吸收设备
吸收法采用低挥发或不挥发性溶剂对VOCs进行吸收,再利用VOCs和吸收剂物理性质的差异进行分离。
含VOCs的气体自吸收塔底部进入塔内,在上升过程中与来自塔顶的吸收剂逆流接触,净化后的气体由塔顶排出。吸收了VOCs的吸收剂通过热交换器后,进入汽提塔顶部,在温度高于吸收温度或压力低于吸收压力的条件下解吸。解吸后的吸收剂经过溶剂冷凝器冷凝后回到吸收塔。解吸出的VOCs气体经过冷凝器、气液分离器后以较纯的VOCs气体离开汽提塔,被回收利用。该工艺适合于VOCs浓度较高、温度较低的气体净化,其他情况下需要作相应的工艺调整。
吸附设备
在用多孔性固体物质处理流体混合物时,流体中的某一组分或某些组分可被吸表面并浓集其上,此现象称为吸附。吸附处理废气时,吸附的对象是气态污染物,气固吸附。被吸附的气体组分称为吸附质,多孔固体物质称为吸附剂。
固体表面吸附了吸附质后,一部被吸附的吸附质可从吸附剂表面脱离,此现附。而当吸附进行一段时间后,由于表面吸附质的浓集,使其吸附能力明显下降而吸附净化的要求,此时需要采用一定的措施使吸附剂上已吸附的吸附质脱附,以协的吸附能力,这个过程称为吸附剂的再生。因此在实际吸附工程中,正是利用吸附一再生一再吸附的循环过程,达到除去废气中污染物质并回收废气中有用组分。
净化设备
燃烧法用于处理高浓度Voc与有恶臭的化合物很有效,其原理是用过量的空气使这些杂质燃烧,大多数生成二氧化碳和水蒸气,可以排放到大气中。但当处理含氯和含硫的有机化合物时,燃烧生成产物中HCl或SO2,需要对燃烧后气体进一步处理。
治理设备
等离子体就是处于电离状态的气体,其英文名称是plasma,它是由美国科学 muir,于1927年在研究低气压下汞蒸气中放电现象时命名的。等离子体由大量的子、中性原子、激发态原子、光子和自由基等组成,但电子和正离子的电荷数必须体表现出电中性,这就是“等离子体”的含义。等离子体具有导电和受电磁影响的许多方面与固体、液体和气体不同,因此又有人把它称为物质的第四种状态。根据状态、温度和离子密度,等离子体通常可以分为高温等离子体和低温等离子体(包子体和冷等离子体)。其中高温等离子体的电离度接近1,各种粒子温度几乎相同系处于热力学平衡状态,它主要应用在受控热核反应研究方面。而低温等离子体则学非平衡状态,各种粒子温度并不相同。其中电子温度( Te)≥离子温度(Ti),可达104K以上,而其离子和中性粒子的温度却可低到300~500K。一般气体放电子体属于低温等离子体。
截至2013年,对低温等离子体的作用机理研究认为是粒子非弹性碰撞的结果。低温等离富含电子、离子、自由基和激发态分子,其中高能电子与气体分子(原子)发生撞,将能量转换成基态分子(原子)的内能,发生激发、离解和电离等一系列过秸处于活化状态。一方面打开了气体分子键,生成一些单分子和固体微粒;另一力生.OH、H2O2.等自由基和氧化性极强的O3,在这一过程中高能电子起决定性作用,离子的热运动只有副作用。常压下,气体放电产生的高度非平衡等离子体中电子温层氏度)远高于气体温度(室温100℃左右)。在非平衡等离子体中可能发生各种类型的化学反应,主要决定于电子的平均能量、电子密度、气体温度、有害气体分子浓度和≥气体成分。这为一些需要很大活化能的反应如大气中难降解污染物的去除提供了另外也可以对低浓度、高流速、大风量的含挥发性有机污染物和含硫类污染物等进行处理。
常见的产生等离子体的方法是气体放电,所谓气体放电是指通过某种机制使一电子从气体原子或分子中电离出来,形成的气体媒质称为电离气体,如果电离气由外电场产生并形成传导电流,这种现象称为气体放电。根据放电产生的机理、气体的压j源性质以及电极的几何形状、气体放电等离子体主要分为以下几种形式:①辉光放电;③介质阻挡放电;④射频放电;⑤微波放电。无论哪一种形式产生的等离子体,都需要高压放电。容易打火产生危险。由于对诸如气态污染物的治理,一般要求在常压下进行。
5、光催化和生物净化设备
光催化是常温深度反应技术。光催化氧化可在室温下将水、空气和土壤中有机污染物完全氧化成无害的产物,而传统的高温焚烧技术则需要在极高的温度下才可将污染物摧毁,即使用常规的催化、氧化方法亦需要几百度的高温。
