環為帶你瞭解VOC治理技術

揮發性有機化合物(VOCs),包括烴類、氧烴類、含滷烴類、氮烴及硫烴類化合物。其種類繁多,分佈面廣,汙染嚴重,在多國環境優先汙染物名錄,VOCs佔80%以上。

(一)有機廢氣治理技術

有機廢氣處理的方法主要有兩類:回收法與消除法。回收法主要有炭吸附、變壓吸附、冷凝法及膜分離技術,透過物理方法,用溫度、壓力、選擇性吸附劑和選擇性滲透膜等方法來分離VOC;消除法有熱氧化、催化燃燒、生物氧化及整合技術,透過化學或生化反應,用熱、催化劑和微生物將有機物轉變成為CO2和水。

(1)回收技術

1、炭吸附法

利用吸附劑(粒狀活性炭和活性炭纖維)的多孔結構,將廢氣中的VOC捕獲。將含VOC的有機廢氣透過活性炭床,其中的VOC被吸附劑吸附,廢氣得到淨化,而排入大氣。炭吸附法主要用於脂肪和芳香族碳氫化合物、大部分含氯溶劑、常用醇類、部分酮類和酯類等的回收。

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當炭吸附達到飽和後,對飽和的炭床進行脫附再生;通入水蒸汽加熱炭層,VOC被吹脫放出,並與水蒸汽形成蒸汽混合物,一起離開炭吸附床,用冷凝器冷卻蒸汽混合物,使蒸汽冷凝為液體。若VOC為水溶性的,則用精餾將液體混合物提純;若為水不溶性,則用沉析器直接回收VOC。比如,塗料中所用的“三苯”與水互不相溶,故可以直接回收。

炭吸附技術主要用於廢氣中組分比較簡單、有機物回收利用價值較高的情況,適於噴漆、印刷和粘合劑等溫度不高,溼度不大,排氣量較大的場合,尤其對含鹵化物的淨化回收更為有效。

2、冷凝法

將廢氣冷卻使其溫度低於有機物的露點溫度,使有機物冷凝變成液滴,從廢氣中分離出來,直接回收。但這種情況下,離開冷凝器的排放氣中仍含有相當高濃度的VOC,不能滿足環境排放標準。要獲得高的回收率,系統需要很高的壓力和很低的溫度,裝置費用顯著地增加。

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冷凝法主要用於高沸點和高濃度的VOC回收,對中等沸點和高揮發性有機物回收效果並不好。

3、膜分離技術

膜分離技術的基礎就是使用對有機物具有選擇滲透性的聚合物膜,該膜對有機蒸氣較空氣更易於滲透10-100倍,從而實現有機物的分離。適於高濃度、高價值的有機物回收,其裝置費用較高。

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最簡單的膜分離為單級膜分離系統,直接使壓縮氣體透過膜表面,實現VOC的分離。單級膜因分離程度很低,難以達到分離要求,而多級膜分離系統則會大大增加裝置投資,故而在這方面的技術還有很大的研究空間。

4、變壓吸附技術

吸附劑在一定壓力下吸附有機物;當吸附劑吸附飽和後,透過壓力變換來“釋放”脫附的有機物。其特點是無汙染物,回收效率高,可以回收反應性有機物。但是該技術操作費用較高,吸附需要加壓,脫附需要減壓,環保中應用較少。

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(2)消除技術

1、熱氧化

透過燃燒來消除有機物的,其操作溫度高達700℃-1,000℃,這樣不可避免地具有高的燃料費用;為降低燃料費用,需要回收熱量,有兩種方式:傳統的間壁式換熱,新型非穩態蓄熱換熱技術。

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間壁式熱氧化是用列管或板式間壁換熱器來捕獲淨化排放氣的熱量,它可以回收40%-70%的熱能,並用回收的熱量來預熱進入氧化系統的有機廢氣。預熱後的廢氣再透過火焰來達到氧化溫度,進行淨化,間壁換熱的缺點是熱回收效率不高。

蓄熱式熱氧化(簡稱RTO)回收熱量採用一種新的非穩態熱傳遞方式。主要原理是:有機廢氣和淨化後的排放氣交替迴圈,透過多次不斷地改變流向,來最大限度地捕獲熱量,蓄熱系統提供了極高的熱能回收。

2、催化燃燒

使用類似熱氧化的方式來處理VOC,用鉑、鈀等貴金屬催化劑及過渡金屬氧化物催化劑來代替直接燃燒方式,操作溫度通常為250℃-500℃。與熱氧化相似,系統仍可分為間壁式和蓄熱式兩類熱量回收方式。

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3、整合技術(炭吸附+催化氧化)

對於大流量、低濃度的有機廢氣,先用活性炭捕獲廢氣中的有機物,然後用熱空氣來脫附;把濃縮後的氣體送到催化燃燒裝置中,利用催化燃燒適於處理較高濃度的特點來消除VOC。而催化燃燒放出的熱量可以用來預熱進入炭吸附床的脫附氣,降低系統的能量需要量。

(二)低濃度、大風量有機廢氣的治理

在使用有機溶劑的行業中,象汽車塗裝、印刷等行業,有機溶劑濃度低、風量大,若採用上述方法都將使用龐大的裝置,耗用大量經費。目前對這類低濃度、大風量的有機廢氣,主要採用下面幾種方法進行治理。

1、蜂窩輪式濃縮系統

該系統採用蜂窩輪,連續不斷地將低濃度、大風量的排氣中的有機溶劑吸附、分離;然後,再用小風量的熱風脫附得到高濃度、小風量的含有機溶劑氣體。濃縮後的氣體再與小型的催化燃燒或活性炭回收裝置組合,構成經濟的處理系統。

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脫附後的排氣只要用吸附風量十幾分之一的裝置就可以進行處理了。該系統體積小,費用低,在國外已成為治理低濃度、大風量有機廢氣的首選方法,並得到廣泛應用。

2、液體吸收法

透過有機廢氣與液體吸收劑接觸,使其中的有機溶劑被吸收劑所吸收,再經解吸,將有機溶劑除去或回收,井使吸收劑獲得再生重複利用。

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3、生物處理法

生物脫臭使用微生物將有機溶劑分解。因耗能非常低,運轉費也很便宜而受到人們重視,特別是在歐洲,以德國為中心進行技術開發,應用例項逐漸增多。

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4、 固體膜分離淨化法

氣體的膜分離過程是利用被分離組分對膜的滲透效能差異實現的。利用膜分離方法將低濃度有機廢氣富集,然後加以回收或以催化燃燒的方法,目前技術尚不成熟。

5、光催化氧化技術

利用臭氧作為輔助氧化劑,實現光催化氧化苯,以及各種光催化氧化反應為補償技術的治理含苯、甲苯、二甲苯、乙基苯廢氣的應用。研究表明,光催化氧化反應同活性炭吸附、催化燃燒法等補償技術相比,具有經濟潛力。