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VOCs定義
VOCs即“揮發(fā)性有機(jī)物”，是在室溫以氣態(tài)分子的形態(tài)排放到空氣中的所有有機(jī)化合物的總稱。VOCs不僅本身具有較強(qiáng)毒性，還是影響全國(guó)區(qū)域大氣復(fù)合污染的重要前體物和參與物。本文詳細(xì)介紹了三種VOC廢氣處理的主要技術(shù)。惠州VOCs治理
VOCs來源
VOCs的排放來源分為自然源和人為源。全球尺度上，VOCs 排放以自然源為主;但對(duì)于重點(diǎn)區(qū)域和城市來說，人為源排放量遠(yuǎn)高于自然源，是自然源的6-18倍。 在城市里，VOCs的自然源主要是綠色植被，基本屬于不可控源;而其人為源主要包括不完全燃燒行為、溶劑使用、工業(yè)過程、油品揮發(fā)和生物作用等。人為源主要包括不完全燃燒行、溶劑使用工業(yè)過程油品揮發(fā)和生物作等。目前我國(guó)VOCs排放主要來自固定源燃燒、道路交通溶劑產(chǎn)品使用和工業(yè)過程。在眾多人為源中，工業(yè)源是主要的VOCs污染來源，具有排放集中、排放強(qiáng)度大、濃度高、組分復(fù)雜的特點(diǎn)。以下介紹了六種VOC廢氣處理的主要技術(shù)。
一、VOCs廢氣處理技術(shù)——熱破壞法
熱破壞法是指直接和輔助燃燒有機(jī)氣體，也就是VOC，或利用合適的催化劑加快VOC的化學(xué)反應(yīng)，最終達(dá)到降低有機(jī)物濃度，使其不再具有危害性的一種處理方法。
熱破壞法對(duì)于濃度較低的有機(jī)廢氣處理效果比較好，因此，在處理低濃度廢氣中得到了廣泛應(yīng)用。這種方法主要分為兩種，即直接火焰燃燒和催化燃燒。直接火焰燃燒對(duì)有機(jī)廢氣的熱處理效率相對(duì)較高，一般情況下可達(dá)到99%。而催化燃燒指的是在催化床層的作用下，加快有機(jī)廢氣的化學(xué)反應(yīng)速度。這種方法比直接燃燒用時(shí)更少，是高濃度、小流量有機(jī)廢氣凈化的首選技術(shù)。
二、VOCs廢氣處理技術(shù)——吸附法
有機(jī)廢氣中的吸附法主要適用于低濃度、高通量有機(jī)廢氣?，F(xiàn)階段，這種有機(jī)廢氣的處理方法已經(jīng)相當(dāng)成熟，能量消耗比較小，但是處理效率卻非常高，而且可以徹底凈化有害有機(jī)廢氣。實(shí)踐證明，這種處理方法值得推廣應(yīng)用。
但是這種方法也存在一定缺陷，它需要的設(shè)備體積比較龐大，而且工藝流程比較復(fù)雜;如果廢氣中有大量雜質(zhì)，則容易導(dǎo)致工作人員中毒。所以，使用此方法處理廢氣的關(guān)鍵在于吸附劑。當(dāng)前，采用吸附法處理有機(jī)廢氣，多使用活性炭，主要是因?yàn)榛钚蕴考?xì)孔結(jié)構(gòu)比較好，吸附性比較強(qiáng)。
此外，經(jīng)過氧化鐵或臭氧處理，活性炭的吸附性能將會(huì)更好，有機(jī)廢氣的處理將會(huì)更加安全和有效。
三、VOCs廢氣處理技術(shù)——生物處理法
從處理的基本原理上講，采用生物處理方法處理有機(jī)廢氣，是使用微生物的生理過程把有機(jī)廢氣中的有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的無機(jī)物，比如CO2、H2O和其它簡(jiǎn)單無機(jī)物等。這是一種無害的有機(jī)廢氣處理方式。
一般情況下，一個(gè)完整的生物處理有機(jī)廢氣過程包括3個(gè)基本步驟：
a)有機(jī)廢氣中的有機(jī)污染物首先與水接觸，在水中可以迅速溶解；
b)在液膜中溶解的有機(jī)物，在液態(tài)濃度低的情況下，可以逐步擴(kuò)散到生物膜中，進(jìn)而被附著在生物膜上的微生物吸收；
c)被微生物吸收的有機(jī)廢氣，在其自身生理代謝過程中，將會(huì)被降解，最終轉(zhuǎn)化為對(duì)環(huán)境沒有損害的化合物質(zhì)。
