各種廢氣處理工藝的介紹與比較

 

近年來，隨著空氣污染的加劇，***內(nèi)外關(guān)于VOCs排放的法律法規(guī)越來越嚴(yán)格。然而，由于廢氣處理成本高、缺乏行政監(jiān)管要求的VOCs排放標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)對(duì)VOCs排放和控制缺乏重視等多種因素，許多工廠直接將VOCs排放到***氣中，對(duì)環(huán)境質(zhì)量造成嚴(yán)重危害。

 

一、低溫等離子體光催化劑催化處理VOCs廢氣

 

低溫等離子體技術(shù)處理污染物的原理是:在外加電場(chǎng)的作用下，介質(zhì)放電產(chǎn)生的***量高能電子轟擊污染物分子，使其電離、離解、激發(fā)；然后引發(fā)一系列復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)，使復(fù)雜的***分子污染物轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的小分子安全物質(zhì)，或有毒有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無害或低毒低害物質(zhì)，從而降解去除污染物。低溫等離子體技術(shù)對(duì)低濃度***氣污染氣體的處理效率高，是一種性價(jià)比非常高的有效處理技術(shù)。該方法效率高、成本低、設(shè)備適應(yīng)性強(qiáng)、占地面積小、操作控制方便、啟停方便、與涂裝過程同步、可根據(jù)污染源強(qiáng)和排放要求升級(jí)。等離子體作為一種在廢氣處理***域具有強(qiáng)***潛在***勢(shì)的高新技術(shù)，已經(jīng)引起了***內(nèi)外相關(guān)學(xué)科的極***關(guān)注。

 

單等離子體處理有機(jī)廢氣效率高，副產(chǎn)物少，不會(huì)造成二次污染。然而，其較高的能耗和較低的能效是目前難以克服的問題，等離子體復(fù)合光催化可以彌補(bǔ)其不足。等離子體催化劑是二氧化鈦，二氧化鈦是一種寬帶隙(Eg=3.2eV)的半導(dǎo)體化合物。只有波長(zhǎng)較短的太陽光才能被吸收激發(fā)其活性，因此在設(shè)計(jì)反應(yīng)裝置時(shí)需要加入紫外光源。

 

二、低溫等離子體光催化劑催化VOCs的技術(shù)分析

 

1.吸附技術(shù)

 

吸附技術(shù)利用***比表面積的固體吸附劑捕捉廢氣中的VOCs，從而將有害成分從氣體中分離出來。活性炭一般用作吸附劑，當(dāng)吸附達(dá)到飽和時(shí)，用水蒸氣或熱空氣作為脫附劑，脫附回收吸附劑表面的VOCs。

 

2.冷凝技術(shù)

 

冷凝技術(shù)利用不同飽和蒸氣壓的氣態(tài)污染物將VOCs冷凝成液滴，通過降溫或升壓的方式將其從氣體中分離出來，借助不同的冷凝溫度實(shí)現(xiàn)污染物的逐漸分離。

 

3.膜分離技術(shù)

 

膜分離技術(shù)利用不同氣體分子通過聚合物膜的不同溶解和擴(kuò)散速率，達(dá)到***定壓力下分離的目的。膜兩側(cè)氣體的分壓差是膜分離的驅(qū)動(dòng)力，這可以通過壓縮入口氣體或在膜的滲透?jìng)?cè)使用真空泵來實(shí)現(xiàn)。因此，膜分離過程通常與冷凝或壓縮過程相結(jié)合。

 

4.燃燒控制技術(shù)和催化燃燒技術(shù)

 

根據(jù)熱量回收方法，直接燃燒技術(shù)可分為直接燃燒和再生燃燒。直接燃燒是指將有機(jī)廢氣加熱至***定溫度(約800℃)，使其充分氧化分解產(chǎn)生CO2和H2O等。再生燃燒法是將燃燒尾氣中的熱量積累起來，用于加熱待處理的廢氣，具有明顯的節(jié)能效果。該方法的去除效率可達(dá)99%以上，但燃燒不完全時(shí)容易產(chǎn)生氮氧化物，造成二次污染。該方法適用于汽車、家電等烤漆行業(yè)高溫高濃度有機(jī)廢氣的處理。

 

催化燃燒技術(shù)通過在燃燒系統(tǒng)中添加催化劑，使可燃VOCs在催化劑表面發(fā)生非均相氧化反應(yīng)，并在300 ~ 500℃左右催化氧化將VOCs分解為CO2和H2O。催化燃燒的溫度低于熱燃燒，可以顯著降低設(shè)備運(yùn)行成本。但是，當(dāng)廢氣中含有會(huì)引起催化劑中毒的硫和鹵素有機(jī)化合物時(shí)，不宜采用催化燃燒法。

 

5.光催化劑催化降解技術(shù)

 

