有机废气的处理技术
化工一班
 大气污染是我国目前最突出的环境问题之一,其污染物的主要来源是工业废气，而工业废气中绝大多数又是有机污染物。可见治理有机废气是大气污染治理中极为重要的一部分。
有机废气的来源及危害
1．有机废气的来源
 工业生产中会产生各种有机物废气,主要包括各种烃类、醇类、醛类、酸类、酮类和胺类等。这些废气的来源十分广泛，其中一些主要行业所排放的有机废气如表一所示。
 表一  主要行业所排放的有机废气
行业 排放气体
化学行业  石化、有机合成反应设备排气
印刷行业  印墨中有机溶剂、造纸设备的排气
机械行业  机械喷漆、金属制品产生的气味
汽车行业  汽车的喷漆、干燥炉铸件生产设备排气
塑料/木材工业  塑料、胶合板、粘合剂、制造设备排气
电子工业  松香、半导体制造设备排气
食品/其它  食品加工设备、厨房排气
 2．有机废气的危害
 在许多化工生产中,有机废气的排放一直是一个很突出的问题，绝大多数有机废气对人体的健康都有害。如有机废气通过呼吸道和皮肤进入人体后,能给人的呼吸、血液、肝脏等系统和器官造成暂时性和永久性病变,尤其是苯并芘类多环芳烃能使人体直接致癌,危害人体健康。
 有机废气还会造成严重的大气污染。一些有机物进入大气后，在一定条件下形成光化学烟雾，造成二次污染；一些有机物进入平流层后，在紫外线的照射下与臭氧发生光化学反应，造成臭氧层空洞；一些有机物具有恶臭污染和有害气体的两重性；还有一些有机物会引起温室效应。
 此外，有机废气的排放还会造成资源的浪费，加大生产成本。
有机废气的排放标准
 我国的有机废气污染现状不容乐观，兰州和上海等地的某些大型石化工业区就曾出现过光化学烟雾现象，南京城区也出现了大规模的恶臭污染，且类似的案例越来越多。
 因此，我国对有机污染物的排放和防治作了相关的法律规定，几年来相继颁布了《工业企业设计卫生标准》、《恶臭污染物排放标准》、《大气污染物综合排放标准》 及《中华人民共和国大气污染防治法》等，这使得有机污染物的排放监督管理和控制逐步走向有序化。
有机废气的治理方法概述
 总的来说,有机废气的处理方法主要有两类：一类是回收法。回收法是通过物理方法，在一定温度、压力下，用选择性吸附剂和选择性渗透膜等方法来分离挥发性有机化合物(VOCs)，主要包括活性碳吸附法、变压吸附法、冷凝法和生物膜法等；另一类是消除法。消除法是通过化学或生物反应，用光、热、催化剂和微生物等将有机物转化为水和二氧化碳，主要包括热氧化法、催化燃烧法、生物氧化法、电晕法、等离子体分解法、光分解法等。
 三、有机废气传统处理方法介绍
 1．活性碳吸附法
 活性炭经过特殊的工艺处理后，能产生丰富的微孔结构，这些人眼看不到的微孔能够依靠分子力，吸附各种有害的气体和液体分子，从而达到净化的目的。
 活性炭吸附过程包括吸附净化和热脱再生。吸附净化过程是将有机废气由排气风机送入吸附床，有机废气在吸附床被吸附剂吸附而使气体得到净化，净化后的气体排向大气即完成净化过程。当吸附床内吸附剂所吸附的有机物达到允许的吸附量时，该吸附床已经不能再进行吸附操作，需要脱附再生。脱附再生即用来自催化的热空气吹扫吸附剂，使吸附的有机物脱附出来，达到使吸附剂的吸附能力再生的目的。
 活性碳吸附法适用于大风量、低浓度、温度不高的有机废气治理。此法工艺成熟，效果可靠，易于回收有机溶剂，因此被广泛地应用于化工、喷漆、印刷、轻工等行业的有机废气治理，尤其是对苯类、酮类的处理。但它也存在不耐高温、在湿润的条件下不能保持良好吸附能力和易燃等缺点。沸石作为一种很好的替代吸附剂，已被逐步开发应用。
 2．催化燃烧法
 有机气体中的碳氢化合物在较低的温度下(250～300 ℃)，通过催化剂的作用，能被氧化分解成水和二氧化碳等无害气体并释放热量。在催化燃烧过程中，由于燃烧反应温度低，不易生成高温下的二次污染物如二恶英、氮氧化物等，并由于燃烧完全，不会产生CO和剩余可燃气体，而且脱除污染物效率高，还可以回收热量节约能源。
 此处理方法的关键问题是开发与研制一种起燃点低、催化活性高、稳定和价廉的催化剂。用浸渍法研制的过渡金属及其氧化物系列的燃烧催化剂效果就较好。另外，新近研发的纳米粒子催化剂由于具有比表面积大、活性点多、选择性高等特点，正被逐步开发应用。
 催化燃烧是一种处理有机气体的有效方法，特别适于处理量大、气体浓度较低时苯类、醛类、酮类、醇类等各类有机废气的处理。
 3．吸附浓缩+ 催化燃烧法
 在以上两种方法的基础上，还产生了结合处理的工艺技术，即采用活性炭吸附浓缩、热空气脱附和催化燃烧三种组合工艺净化有机废气。工艺流程图如图1 所示。
 
