揮發(fā)性有機(jī)廢氣治理技術(shù)發(fā)展研究

針對揮發(fā)性有機(jī)廢氣治理技術(shù)的發(fā)展問題，首先介紹了揮發(fā)性有機(jī)廢氣治理技術(shù)，主要包括利用燃燒法處理揮發(fā)性有機(jī)廢氣，如利用直接燃燒法、催化燃燒法處理揮發(fā)性有機(jī)廢氣、生物法處理揮發(fā)性有機(jī)廢氣和吸附法處理揮發(fā)性有機(jī)廢氣，探討了揮發(fā)性有機(jī)廢氣治理技術(shù)進(jìn)展以及應(yīng)用，主要探討了微波催化氧化技術(shù)、活性炭纖維治理技術(shù)和生物治理技術(shù)，并介紹了在揮發(fā)性有機(jī)廢氣治理中的應(yīng)用、納米材料凈化技術(shù)的應(yīng)用和膜基吸收凈化技術(shù)在揮發(fā)性有機(jī)廢氣治理的應(yīng)用。

揮發(fā)性有機(jī)廢氣(以下簡稱VOCs)是一種有害氣體，它的沸點接近水的沸點，有的VOCs沸點是在較高的溫度下，此時這些有機(jī)廢氣的飽和蒸汽壓都會高于133.3Pa，在這樣的條件下，它們就可能成為揮發(fā)有機(jī)化合物，這種有機(jī)揮發(fā)化合物會污染空氣，影響人類的健康。這些揮發(fā)性的有機(jī)化合物主要成分包括：硫烴、含氧烴、氮烴、鹵代烴、烴類等多環(huán)芳香烴，由于它們的性質(zhì)相似，它們很容易混合在一起，就會污染環(huán)境，這些VOCs同時能夠威脅人類的身體健康，在人們的呼吸中，進(jìn)入人體，對人的器官造成傷害。因此，在科技時代，必須對揮發(fā)性有機(jī)廢氣進(jìn)行治理，使有機(jī)廢氣控制在一定的濃度。
1揮發(fā)性有機(jī)廢氣治理技術(shù)的分析　　在高科技時代，許多高科技產(chǎn)品的表面，都會利用涂漆、塑料、化工以及其它化工原料，都會使用許多有機(jī)物來進(jìn)行處理，在利用這些有機(jī)物時，就會使它們形成許多揮發(fā)性的有機(jī)廢氣，它們不僅對工人帶來身體的傷害，而且，如果這些氣體不經(jīng)過處理就隨意的排放到空氣中，就會污染環(huán)境，對人類的健康帶來嚴(yán)重的危害，對于常用的VOCs治理技術(shù)有以下幾種。
 
1.1利用燃燒法處理揮發(fā)性有機(jī)廢氣
 
燃燒法是利用VOCs的可燃性，由于它們自身可以燃燒，如果將這些有機(jī)物，在一定的溫度下，將它們通人到焚燒爐中，就可以使這些有機(jī)物燃燒，當(dāng)這些有機(jī)物生成CO和HO，就可以將它們排放到空氣中。這種燃燒法的處理機(jī)理，主要根據(jù)燃燒溫度和燃燒方式的不同，一般可以將它們分成直接燃燒法、熱力燃燒法和催化燃燒法三種形式。
 
1.1.1利用直接燃燒法處理揮發(fā)性有機(jī)廢氣
 
直接燃燒法，就是使VOCs直接燃燒，其方法就是將VOCs直接通人到焚燒爐中，就可以使VOCs在高溫中燃燒。如果VOCs的濃度高，它們在爐中就可以很好的燃燒，生成CO2和H2O，當(dāng)VOCs濃度低時，此時的燃燒由于不充分，就需要采取一定的措施，如加入輔助燃料，也會使VOCs燃燒完全，最終使VOCs完全生成CO2和H2O，這些CO2和H2O就可以排人空氣。這種方法的優(yōu)勢是：由于它們的投資費用低，制備的設(shè)備比較簡單，在操作方面也比較方便，但是，利用這種燃燒的方法需要維持高溫燃燒(>1100~C)的條件，同時，在這種高溫條件下，就容易使產(chǎn)物生成NOx化合物，這種化合物使燃燒結(jié)果產(chǎn)生二次污染物。
 