納米二氧化鈦的光催化降解具有納米半導(dǎo)體顆粒的量子尺寸效應(yīng)，使其導(dǎo)帶和價(jià)帶變?yōu)槿芗?jí)，能隙變寬，導(dǎo)帶為負(fù)，價(jià)帶變正，即在光催化劑的催化下具有很強(qiáng)的氧化還原能力，從而提高其光催化催化活性。

 

波長(zhǎng)較短的紫外線光子能量較強(qiáng)。當(dāng)環(huán)境中紫外線的能級(jí)強(qiáng)于***多數(shù)廢氣物質(zhì)的分子結(jié)合能時(shí)，污染物的分子鍵可以以游離狀態(tài)斷裂成離子，200nm以下波長(zhǎng)較短的紫外線可以分解O2分子，生成臭氧O3(經(jīng)過***量實(shí)驗(yàn)，波長(zhǎng)為185nm)。游離狀態(tài)的污染物離子容易與O3反應(yīng)生成簡(jiǎn)單、低危害或無害的物質(zhì)，如CO2、H2O等，從而達(dá)到廢氣凈化處理的目的。紫外光解得到的臭氧在獲得絡(luò)合離子光子的能量后可以很快分解，分解后產(chǎn)生氧化性更強(qiáng)的自由基O、OH和H2O。自由基O、OH、H2O與惡臭氣體發(fā)生一系列協(xié)同和鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，惡臭氣體***終被氧化降解為低分子物質(zhì)CO2和H2O，從而達(dá)到***終除臭的目的。在研究過程中，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)惡臭氣體的分子量越高，紫外光氧化的效果越明顯。在***殊能級(jí)的紫外線作用下，***部分化學(xué)物質(zhì)都能被有效分解。

 

6.生物降解技術(shù)

 

生物降解技術(shù)是指含VOCs的廢氣通過傳質(zhì)過程進(jìn)入微生物懸浮液或生物膜，在***氧條件下，利用有效的降解菌株將廢氣中的VOCs降解為CO2和H2O。生物法凈化VOCs廢氣的關(guān)鍵在于微生物的馴化和有效降解菌的培養(yǎng)。目前研究的生物菌株對(duì)有機(jī)物的消化有很強(qiáng)的***異性，只能處理單組分、易生物降解的有機(jī)化合物，包括醇類、醛類、酮類、酯類、單環(huán)芳烴類、氨類、硫化氫類等。對(duì)單組分VOCs的去除能力***小順序?yàn)?醇類、醛類、酮類等氧化烴類> BTEX等單環(huán)芳烴類>鹵代烴類，對(duì)單組分單環(huán)芳烴類的去除能力***小順序?yàn)榧妆?gt;苯>乙苯，在處理混合組分VOCs時(shí)，由于各組分之間的競(jìng)爭(zhēng)和抑制，會(huì)出現(xiàn)降解判別，因此有機(jī)廢氣生物處理的普適性較差。

 

7.低溫等離子體凈化技術(shù)

 

低溫等離子體中高能態(tài)粒子的組成低溫等離子體中高能態(tài)粒子的組成。低溫等離子體降解VOCs的原理在外加電場(chǎng)的作用下，介質(zhì)放電產(chǎn)生的***量高能電子轟擊VOCs分子，使其電離、解離、激發(fā)并引發(fā)一系列復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)，從而使相對(duì)分子質(zhì)量***的復(fù)雜有機(jī)廢氣降解為相對(duì)分子質(zhì)量小的簡(jiǎn)單物質(zhì)，或者有毒有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無害或低危害物質(zhì)，從而降解去除VOCs。載能電子的平均能量約為10eV，通過適當(dāng)控制反應(yīng)條件可以實(shí)現(xiàn)難以實(shí)現(xiàn)或快速的化學(xué)反應(yīng)。

 

三、光催化VOCs處理方法的***缺點(diǎn)

 

與傳統(tǒng)方法相比，低溫等離子體光催化VOCs凈化技術(shù)具有許多***勢(shì)。***，可以在常溫常壓下操作；***二，有機(jī)化合物的***終產(chǎn)物是二氧化碳、一氧化碳和H2O。如果有機(jī)物是氯化的，就要在產(chǎn)品中加入氯化物，不需要中間產(chǎn)物，降低了有機(jī)物的毒性，避免了其他方法中的后處理問題；***三，運(yùn)行成本低；***四；揮發(fā)性有機(jī)物去除率高，揮發(fā)性有機(jī)物適應(yīng)性操作管理方便。

 

需要一種更有效、全面和易于操作的廢氣處理方法，以更***程度地減少操作條件的限制。低溫等離子體方法的出現(xiàn)正是為了滿足這一要求，在***內(nèi)外受到越來越多的關(guān)注。隨著研究的深入，低溫等離子體光催化必將向規(guī)模化方向發(fā)展。