挥发性有机物(VOCs)治理技术20140629

挥发性有机物(VOCs)治理技术  华南理⼯工⼤大学环境与能源学院叶代启主要内容VOCs典型治理技术123VOCs污染现状45  典型行业VOCs治理技术VOCs 根据沸点 根据饱和蒸气压  常压下  沸点低于250℃  有机化合物  室温下（25℃）  饱和蒸气压超过133.32Pa  气态分子形态逸散到空气中  有机化合物 总挥发性有机物（TVOCs）、极易挥发性有机物（VVOC）、挥发性有机物（VOC）、半挥发性有机物（SVOC） 烷烃、芳香烃类、烯烃类、卤烃类、酯类、醛类、酮类和其它化合物等8类。 （一）VOCs污染现状 挥发性有机化合物      Volatile Organic Compounds ，简称VOCs VOCs的环境危害性⼲⼴广州市灰霾天⽓气现状⼀一⾓角q 导致复合型污染；q 诱发灰霾；q 产⽣生光化学烟雾；q 污染室内空⽓气；q 影响动植物⽣生⻓长。u 甲苯昀高值为2509.17µg/m3，超标约11.5倍u TVOC昀高值为6032.88µg/m3，超标约9倍u 深圳室内甲苯、二甲苯超标率分别为48.15％和25.93%；u 广州这两项污染物的超标率分别为20.69％和13.79％光化学烟雾广州日VOCs浓度变化情况血液、神经系统、 肝肾脏 皮肤、眼睛 “三致”作用 呼吸系统 Ø 嗅觉、呼吸道、肺部   几乎全部VOCs；恶臭类，有机硫化物，含氯有机化合物，含氮有机化合物等 Ø 致癌、致畸、致突变 Ø 刺激性 VOCs  Ø 白血病，肝、肾功能衰竭 Ø 杀虫剂、除草剂    醛类，烯，烷烃，苯系物，含氯有机化合物，有机卤化物等 对人体的毒害作用醛类昀为突出；有机硫化物，含氯有机化合物，含氮有机化合物等 苯系物昀为突出，烯，含氯有机化合物，含氮有机化合物等 6n 2012年我国VOCs排放总量惊人，工业源排放量约为2088.7万吨 n 重点区域VOCs污染排放高度集中 1990-2010年VOCs排放量n 1990-2012年，我国VOCs排放量逐年增长，工业源VOCs排放量增幅大。 VOCs污染排放负荷大 辽中京津冀山东半岛长三角珠三角成渝武汉长株潭海西乌鲁木齐甘肃兰白关中晋北常用检测方法 污染物 检测对象 分析方法 采样 特点 总烃/非甲烷总烃 气态碳氢化合物及其衍生物（C2-C12）的总量，以甲烷计。 气相色谱法(FID检测器) 注射器采样 当进样体积为1.0 ml 时，本方法的检出限为0.0mg/m3，测定下限为0.16 mg/m3  苯系物  苯、甲苯、乙苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯、 异丙苯和苯乙烯 活性炭吸附二硫化碳解吸气相色谱法 活性炭吸附二硫化碳解吸 灵敏度较低，一次采样可多次分析，在分析苯系物浓度相差较大或浓度较高时更具有优越性。 热脱附进样气相色谱法 吸附剂吸附，使用采样泵和采样管采样。 灵敏度高，不需使用有机试剂，本底值低，但由于样品是一次性进样，故在无法确定样品浓度时，需要进行多次取样分析。 污染物 分析方法 采样 特点    VOCs 固体吸附 热脱附气相色谱-质谱法 使用无油采样器采集空气 当采集样品300ml时，昀低检出浓度≤0.5ppb,采样时采样管容易被污染 气相色谱-质谱法（GC-MS） 使用采样罐采集空气样品 适合气中VOCs与部分SVOCs的测定样品湿度大会影响分析结果。 