揮發性化合物(VOCS)是指在常壓下沸點低于260℃或在常溫下飽和蒸氣壓大于71Pa的化合物比。VOCS從19世紀40年代開始用于工業生產以來,距今已有100的歷史,現今工業應用廣泛,其主要來源于石油、生物等化工行業所排放的廢氣;油漆、彩印、涂料、家具制造和金屬電鍍等行業所排出的溶劑;汽車等交通工具所排放的廢氣等。VOCS種類繁多,現今工業用溶劑的種類已達三萬余種。VOCS主要包括酮、醛、醇、芳香類以及脂肪類碳氫化合物等,分子量不大,常溫下多呈液態。
VOCS種類繁多,多數有毒,的危害人體健康,對人的眼、鼻、喉有刺激作用,對人體神經系統、心血管系統、免疫系統和肝腎等產生影響,能使這些器官和機體產生變態反應源,可致癌、致突變,部分還具有遺傳毒性;同時對生態環境、動植物的生長也造成的破壞,在太陽光的照射下分 解形成的自由基、過氧基是造成光化學煙霧的誘因,同時又是產生二次氣溶膠的主要因素,并伴隨著異味、惡臭散發到空氣中,污染環境,VOCS還會延長源排放CH4的壽命影響大氣臭氧層。VOCS污染問題已經引起世界的高度重視,一些發達前即執行了嚴格的VOCS排放標準,隨著近階段我國對于資源和環境問題越來越重視,開始逐步關注VOCS污染問題,關于治理VOCS的政策和措施也相繼出臺。由于大部分VOCS具有較高的經濟價值,若能將其進行吸附回收,不利于保護我國的生態環境,而且對于推動我國循環經濟的發展和社會可持續發展意義重大。
VOCS的處理技術主要分為兩大類:一類是在生產環節防止或減少VOCS的排放的控制措施,如換掉易揮發原料、改進生產工藝技術、使用密閉性較高的設備等從而VOCS排放;類是在生產末端控制并VOCS的治理措施。雖然一類方法是治理廢氣污染的較佳方法,但由于目前生產技術水平的限制,不可避免的會向環境中排放和泄露不同濃度的廢氣,因此比較現實的是采用類方法治理VOCS的污染。末端控制技術又可分為兩類,一類是通過化學或生物反應過程使VOCS氧 化分 解為或低毒物質的破壞性方法。類通過采用物理方法將VOCS回收的非破壞性方法,此類方法不僅能控制VOCS的排放,而且回收利用能夠節約資源,帶來經濟效益,目前越來越受到人們的關注。對于末端控制技術目前常見的有:燃燒處理技術,吸附技術、吸收技術、冷凝技術及膜分離技術等。
1、燃燒處理技術
燃燒處理技術是一種利用VOCS的可燃性進行處理的技術。氣體廢氣進入燃燒室后,在溫度下通入過量空氣,進行燃燒,較終分 解成H20和CO2。燃燒處理技術根據燃燒溫度和方式的不同分為直接燃燒和催化燃燒。
直接燃燒法是將VOCS直接通入到燃燒室中進行高溫燃燒的方法。由于使用VOCS氣體作為燃料燃燒,因此一般適用于以及尾氣溫度較高的VOCS氣體處理,直接燃燒法燃燒室溫度一般高于1000℃,若溫度不夠需添加的輔助燃料。燃燒后的廢氣溫度較高可進行熱利用回收部分熱量。直接燃燒法若處理一些含S、N等物質的氣體,則會造成二次污染,還應考慮對燃燒后的氣體進一步進行處理。另外,直接燃燒法由于存在明火,在絕大部分化工等企業不能使用。
催化燃燒法是指在較低溫度下,通過催化劑的作用使VOCS氣體氧 化分 解,從而使氣體凈化的一種處理方法。催化燃燒法不僅降低了處理溫度同時其不存在燃燒火焰,性好,較直接燃燒法適用性廣。同時處理溫度較低,大量減少了NOx的產生。目前用于處理VOCS的催化劑主要為金屬催化劑(如R、Pd、Ti、Fe、cu等)。催化劑對已烷、苯和丙醇等氣體具有較好的催化作用。催化燃燒其缺點是對處體條件要求嚴格,若氣體中含有浮灰或霧滴則會影響催化劑壽命和處理效率,同時氣體中不能含有能使催化劑中毒的物質,如s、P、As等。
