含苯有机废气的危害与治理1

含苯有机废气的危害与治理王宏宁平昆明市环境科学研究所昆明650032昆明理工大学昆明650093摘要简要介绍了目前含苯有机废气污染和危害，综述了目前国内外对含苯有机废气治理技术概况，提出研究及应用发展方向。关键词含苯有机废气危害治理技术1前言含苯有机废气主要来自石油加工、有机合成、喷漆、制鞋及各种化工生产过程中产生的有害苯系物（苯、甲苯、二甲苯）蒸汽，目前我国“三苯”危害比较严重，特别是在喷漆行业和制鞋行业，多次发生污染事故，如1996年2月在我国福建省发生了因“三苯”废气污染造成制鞋工人中毒致死的恶性污染事件的报道，如何有效地预防和治理含苯有机废气污染，以引起政府、环保部门和整个社会的高度重视。近年来我国和某些国内省份相应到制定了一些法律、法规和排放标准，如1997年1月1日开始实施的“大气污染物综合排放标准（GB16297-1996）和福建省1996年颁布的“福建省地方制鞋工业大气污染物排放标准”（DB35/156-1996），国家标准中对苯、甲苯、二甲苯最高允许排放浓度为17mg/Nm3、60mg/Nm3、90mg/Nm3。本文对含苯有机废气的危害和治理技术作了简要的介绍，并提出适合于我国国情的一些治理方案的研究发展方向。2含苯有机废气的危害苯、甲苯、二甲苯均为无色液体，是常用的化工原料和有机溶剂，易挥发，有强烈的气味。可通过呼吸和皮肤吸收进入人体，引起肝脏损伤、造血器官和神经系统的损害，长期接触可发展为再生障碍性贫血，诱发白血病。实验证明苯有胚胎毒性作用，在一定的程度上，使胚胎或胎儿发育迟缓。苯的慢性中毒可使人有无力、焦躁不安、鼻衄和牙龈出血等症状，甲苯有麻醉作用，能损害神经系统，刺激黏膜，并有头疼、头昏和倦怠等症状，二甲苯也有麻醉作用，能使血象变化，使人倦怠乏力，神态朦胧，皮肤刺痛和瘙痒等症状。“三苯”的急性中毒，严重时可导致人畜死亡或永久性伤残，是一种直接危害人畜的有机气体污染物。3含苯有机废气的治理目前国内外对含苯有机废气的治理技术主要有：燃烧法、吸附法、吸收法、微生物净化法和联合处理方法等。3.1燃烧法燃烧法分为：直接燃烧法、焚烧法、催化燃烧法和吸附—催化燃烧法。直接燃烧法和焚烧法适合于高浓度的含苯废气的治理，当废气中含有足量的可燃物，不需外加燃料就能自身点火燃烧时，采用此法最为经济，为了保持稳定燃烧，废气的发热值应大于3345千焦/米3。可采用火炬燃烧器，有条件时可回收部分热能，其优点是设备简单和运行费用低，缺点是浪费热能以及燃烧不完全会造成一定的污染。对于热值较低，不能维持自燃的有机废气，有时可采用补充燃料的焚烧法或将废气鼓入焚烧炉或锅炉中焚烧，采用焚烧法处理时必须考虑的三要素是：要有足够高的燃烧温度、充分的氧气含量和相当的停留时间。催化燃烧法和吸附—催化燃烧法，是利用催化剂的作用降低可燃气体的燃烧温度，加速有机废气的完全氧化过程。常用的燃烧催化剂是以金属网、多孔氧化铝或蜂窝陶瓷作载体，用贵金属Pt、Pb为活性材料。或用贱金属Cu、Mn、Cr、Fe、Co、Ni等氧化物作活性材料，但这些金属氧化物的活性相对较小、，而且反应温度较高，耐热性差。近年来国内研制的稀土催化剂则活性较好，性能稳定，价格较低，如昆明某印铁制罐厂用电加热催化燃烧法，在较低的温度下，将废气中的有机物完全氧化成二氧化碳和水，当选用稀土Q101催化剂时，只需将催化反应温度提升到220~400℃，即可进行催化反应，当废气中的有机物含量在5000mg/m3以上时，催化反应器便可基本达到热量平衡，不需或少需电能加热，可达到节能的目的。