图1  组合净化流程示意图
 1-过滤阻火器;2-气流分布器;3-吸附床;4-热风机;5-换热器
 6-预热室;7-催化床;8-集气器;9-排风机
 有机废气经预处理除去粉尘和其它催化剂毒物后，由风机送入预热器预热至起燃温度以上，再进入催化床反应。此工艺中吸附床选用目前国内外公认的先进的活性炭纤维作吸附材料，其材料具有吸附效率高、吸脱附时间快、使用寿命长的特点，净化效率达90%以上；催化床选用性能优良的蜂窝陶瓷贵金属催化剂，净化效率达95 %以上；另外先进的自动控制系统实现了系统内吸附、脱附、热平衡、催化反应的连续运行。净化系统设计合理、结构紧凑、高效。与前两种有机废气净化系统相比，设备投资和运行能耗明显降低，适用于大风量、低浓度的苯类、酮类、醛类、醇类等多种有机废气治理。
 四、有机废气新处理技术介绍
 随着科学技术的进步和发展，除上述传统处理工艺技术外，一些新的技术正逐步被开发应用，为有机废气的治理提供了更广阔的途径。
 1．变压吸附分离与净化的技术
 该技术是利用气体组分在固体吸附材料上吸附特性的差异，通过周期性的压力变化过程实现气体的分离与净化，是一种物理吸附法。该方法采用沸石分子筛作为吸附剂(吸附容量大、吸附选择性强)，在常温及一定压力条件下，有机废气被沸石分子筛吸附，吸附有机废气以后的吸附剂通过降压抽真空解吸有机物，使吸附剂再生，再生后的吸附剂可以重新吸附有机废气，以此循环往复。生产过程中采用4个相同的吸附塔在一台计算机的控制下,通过调节阀变向，不断改变气流的流向，改变各塔的工作阶段，来实现各塔的吸附与再生交替进行。 工艺流程如图2所示。