吸附一催化燃燒技術是通過把吸附技術和催化燃燒技術結合而成的一種,對于低濃度、風量大、溫度低的VOCS氣體,若直接進行催化燃燒則需消耗大量的輔助燃料,而先通過吸附技術富集量的物,然后通過熱空氣吹掃,則會為催化燃燒創造大量的VOCS氣體,此時進行催化燃燒不需要補充熱量,同時縮短了處理時間。
2、吸收技術
吸收技術是利用吸收劑與廢氣進行充分接觸從而將其中的可溶于該吸收劑的VOCS組分從廢氣中分離的過程。吸收技術的主體單元通常采用噴淋塔、填料塔等能使氣液相良好接觸的設備。吸收技術回收VOCS工藝主要有常壓常溫吸收技術和常壓低溫吸收技術。在常壓低溫吸收技術中,吸收劑的冷卻后的溫度通常要控制在較低的溫度(如243K)下,由于其需要增加一套制冷系統,相比常壓常溫吸收技術,其能耗較高。吸收技術回收VOCS工藝的關鍵是吸收劑的選擇,針對不同的VOCS氣體,應選擇合適的吸收劑從而達到的分離效果。植物油和潤滑油及水吸收苯、甲 苯、四氯化碳和甲醇氣體的實驗,結果表明:當使用油類作為吸收劑的時候,甲 苯、苯、四氯化碳和甲醇的吸收率分別為、90%、80%和70%。若使用水作為吸收劑,當甲醇濃度低于1.349/m3時,效果較好,并且水的吸收率會隨著進氣速率和甲醇濃度的提高而減小。ws柴油餾分作為吸收劑對油氣進行吸收的工藝條件,通過采用Box一Benhnken中心組合實驗的設計原理,利用擬合數據了較佳工藝條件:液氣比56.25L/m3、吸收溫度10.6℃、理論板數3塊,油氣中烴類回收率達到98.4%。
吸收技術在處理、大流量VOCS氣體時具有明顯優越,其設備簡單,投資及運行成本低,維修方便。但若要控制很低的VOCS排放濃度,對吸收劑和吸收塔的要求將提高,導致設備投資及運行成本劇增。因此,采用吸附一吸收聯合技術能彌補這一缺陷。吸附一吸收法聯用回收VOCS的工藝是首先通過吸附劑將VOCS氣體富集,然后通過真空泵將吸附劑解析,的氣體通過吸收塔吸收,未吸收的氣體循環進入吸附罐吸附。該工藝的使用不僅了無氣體排放而且使得設備負荷減小,降低了投資和運行成本,為采用吸附一吸收法回收油氣的工藝流程。
3、生物處理技術
生物處理技術是利用微生物將VOCS氣體降解或轉化為或低害類物質的過程。與其他處理技術相比,生物處理技術用于處理VOCS的主要優點是:設備投資少、運行成本低、不產生二次污染。生物處理技術的基本原理是:生物洗滌塔的多孔填料表面覆蓋有生物膜,VOCS經過填料床層時,通過擴散接觸,分子被傳遞到生物膜內與其中的生物相發生一系列生物化學反應,較終降解為無機成分,如CO2、H2O和中性鹽,達到凈化效果。除含氯較多的分子難以降解外,生物處理技術能降解幾乎所有的分子,其去除率能達到。但生物處理技術處理能力較低,不適合處理和大風量的氣體,其次生物處理技術不能對VOCS進行回收,因此該技術一般用于處理惡臭類廢氣。如采用生物處理技術處理儲存飼料散發的臭氣和氨氣,從上世紀70年代荷蘭、德國等一些歐洲就采用該技術處理上述物質,其處理負荷為250~380m3/h。同時一些污水處理廠排放的臭氣也通過利用生物洗滌塔處理凈化。