VOCs相關知識及末端處理技術介紹

VOCs相關知識及末端處理技術介紹簡介

什么是揮發(fā)性有機物？關于VOC（VolatileOrganicCompounds）的定義有多種形式，例如美國ASTMD3960-98標準將VOC定義為任何能參加大氣光化學反應的有機化合物；美國聯(lián)邦環(huán)保署（EPA）將VOC定義除CO、CO2、H2CO3、金屬碳化物、金屬碳酸鹽和碳酸銨外任何參加大氣光化學反應的碳化合物；世界衛(wèi)生組織（WHO）對VOC的定義為熔點低于室溫而沸點在50~260℃之間的揮發(fā)性有機化合物的總稱。這些定義有相同之處，但也各有側重，有的強調在常溫常壓下能自發(fā)揮發(fā)，有的強調是否參加大氣光化學反應，有的對沸點或初餾點作限定。大氣污染控制工程中的定義是：VOCs是一類有機化合物的統(tǒng)稱，在常溫下它們的蒸發(fā)速度大，易揮發(fā)。揮發(fā)性有機物(VOC)WHO沸點在

50-260C之間的所有有機物,除了殺蟲劑EU在

20USEPA所有含碳的并參加大氣中光化學反應的有機物AustralianNationalPollutionInventory澳大利亞國家污染物清單在

25C條件下蒸氣壓大于0.27kPa的所有有機物毒性&刺激性:丙酮,脂肪烴(C6-C12),含氯溶劑,醋酸丁酯,二氯苯,4-苯己烯,萜烯（松香油）,臭氧致癌性:苯,1,3-丁二烯,甲醛VOC的定義VOC的危害常見揮發(fā)性有機物種類甲苯（Toluene）二甲苯(Xylene)對-二氯苯(para-dichlorobenzene)乙苯(Ethylbenzene)苯乙烯(Styrene)甲醛(Formaldehyde)（易溶于水）乙醛(Acetaldehyde)（除甲醛以外，絕大多數(shù)揮發(fā)性有機化合物一般都不溶于水而易溶于有機溶劑）三氯甲烷三氯乙烷二異氰酸酯（TDI）二異氰甲苯酯等。VOC按其化學結構，可以進一步分為：烷類、芳烴類、酯類、醛類和其他等。目前已鑒定出的有300多種。VOC來源運輸燃料工業(yè)產(chǎn)品氟氯化碳其它溶劑使用含VOC的產(chǎn)品1.紡織&鞋類2.氣溶膠產(chǎn)品7.環(huán)境測試(e.g.辦公室)8.（汽）車廂&內(nèi)置部件5.油漆&油墨6.家居&木制品3.玩具4.電子電器健康影響VOC在太陽光和熱的作用下能參與氧化氮反應并形成臭氧，臭氧導致空氣質量變差并且是夏季煙霧的主要組分。(VOC+NOxO3)溫室效應氣體-導致全球范圍內(nèi)的升溫VOC很容易通過血液-大腦的障礙，從而導致中樞神經(jīng)系統(tǒng)受到抑制，因此當VOC達到一定濃度時，會引起頭痛、惡心、嘔吐、乏力等癥狀，嚴重時甚至引發(fā)抽搐、昏迷，傷害肝臟、腎臟、大腦和神經(jīng)系統(tǒng)，造成記憶力減退等嚴重后果VOC對人體的影響可分為三種類型：一是氣味和感官，包括感官刺激，使人感覺干燥；二是粘膜刺激和其它系統(tǒng)毒性導致的病態(tài)，如刺激眼粘膜、鼻粘膜、呼吸道和皮膚等；三是具有基因毒性和致癌性。（當然，VOC對人的影響與其濃度有關）VOCs污染控制技術基本分為兩大類：以改進工藝技術，更換設備和防止泄露為主的預防性措施。以末端治理為主的控制性措施。VOCs控制技術工藝替代及設備改進末端控制技術工藝替代VOCs替代泄露控制氧化分解回收生物降解氧化濃縮膜分離吸收吸附生物過濾生物滴濾生物洗滌熱氧化催化氧化末端處理的常用方法2.吸收（洗滌）法1燃燒法控制VOCs污染用燃燒法將有害氣體，蒸汽，液體或煙塵轉化為無害物質的過程稱為燃燒法凈化，亦稱焚燒法。特點1.只能適應可燃的或者高溫下分解的有害物質。2.