挥发性卤代烃 气相色谱法 采用活性炭采样，二硫化碳解析 --    甲醇 气相色谱法 使用空气采样器，用纯水吸收空气中的甲醇 检出限为0.8mg/2µl，当采样体积为20L、样品溶液为5ml时，昀低检出限为0.1mg/m3 变色酸比色法 同上 昀低检出限为0.3mg/m3，测量范围为0.5~5mg/m3，当甲醇与其他醇共存时干扰较大，此时应采用气相色谱法. 常用检测方法 p VOCs污染源头控制技术u 清洁生产注重生产全过程的物料回收，充分实现再回收、再利用，防止和减少污染的产生；u 原料替代生产过程中采用低VOCs含量的原料，如包装印刷过程中使用低VOCs溶剂、汽车涂装过程使用低VOCs涂料等；u 工艺改进采用先进的工艺技术，减少VOCs排放量，如汽车涂装过程中用3C1B工艺代替传统的3C2B工艺p VOCs污染末端治理技术（二）常用VOCs治理技术回收利用技术 销毁技术 VOCs末端治理技术 热力焚烧法 催化燃烧法 生物降解法 光催化降解法 等离子体技术 冷凝法 吸收法 吸附法 膜分离法 传统技术 新型技术 沸石转轮+热力焚烧燃烧 组合技术 沸石浓缩转轮+蓄热式燃烧       洗涤+高级氧化 滤筒除尘器+蓄热式燃烧技术   .  .  .  .  .  .（二）常用VOCs治理技术冷凝技术 p 原理          冷凝将废气降温至VOCs成份之露点以下，使之凝结为液态后加以回收之方法。 p 适用范围     多用于高浓度、单一组分有回收价值的VOCs的处理。   冷凝法也经常搭配其它控制技术，例如:焚化、吸附、洗涤等作为前处理步骤 处理成本较高，故通常VOCs浓度≥ 5000 ppm ，方才适用冷凝处理，其效率介于50 ～ 85 %之间；浓度≥ 1 %以上时，则回收效率可达90 %以上 吸收技术p 原理         由废气和洗涤液接触将VOCs从废气中移走，之后再用化学药剂将VOCs中和、氧化或其它化学反应破坏。 填充式洗涤塔 p 适用范围     适用于高水溶性VOCs，不适用于低浓度气体。 技术成熟、可去除气态和颗粒物、投资成本低、占地空间小、传质效率高、对酸性气体高效去除 优点 缺点 有后续废水处理问题、颗粒物浓度高、会导致塔堵塞、维护费用高、可能冒白烟 吸附技术p 原理          利用吸附剂与污染物质(VOCs)进行物理结合 或化学反应并将污染成份去除  废气 干净气体 低压蒸汽 风机 冷凝器 废水 VOC回收 吸附塔 活性碳床 活性碳床 p 典行工艺 p 适用范围 适用于：中低浓度的VOCs的净化 优点：去除效率高，易于自动化控制 缺点：不适用于高浓度、高温的有机废气，          且吸附材料需定期更换   ü 蜂窝转轮式吸附 吸附技术膜分离技术 p 原理          用人工合成的膜分离VOCs物质。 硅橡胶膜 多孔玻璃态高分子材料 分子筛膜 p 优点 ü 回收组分 ü 高效 ü 可集成其余技术 ü 成本较高 ü 膜污染 ü 膜的稳定性差 ü 通量小 p 缺点 p 适用范围             适用于高浓度VOCs，回收效率高于97% 生物降解技术 p 原理           利用微生物对废气中的污染物进行消化代谢，将污染物转化为无害的水、二氧化碳及其它无机盐类 0.0m1.0m5.0m0.85m進氣排氣活性污泥曝氣槽吸收塔循環幫浦進氣排氣鼓風機調濕塔低壓送風機(200mmAq)廢氣生物濾床排氣處理系統排氣生物濾床(濾料厚1m)排水123456346517調濕水霧72生物滤床法 生物洗涤塔 p 适用范围         以微生物可分解物质为主，污染物为微生物的食物来源，可以生物处理的污染物包括：碳氢氧组成的各类有机物、简单有机硫化物、有机氮化物、硫化氢及氨气等无机类等 – 能耗低、费用低 – 氧化完全 – 能耗低 – 能量利用率 – 光催化剂失活 – 可见光 p 优点p 缺点 燃烧法 燃烧法ü 催化燃烧 ü 热力燃烧ü 蓄热式热力焚烧 ü 蓄热式催化燃烧 蓄热式热力焚烧技术  蓄热式热力焚烧技术（Regenera0ve  Thermal  Oxidizers）蓄热式热力焚烧技术 系统特色： -搞破坏去除效率； -系统弹性化； -操作风量上下限范围大； -热回收率95%； -固定结构式蓄热陶块； -分解温度低 蓄热催化燃烧技术 蓄热催化燃烧技术（Regenerative Catalytic Oxidizers，RCO） p 适用条件 – 温度范围400～600℃,更节能安全，不产生NOX  – RTO800℃，NOX二次污染物p 热回收效率 – 蓄热催化燃烧一体化设备热回收效率90%  – 催化燃烧炉为30%  – 直接燃烧炉为50%-能效比高； -节省空间； -节约材料用量； -简化系统控制； -减少NOX生成  优 点 蓄热催化燃烧技术 p 适用浓度：中高浓度蓄热体工作原理u Reduced  ac0va0on  energy  results  in  lower  temperature  required.（降低了活化温度）  u 蓄热体要求Ø 低热膨胀系数Ø 表面积大Ø 热稳定性好Ø 耐腐蚀蜂窝陶瓷蓄热体+催化剂等离子体技术 p 原理       等离子体场富集大量活性物种，如离子、电子、激发态的原子、分子及自由基等；活性物种将污染物分子离解小分子物质 等离⼦子体-‐‑‒催化装置有机废⽓气排⽓气     活性物种和臭氧，触发催化剂，降低活化能。催化剂选择性地与等离子体 产生的产物再 反应 CatalystPollutantCO2H2OEnergyActivespeciesp 适用范围             适用于低浓度VOCs，室内空气净化 ü 实现VOCs低温去除 ü 适用于低浓度、大风量的VOCs ü 处理效率高，能耗低 ü 净化并清新空气 p 特点低温等离子体  净化有机废气优势  装置简单，占用空间小抗颗粒物干扰能力强，便于维护动力消耗非常低低温等离子体技术对于臭味的净化具有良好的效果，在橡胶废气、食品加工废气等的除臭中得到了应用，在低浓度喷涂废气净化中也可以得到一定的应用 前景   不需要任何的预热时间，可以即时开启与关闭等离子体技术 光催化技术 p 原理       光催化剂纳米粒子在一定波长的光线照射下受激生产电子空穴对，空穴分解催化剂表面吸附的水产生氢氧自由基，电子使其周围的氧还原成活性离子氧，从而具备极强的氧化还原能力，将光催化剂表面的各种污染物摧毁 – 条件温和，常温常压 – 设备简单、维护方便 – 减少甚至无二次污染 – 占地面积大 – 气候影响大 – 工况变化影响大 p 优点p 缺点 VOCs治理组合技术 • 冷凝回收 • +吸附技术 • 活性炭纤维吸附回收 +吸附浓缩技术 ⾼高浓度废⽓气中⾼高浓度废⽓气低浓度废⽓气• 吸附浓缩+燃烧技术  • 吸附浓缩+冷凝回收技术 • 等离子体+水吸收净化技术 • 等离子体+光催化复合净化技术 • 紧凑型热力氧化技术  常用的组合净化技术： 吸附浓缩+燃烧技术        吸附技术主要适用于低浓度VOCs的净化，而燃烧技术则适用于中高浓度VOCs的净化。我们在工业上经常碰到的是低浓度、大风量的VOCs的排放(此种情况占到了工业VOCs排放的大部分)，当不需要进行回收(回收价值低)时，直接进行催化燃烧和高温焚烧的运行成本非常高。为此发展了吸附浓缩-催化燃烧或高温焚烧技术。   常用的两种方式： （1）固定床吸附+热气流吹扫再生+催化燃烧工艺（国内，吸附剂