 图2  变压吸附净化流程示意图
 变压吸附分离与净化的技术（PSA）是近几十年来在工业上新崛起的气体分离技术，具有能耗低、投资少、流程简单、工艺周期短、自动化程度高、设备适应性强、吸附剂使用周期长、产品纯度高、无环境污染等诸多优点，是各种气体分离与回收的较理想的方法，极富有市场竞争力，在不久的将来将会在工业上迅速推广。
 2．光催化降解技术
 该技术是通过光催化氧化反应净化消除挥发性有机气体。所谓光催化氧化反应，就是用特定波长的光照射纳米TiO2半导体材料，激发出“电子—空穴”对(一种高能粒子)，这种“电子—空穴”对和周围的水、氧气发生反应后，生成具有极强氧化能力的自由基活性物质，可将气体中的甲醛、苯、氨气、硫化氢等有害污染物氧化分解成CO2和H2O等无毒无味的物质。
 光催化降解有机污染物比较完全，且不存在吸附饱和及二次污染问题。因此，该技术被认为是具有广阔应用前景的新净化技术。可以用来处理含有烯烃、醛、脂肪酸、甲基酮、芳香族化合物的有机废气。该工程工艺设计以光催化氧化单元为中心，用防水防油的布袋除尘器对废气进行预处理，光源是紫外线杀菌灯，催化剂是纳米TiO2。工艺流程图如图3所示。

 图3  光催化降解流程示意图
 3．膜技术
 膜分离是指用人工合成或天然的膜材料为隔障，来分离混合气体或液体的过程。该法是一种新的高效分离方法。用膜分离法可回收的有机物包括脂肪族和芳香族化合物、卤代烃、醛、酮、腈、酚、醇、胺、酯等。该法最适合处理有机物浓度较高的废气、回收效率可以达到97 %以上。工艺流程如图4 所示。

图4  膜分离回收流程示意图
 有机废气经压缩机压缩后进入冷凝器中冷凝，冷凝下来的有机物可以回收，余下未冷凝的部分通过膜分离单元分成两股，一部分回流至压缩机，另一部分直接从系统中排出。为保证渗透过程的进行，膜的进料侧压力需高于渗透后气流的侧压力。
 4．生物技术
生物控制法是近年来发展起来的空气污染控制技术，其实质就是在适宜的环境条件下，附着在滤料介质中的微生物利用废气中的有机成分作为碳源和能源，维持生命活动，并将有机物分解成为CO2和H2O的过程。有机氮被转化为氨气，继而转化为硝酸；硫化物先转化为硫化氢，继而氧化为硫酸。除含氯较多的有机物分子难以降解外，一般的气态污染物在生物过滤器中的降解速度为10～100g/m3·h。生物过滤器对挥发性有机物的去除率可达95% ，对恶臭物质达99%。用于净化有机废气的生物膜处理装置有生物滤池、生物滴滤池和生物洗涤塔三种形式。
 生物降解法广泛应用于有机物废气处理中,与常规的处理法相比,具有设备简单,运行费用较低,二次污染较少、有机物去除率高（90%以上）、处理气体多样化(如烷烃类、醛类、醇类、酮类、羧酸类、酯类、醚类、烯烃类、多环芳烃类、卤素类化合物)等优点。生物处理技术在欧洲及美国已得到广泛的应用,技术较为成熟。而目前我国这方面的研究不多,技术的应用也比较少。但是,随着人们对生物法净化有机废气这一经济有效的处理工艺认识的加深,生物降解法在我国的有机物处理中将会逐步地更新与发展。

 对于有机气体的净化处理,无论是广泛采用的传统处理方法,还是新开发的处理技术,由于其适用范围、去除性能、投资运行费用等多方面因素,皆制约了单元处理技术的应用。目前,除了推广有机物的单元处理工艺外,重点开发不同单元处理工艺的组合技术,以达到提高去除效率,降低投资运行费用,减少二次污染的目的。随着有机产品的大量使用,有机物污染已引起世界的高度重视,控制这类污染已成为各国的一项义不容辞且刻不容缓的任务。我国是一个发展中国家,面临经济发展和环境保护的双重任务。为促使经济、社会、环境的协调发展,开发经济有效的有机物的净化处理技术已成为我国解决有机污染的重要课题。在目前已经开发应用的处理技术中,吸附浓缩+ 催化燃烧组合法以及PSA 法更适合我国国情,在国内有机废气治理领域更具发展前途。