[深圳废气废水处理设备]工业有机废气处理

挥发性有机化合物的危害及各国对挥发性有机化合物废气处理和控制的法律法规继二氧化硫、一氧化氮和氟利昂之后，挥发性有机化合物废气的污染成为世界关注的又一焦点。

挥发性有机化合物是指挥发性烃类及其衍生物，包括烃类、芳香烃、醇类、醛类、酮类、酯类、胺类、有机酸类等。主要危害如下：(1)阳光照射下，一氧化氮与大气中的挥发性有机化合物发生反应，产生臭氧、过氧硝基酰基、醛类等光化学烟雾，造成二次污染，刺激人的眼睛和呼吸系统，危害人体健康。如果你长时间(几天或几卐周)生活在这⌒　种环境中，会危及人们的生命。同时，它会危及农作物的生长，甚至导致农作物的死亡。光化→学污染发生在洛杉矶、深圳燕山区和兰州西固区。(2)大多数挥发性有机化合物有毒且恶臭，会导致▽人们患上累积性呼吸道疾病。在高浓度的突然作用下，有时会引起急性中毒甚至死亡。一些挥发性有机化※合物(如3，4-苯并芘和氯乙烯)会导致癌症；(3)大多数挥发性有机化合物是易燃易爆的，高浓度排放时容易导致火灾和爆炸。近年来，由挥发性有机化合物引起的火灾和爆炸频繁发生。(4)一些挥发性有机化合物会破坏臭氧层。

因此，挥发性有机化合物已经成为一种世界性的公害。发达国家和地区不断修改法律，一再降低挥发性有机化合物的排放浓度。在美国1990年修订的《大气污染法》 (NCAA)第一章中，对造成光化学污染的主要成分和氮氧化物进行了特别规定。第三章规定了189种挥发性有机化合物的排放标准。1991年，包括加拿大和欧共体成员国在内的23个』缔约方正式签署了《长距离越境大气污染条约》，要求缔约方在1988年到2000年将挥发性有机化合物排放量减少到70%。1994年4月1日，日〗本修订了《恶臭防止ξ法》，规定了10多种挥发性有机化合物的排放标准，1996年增加到53种，2002年增加到149种。1994年12月，欧共体(欧洲经济共︾同体)制定了共同体挥▼发性有机化合物排放的统一标准，并要求尚未立法的国家在一定期限内立法。上述原因极大地促进了挥发性有机化合物控制装置在相关行业的发展。

1997年，欧盟挥发性有机化合物控制装置的产值达到6.59亿美元，比1992年的3亿至2.6亿美元增加了一倍多。1997年，仅㊣美国燃烧/吸附装置的产值就达到12亿美元。1995年，日本挥发性有机化合物控制装置的产值达到8亿美元。中国的空气污染物排放标准GB162971996和恶臭污染物排放标准GB145541993也规定了十多种挥发性有机化合物的排放。但是，由于非强制性标准，各地的执行情况各不相同，沿海经济发达城市和旅游城市明显好于内陆经济不发达城市。

2.简介2。挥发性有机化合物处理方法和处理装置

目前，常用的处理方法有吸收法、冷凝法、吸附法、生物法、热氧化法、等离子法等。而电化学方法、膜分离方法、光催化方法和电子床加热方法正在开发中。

要选择合适的处理方法(或几种方法的组合)并最〗终获得最佳处理方案，必须综合考虑以下因素：

废气的特性：

废气浓度；

生产的具体︽条件；

净化要求(符合什么排放标准)；

经济等。

以下简要介绍常用的挥发性有机化合物废气处理方法和处理装置：

(1)吸收法。吸收法是一种利用特定挥△发性有机化合物易溶于特ζ　殊溶剂(或添加化学物质的溶液)的特性的々处理方法。最经济、最常用的溶剂是水。为了提高挥发性有机化合物和溶剂的吸收率和接触面积，该过程通常在充满填料的吸收塔中完成。

(2)冷凝法。对于高浓度的挥发性有机化合物，它可以通过冷凝器，气态挥发性有机化合物被降低到沸点以下，冷凝成液滴，然后通过重力落入冷凝区下部的储罐中。液体挥发性有机化合物可以被回收和利用

(3)吸附法。吸附是一种通过使用一些多孔固体(吸附剂)来去除挥发性有机化合物的方法，这些多孔固体具有从气相混合物中选择性吸附一些组分的能力。目前，处理挥发性有机化合物最常用的吸附剂是活性炭和活性炭纤维，所用的设备是阀门切换的两床(或多床)吸附器。该方法对于需∏要回收的各种浓度的挥发性有机化合物具有显著的经济效益。

(4)生物学方法。生物法是一种利用微生▂物分解挥发性有机化合物的方法。所使用的设『备是生物过滤器，它◤占据了很大的空间。生物方法通常用于处理低浓度挥发性有机化合物。

