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浅谈VOCs的单一治理与联合治理技术

来源: 华北电力大学环境科学与工程系 作者:李守信 发布时间:2018-12-12

      近期从生态环境部通报2018-2019年蓝天保卫战重点区域强化监督情况了解到,不少地区在治理VOCs的工作中,存在着使用等离子、单纯活性炭吸附、光催化氧化等单级治理技术,因而造成处理结果不达标。为此,多地环保部门提出对处理效率较低,无法保证处理设施能够连续稳定高效处理VOCs的处理工艺,一律不许采用,这些工艺包括:单一活性炭吸附处理工艺、光氧催化处理工艺、处理易燃易爆VOCs使用的低温等离子处理工艺。同时提出,鼓励采用前处理后吸附脱附、催化燃烧、燃烧等污染物去除效率较高的联合治理技术。
一、关于VOCs的单一治理技术
      首先肯定一点:无论单独采用哪一种治理技术,只要选择得当、设计合理、运行管理到位,都可以收到理想的处理效果,换而言之,都可以作到达标排放。
     我们熟悉的活性炭吸附工艺。在所有采用吸附法治理VOCs的方法中,采用活性炭作吸附剂的吸附工艺是最理想的工艺。因为与其它吸附法如采用沸石分子筛、硅胶、活性氧化铝作吸附剂的吸附工艺相比,从对甲苯的吸附上看,活性炭的吸附容量是其它吸附剂的4~8倍(见表一)。
                                           表一    活性炭、沸石分子筛、硅胶对甲苯吸附性能比较

  活性炭(煤质) 活性炭纤维 沸石分子筛(ZSM-5) 硅胶
比表面积/m2/g 700-1000 1100-2500   450-650
孔径范围/nm 1.5-100 1.5-3 0.5-1.2 4.5-7.0
甲苯饱和吸附量/mg/g 240 491 59.8 35
①.黏胶基活性炭纤维
②.吸附VOCs常用分子筛
③.疏水改性硅胶     

      从表一可以看出,活性炭对甲苯的吸附容量远远高于沸石分子筛。活性炭纤维则显示出更高的吸附容量。因而采用活性炭吸附工艺,只要吸附剂选择得当、设计合理(主要是运行程序),运行管理到位,它完全可以单独采用。所谓吸附剂选择得当,是指根据吸附质的分子动力学直径去选择合适的吸附剂。所说的设计合理,除对装置的要求外,主要是吸附程序的设计。从理论上讲,吸附法可以处理痕量物质,也就是说,采用吸附法几乎可以实现“零”排放。要实现这一目标,必须从吸附程序上做文章。大家知道,任何一种吸附剂都有一个吸附容量的指标。而当吸附剂床层被穿透时,我们认为吸附就达到了饱和。①.黏胶基活性炭纤维
②.吸附VOCs常用分子筛
③.疏水改性硅胶
      如果一个吸附床层,它的保护作用时间(即达到吸附饱和的时间)为30分钟,那么,为了做到达标排放,你可以在吸附进行到25分钟、甚至20分钟就进行脱附,而切换到另一个吸附床,你还会有不达标的风险吗?在就是设计吸附程序的问题。这也是转轮浓缩能够作到达标排放的原因。
      再说一下低温等离子体处理技术,由于它的能量较小,所以一般只能用来处理VOCs浓度小于150mg/m3的气体。如果浓度过高,则需要采取其它方法,所以一般情况下,低温等离子技术只能作为其它技术的辅助方法。另外由于VOCs大都属于易燃易爆的气体,所以在装置的设计上要特别注意。说到光氧化、光催化等也都只能用于处理浓度低于150mg/m3的气体。
     再说说燃烧法(包括直接燃烧、热力燃烧、催化燃烧、RTO、RCO)。这些处理方法都属于消除法(也称破坏法)。按理说,对于VOCs的处理,燃烧法是最彻底的处理方法,所以,目前凡是采用燃烧法(包括转轮浓缩-催化燃烧)都得到了广大用户的青睐。
     从理论上讲,如果不算经济账,燃烧法可以处理任何浓度的气体。但是,当企业处理的气体浓度过低时,要想直接燃烧,那就得加辅助燃料,这就是要采用热力燃烧。究竟要采用何种方式燃烧,需要对物质的燃烧热进行计算,如果燃烧放出的热量能够维持燃烧的继续进行,那就可以采用直接燃烧的方式,否则就需要选择其他的燃烧方式,如热力燃烧或催化燃烧,这里还有一个选择催化剂的问题。至于RTO、RCO工艺,只是在蓄热体的选择上要做些文章罢了。
      但是,需要注意的几点是:不是什么样的VOCs都可以烧的,比如含氯的VOCs,如二氯甲烷、二氯乙烷、氯仿、四氯化碳等,它们在燃烧时,特别是催化燃烧时,很容易生成毒性更强的光气或二噁英!
      在采用燃烧法时,一定要考虑经济上是否合理。一般情况下,企业对于VOCs的处理工艺选择上,都是以回收为主的。实在无法回收的才会把它烧掉。所以说,采用燃烧法处理VOCs是没有办法的办法。
二、关于联合处理技术
     什么叫联合处理?通俗表述就是整个处理系统只有一个排放口。在企业的VOCs处理工艺上,往往会出现一个误区:比如转轮吸附浓缩-催化燃烧工艺,它虽然整个处理系统非常紧凑,但是它却有两个排放口,即转轮浓缩工序部分有一个排放口,而燃烧工序部分还有一个排放口,要做到达标排放,必须对两个排放口都要进行检测,才能确实做到对整体处理效果的监管。
      总之,不论采用单一的还是联合的处理技术,只要方法选择正确、设计合理、运行管理到位,都可以作到达标排放;不能笼统地说,不能采用单一技术去处理VOCs,而必须采用联合技术去处理VOCs。希望大家对VOCs处理的各种技术,从技术原理是去搞清它,并且搞清各种技术的使用对象和适应范围以及它们的运行管理,这样 我们才能正确选择处理方法,才能对治理单位所采用的治理技术做出正确的判断,才能更好地指挥和监督整个VOCs治理行业。

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