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有机废气处理工艺技术

来源: 作者: 发布时间:2009-12-10  

1、分解法 分解法是将有机污染物最终氧化分解为H2OCO2的方法。分解法可以分为高温燃烧分解,利用微生物进行常温生物氧化分解,以及高级氧化法。由于高级氧化法还处于实验阶段,在实际应用上还有很多工艺问题、应用问题有待解决,因此在工程实践中应用不多。

1)燃烧分解 高温燃烧又可以分为直接燃烧法和催化燃烧法,是通过燃烧分解污染物的方法。催化燃烧是利用催化剂的作用使有机污染物在较低的温度发生分解的方法。由于催化燃烧可以降低分解温度,因此可以大大降低运行费用。 在燃烧法中一般结合使用换热器对燃烧的热能进行换热回用,如果采用蓄热方式进行热量回收,则是比较常用的蓄热回热燃烧(RTO)和蓄热回热催化燃烧(RCO)方式,这种回热方式和换热方式相比,具有热能回收效率高的优点,其中RCO节能效果更加显著,但是RCORTO技术较复杂,设备初投资较高。

2)生物分解 生物分解方法是利用微生物的生物氧化作用将有机污染物进行分解,同时微生物获得生存所需的能量。较为普遍使用的生物分解方法是生物洗涤塔和生物滤床。其他还有MBR法、曝气污泥法等等。生物洗涤塔和生物滤床均结合了污染物的吸收、吸附和污染物的生化分解等复杂过程,通过以水为介质或以吸附剂为介质将空气中的污染物捕捉下来,然后利用微生物进行分解。由于微生物的生命活动是以水为介质,因此对于水溶性的、无生物毒性的有机污染物,生物法能够取得较好的去除率和稳定性,但是对于疏水性的、有毒性的有机污染物,生物法的处理效率较低。 生物分解需要外界补充的能量较少,因此生物分解的运行费用最低,对于某些亲水性的有机污染物,生物分解是一种较好的处理工艺。但是由于生物分解的速率比较慢,因此生物分解工艺一般需要很大的场地,在大风量情况下,场地占用问题更加突出。

2、回收法 回收法是通过工艺手段将有机物从空气中分离出来加以回收利用的工艺,如果可以经济地回收有机溶剂,实现空气净化和废弃物的循环利用,这将成为未来有机废气处理的发展方向。

3、中间工艺 所谓中间工艺是指单独采用这种工艺只能将污染物从废气中分离出来,但是需要结合其他工艺手段才能将有机污染物进行分解或回收的中间手段。中间工艺一般会结合分解法和回收法使用。 对于吸收法,水吸收对于亲水性有机污染物具有较好的效果,对于在水中溶解度较低的有机污染物,也有采用其他溶剂进行吸收的方法。经过吸收法处理的空气虽然可以达标,但是吸收了有机污染物的溶剂需要进一步处理,才能防止二次污染,并且应使饱和溶剂重复使用。 吸附法是一种较好的将有机污染物从废气中分离的方法,但是也需要结合其他工艺才能消除吸附剂的二次污染,并且使饱和的吸附剂可以重复使用。目前使用最多的是使用活性炭吸附剂,也有使用沸石、分子筛等吸附剂的情况。

4、组合工艺 由于各种有机废气具有各种不同的污染物含量、风量、浓度情况,同时各种单一的处理工艺具有不同的优缺点,因此需要根据不同的应用情况将工艺组合使用,才能在节约投资和运行费用的情况下取得较好的处理效果。在组合工艺中,采用活性炭吸附废气中的低浓度有机污染物,再对活性炭进行脱附再生,对脱附出来的高浓度有机污染物进行燃烧分解或催化燃烧分解是一种常用的工艺组合,尤其适用于处理大风量、低浓度的喷涂有机废气的场合,具有投资省,运行费用低,处理效果稳定的特点。