(5)等离子体法。其基本原理是：通过陡前沿窄脉冲宽度(RS级)的高压脉冲电晕放电，在常温常压下获得非平衡等离子体，即产生大量高能电子和O、OH等活性粒↑子，VOCs分子被氧化降解，使VOCs最终转化为无害物质。

3.氧化法处理挥发性有机化合物

对于有毒、有害和可回收的挥发性有机化合物，热氧化是一种更彻底的处理方法。其基本原理是挥发性有机化合物与O2反应生成CO2和H2O。化学方程式如下

aCHO  bxco  2 dH2O

这种氧化反应非常类似于化学燃烧过程，只是因为挥发性有机化合物的浓度太低，在反应中不会产生可见的火焰。

一般来说，氧化反应可以通过以下两种方法顺利进行：第一，加热使含挥发性有机化合物的废气达到氧化反应所需的温度；其次，使用催化剂，氧化反应在较低温度下在催化剂表面进行。

因此，氧化方法可分为以下两种类型：

(1)催化氧化法。目前使用的催化剂主要ぷ分为贵金属催化剂和非贵金属催化剂。贵金属催化剂主要是铂和钯，它们以非常细◣的颗粒形式分布在催化剂载体上，载体通常是金属或陶瓷蜂窝体和块状填料。典型的非贵金∩属催化剂是通过将过渡元素金属氧化物(如二︽氧化锰)与□粘合剂混合而制备的各种形状的催化剂。为了防止催化剂中毒后失去催化活性，物质(如铅、锌、砷、磷、汞等。)在处理之前，必须清除可能使催化剂中毒的物质。如果挥发性有机化合物废气中的催化剂毒物和催化剂覆盖物未被清除，则不能使用催化氧化法。

(2)热氧化法。热氧化可分为三种类型：热燃烧、分区和蓄热。它们之间的主要区别在于热回收的方式不同。这三种方法都可以与催化法结合使用来降低反应温度。

A.热燃烧热氧化器。热氧化器一般指气体焚烧炉。它由助燃剂、混合区和燃烧室组成。助燃剂(天然气、石油等。)作为辅助燃料，燃烧产生的热量在混合区预热挥发性有机【化合物废气。燃烧室为预热的废气提供了足够的空间和时间来完成最终的氧化反应。

在供氧充足的前提下，氧化反应的程度(影响最终挥发性有机化合物的去除「率)取决于三个条件：反应温度、停留时间和①湍流。这三个测试条件是相互关联的，在一定范围内改善一个条件可以降低另外两个条件。热燃烧热氧化器的最大缺点之一是辅助燃料的价格太高，导致装置的运行成本高。

B.分区热氧化器。隔膜热氧化是☆指在热氧化装置中增加一个隔膜换热器，将热量从燃烧室排出的高温气体转移到氧化装置入口处的低温气体。由于目前的分区换热器可以获得85%的最高热回收率，辅助燃料的消耗大大降低。隔膜热交换器通常被设计成管、壳或板。由于一般热氧化温度应保持在800-1000，隔断换热器必须由耐热耐腐蚀的不锈钢或合金材料制成。这使得壁热交换器的成本非常高，这是壁热氧化器的缺点。同时，材料的热应力

C.蓄热式热氧化器。蓄热式热氧化器是在热氧化器中加入蓄热式换热器，预热挥发性有机化合物废气，然后进◤行氧化反应。随着蓄热材料的发展，蓄热式换热器的热回收率达到95%以上，占用空间越来越小。这样，辅助燃料的消耗非常小(甚至不使用辅助燃料，并且当挥发性有机化合物的浓度达到一定值以上时◣，热量可以从实时操作▅系统输出)。同时，由于目前的蓄热材料都使用陶瓷填料，它可以处理腐蚀性或含→颗粒物的挥发性有机化合物废气。

4.膜分离技术

有机气体膜分离是一种新型高效的分离技术，工艺简单、回收率高、能耗低、无二次污染，是一项很有前途的技术。

膜分离技术的基础是使用对有机物具有渗透选择性的聚合物复合膜。这种薄膜比空气对有机蒸汽更敏感

容易穿透10 ~ 100次。当废气与膜材料表面接触时，有机物可以穿透膜并与废气分离。为了确保过程的进行，在膜的进料侧使用压缩机，或者在渗透侧使用真空泵，从而在膜的两侧之间形成压差，以获得膜渗透所需的驱动力。

分离膜是由涂层和支撑层组成的复合膜。涂层提供分离性能，而多孔支撑层提供卐机械强度。

涂层材料通常是高选择性的聚二甲基硅烷，这决定了膜的分离性能，支撑层对膜的性能也︻有重要影响。常用的支撑层材料是聚砜、聚醚砜、聚酰亚胺和聚偏二氟乙烯。目前，提供挥发性有机化合物分离膜的MTR和Nitto提供↓卷式膜，而GKSS提供◣板式膜。卷制的薄膜更加致密和经济，可以大大降低设备成本；然而，平板膜可以提供良好的流量分布并降低渗透侧的压降。地铁的研发取得了突破。它可以生产直径为203.2英寸(8英寸)的大膜管和面积为↘20L的单膜管，这大大提高了系统的处理能力，并具有足够的能力用于大型工业设备。