1.1.2利用催化燃燒法處理揮發(fā)性有機(jī)廢氣
 
催化燃燒法是在反應(yīng)系統(tǒng)加入某種催化劑，在催化劑的作用下，使VOCs能夠完全反應(yīng)，生成CO2和H2O，然后將它們排人到空氣中的方法。這種催化劑的作用機(jī)理，主要是可以降低VOCs的燃點。目前使用的這種催化劑的類型較多，這些催化劑主要是貴金屬催化劑(如Pt、Pd)和非貴金屬催化劑(女口V、Ti、Fe、Cu等)。女口Pt/H—Beta和PdO/H—
 
Beta等催化劑，它們在與VOCs接觸時，對氯化烴類的有機(jī)物具有很強(qiáng)的選擇性，這樣Pt/H—Beta和PdO/H—Beta等催化劑，就容易使它們發(fā)生催化分解作用]。而M.A.Centeno_3等人通過研究表明，利用催化燃燒的方法，可以使Au/TiOxNy催化劑對已烷、苯和丙醇等有機(jī)物發(fā)生很高的催化作用，在這種催化作用下，使VOCs得到完全燃燒。如果將催化燃燒法與熱力燃燒法進(jìn)行比較，它們各自具有不同的優(yōu)勢，但催化燃燒法所需的燃燒溫度更低(200℃～400qC)，這是它的優(yōu)勢。由于它們可以在較低溫度下燃燒，就可以避免NO二次污染物生成，使環(huán)境得到保護(hù)。但是，現(xiàn)在使用的催化劑，由于它們的性能不穩(wěn)定，在某些條件下容易被含s、P、As等物質(zhì)破壞，一旦催化劑的活性破壞，就使催化劑失去活性，如果一旦催化劑失去活性，為了保證反應(yīng)進(jìn)行，就需要更換催化劑，這一過程，也需要付出昂貴的費用。
 
1.1.3利用生物法處理揮發(fā)性有機(jī)廢氣
 
生物過濾法處理VOCs，這種有機(jī)廢氣，主要是工業(yè)生產(chǎn)、市政污水、污泥處理的主要來源。為了治理惡臭氣體，提出了生物過濾法這種技術(shù)，近年來，隨著科學(xué)的發(fā)展，發(fā)現(xiàn)這種處理方法對處理VOCs也有較好的效果。這種生物過濾法，可以處理較低濃度的VOCs，核心處理設(shè)備是生物濾床的作用(如圖1所示)，VOCs可以在生物濾床中得到處理，使VOCs生成CO：和HO，這主要是由于在濾床內(nèi)，已經(jīng)裝有能形成生物膜的填料，這些填料可以使VOCs在濾床里被生物膜上的生物經(jīng)過吸附作用，將VOCs分解成CO2和H2O，使它們排放到空氣中得到凈化。

圖1生物過濾法工藝的流程圖

這種生物過濾法決定它的處理效率的優(yōu)劣，主要是對這種生物過濾操作條件的控制，因此，在利用這種方法時，只要把操作條件控制好，就可以得到較好的結(jié)果。這種方法如控制得當(dāng)對不同有機(jī)物的處理結(jié)果，可以達(dá)到40%一98%。生物過濾法的運行成本很低，這有利于企業(yè)的應(yīng)用，但是由于這種方法的設(shè)備龐大，而且，它對于處理VOCs還具有選擇性，這就減弱了這種方法的使用范圍。

1.1.4利用吸附法處理揮發(fā)性有機(jī)廢氣
 
吸附法是利用具有微孔結(jié)構(gòu)的吸附劑，它的方法是利用這種吸附劑，可以將空氣中的吸附質(zhì)吸附在吸附劑的表面上，通過吸附劑的吸附將有機(jī)物從主體中分離，這樣就可以處理有機(jī)廢氣。吸附法工藝流程如圖2所示，當(dāng)VOCs通過風(fēng)機(jī)的作用，使它輸送到吸附塔1，當(dāng)吸附塔1中達(dá)到吸附飽和后，就可關(guān)閉閥門，再將VOCs氣體切換到吸附塔2進(jìn)行吸附，由于VOCs是分別在塔1和塔2進(jìn)行脫附，它們是相互交替操作，因此，只要設(shè)計合理，就可以達(dá)到連續(xù)處理的結(jié)果，使VOCs得到凈化。目前常用的吸附劑：由于活性炭的性能較好，這主要是活性炭具有較大的比表面積，這就使活性炭具有較高的吸附容量，使VOCs得到較大的；另一種方法就是沸石分子篩，這種吸附劑它具有均勻的微孔結(jié)構(gòu)，就可以使這種微型結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的選擇性。就可以使它們具有較大的優(yōu)勢，在吸附VOCs的過程中，它們都具有較高的去除效率，就可以使它們達(dá)到吸附VOCs的作用，同時由于它們的能耗低，工藝成熟，因此，這種方法在一般的企業(yè)都易于推廣實用，來處理VOCs使其凈化。