又如某制品厂采用RAC-8001多组分稀土催化剂，处理含甲笨、汽油和乙酸乙脂的有机废气，预热温度为280℃，空速为5000m3/h，三种有机气体转化率为100%，预热温度为250℃时，三种有机气体转化率分别为100%、98%和100%。近年来国内工业应用中较先进的工艺是采用“吸附-催化燃烧法”，既将浓度较低的含苯废气先用蜂窝状的活性炭吸附以达到净化空气的目的，当饱和后再用热空气脱附使活性炭再生，脱附温度控制在120~150℃。脱附出的含苯废气用稀土钙钛矿蜂窝陶瓷催化床进行催化燃烧催化燃烧温度控制在300℃，当脱附浓度达到2000mg/m3以上，可在催化床上维持自燃，达到节能、节省运行费用的目的。采用该法三苯废气净化率达到95%以上，苯的最小检出量为0.03mg/m3,甲苯的最小检出量为0.04mg/m3。福建某鞋业公司验收监测结果表明采用该法，净化后排放甲苯平均值为19.1mg/m3，平均处理效率为86.3%。催化燃烧法处理含苯有机废气已取得了较好的效果。但同国外相比仍有较大的差距，如法国研究的催化燃烧法，具有起始温度低、转化率高、运行费用低、不需辅助能源且还能够输出热能，日本和德国生产的催化剂使用的空速达到30000~40000m3/h，而国产催化剂的使用空速仅能够达到一半左右。目前国内催化剂燃烧装置，催化剂占装置总造价的1/3～1/5。因此对催化剂品种的开发和提高使用空速及表面积，以降低造价是该技术研究和发展方向。3.2吸附法吸附法又称为吸附回收溶剂法，因为简单地将饱和后的吸附剂采用焚烧法或废弃法处置，将造成资源浪费、运行费用增高和带来二次污染，是不完整的处理方法。因此采用吸附法必须考虑吸附剂的再生和溶剂的回收。该方法通常是用活性炭作吸附剂吸附含苯类有机废气，然后用高温蒸汽解吸，活性炭再生后继续使用，解吸出来的有机气体和水蒸汽通过冷凝法冷凝，最后将有机溶剂与水分离进行回收。活性炭吸附法可根据各种有机废气吸附和解吸条件回收多种有机蒸汽，如用活性炭吸附乙酸钠生产乙基1605原油过程中排放的含苯废气，当吸附苯达饱和后，通过0.2~0.3kg/cm2的蒸汽解析，控制解吸温度为102℃，将解吸蒸汽经冷凝后，即可回收笨，回收率达70％。目前用活性炭对含苯系物废气中单一物种和混合物种的吸附量、吸附效率和最佳条件方面的数据资料还不多见，而这些数据正是吸附反应器设计和操作的重要参数，因此值得研究。3.3吸收法吸收法又称为溶剂吸收法，可以采用油吸收、溶剂吸收和水吸收，常用的吸收剂为柴油、煤油、664消泡剂、碳酸丙烯脂、醋酸水溶液、乙醇水溶液等，该方法对处理大风量、常温、低浓度含苯废气比较有效且费用低，在工程上得到广泛应用，如采用柴油和碳酸丙烯脂处理喷漆废气，可用不多的塔板数（7~8块），既可达到90％左右的苯类蒸汽吸收率。用110℃的水蒸汽对富柴油进行解吸，解吸率为85％。福建晋江明辉鞋业有限公司使用高效净化塔，以0#柴油为吸收剂，“三苯”总净化率达到93％，饱和后的柴油，可作为油炉的燃料，或送定点分馏塔再生。由于采用油吸收法，具有易燃易爆和价格较贵的缺点，目前选择合适的液体吸收剂成为研究的重点，北京工业大学的黄小林等，对水－柴油吸收剂处理含苯废气的研究，获得“三苯”吸收率为80％左右的效果。