从理论上讲,只要半导体吸收的光能不小于其带隙能,就足以激发产生电子和空穴,该半导体就有可能用作光催化剂。常见的单一化合物光催化剂多为金属氧化物或硫化物,如 Ti0。、Zn0、ZnS、CdS及PbS等。这些催化剂各自对特定反应有突出优点,具体研究中可根据需要选用,如CdS半导体带隙能较小,跟太阳光谱中的近紫外光段有较好的匹配性能,可以很好地利用自然光能,但它容易发生光腐蚀,使用寿命有限。相对而言,Ti02的综合性能较好,是广泛使用和研究的单一化合物光催化剂。
低温等离子体技术
1、处污原理
低温等离子废气处理设备里的介质阻挡放电过程中,等离子体内部产生富含极高化学活性的粒子,如电子、离子、臭氧和激发态分子等。理论上有机废气与这些具有较高能量的活性基团发生反应,部分会被裂解,终转化为二氧化碳和水等物质,从而达到净化废气的目的。
2、实际应用情况
国内生产的运用低温等离子体技术的治污设备,制造的环保公司对设备的除污参数,基本上都会提到这类设备的除污效率达到80%以上。大量可用于VOCs处理的低能量等离子体设备仅可用于治理油烟污染,在实际处理工业VOCs过程中,这种低温等离子体技术设备对有机废气的降解基本无效和会生成污染副产物,其降解效率较低,而VOCs的易燃性令其性备受关注。
3、主要问题
现大量使用的小功率低温等离子体是过去餐厨行业用于油烟处理的,其不适合VOCs处理,且生成副产物和大量的臭氧,会拉弧引燃VOCs等问题。
因为等离子体技术在短时间内对包括芳香类化合物的有机废气处理效率是很低的,主要是生成中间产物。如采用大功率等离子体在稳定的有机废气中,也要在一定的时间内才有处理效果。而对于工产源源不断高速排出的VOCs废气,其处理效率很低并会次生很多中间副产物,导致VOCs成分更复杂(这些副产物的危害性可能更大)、同时设备运行时会产生大量无用臭氧。且有机废气绝大部分是易燃、易爆的化合物。等离子体运行时的拉弧极易引爆VOCs,天津爆炸事件已令社会对其的性质疑,故该技术在各地被禁用已日逐增加。
光催化氧化
1、处污原理
光催化废气处理设备的技术是利用特种紫外线波段,在催化剂的作用下,将氧气催化生成臭氧和羟基自由基及负氧离子,再将VOCs分子氧化还原的一种处理方式。
2、实际应用情况
大部份应用于VOCs处理的UV光催化处理设备是引用过去除臭的技术原理,通常采用双波长紫外光管,将能量主要用于转换臭氧,用普通二氧化钛材料作为催化剂,虽除污效率号称达到80%以上。实际现在使用的UV光催化处理VOCs设备的效率均较低,在无计算技术的控制下,会大量生成臭氧和中间副产物。
3、主要问题
在UV光催化氧化技术应用中,包括UV管的波长、光催化材料、反应时间、相对湿度、灰尘颗粒物等都是处理VOCs成败的瓶颈要素。目前普遍认为光催化氧化法能够将VOCs完全降解生成无害的CO2和H2O等,但是在使用中由于反应时间太短,挥发性有机物在光催化氧化反应会生成酮、醛等更恶毒的中间产物和大量的臭氧。
近年来工业城镇造成臭氧超标的其中因素就是滥用等离子体和产臭氧的UV光催化氧化设备。由于这两类设备都是试图通过将空气中的氧转变成臭氧后通过化学反应消解工业废气的技术,但因反应条件的制约,使产生的臭氧转换成自由基和负氧离子的效率极低,同时因反应时间过短,导致设备产生的大部分臭氧未能实现对VOCs处理而直接排放。
生物处理法
1、处污原理
利用微生物对废气中的污染物进行消化代谢,实质上是一种生化分解过程,它通过附着在介质上的活性微生物来吸收有机废气,将污染物转化为无害的水、二氧化碳及其它无机盐类。
2、实际应用情况
以污染物为微生物的食物来源,生物处理法包括: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。要求小气量、低浓度、排气连续、废气处理容器大,虽处理过程比较环保, 但运维复杂、生物补养繁琐等原因,使生物处理法形同虚设,因其监管难,故仍比比皆是。
3、主要问题
适用性较差:仅适用于特定的污染物,且生物易死亡,对易溶物和易降解污染物进行处理时,会受到一定的限制;生物因新陈代谢易堵塞;生物法所用填料的比表面积、孔隙率等直接影响反应器的生物量以及整个填充床的压降及填充床是否易堵塞问题;难实现自动控制;难以提高对各运行参数的控制能力,维护费用高和难管控故障;菌种培育困难:难筛选出降解各种VOCs气体的优势菌种;反应场地约束:反应装置占地面积大、反应时间较长。故生物法在应用中不乏摆设的情况。