圖2吸附法工藝流程圖
需要指出，中國對于VOCs的處理還存在差距，上述的處理方法，只適合應(yīng)用在高、中濃度的VOCs治理中，但這些方法對于低濃度的VOCs處理，其效果相對微弱。在這樣的環(huán)境中，就會影響到人的呼吸系統(tǒng)，使人的鼻、眼、心、肝、肺等器官受到有害氣體的傷害，長時間在這種有機(jī)廢氣中生活，就會導(dǎo)致人體的器官出現(xiàn)變態(tài)反應(yīng)，人類吸人有機(jī)廢氣的時間一長；就會導(dǎo)致吸人者致殘和致癌，給人類帶來難以補(bǔ)救的傷害。因此，針對中國VOCs治理技術(shù)的研究以及創(chuàng)新，目前，科技工作者正在積極引入或開發(fā)新的技術(shù)方法，這樣才能夠保證中國的環(huán)境優(yōu)良，才能避免VOCs對人類的健康帶來傷害。

2揮發(fā)性有機(jī)廢氣治理技術(shù)進(jìn)展及應(yīng)用 

2.1微波催化氧化技術(shù)及其在揮發(fā)性有機(jī)廢氣治理中的應(yīng)用
 
微波催化氧化技術(shù)是高科技的處理技術(shù)，隨著科學(xué)的發(fā)展，這種技術(shù)已經(jīng)得到高速的發(fā)展，它可以有效集合傳統(tǒng)的填料吸附技術(shù)，來提高處理VOCs治理的能力，這種方法的實現(xiàn)，改變了傳統(tǒng)解吸治理方式向微波解吸治理方式的轉(zhuǎn)變，極大地提高了治理效果。在治理VOCs過程中，使用微波催化氧化技術(shù)，它不僅能夠縮短廢氣的解吸和吸附時間，而且還可以利用這種技術(shù)，降低各種能源的消耗和浪費，減少處理費用，提高VOCs的治理能力?，F(xiàn)在采用的吸附劑可以連續(xù)使用二十次，而且這些吸附劑，在反復(fù)使用的過程中，都能夠達(dá)到非常好的吸附效果，使VOCs得到徹底的處理。
 
2.2活性炭纖維治理技術(shù)及其在揮發(fā)性有機(jī)廢氣治理中的應(yīng)用
 
活性炭纖維治理技術(shù)是高科技時代的創(chuàng)新，這種技術(shù)與傳統(tǒng)的碳吸附技術(shù)相比，在使用性能上，它的吸附效果更好。這種VOCs治理技術(shù)的原理為：由于它通過活性炭纖維的加入，使它具有高效吸附性，由于它的高效吸附性，主要是由于具有環(huán)保材料的活性炭纖維，這樣就使它的內(nèi)表面和外表面分布了許多碳原子，由于這些碳原子的作用，使這些碳原子組成了具有吸附能力很強(qiáng)的表面性結(jié)構(gòu)。這種活性碳纖維的表面性結(jié)構(gòu)，具有很強(qiáng)的優(yōu)勢。為了比較兩者的效能，即對活性炭纖維和傳統(tǒng)的碳吸附材料的吸附性能進(jìn)行比較，通過實驗結(jié)果證實，由于這種活性炭纖維的特殊結(jié)構(gòu)，使它的吸附結(jié)果更具有優(yōu)勢，這樣它可以使活性炭纖維具有比較優(yōu)異的性能，具有吸附速度快、吸附容量大、再生容易、表面積大、微孔豐富、含碳量高等眾多優(yōu)點，這些眾多的優(yōu)點，就可以使它們在治理VOCs的過程中，充分發(fā)揮吸附VOCs的作用，可以顯示活性炭纖維非常好的用效果，因此，活性炭纖維治理技術(shù)已經(jīng)具有很大的優(yōu)勢。非常適宜廣泛的推廣和應(yīng)用在VOCs的治理中，使環(huán)境更加清新。
 