可以除惡臭。3.不能回收有用的物質。4.可以回收熱量。工藝直接燃燒.熱力燃燒.催化燃燒a.亦稱直接火焰燃燒。如果可燃組分的濃度高于燃燒上限，可以混入空氣后燃燒；如果可燃組分的濃度低于燃燒下限，可以加入一定數(shù)量的輔助燃料（如天然氣等）維持燃燒。b.直接燃燒的設備包括一般的燃燒爐，窯，或者通過某種裝置將廢氣導入鍋爐作為燃料氣進行燃燒。c.燃燒溫度一般需要1100℃左右，燃燒最終產(chǎn)物為d.直接燃燒法不適于處理低濃度廢氣。a.用于可燃有機物含量較低的廢氣的凈化處理。熱焚燒爐滌氣器助燃空氣輔助燃料熱交換器煙道排放源稀釋空氣（*）圖熱力燃燒工藝示意圖b.可燃組分含量低，本身不能燃燒。一般需要燃燒其他燃料（如天然氣），把廢氣溫度提高到熱力燃燒所需要的溫度，使其中的氣態(tài)污染物進行氧化，分解為二氧化碳，水，氮氣等。c.燃燒需要的溫度較直接燃燒低，在540-820℃即可進行。反應溫度停留時間湍流混合e.可以用專門的裝置，也可用普通的燃燒爐。專門裝置稱為熱力燃燒爐，其結構應該滿足保證760℃以上溫度和0.5s左右的接觸時間。f.熱力燃燒爐的主體結構包括兩個部分：燃燒器--使輔助燃料燃燒生成高溫燃氣燃燒室—使高溫燃氣與旁通廢氣湍流混合達到反應溫度，并使廢氣再其中的停留時間達到要求。g.熱力燃燒三個過程：輔助燃料燃燒—--------------提供熱量廢氣與高溫燃氣混合—----達到反應溫度在反應溫度下，保持廢氣有足夠的停留時間，使廢氣中可燃有害組分氧化分解—--------達到凈化排氣的目的。實際上為完全催化氧化，即在催化劑作用下，有害組分完全氧化為已成為凈化碳氫化合物廢氣的有效手段之一。也是消除惡臭氣體的有效手段。已成功的應用于金屬印刷，絕緣材料，漆包線，煉焦，油漆，化工等多種行業(yè)。特點為無火焰燃燒，安全性好，要求的燃燒溫度低（大部分為300-450℃）輔助燃料消耗少對可燃組分濃度和熱值限制較小為使催化劑延長使用壽命，不允許廢氣中含有塵粒和霧滴常用催化劑：貴金屬Pt，Pd，稀土，以為載體的催化劑，以金屬為載體的催化劑燃燒工藝性能燃燒工藝直接燃燒法熱力燃燒法催化燃燒法濃度范圍/mg·m-3>5000>5000>5000處理效率/%>95>95>95最終產(chǎn)物二氧化碳，水二氧化碳，水二氧化碳，水投資較低低高運行費用低高較低燃燒溫度>1100700-870300-450其他易爆炸，熱能浪費，易產(chǎn)生二次污染回收熱能Vocs中如含重金屬，塵粒等，會以后引起催化劑中毒，預處理要求嚴格問題：不完全燃燒。過程會產(chǎn)生有害的中間產(chǎn)物，如乙醛，二噁英，呋喃。2.吸收（洗滌）法控制VOCs污染VOCs吸收工藝該工藝適用于VOCs濃度比較高，溫度較低和壓力較高的場合。吸收裝置多為氣液相反應器。冷凝系統(tǒng)流程圖活性炭吸附VOCs工藝生物法工藝性能比較VOCs處理的新方法c.氣體放電光催化法（低溫等離子體與光催化結合）e.低溫等離子體協(xié)同催化（Mn，Ag等金屬催化劑）光催化技術的基本原理是半導體內(nèi)價帶電子受光照激發(fā)穿過禁帶到達導帶，在此過程中形成的自由電子-空穴對對有機物進行氧化還原。目前所研究的催化劑多為過渡金屬半導體化合物，如Ti02、ZnOZ、CdS和WO3等。由于Ti02具有化學穩(wěn)定性好、耐光腐蝕等優(yōu)點，使其成為研究最為廣泛的催化劑。Ti02是一種N型半導體催化劑，它的能帶結構是由一個充滿電子的低能價帶(vB)和一個空的高能導帶(CB)組成。價帶與導帶之間存在一個禁帶，禁帶的寬度稱為禁帶能，亦稱帶隙能。Ti02的帶隙能為30一32ev，相當于波長為387.5nm的光子能量。