笔者用水封冲击式喷淋洗涤方法净化昆明铁路机械厂大型喷漆车间含苯有机废气的工程实践中，以水为吸收介质，对“三苯”去除率达到80％以上的效果，废水经过气浮净化处理后循环使用，无二次污染，车间内部采用层流下压的进出风方式，控制风速为0.65m/s，使有机废气的扩散在操作工人呼吸口以下，外排有机废气浓度达到国家排放标准。由于水和常用的非油类吸收剂对有机废气吸收过程中的传质阻力主要在气膜与液膜内，其净化效果取决于气液两相接触频率和接触面积，因此反应器结构的优化、吸收液的循环再生和高效吸收剂的研究与开发是该技术发展的方向。3.4微生物净化法生物化学法净化有机废气是在已成熟的采用微生物处理废水方法的基础上发展起来的一种新技术，代表着空气污染控制技术的现代发展水平，昆明理工大学的孙佩石、黄若华等以低浓度甲苯废气为对象，采用国内现有微生物菌种挂膜接种的生物膜填料塔，并经预筛选的优势短杆菌种（PseudomonasPutida细菌）净化低浓度有机废气，在入口气体甲苯浓度范围0.61~3.77mg/L和气体流量100~400L/h(停留时间30.8~123.1秒)的条件下，扩大的生物膜填料塔对废气中的甲苯生化去除量最大可达104.4mg/L.h，当入口甲苯浓度低于2.0mg/L时，净化效率可保持在80~100％。另外在示范工程中，处理甲苯浓度为300~1400mg/m3的橡胶再生低浓度有机废气（含硫）时，净化效率长时间保持在90％左右。其净化过程的实质是一种生物氧化分解过程，即“甲苯→甲基邻苯二酚→……→CO2+H2O”。短杆菌种经过一段时间的驯化后，同时对苯、二甲苯有降解作用。国外经过十多年的研究，目前在德国、荷兰和美国已建有500多套生物化学净化有机废气的工业化装置，加拿大、日本、英国、法国等也相继开展了这方面的工作。由于该方法工艺设备简单，管理维修方便，能耗和运行费用低，在有机废气治理中有独特的优势，因此近年来国内外对该技术的研究显得十分活跃，主要表现在微生物种类、生物反应器和最佳工艺条件的研究及开发方向。3.5其它方法对含苯有机废气的净化处理，目前国外还采用低温冷凝法和多种工艺组合的联合处理法，由于这些方法，具有明显的针对性，实用于特定的处理对象，在此不再累述。4结语含苯有机废气属危害较为严重的大气污染物，需对其排放进行严格控制，治理技术和方法多种多样，并各有千秋，应结合实际情况加以合理使用。目前我国含苯废气的治理任务还很艰巨，仍需广大科研、管理和生产人员共同努力，为消除含苯有机废气对人体和环境污染做出贡献。参考文献1苏建华.工业有机废气催化燃烧技术发展概括.环境工程，1990，8(4)，52陶有胜.“三苯”废气治理技术.环境保护，1999，8，20~213陆哲明.涂装车间废气净化技术国内外水平与发展方向.铁道劳动安全卫生与环保，1987，(4)，564孙佩石.生物化学法净化低浓度有机废气研究（博士论文）.昆明理工大学，1999，125黄若华、孙佩石等.生物膜填料塔净化低浓度有机废气研究.化工环保，1997，17(4)，201~2056王宏等.大型喷漆车间漆雾处理系统应用及研究.云南环境科学，1997，16(4)，55-587KoeLawrencec.C,TanY.G.Odorsfromdissolvedairflotationprocess.JEnviron.Eng.(N.Y.),1998,114(2),4338MichaelKosnsko,etal.Destructionofvolatileorganiccompoundsusingcatalyticoxidtion.JAirWasteManageAssoc,1990,40(2),254