四、VOCs廢氣處理技術(shù)——變壓吸附分離與凈化技術(shù)
變壓吸附分離與凈化技術(shù)是利用氣體組分可吸附在固體材料上的特性，在有機(jī)廢氣與分離凈化裝置中，氣體的壓力會(huì)出現(xiàn)一定的變化，通過這種壓力變化來處理有機(jī)廢氣。
PSA技術(shù)主要應(yīng)用的是物理法，通過物理法來實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢氣的凈化，使用材料主要是沸石分子篩。沸石分子篩，在吸附選擇性和吸附量?jī)煞矫嬗幸欢▋?yōu)勢(shì)。在一定溫度和壓力下，這種沸石分子篩可以吸附有機(jī)廢氣中的有機(jī)成分，然后把剩余氣體輸送到下個(gè)環(huán)節(jié)中。在吸附有機(jī)廢氣后，通過一定工序?qū)⑵滢D(zhuǎn)化，保持并提高吸附劑的再生能力，進(jìn)而可讓吸附劑再次投入使用，然后重復(fù)上步驟工序，循環(huán)反復(fù)，直到有機(jī)廢氣得到凈化。
近年來，該技術(shù)開始在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用，對(duì)于氣體分離有良好效果。該技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)有：能源消耗少、成本比較低、工序操作自動(dòng)化及分離凈化后混合物純度比較高、環(huán)境污染小等。使用該技術(shù)對(duì)于回收和處理有一定價(jià)值的氣體效果良好，市場(chǎng)發(fā)展前景廣闊，成為未來有機(jī)廢氣處理技術(shù)的發(fā)展方向。
五、VOCs廢氣處理技術(shù)——氧化法
對(duì)于有毒、有害，而且不需要回收的VOC，熱氧化法是最適合的處理技術(shù)和方法。氧化法的基本原理：VOC與O2發(fā)生氧化反應(yīng)，生成CO2和H2O，化學(xué)方程式如下：
從化學(xué)反應(yīng)方程式上看，該氧化反應(yīng)和化學(xué)上的燃燒過程相類似，但其由于VOC濃度比較低，在化學(xué)反應(yīng)中不會(huì)產(chǎn)生肉眼可見的火焰。一般情況下，氧化法通過兩種方法可確保氧化反應(yīng)的順利進(jìn)行：a) 加熱。使含有VOC的有機(jī)廢氣達(dá)到反應(yīng)溫度；b)使用催化劑。如果溫度比較低，則氧化反應(yīng)可在催化劑表面進(jìn)行。所以，有機(jī)廢氣處理的氧化法分為以下兩種方法：
a) 催化氧化法?，F(xiàn)階段，催化氧化法使用的催化劑有兩種，即貴金屬催化劑和非貴金屬催化劑。貴金屬催化劑主要包括Pt、Pd等，它們以細(xì)顆粒形式依附在催化劑載體上，而催化劑載體通常是金屬或陶瓷蜂窩，或散裝填料;非貴金屬催化劑主要是由過渡元素金屬氧化物，比如MnO2，與粘合劑經(jīng)過一定比例混合，然后制成的催化劑。為有效防止催化劑中毒后喪失催化活性，在處理前必須徹底清除可使催化劑中毒的物質(zhì)，比如Pb、Zn和Hg等。如果有機(jī)廢氣中的催化劑毒物、遮蓋質(zhì)無法清除，則不可使用這種催化氧化法處理VOC。
b) 熱氧化法。熱氧化法當(dāng)前分為三種：熱力燃燒式、間壁式、蓄熱式。三種方法的主要區(qū)別在于熱量回收方式。這三種方法均能催化法結(jié)合，降低化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)溫度。
熱力燃燒式熱氧化器，一般情況下是指氣體焚燒爐。這種氣體焚燒爐由助燃劑、混合區(qū)和燃燒室三部分組成。其中，助燃劑，比如天然氣、石油等，是輔助燃料，在燃燒過程中，焚燒爐內(nèi)產(chǎn)生的熱混合區(qū)可對(duì)VOC廢氣預(yù)熱，預(yù)熱后便可為有機(jī)廢氣的處理提供足夠空間、時(shí)間，最終實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢氣的無害化處理。
