高能电子与O2、H2O等碰撞产生˙O和˙OH等活性自由基，另一部分高能电子则与VOCs分子进行非弹性碰撞后将能量转化成VOCs分子的内能或动能，使得VOCs分子发生电离、离解，被离解、电离或激发的VOCs分子与活性自由基接触发生复杂的物理化学反应，达到降解有机废气的目的。示意图见图12.

低温等离子体适用于处理低浓度(1～1000μL/L)有机废气，与传统方法相比具有处理效率高、反应流程短等优点，但由于该技术还不成熟，等离子体降解过程可能会产生一些有害产物(如O3、CO、NOx等)造成二次污染，同时还存在高压放电使得能耗高等问题。

3.2.5小结

膜分离法、光催化法、生物法、等离子体净化法等新型净化处理技术得到足够重视，新型净化处理技术在拥有各自优势的同时也存在不足之处。新型净化处理技术的优缺点以及适用范围总结在表13。

综上所述，传统的净化处理技术和新型净化处理技术都各自存在优缺点，采用何种净化方法还需根据企业的实际情况合理选择，表14列举了工艺选择优化方法以及优势和技术水平。

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