有機廢氣處理的方法主要有兩類:一類是回收法,另一類是消除法。回收法主要有炭吸附、變壓吸附、冷凝法及膜分離技術,回收法是通過物理方法,用溫度、壓力、選擇性吸附劑和選擇性滲透膜等方法來分離VOC的。消除法有熱氧化、催化燃燒、生物氧化及集成技術;消除法主要是通過化學或生 化反應,用熱、催化劑和微生物將有機物轉變成為CO2和水。
1、回收技術
(1)炭吸附法
炭吸附是目前最廣泛使用的回收技術,其原理是利用吸附劑(粒狀活性炭和活性炭纖維)的多孔結構,將廢氣中的VOC捕獲。將含VOC的有機廢氣通過活性炭床,其中的VOC被吸附劑吸附,廢氣得到凈化,而排入大氣。
當炭吸附達到飽和后,對飽和的炭床進行脫附再生;通入水蒸汽加熱炭層,VOC被吹脫放出,并與水蒸汽形成蒸汽混合物,一起離開炭吸附床,用冷凝器冷卻蒸汽混 合物,使蒸汽冷凝為液體。若VOC為水溶性的,則用精餾將液體混合物提純;若為水不溶性,則用沉析器直接回收VOC。因涂料中所用的“三苯”與水互不相 溶,故可以直接回收。
炭吸附技術主要用于廢氣中組分比較簡單、有機物回收利用價值較高的情況,其廢氣處理設備的尺寸和費用正比于氣體中VOC的數量,卻相對獨立于廢氣流量;因 此,炭吸附床更傾向于稀的大氣量物流,一般用于VOC濃度小于5000PPM的情況。適于噴漆、印刷和粘合劑等溫度不高,濕度不大,排氣量較大的場合,尤 其對含鹵化物的凈化回收更為有效。
(2)冷凝法
冷凝法是最簡單的回收技術,將廢氣冷卻使其溫度低于有機物的露點溫度,使有機物冷凝變成液滴,從廢氣中分離出來,直接回收。但這種情況下,離開冷凝器的排放氣中仍含有相當高濃度的VOC,不能滿足環境排放標準。要獲得高的回收率,系統需要很高的壓力和很低的溫度,設備費用顯著地增加。
冷凝法主要用于高沸點和高濃度的VOC回收,適用的濃度范圍為>5%(體積)。
(3)膜分離技術
膜分離系統是一種高效的新型分離技術,其流程簡單、回收率高、能耗低、無二次污染。
膜分離技術的基礎就是使用對有機物具有選擇滲透性的聚合物膜,該膜對有機蒸氣較空氣更易于滲透10-100倍,從而實現有機物的分離。
最簡單的膜分離為單級膜分離系統,直接使壓縮氣體通過膜表面,實現VOC的分離,但單級膜因分離程度很低,難以達到分離要求,而多級膜分離系統則會大大增加設備投資。
該系統的特點是末滲透物流的濃度獨立于進料氣的濃度,該濃度由冷凝器的壓力和溫度決定。
(4)變壓吸附技術
該技術利用吸附劑在一定壓力下,先吸附有機物。當吸附劑吸附飽和后,進行吸附劑的再生。再生不是利用蒸汽,而是通過壓力變換來將有機物脫附。當壓力降低時,有機物從吸附劑表面脫附放出。其特點是無污染物,回收效率高,可以回收反應性有機物。但是該技術操作費用較高,吸附需要加壓,脫附需要減壓,環保中應用較少。
2、消除技術
(1)熱氧化
熱氧化系統就是火焰氧化器,通過燃燒來消除有機物的,其操作溫度高達700℃-1,000℃。這樣不可避免地具有高的燃料費用,為降低燃料費用,需要回收離開氧化器的排放氣中的熱量?;厥諢崃坑袃煞N方式,傳統的間壁式換熱和新的非穩態蓄熱換熱技術。
(2)催化燃燒
催化燃燒是一種類似熱氧化的方式來處理VOC的,它凈化有機物是用鉑、鈀等貴金屬催化劑及過渡金屬氧化物催化劑來代替火焰,操作溫度較熱氧化低一半,通常為 250℃-500℃。由于溫度降低,允許使用標準材料來代替昂貴的特殊材料,大大地降低設備費用和操作費用。與熱氧化相似,系統仍可分為間壁式和蓄熱式兩 類熱量回收方式。
(3)集成技術(炭吸附+催化氧化)
對于大流量、低濃度的有機廢氣,單一使用上述方法處理費用太高,不經濟。利用炭吸附具有處理低濃度和大氣量的優勢,先用活性炭捕獲廢氣中的有機物,然后用小 得多流量的熱空氣來脫附,這樣可使VOC富集10—15倍,大大地減少了處理廢氣的體積,使后處理設備的規模也大幅度地降低。把濃縮后的氣體送到催化燃燒 裝置中,利用催化燃燒適于處理較高濃度的特點來消除VOC。催化燃燒放出的熱量可以通過間壁換熱器,來預熱進入炭吸附床的脫附氣,降低系統的能量需要量。
該技術利用炭吸附處理低濃度和大氣量的持點,又利用催化床處理適中流量、高濃度的優勢,形成一種非常有效的集成技術。國內也已開始利用此技術,用于噴漆、印刷和制鞋等排放大流量、低濃度有機廢氣行業的治理。
消除技術的使用范圍:
(1)熱氧化
熱氧化系統在700℃-1000℃下操作,適于流量為2000-50,000m3/h,VOC濃度為100-2000PPM的情況。
熱氧化的缺點是:①在高溫燃燒中產生了NOx,它也為危險排放物,需要進一步治理;②較慢的熱反應;③不能滿意地處理鹵化物,必需加后處理裝置洗滌塔,來處理酸性氣體;④進氣濃度不能>25%LEL;⑤高的設備投資費用。
(2)催化氧化
催化氧化是在比熱氧化低的溫度下進行,通常為250℃-500℃,其處理能力為2000-20,000m3/h,適于VOC濃度為100-2000 PPM,其消除效率高達95%以上。低的操作溫度結合間壁換熱器,可以降低啟動所需的燃料。
催化燃燒較熱氧化有幾個優點:①反應溫度較熱氧化低一半,節省了燃料;②停留時間短,降低了設備尺寸;③由于燃料減少,生成的CO也少,CO和VOC一起被 轉換;④較熱氧化系統需更少的啟動和冷卻時間;⑤低的操作溫度,排除了NOx的生成;⑥因溫度降低,允許使用標準材料來代替昂貴的特殊材料,RCO系統的 整個機械壽命將增加。
催化氧化也有不足:①催化劑易被重金屬或顆粒覆蓋而失活;②處理鹵化物和硫化物時,會產生酸性氣體,需用洗滌塔進一步處理;③廢催化劑如不能循環使用,也要處理;④進氣濃度不能>25%。
(3)集成技術(炭吸附+催化燃燒)
炭吸附進行VOC回收已廣泛用于噴漆、印刷和電子工業等行業,消除率可達90%-95%,但對低濃度廢氣,從經濟上考慮,回收不經濟,故采用消除技術。
集成技術的優點就是用較低的費用來處理低濃度、大氣量的廢氣,通過濃縮廢氣,降低了需處理廢氣的體積,用較小體積的催化燃燒氧化器來處理大流量的廢氣,降低設備費用和操作費用。
該法也有不足,此技術均不適合廢氣中含有高活性、易反應的VOC和相對濕度大于50%的情況,對含鹵化合物的廢氣仍需使用后處理設備