工业高浓度挥发性有机气体净化技术现状与进展

收稿日期:2009-05-07工业高浓度挥发性有机气体净化技术现状与进展杨亚欣,郭斌(鹿泉市环境保护监测站,河北鹿泉050020)摘要:综述了目前国内外VOCs的净化技术,并指出了各种方法的适用条件及存在的问题,提出了VOCs净化技术的发展方向。关键词:挥发性有机物;净化技术;进度中图分类号:X51文献标识码:A文章编号:1673-9655(2010)01-0064-04挥发性有机化合物(VolatileOrganicCom2pounds)简称VOCs,是指在常压下沸点低于260℃或室温时饱和蒸气压大于71Pa的有机化合物[1],其主要成分为烃类、卤代烃、氮烃、含氧烃、硫烃及低沸点的多环香烃等。VOCs成分复杂,对人体的危害大,所具有的特殊气味能导致人体呈现种种不适感,并具有毒性和刺激性。20世纪80年代以后,很多国家越来越重视室内环境质量(IAQ),并开始投入资金进行此方面的研究。近10a来,发达国家总计开展了几百项IAQ方面的试验[2]。我国继1996年《大气污染物综合排放标准》(GB16297-1996)规定了14种VOCs的最高允许排放浓度、最高允许排放速度和无组织排放限值之后,分别于2002年和2004年颁布了《室内空气质量标准》和《室内环境空气质量监测技术规范》(HJ/T167-2004)[3]。随着工业的迅猛发展,挥发性有机物排放量不断增加,低浓度VOCs的净化技术已经很成熟,而石油化工行业、制药行业所排放的高浓度挥发性有机气体的污染控制问题已经成为当前环境领域的研究热点之一。1国内外净化技术现状目前国内外现有的VOCs气体净化技术方法可分为物理、化学和生物处理法。这些方法根据实际情况可单独使用,也可配合使用以达到最佳的处理效果。去除工业废气中VOCs的方法也可以分为破坏性方法和非破坏性方法两类。破坏性方法,如热氧化法,将VOCs转化成CO2和H2O;非破坏性方法即回收法,常用的回收法有活性炭吸附法、冷凝法和膜分离法,此种方法可以废物再利用[4]。111焚烧法焚烧法是利用VOCs易燃烧性质进行处理的一种方法。VOCs气体进入燃烧室后,在足够高温度、过量空气、湍流的条件下,进行完全燃烧,最终分解成CO2和H2O。焚烧法适用于成分复杂、高浓度的VOCs气体,具有效率高、处理彻底等优点,在处理石化工艺废气、印刷和油漆生产的废气、木材干馏废气及制药废气等方面具有广阔的应用前景,但若废气含有Cl、S、N等元素,采用焚烧法会产生HCl、SOx、NOx等有害气体,易造成二次污染[3]。112光催化氧化法光催化氧化法主要是利用催化剂(TiO2)的光催化性,氧化吸附在催化剂表面的VOCs,最终产生CO2和H2O,其反应机理是:当用光照射半导体光催化剂时,根据半导体的电子结构特点,当其吸收一个能量大于或等于其带隙能(Eg)的光子时,电子(e-)会从充满的价带跃迁到空的导带,而在价带留下带正电的空穴(h+)。光致空穴具有很强的氧化性,可夺取半导体颗粒表面吸附的有机物或溶剂中的电子,使原本不吸收光而无法被光子直接氧化的物质,通过光催化剂被活化氧化。VOCs光催化降解的速率主要受吸附效率和光催化反应速率的影响,具有较高吸附性能的VOCs不一定有较快的降解速率,因此选择光催化剂至关重要。常见的光催化剂主要是金属氧化物和金属硫化物,如TiO2、ZnO、Fe2O3、WO3、ZnS、CdS和—46—环境科学导刊2010,29(1):64-67CN53-1205/XISSN1673-9655PbS等。由于TiO2有较高的化学稳定性和催化活性,且价廉无毒,所以TiO2是目前最常用的光催化剂之一。目前普遍认为采用光催化氧化法可以完全降解VOCs,而在实际应用中VOCs的光催化氧化反应会产生醛酮、酸和酯等中间产物,造成二次污染。对于大部分VOCs,光催化氧化法能将其较为彻底无机化,副产物少,但是光催化氧化法存在着催化剂的失活,催化剂难以固定,且催化剂固定化后催化效率降低的缺点,因此该技术目前尚未商业化[3]。113电晕法电晕法处理VOCs的原理是通过陡峭、脉冲窄的高压脉电晕,在常温下获得非平衡态VOCs离子体,即产生大量的高能电子或高能电子激发产生的O、OH、N等活性粒子,并且还可以产生臭氧,各种活性粒子和臭氧会与VOCs发生化学反应,破坏VOCs分子中的C—C或C—H等化学键,由于O、OH基及臭氧具有强氧化能力,结果使C、H分解氧化产生CO2和H2O。美国国家环保局进行了多次VOCs和有毒气体的电晕破坏的研究,并模拟表面反应器进行分子形式的电晕破坏研究,研究结果表明电晕法可以有效地去除VOCs和其它有害气体,是一种处理低浓度污染物的低成本控制技术。由于反应器长时间操作的稳定性和催化效率低等方面原因,该方法目前还未能实用化和商业化[5]。114吸附法吸附