當其受到外界光源(如UV光源)照射時，一旦發(fā)射的光子能量大于或等于Ti02的帶隙能，位于價帶的電子就可被激發(fā)躍遷到導帶，生成高活性的電子(e-)，而在價帶上留下帶正電的空穴(h+)。生成的電子和空穴會向Ti02表面遷移，吸附溶解在Ti02表面的氧俘獲電子形成·O-2，而空穴則將吸附在TIO2表面的OH和H2O氧化成具有高度活性的·OH，TIO2受光源激發(fā)產(chǎn)生的空穴是一種強氧化劑，導帶電子則是一種強還原劑，大多數(shù)有機物和無機物能夠直接或間接被它們氧化還原。反應過程中生成的·OH具有很強的化學活性，利用這種高活性的自由基可以氧化包括生物難以轉化的各種有機物并使之礦化，甚至能夠氧化細菌體內(nèi)的有機物生成02和H2O。另外，它還可以與有毒的無機物起氧化反應使其在短時間內(nèi)失去毒性。納米級Ti02催化劑還具有納米效應。光催化處理Vocs的氣相反應優(yōu)點:(1)反應在常壓下進行，利用空氣中的氧氣，去除效率高;(2)可使用能量較低的光源;(3)氣相反應速度快。光催化處理Voc的主要問題在于提高量子效率，減少復合幾率，對大流量氣體，如何提供有效反應面積也是實際應用要考慮的問題.等離子體被稱作除固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)外，物質的第四種存在形態(tài)，是由電子、離子、中性粒子和自由基組成的導電性流體。按離子的溫度，等離子體可分為熱平衡等離子體(ThermalEquilibriumplasma)和非平衡等離子體(Non-equilibriurnplasma)，其中前者即熱等離子體(Thermalplasma)，后者即低溫離子體(ColdPlasma)。在熱等離子體中，電子與其它離子的溫度相等，處于熱平衡態(tài)，一般在5000K以上;在低溫等離子體中，一般電子的運動溫度高達數(shù)萬度，而其它離子溫度只有300-500K，故電子與其它離子處于非平衡態(tài)。電子束照射法(EB)氣體放電法（用于處理VOCs）電暈放電介質阻擋放電低溫等離子體的產(chǎn)生方式介質阻擋放電光催化凈化低濃度含甲苯廢氣的實驗（環(huán)己烷，氮氧化物，硫化氫等）某一實驗方法介紹介質阻擋放電物理過程可以分為三個過程:(l)放電的形成-放電的擊穿，(2)放電擊穿后，氣體間隙的電流脈沖或電荷的傳遞，(3)在微放電通道中原子、分子的激發(fā)和反應動力學的啟動，即自由基、準分子等的形成。放電的擊穿在幾個ns內(nèi)就已完成，電荷的傳遞大約在Ins-100nS，而第三階段原子和分子的激發(fā)及反應所需時間為100ns到秒量級。放電的擊穿和電荷的傳遞過程中形成微放電。電子在外電場的作用下獲得能量，通過與周圍原子分子的碰撞，使它們激發(fā)電離，產(chǎn)生電子雪崩，造成大量的電流細絲通道，形成微放電。在微放電形成的后期，部分原子分子受到激發(fā)，生成一些離子、自由基等活性粒子。具有較高能量的激發(fā)態(tài)電子可以與原子分子發(fā)生非彈性碰撞，使得自由基、激發(fā)態(tài)分子或原子、準分子、離子等活性離子在等離子體中大量存在。氣體放電產(chǎn)生的主要活性粒子，物質：(l)氧等離子體(2)羥基等離子體(3)臭氧(4)紫外線低溫等離子體降解VOCs的過程有以下兩個方面:l)有機分子受到高能電子的碰撞激發(fā)或離解形成相應的基團或短碳鏈的自由基碎片;2)低溫等離子體內(nèi)·O，·OH等自由基與VOCs分子或基團及短碳鏈的自由基碎片發(fā)生一系列的反應，最終將其徹底氧化、生成CO2、CO、H2O。圖：介質阻擋放電光催化凈化低濃度含甲苯廢氣的實驗流程示意圖實驗采用的低溫等離子體反應器為