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挥发性有机废气治理技术进展研究

2025-04-20 45 上传者：管理员

摘要：挥发性有机污染物是城镇环境质量监测的重要指标之一，易导致雾霾、城市光化学污染、大气有机气溶胶形成，对城镇居民健康造成较大威胁。为加强环境空气质量治理能力，本文通过重点讨论挥发性有机废气的来源、监测技术、治理技术，分别从源头控制、治理技术现状及进展等几个方面，提出了针对有机废气治理的解决对策，以期为环境监测工作提供参考。

关键词：
处理技术
有机化合物
有机废气
环境污染
环境治理
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挥发性有机废气(VOCs)是一类在常温下以气体形式存在于大气中的有机化合物,其沸点介于50~250℃之间｡其主要成分包括烃类､卤代烃､氧烃和氮烃,易对人体健康造成严重影响｡其中一些成分甚至可能导致人体畸形生长并促使癌变,因此被视为对人体健康的重要威胁[1-3]｡

1、大气环境中挥发性有机废气的主要来源

1.1工业生产

煤油加工和化学品制造是VOCs排放的主要行业之一｡石油化工､精细有机工业､高分子工业也是VOCs的重要来源｡挥发性有机化合物在煤炭的采掘､储存和转化过程中也会被释放,尤其是在热解和气化过程中[4]｡

天然气开采和加工也是VOCs的释放源,涉及天然气井的开采､输送管道､气体压缩站和天然气液化等设施｡挥发性有机废气在气体开采､净化和加工过程中被释放,尤其是从天然气中提取液体烃时｡除了上述主要行业,还有许多其他工业过程也会排放VOCs,如印刷､表面涂层､半导体制造､纺织品制造等｡这些行业都使用各种化学品和溶剂,在生产和加工中释放出VOCs｡

1.2道路运输

大气环境中挥发性有机废气的主要来源之一是道路运输｡VOCs是一类易挥发的有机化合物,可以在空气中迅速蒸发成气体｡道路运输产生的挥发性有机废气主要来自燃油的燃烧以及车辆运行过程中轮胎和地面摩擦所导致的挥发排放｡

1.3光化学污染

光化学污染是指在太阳辐射的作用下,大气中的氮氧化物(NOx)和VOCs在光化学反应中产生臭氧和其他污染物的过程｡

大气中VOCs的重要来源还包括汽车尾气､工业排放､自然生物排放以及日常生活中的溶剂和涂料的使用｡有挥发性有机成分的油漆和涂料在应用过程中释放VOCs,这些化合物还会与大气中的氮氧化合物一同参与光化学反应[5]｡

2、挥发性有机废气污染防治

2.1源头和过程控制

为减少有机废气的排放,建议采用低VOCs或者无VOCs产品或技术,如使用水性涂料替代溶剂型涂料,可显著降低VOCs排放｡此外,通过改进生产工艺和优化操作参数,可以进一步减少生产过程中的VOCs使用和排放｡使用密闭式系统和设备,如喷漆房､密封式反应器,也是有效控制VOCs扩散的方法[6]｡

2.2废气监测与管控

废气监测的关键指标包括挥发性有机物的种类和浓度､氮氧化物､二氧化硫等其他污染物的浓度｡监测点应覆盖生产设施的关键区域,尤其是可能产生挥发性有机废气的生产单元｡监测点的选择需要考虑废气排放的特性和可能的扩散情况｡

2.3促进清洁生产技术升级

我国目前大气污染问题严峻,因此迫切需要进行大气污染治理｡在积极宣传和倡导降低挥发性有机废气排放的同时,也应鼓励企业升级其生产技术和设备｡这包括用于研发和应用清洁生产技术的设备,以降低挥发性有机物的排放量,从而有助于减轻其对环境的不良影响[7]｡

通过这些措施的综合应用,可以从源头和末端两方面有效地控制挥发性有机废气排放,有助于减少其对大气环境造成的负面影响,保护环境健康与生态平衡｡

3、大气环境中挥发性有机废气末端治理技术

对于大气环境中挥发性有机废气的末端处理技术主要有直接燃烧法､催化燃烧法､低温等离子体技术､生物法等,这几种方法各有优劣,如表1所示[8]｡

表1VOCs废气处理技术比较

3.1吸附法处理技术

吸附法的核心在于选择合适的吸附剂,如活性炭､分子筛和硅胶等｡选择吸附剂时须考虑挥发性有机物的性质和浓度,以及吸附剂的吸附能力和再生性能｡吸附过程通常在吸附塔或吸附柱中进行,通过物理吸附将废气中的挥发性有机物捕获并附着在吸附剂表面｡随着时间推移,吸附剂会饱和,需要通过升温､减压或惰性气体冲洗等方法进行再生,以恢复其吸附性能｡这种处理技术能有效去除大部分挥发性有机物,净化废气,降低对环境的污染,使处理后的空气达到排放标准｡

