低浓度挥发性有机废气的处理进展

==============================专论与综述低浓度挥发性有机废气的处理进展吕唤春1,潘洪明2,陈英旭1(1.浙江大学环境工程系,浙江杭州310029;2.乐清市环境监测站,浙江乐清325600)[摘要]对于较难处理的低浓度、大风量和成分复杂的有机废气的处理,主要介绍了吸附-解吸-催化燃烧法、生物法及脉冲电晕放电法3种新方法,并简要评述了各种处理方法的优缺点和适用范围。[关键词]挥发性有机化合物;废气处理;吸附;解吸;催化燃烧;生物法;脉冲电晕放电法[中图分类号]X701.7[文献标识码]A[文章编号]1006-1878(2001)06-0324-04随着有机化工产品在工业中的广泛应用,进入大气中的有机污染物越来越多,主要是低沸点、易挥发的有机物(VolatileOrganicCompunds,缩写VOCs)。这些VOCs进入大气中会对人的眼、鼻、呼吸道产生刺激作用,对心、肺、肝等内脏产生有害影响,甚至致癌、致畸、致突变,同时它的过量排放还会对农、林、畜牧业造成严重危害。1990年美国《清洁空气法》修正案列举了189种有毒有害气体,其中大部分是VOCs。VOCs废气的排放随生产行业、工业条件的不同,其组成、浓度也各不相同,这给其治理带来了一定难度。目前常规的处理方法有吸收法、吸附法、冷凝法、催化燃烧法,常规处理方法只适用于中、高浓度、小风量的VOCs废气,在处理大风量、低浓度VOCs废气时有些力不从心[1]。1处理方法针对常规方法处理低浓度VOCs废气的不足,目前国内外在吸附-解吸-催化燃烧法、生物法及脉冲电晕放电法等方面作了一些研究,有些已经开始进入工业化应用阶段。1.1吸附-解吸-催化燃烧法该工艺原理是:低浓度、大风量的VOCs废气先进入回转式高效吸附区,有机物被吸附,废气净化后排放,同时转动的吸附床中很小区域处于热解吸状态,解吸释放的高浓度VOCs废气送往催化器催化燃烧,燃烧过程中产生的热量一部分用于预热解吸后的高浓度VOCs废气,另一部分用于热解吸,其工作原理及典型的工艺流程分别见图1和图2。图1回转式吸附浓缩器工作原理示意1.2生物法生物法处理VOCs废气的研究,从20世纪80年代初逐步展开,国外10多年的实践表明这是现阶段处理低浓度VOCs废气的有效方法[2]。VOCs废气的生物处理,是利用微生物以废气中VOCs组分作为其生命活动的能源或养分,经代谢降解,将有机物转化为简单的无机物(CO2、H2O)或细胞组成物质。VOCs废气的生物处理装置主要有生物洗涤塔、生物滤池和生物滴滤池[3]。[收稿日期]2000-12-18[作者简介]吕唤春(1969-),男,浙江省嵊县人,浙江大学环境工程系博士研究生,1994年工学硕士毕业,现研究方向为污染模拟与控制。·423·化工环保HUAGONGHUANBAO2001年第21卷第6期图2回转式吸附浓缩净化工艺流程1.主风机;2.回转式吸附浓缩器;3、6.风机;4.换热器;5.催化反应器在目前的VOCs废气生物法处理应用中,以运行操作简单的生物滴滤池系统使用最多,工艺流程如图3所示。图3生物滴滤池系统处理低浓度VOCs废气工艺流程1.增湿器;2.回流泵;3.调温装置;4.生物过滤器;5.风机许多研究者在充填床特性、有机物去除效率、动力学模式等方面进行了深入的研究[4～6]。生物过滤器有单滤床开放式、多滤床封闭式等常用形式。生物滤床的厚度一般约1m,面积视设计处理效果和处理气体量而定。过滤材料常选用堆肥、土壤、泥炭以及活性炭等多孔、适宜微生物生长且有较强保持水分能力的材料。堆肥是目前应用较多的材料,主要是由生活垃圾、碎木屑、树皮、树叶、干草及谷壳等组成的混合物,它不仅符合上述对过滤材料的要求,而且容易得到,同时本身即含有大量各种微生物及其所需无机营养成分。土壤中也含有大量微生物,但作为生物过滤材料一般要经过特殊筛选,其典型组成(质量分数)为:粘土1.2%、有机腐植土15.3%、细砂土53.9%、粗砂土29.6%[2]。1.3脉冲电晕放电脉冲电晕放电的原理是:利用前沿陡峭的窄脉冲高压使气体在常温、常压下发生电晕放电,产生的高能电子撞击有机分子或其他分子、原子,使其降解或生成其他活性粒子继续参与反应。该法现在被公认为处理有害气体的有效方法之一,起先应用在废气中SO2、NOX等的脱除,近几年被移植到有机废气的处理上,并在机理、处理效率、反应器等方面进行了研究[7～13]。对脉冲电晕放电法处理VOCs废气的研究,目前大多停留在实验室阶段,一般的处理试验装置和工艺流程如图4所示[8～10]。图4电晕放电处理低温度VOCs废气试验装置及工艺流程1.空气钢瓶;2.干燥瓶;3、5.调节阀;4、6.流量计;7.恒温槽;8.甲苯瓶;9.缓冲瓶;10、12.采样口;11.电晕放电反应