2.3生物治理技術(shù)及其在揮發(fā)性有機(jī)廢氣治理中的應(yīng)用
 
生物治理技術(shù)在VOCs的治理中，這是一個較新的方法，主要應(yīng)用原理：是通過生物治理技術(shù)的發(fā)展，將微生物的降解過程利用起來，就可以將這些VOCs有機(jī)物得到處理，使它們轉(zhuǎn)化成水、二氧化碳等無機(jī)物，這樣就把污染環(huán)境的有機(jī)廢氣處理掉。但是，由于生物治理技術(shù)對VOCs治理的過程比較復(fù)雜，在生物治理技術(shù)中，很難保證在氣相中不產(chǎn)生
 
害物質(zhì)，這樣就會影響生物治理技術(shù)的結(jié)果，因此在實際應(yīng)用中，應(yīng)該注意保證氣態(tài)污染物的液化，氣態(tài)VOCs污染物液化后，需要通過各種污染物的生物吸附、新陳代謝以及降解的液化過程。但是，這種處理方法至今還未形成完善的理論，在實際應(yīng)用中還沒有找到合適的方法，因此，要利用生物技術(shù)處理VOCs，還需要許多科技工作者繼續(xù)努力，做進(jìn)一步的深入研究。
 
2.4納米材料凈化技術(shù)及其在揮發(fā)性有機(jī)廢氣治理中的應(yīng)用
 
納米材料凈化技術(shù)是近年來處理VOCs的新技術(shù)。納米材料指的是超細(xì)材料，這種超細(xì)材料的納米粒子，由于它的表面積大，吸附能力非常強(qiáng)，因此，在反應(yīng)過程中，可以顯現(xiàn)納米材料具有非常好的催化作用，這些納米粒子的加入，在處理VOCs的過程中，就能夠由于納米粒子的加入，就可以有效的提高VOCs分解的反應(yīng)速率，這對于揮發(fā)性有機(jī)廢氣的處理具有很大的優(yōu)勢，甚至能夠?qū)⒃瓉聿荒芊磻?yīng)的物質(zhì)，也能使它們完全進(jìn)行。顯然，納米TiO在氣態(tài)有機(jī)污染物治理方面具有優(yōu)勢。這些優(yōu)勢主要是它們表現(xiàn)在光照條件下，就能夠激活納米材料，可以使納米TiO：把有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化成有機(jī)酸、水、二氧化碳等小分子，這樣就把污染有機(jī)物處理掉了，顯然，納米TiO：的光催化劑，在處理VOCs方面具有很大的發(fā)占優(yōu)勢，它可以在降解處理VOCs方面具有很大的優(yōu)勢，在凈化空氣方面具有很大的能力，因此，它可以使納米TiO：具有非常廣泛的應(yīng)用前景。為了更好的分析比較，利用表1給出了上述幾種VOCs處理工藝特點的分析對比結(jié)果，就可以清楚的進(jìn)行比較。

3結(jié)語 

中國對揮發(fā)性有機(jī)廢氣治理技術(shù)的研究投入了一定的精力，目前已經(jīng)開發(fā)和應(yīng)用的種類較多，它們是微波催化氧化技術(shù)、活性炭纖維治理技術(shù)、生物治理技術(shù)、納米材料凈化技術(shù)、膜基吸收凈化技術(shù)等。這些技術(shù)在實踐中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，并且已經(jīng)獲得了較好的成績，尤其在處理VOCs的過程中，可以有效克服傳統(tǒng)VOCs治理技術(shù)的弊端。為了更好地治理VOCs，在今后的應(yīng)用中，可以利用不同的治理技術(shù)，發(fā)揮它們不同的特點，使它們更好地處理VOCs，所以在今后的實際工作中，要根據(jù)具體VOCs的實際情況，選擇適當(dāng)?shù)闹卫砑夹g(shù)，這樣才能處理好VOCs的清除，才能夠保證在環(huán)境中對VOCs的治理效果，保證環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

——來源：《環(huán)境科學(xué)與管理》

原標(biāo)題：揮發(fā)性有機(jī)廢氣治理技術(shù)發(fā)展研究