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工業(yè)生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量對(duì)大氣環(huán)境有危害的有機(jī)氣體。當(dāng)前，中國的大氣環(huán)境已受到嚴(yán)重污染，北方許多地區(qū)出現(xiàn)了嚴(yán)重霧霾天氣。在這種情況下，必須加大有機(jī)廢氣處理技術(shù)的研發(fā)力度，通過提高廢氣處理技術(shù)來降低其對(duì)大氣環(huán)境的危害。
有機(jī)廢氣處理的方法
1.熱破壞法
熱破壞是目前應(yīng)用比較廣泛也是研究較多的有機(jī)廢氣治理方法 ,特別是對(duì)低濃度有機(jī)廢氣 ,有機(jī)化合物的熱破壞可分為直接火焰燃燒和催化燃燒。直接火焰燃燒是一種有機(jī)物在氣流中直接燃燒和輔助燃料燃燒的方法。多數(shù)情況下,有機(jī)物濃度較低 ,不足以在沒有輔助燃料時(shí)燃燒。直接火焰燃燒在適當(dāng)溫度和保留時(shí)間條件下 ,可以達(dá)到 99%的熱處理效率。
由于有機(jī)廢氣中常出現(xiàn)雜質(zhì) ,很容易引起催化劑中毒 ,導(dǎo)致催化劑中毒的毒物 (抑制劑主要有磷、 鉛、 鉍砷、 錫、 汞、 亞鐵離子鋅、 鹵素等。催化劑載體起到節(jié)省催化劑 ,增大催化劑有效面積 ,使催化劑具有一定機(jī)械強(qiáng)度 ,減少燒結(jié) ,提高催化活性和穩(wěn)定性的作用。能作為載體的材料主要有 AL2O3、 鐵釩、 石棉、 陶土、 活性炭、 金屬等 ,常用的是陶瓷載體一般制成網(wǎng)狀、 球狀、柱狀、 峰窩狀。另外近年來研究較多且成功的有絲光沸石等。對(duì)催化燃燒而言 ,今后研究的重點(diǎn)與熱點(diǎn)仍將是探索高效高活性的催化劑及其載體 ,催化氧化機(jī)理。
2.液體吸收法
液體吸收法是利用液體吸收液與有機(jī)廢氣的相似相溶性原理而達(dá)到處理有機(jī)廢氣的目的。通常為強(qiáng)化吸收效果用液體石油類物質(zhì)、 表面活性劑和水組成的混合液來作為吸收液。近年來 ,日本人研究利用了用環(huán)糊精作為有機(jī)鹵化物的吸收材料 ,根據(jù)環(huán)糊精對(duì)有機(jī)鹵化物親合性的原理 ,將環(huán)糊精的水溶液作為吸收劑對(duì)有機(jī)鹵化物氣體進(jìn)行吸收。這種吸收劑具有無毒不污染 ,捕集后解吸率高 ,回收節(jié)省能源 ,可反復(fù)使用的優(yōu)點(diǎn)。
3.吸附法
吸附法的應(yīng)用廣泛 ,具有能耗低、 工藝成熟、 去除率高、 凈化*、 易于推廣的優(yōu)點(diǎn) ,有很好的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益。缺點(diǎn)是設(shè)備龐大 ,流程復(fù)雜 ,當(dāng)廢氣中有膠粒物質(zhì)或其他雜質(zhì)時(shí) ,吸附劑易中毒。吸附法主要用于低濃度 ,高通量可揮法性有機(jī)物 (VOCs)的處理。決定吸附法處理 VOCs的關(guān)鍵是吸附劑 ,吸附劑應(yīng)具有密集的細(xì)孔結(jié)構(gòu)、 內(nèi)表面積大、 吸附性能好、 化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、不易破碎、 對(duì)空氣阻力小等性能 ,常用的有活性炭、 氧化鋁、 硅膠、 人工沸石等。
目前 ,多數(shù)采用活性炭 ,其去除效率高。活性炭有粒狀和纖維狀兩類。顆粒狀活性炭結(jié)構(gòu)氣孔均勻 ,除小孔外 ,還有 10～100nm的中孔和 1 . 5～5um的大孔 ,處理氣體從外向內(nèi)擴(kuò)散 ,吸附脫附都較慢;而纖維活性炭孔徑分布均勻 ,孔徑小且絕大多數(shù)是 1 . 5～3nm的微孔 ,由于小孔都向外 ,氣體擴(kuò)散距離短 ,因而吸附脫附快。經(jīng)過氧化鐵或氫氧化鈉或臭氧處理的活性炭往往具有更好的吸附性能。
4.脈沖電暈法
脈沖電暈法基本原理是通過前沿陡峭、 脈寬窄 (納秒級(jí) )的高壓脈沖電暈放電 ,能在常溫、 常壓下獲得非平衡等離子體 ,即產(chǎn)生大量高能電子和 O、 H0等活性粒子 ,與有害分子進(jìn)行氧化降解反應(yīng) ,使污染物最終轉(zhuǎn)化為無害物。1988年以來 ,美國就開展了電暈法降解低濃度的揮發(fā)性有機(jī)物的研究。研究表明在環(huán)境通常溫度和壓力下 ,該法能達(dá)到較好的效率。