三、吸附-脱附-催化燃烧工艺

1、吸附过程 吸附是气体结合到固体上去的质量传递过程。气体(吸附质)进入固体(吸附剂)的孔隙中但并未进入其晶格内。吸附过程可能是物理过程,也可能是化学过程。物理吸附主要是范德华引力起作用,一般没有选择性,在吸附过程中没有电子转移,没有化学键的生成与破坏。化学吸附实际上是一种化学反应,具有选择性,在化学吸附过程中,气体和固体表面发生了化学反应。 最普遍使用的吸附剂是活性炭、分子筛、硅胶和活性氧化铝。这些吸附剂经过处理后表面积极大,可有效吸附碳氢化合物等污染物。其缺点是对水有优先选择性吸附作用。所有的吸附剂在一定的高温下会发生变化。在这些温度下,其吸附能力很弱。污染物可以被解脱出来,从而使吸附剂的活性得到再生,这个过程成为脱附。 为了进行连续操作,一般提供两个或多个吸附床。一个或几个吸附床在吸附时,另一个或几个吸附床则进行再生。在吸附过程中,被收集的污染物滞留在吸附床中,只要吸附床有足够的容量,污染物就不会释放出来。但是当吸附床中的污染物浓度达到饱和时,污染物便开始释放出来,这种现象称为穿透。达到饱和的吸附床需要进行再生,一般采用加热的气体对吸附床进行脱附,一方面使吸附床重新具有活性,一方面是污染物被解脱出来进行回收或分解处理。

2、燃烧过程 当气流中的污染物可被氧化时,燃烧是一种彻底的污染控制方案。碳氢化合物就属于这类污染物。燃烧可以分为直接火焰燃烧和催化燃烧两类。燃烧即是在氧和热的作用下将碳氢化合物转化为水和二氧化碳。其反应方程式如下: CnH2m+(n+m/2)O2=nCO2+H2O+Heat 在燃烧过程中,气流量和有机物负荷是选择燃烧技术的重要参数。一个衡量污染物负荷的参数是低爆炸极限(LEL)或低可燃极限(LFL)。气流的低爆炸极限是气体可自燃的最低有机物浓度(100%LEL)。由于100%LEL具有爆炸危险,美国消防协会规定气流的LEL不能超过50%,在LEL超过25%时应设置可燃气体监控装置。另一个要考虑的因素是气流的能量密度,当气流的能量密度必须大于3.7MJ/m3时点火后气体可自行维持燃烧,否则需要提供辅助燃料,另外要考虑燃烧后不产生有毒的副产品。 能量值低于3.7MJ/m3的气体,可利用催化剂来帮助氧化燃烧。经常使用的活性催化剂是铂或钯的化合物,使用陶瓷作载体。使用催化剂可降低燃烧温度,节省运行费用,但是主要缺点是微量的硫和铅的化合物会使催化剂中毒,而且特定的催化剂对每种有机污染物起到催化燃烧的作用是不同的,对有些有机污染物的去除可能无效。 在燃烧工艺中,为了节省能源,一般对燃烧使用或产生的热量进行利用。利用方式包括换热和回热两种。换热方式是利用换热器在燃烧后产生的高温气体和低温气体(进气或其他需要热源的气流)之间进行换热能量传递,回热方式是利用蓄热装置直接和气流进行交替热交换,因此热量利用的效率更高。 不同的燃烧工艺组合,形成4种基本的燃烧工艺方式:催化燃烧(换热),直接燃烧(换热),回热催化燃烧(RCO),回热燃烧(RTO)。在此基础上还形成了转轮富集燃烧,陶瓷过滤器等方式。

3、吸附-脱附-催化燃烧工艺 通过上述两种工艺的分析,可以得到上述两个处理工程的特点: 吸附工艺:适合低浓度情况,需要提供能量进行脱附再生,脱附出来的高浓度污染物需要进行再处理。 燃烧工艺:适合高浓度情况,合适的设计工艺可以在只需要补充少量能源情况下维持燃烧,并且可以产生富裕能量,可以彻底分解污染物,催化燃烧的运行费用更低。 结合上述两种工艺特点进行组合,得到吸附-脱付-催化燃烧工艺,可以扬长避短有效地将两种工艺应用到不同有机污染物处理场合,尤其是在大风量、低浓度的VOC废气处理方面,是目前具有最高性价比的处理工艺方式。

 
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