在供氧充足條件下，氧化反應(yīng)的反應(yīng)程度——VOC去除率——主要取決于“三T條件”：反應(yīng)溫度(Temperat)、時(shí)間(Time)、湍流混合情況(Turbulence)。這“三T條件”是相互聯(lián)系的，在一定范圍內(nèi)，一個(gè)條件的改善可使另外兩個(gè)條件降低。熱力燃燒式熱氧化器的缺點(diǎn)在于：輔助燃料價(jià)格高，導(dǎo)致裝置操作費(fèi)用比較高。
間壁式熱氧化器指的是在熱氧化裝置中，加入間壁式熱交換器，進(jìn)而把燃燒室排出氣體的熱量傳送給氧化裝置進(jìn)口處溫度比較低的氣體，預(yù)熱完成后便可促成氧化反應(yīng)?，F(xiàn)階段，間壁式熱交換器的熱回收率最高可達(dá)85%，因此大幅降低了輔助燃料的消耗。一般情況下，間壁式熱交換器有三種形式：管式、殼式和板式。由于熱氧化溫度必須控制在800℃～1 000℃范圍內(nèi)，因此，間壁式熱交換必須由不銹鋼或合金材料制成。所以間壁式熱交換器的造價(jià)相當(dāng)高，而這也是其缺點(diǎn)所在。此外，材料的熱應(yīng)力也很難消除，這是間壁式熱交換的另外一個(gè)缺點(diǎn)。
蓄熱式熱氧化器，簡(jiǎn)稱為RTO，在熱氧化裝置中計(jì)入蓄熱式熱交換器，在完成VOC預(yù)熱后便可進(jìn)行氧化反應(yīng)?，F(xiàn)階段，蓄熱式熱氧化器的熱回收率已經(jīng)達(dá)到了95%，且其占用空間比較小，輔助燃料的消耗也比較少。由于當(dāng)前的蓄熱材料可使用陶瓷填料，其可處理腐蝕性或含有顆粒物的VOC氣體。
現(xiàn)階段，RTO裝置分為旋轉(zhuǎn)式和閥門切換式兩種，其中，閥門切換式是最常見的一種，由2個(gè)或多個(gè)陶瓷填充床組成，通過切換閥門來達(dá)到改變氣流方向的目的。
六、VOCs廢氣處理技術(shù)——液體吸收法
液體吸收法指的是通過吸收劑與有機(jī)廢氣接觸，把有機(jī)廢氣中的有害分子轉(zhuǎn)移到吸收劑中，從而實(shí)現(xiàn)分離有機(jī)廢氣的目的。這種處理方法是一種典型的物理化學(xué)作用過程。有機(jī)廢氣轉(zhuǎn)移到吸收劑中后，采用解析方法把吸收劑中有害分子去除掉，然后回收，實(shí)現(xiàn)吸收劑的重復(fù)使用和利用。
從作用原理的角度劃分，此方法可分為化學(xué)方法和物理方法。物理方法是指利用物質(zhì)之間相溶的原理，把水看作吸收劑，把有機(jī)廢氣中的有害分子去除掉，但是對(duì)于不溶于水的廢氣，比如苯，則只能通過化學(xué)方法清除，也就是通過有機(jī)廢氣與溶劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，然后予以去除。
七、VOCs廢氣處理技術(shù)——冷凝回收法
在不同溫度下，有機(jī)物質(zhì)的飽和度不同，冷凝回收法便是利用有機(jī)物這一特點(diǎn)來發(fā)揮作用，通過降低或提高系統(tǒng)壓力，把處于蒸汽環(huán)境中的有機(jī)物質(zhì)通過冷凝方式提取出來。冷凝提取后，有機(jī)廢氣便可得到比較高的凈化。其缺點(diǎn)是操作難度比較大，在常溫下也不容易用冷卻水來完成，需要給冷凝水降溫，所以需要較多費(fèi)用。這種處理方法主要適用于濃度高且溫度比較低的有機(jī)廢氣處理。
現(xiàn)階段，VOC處理裝置以活性炭纖維（ACF）作為吸收劑，處理各類工廠或設(shè)備排放的含有有機(jī)溶劑(VOC）的廢氣，將其中的VOC變成液體進(jìn)行分離，并進(jìn)行回收再利用。
活性碳纖維(ACF)是繼粉狀與粒狀活性碳之后的第三代活性碳產(chǎn)品。70年代發(fā)展起來的活性碳纖維是隨著碳纖維工業(yè)發(fā)展起來的一種新型、高效的吸附劑。其顯著的特點(diǎn)是具有發(fā)達(dá)的比表面積（1000㎡/g~3000㎡/g）和豐富的微孔，微孔的體積占總孔體積的90%以上，微孔直徑約10 Angstrom（1Angstrom =1×10-10m）左右，故其有很強(qiáng)的吸附能力。
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