4.1膜分离系统

最简单的膜分离工艺是单级膜分离系统，它直接压缩废气，使其通过膜表面实现VOCs;分离，但由于分离程度很低，单级很难满足分离要求。

地铁公司开发了一种新的集成膜分离系统。该技术结合了压缩冷凝和膜单元的特点实现分离。

首先，通过压缩机将有机废气升高到一定的压力。压缩的有机废气进入冷凝器冷却，部分VOCs被冷却

冷凝后，直接放入储罐中进行回收和再利用。离开冷凝〒器的不凝气体仍有一定的压力，作为膜渗透的驱动〖力，使得膜分离不再需要额外的动力；不可冷凝的压缩气体仍然含有大量的有机物。当压缩气体通过有机选择膜的表面时，膜将气体分成两股气流：(1)大部分↑没有VOCs的不可渗透侧的净化气体被直接排出；渗透物流是富含有机物的蒸汽，其被再循环到压√缩机的入口。由于VOCs,的循环，回路中VOCs的浓度迅速上升，直到进入冷凝器的压缩气体达到VOCs冷凝浓度，因此系统达到稳定状态。一般来说，从原料气中『去除的挥发性有机化合物可达99%以上，因此废气中的VOCs可达到环保排放标准。

循环系统的特征在于，非渗透物流的浓度与进料气体的浓度无关，进料气体的浓度由冷凝器的压力和温度决定

准备。

4.2膜分离系统的设计和操作参数

膜分离系统的设计主要考虑膜材料和操作条件

系数比率的乘积(称为吸附选择性)。运动选择性反映了膜材料中分子的不同平均速度。随着分子尺寸的增加，速度降低，吸附选择性反映了膜中溶解的分子数量。它与两种气体的相对可冷凝性成正比。

吸附系数随渗透液凝结性的增加而增加，即随分子直径的增加而增加，因此易凝⌒性高分子的吸附系数较大，烃类的吸附系数大于不凝性气体的吸附系数。

橡胶状聚合物的吸附选择性占主导地位，渗透率随●着渗透物尺寸的增加而增加。硅橡胶对芳香烃、酮和卤』代烃的渗透选择性很高，一般为3060。

4.2.2压力比

因为压力是膜分离的驱动⌒　力，另一个非常重要的参数是压力比(定义为总进料压力/总渗透侧)

压力)。压力比和选择性共同ζ　决定了通过膜获得的富集溶剂。

至于实际情况，对可达到的压力比有一定的限制，并且有必要将进料压缩到非常高的压力或在渗★透侧具有非常高的真空，这需要大量的能量和昂贵的泵。因此，通常的压力比是1030。

通过调节膜面积、冷凝器温度和跨膜压力比，地铁循环膜分离设计可以方便地控制最终废气中有机物的浓度。

随着膜面积的增加，废气中有机物的浓度迅速降低。或者随着膜面积的减少而迅速增加；当面积减少到1

在一定程度上，不会发生分离，废气的浓度等于原料气的浓度。

随着冷凝器温度降低，浓缩所需的露点温度也※降低。更多的VOCs在冷凝器中冷凝，这可以显著降低进入■膜单元的有机物的浓度。然而，事实上，气体中的水蒸气会●引起结冰问题，结冰温度低于0

学位很少被使用。

压力比对废气浓度的影响与膜面积的影∑　响相似。当压力比增加时，废气浓度显著降低，但压力ξ比不能小于某一值，否则不会发生分离。

4.3膜分离技术的范围

目前，世界上有近▼60套VO分离装置。在美国，大多数设备用于回收高价值产品，如VOCs,氟氯烃和氯乙烯。碳氢化合物主要从欧洲和日本的石油运输作业中回收。

膜技术可用于回收几乎所有种类的高沸点挥发性有机化合物，如三联苯、丁烷以上的烷烃、氯化有机化合物、氢氟烃、酮、酯等。它可用于各种行业，如聚氯乙烯加工中的氯乙烯单体回收、聚烯烃厂的乙烯和丙烯单体制冷设备、气雾剂和香料生产中产生的氟氯化碳和氟氯烃、印刷中产生的甲苯等。

在环¤保治理工程领域，工业有机废气的治理长期没有发展起来。目前，各种处理技术和工艺还不够成熟，或多或少存在一些缺⊙陷，如运行不稳定、能耗高、管理维护工作量大等。随着环保技术的不断发展，工业有机废气处理的新技术和♀新成果将不断∏涌现。近年来，电晕法、臭氧分解法和等离子体法相继出现。未来，工业有机废气处理ㄨ技术将朝着设备制造＠成本低、能耗低、管理维护简单的方向发展。