5.膜分離法
膜分離法的基本原理是基于氣體中各組分透過膜的速度不同 ,每種組分透過膜的速度與該氣體的性質(zhì)、膜的特性與膜兩邊的氣體分壓有關(guān)。膜分離法凈化有機(jī)廢氣是根據(jù)有機(jī)蒸氣和空氣透過膜的能力不同 ,而將二者分開的。常用膜分離工藝有:蒸氣滲透、 氣體膜分離和膜基吸收法。膜分離技術(shù)用于氣體凈化上的優(yōu)點(diǎn)是投資費(fèi)用低、 分離因子大、 分離效果好 (即凈化效果好 ) ,而且膜法凈化操作簡單、 控制方便、 操作彈性大。
6.光分解法
光分解 VOCs有兩種形式:一種是直接光照在波長合適時(shí) , VOCs分解;另一種是催化劑存在下 ,光照 VOCs使之分解。
光催化降解技術(shù)原理是光催化劑如 Ti O2在紫外線的照射下被激活 ,使 H2O生成 OH自由基 ,然后 OH自由基將有機(jī)污染物氧化成 CO2 和 H2O 。用 Ti O2 催化劑時(shí)可采用普通的熒光燈為光源來消除惡臭和非常低濃度的污染物。受催化劑降解效率的影響 ,光催化氧化法在工業(yè)上的應(yīng)用還待開發(fā)。
7.等離子體分解法
等離子體分解氯氟烴的技術(shù)已到實(shí)用階段 ,植松信行研究了利用等離子體的化學(xué)作用分解氯氟烴之類難分解氣體為無害物的應(yīng)用。此技術(shù)可在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行大量的氯氟烴等氣體的處理。此過程采用二個(gè)系統(tǒng) ,一系統(tǒng)利用高頻等離子體急速加熱 ,使溫度達(dá) 10000℃ 利用等離子體的化學(xué)作用與水蒸汽接觸進(jìn)行分解的超高溫加水系統(tǒng);第二個(gè)系統(tǒng)是將高溫分解的排氣急冷到 80℃下的排氣系統(tǒng)。該系統(tǒng)是由氯氟烴和水蒸汽的供給裝置、 等離子體發(fā)生裝置、 反應(yīng)爐、冷卻罐以及排水處理裝置等構(gòu)成。
8.微波催化氧化技術(shù)
微波空氣凈化技術(shù)是由填料吸附 -解吸技術(shù)發(fā)展而來 ,是將傳統(tǒng)解吸方式轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒉ń馕?,微波能的應(yīng)用大大減少了能量的消耗,并縮短了解吸時(shí)間 ,而且吸附劑經(jīng) 20次解吸后基本上保持原有吸附能力。微波解吸技術(shù)對(duì)空氣的凈化基本上與其在水處理中的應(yīng)用類似 ,解吸原理都可以用“ 容器加熱理論 ” 和“ 體積加熱理論 ” 加以解釋。國內(nèi)外在水處理中均有此方面的成功應(yīng)用 ,而在空氣凈化中的應(yīng)用 ,國外已有小規(guī)模的成功范例 ,國內(nèi)尚處于起步階段。
9.冷凝法
冷凝法是利用物質(zhì)在不同溫度下具有不同飽和蒸汽壓這一性質(zhì) ,采用降低系統(tǒng)溫度或提高系統(tǒng)壓力 ,使處于蒸汽狀態(tài)的污染物冷凝并從廢氣中分離出來的過程。冷凝過程可在恒定溫度的條件下用提高壓力的辦法來實(shí)現(xiàn) ,也可在恒定壓力的條件下用降低溫度的辦法來實(shí)現(xiàn) ,一般多采用后者。利用冷凝的辦法 ,能使廢氣得到很高程度的凈化 ,但是高的凈化要求 ,往往是室溫下的冷卻水所不能達(dá)到的。凈化要求愈高 ,所需冷卻的溫度愈低 ,必要時(shí)還得增大壓力 ,這樣就會(huì)增加處理的難度和費(fèi)用。因而 ,冷凝法往往與吸附、 燃燒和其他凈化手段聯(lián)合使用,以回收有價(jià)值的產(chǎn)品。
10.生物法
生物凈化實(shí)質(zhì)上是一種氧化分解過程:附著在多孔、 潮濕介質(zhì)上的活性微生物以廢氣中有機(jī)組分作為其生命活動(dòng)的能源或養(yǎng)分,轉(zhuǎn)化為簡單的無機(jī)物 (CO2、 H2O)或細(xì)胞組成物質(zhì)。現(xiàn)階段主要工藝包括:生物過濾床、 生物滴濾床以及生物洗滌床。
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