尽管吸附法处理技术在挥发性有机废气末端治理中表现出色,但仍需根据具体情况选择合适的吸附剂和操作参数,以达到最佳的废气净化效果｡同时,再生过程中产生的废气也需要妥善处理,以防止二次污染[9]｡

3.2生物处理技术

生物处理技术是一种新兴的废气处理方法,其利用微生物的代谢能力,将挥发性有机废气中的有害成分转化为无害物质,如二氧化碳和水,从而达到净化废气的目的｡此外,这些微生物可以在自然环境中存在,也可以通过人工方式引入处理装置中,以提高处理效率｡研究对生物过滤､生物滴滤､生物洗涤和膜生物反应器的优缺点及工艺特征进行了分析总结,结果如表2所示[10]｡

表2不同生物降解VOCs工艺特点的比较

3.3光催化燃烧处理技术

挥发性有机废气通过输送系统进入反应器,催化剂表面吸附有机物｡光催化技术利用紫外或可见光激发电子形成电子-空穴对,参与氧化反应,将有机物转化为CO2和H2O｡常用催化剂如TiO2和ZnO具有高反应活性,可再生延长使用寿命｡反应器设计须考虑光照､催化剂形态及能耗,确保光线充分接触催化剂表面｡

废气从源头输送至反应器的过程,需要通过管道､风机等设备完成｡光催化反应器是整个系统的核心组件,一般是光学透明的,以确保光线可以充分穿透到催化剂表面｡光源的选择取决于催化剂的吸收特性｡紫外光和可见光是常用的激发光源｡光催化燃烧技术能够高效降解挥发性有机废气,将其转化为无害物质｡

废气在光催化反应中被完全燃烧,不会产生二次污染物｡光催化燃烧技术适用于多种有机废气,包括VOCs等｡使用的催化剂通常具有一定的可再生性,可降低运行成本｡该方法主要应用于印刷､涂装､化工､电子等行业中产生的有机废气治理｡

4、结论

由于工业的大规模发展,VOCs废气种类增多,化学性质越加复杂,其预处理工艺变得关键｡选择合适的预处理工艺不仅影响后续处理效率,还影响到设备寿命｡面对严格排放标准,挥发性有机废气的深度处理尤为重要,通常须结合两至三种工艺以达到理想效果｡高浓度VOCs废气常先用冷凝或吸附法预处理,再通过联合去除技术深度处理以降低排放浓度｡成熟的联合去除技术包括等离子体反应器结合催化氧化和光量子协同氧化､光催化与生物法结合,以及等离子体与吸收法结合等｡在这些工艺中,催化技术通常位于最后一环,因此研发新型高效稳定催化剂是研究重点｡

随着对环境质量要求的不断提高,传统VOCs处理技术已不足以满足需求｡须开发新处理工艺,具备适应性强､针对性高､二次污染少､去除效率高､投资费用低等特点｡鉴于不同处理方法各自适用于不同应用场景的情况,单一处理工艺已经不足以满足当前的需求,多种工艺联合使用已逐渐成为未来主要发展方向｡传统技术与新型治理技术相结合能够带来高经济效益等诸多优势,在大气污染治理领域具有广阔的工业应用前景｡

参考文献:

[1]杨昕蒙.挥发性有机废气处理系统改造工程实例分析[J].肇庆学院学报,2023,44(5):29-32.

[2]张咸臣,王岳笠.城市有机废气治理现状及对策[J].资源节约与环保,2023(9):102-105.

[3]李铭忠,张艳群,代小霞.挥发性有机废气危害与处理技术分析[J].清洗世界,2023,39(7):102-104.

[4]李江涛.大气环境中挥发性有机废气治理技术分析[J].黑龙江环境通报,2023,36(4):88-90.

[5]陆永明,朱杰,杨旭军.挥发性有机废气生物处理技术研究进展[J].山西化工,2023,43(6):31-32.

[6]裴一庆,许能才,王兵等.汽车涂装车间废气处理系统的应用[J].中国涂料,2023,38(6):65-69.

[7]任俊.牛皮加工行业挥发性有机废气污染物防治方法探讨[J].环境保护与循环经济,2023,43(6):41-44.

[8]陈臻.我国挥发性有机废气治理现状与思考[J].广东化工,2021,48(22):178-179.

[9]张琳,刘衍.挥发性有机废气治理技术进展分析[J].皮革制作与环保科技,2023,4(11):139-140,146.

[10]赵连成.生物法处理挥发性有机废气的研究进展[J].现代化工,2021,41(1):72-76.

基金资助:国家级大学生创新训练计划项目(202311407020),宁夏青年科技托举人才项目(2019TJGC015);