活性炭工藝現(xiàn)場示意圖


 

2.實(shí)際應(yīng)用情況

運(yùn)用活性炭吸附法進(jìn)行VOCs處理的環(huán)保公司對其設(shè)備的除污參數(shù)，基本上都會提到此類設(shè)備的除污效率達(dá)到90%以上，但在實(shí)際除污應(yīng)用過程中，除污效率達(dá)到90%以上只是理論值。而且在不同的工作環(huán)境下，其除污效率遠(yuǎn)比這個理論數(shù)值低。主要原因包括溫度、工作環(huán)境濕度、水霧、酸度、灰塵及被吸附氣體之間的相互作用等。例如我國南方全年濕度較大，氣溫較高，其活性炭實(shí)際吸附量不足實(shí)驗(yàn)室的50%。

3.主要問題

使用活性炭吸附法處理VOCs達(dá)標(biāo)排放實(shí)際運(yùn)維費(fèi)用是十分高昂的，同時自然吸、脫附管理難、適用性受多種因素影響，不適合含粉塵、水汽、乳狀物等廢氣處理，難穩(wěn)定環(huán)保達(dá)標(biāo)。且大量飽和后的活性炭處理更耗費(fèi)巨大，該方法僅是將污染物吸附轉(zhuǎn)移，如對飽和后活性炭轉(zhuǎn)移過程無嚴(yán)格把關(guān)跟蹤，則極易造成二次污染。但因前期投資少，企業(yè)自然選用較多，現(xiàn)雖監(jiān)管難（炭箱內(nèi)沒有活性炭，活性炭設(shè)施過于簡陋、幾乎不換炭，活性炭選用與實(shí)際設(shè)計不符，使用量過少等），但環(huán)保部門終會有所行動的，存在著巨大環(huán)保風(fēng)險。而且容易造假應(yīng)付環(huán)保管理。（如：炭箱內(nèi)沒有活性炭，活性炭設(shè)施過于簡陋、幾乎不換炭，活性炭實(shí)際工程與設(shè)計不符，使用量過少等。）

廣東某企業(yè)僅放少許活性炭并長期不更換

二、低溫等離子體技術(shù)

1.處污原理

低溫等離子廢氣處理設(shè)備里的介質(zhì)阻擋放電過程中，等離子體內(nèi)部產(chǎn)生富含極高化學(xué)活性的粒子，如電子、離子、臭氧和激發(fā)態(tài)分子等。理論上有機(jī)廢氣與這些具有較高能量的活性基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)，部分會被裂解，最終轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水等物質(zhì)，從而達(dá)到凈化廢氣的目的。
 

低溫等離子工藝現(xiàn)場示意圖

2.實(shí)際應(yīng)用情況

國內(nèi)生產(chǎn)的運(yùn)用低溫等離子體技術(shù)的治污設(shè)備，制造的環(huán)保公司對設(shè)備的除污參數(shù)，基本上都會提到這類設(shè)備的除污效率達(dá)到80%以上。大量可用于VOCs處理的低能量等離子體設(shè)備僅可用于治理油煙污染，在實(shí)際處理工業(yè)VOCs過程中，這種低溫等離子體技術(shù)設(shè)備對有機(jī)廢氣的降解基本無效和會生成污染副產(chǎn)物，其降解效率較低，而VOCs的易燃性令其安全性備受關(guān)注。

3.主要問題

現(xiàn)大量使用的小功率低溫等離子體是過去餐廚行業(yè)用于油煙處理的,其不適合VOCs處理，且生成副產(chǎn)物和大量的臭氧，會拉弧引燃VOCs等問題。

因?yàn)榈入x子體技術(shù)在短時間內(nèi)對包括芳香類化合物的有機(jī)廢氣處理效率是很低的，主要是生成中間產(chǎn)物。如采用大功率等離子體在穩(wěn)定的有機(jī)廢氣中，也要在一定的時間內(nèi)才有處理效果。而對于工產(chǎn)源源不斷高速排出的VOCs廢氣，其處理效率很低并會次生很多中間副產(chǎn)物，導(dǎo)致VOCs成分更復(fù)雜(這些副產(chǎn)物的危害性可能更大)、同時設(shè)備運(yùn)行時會產(chǎn)生大量無用臭氧。且有機(jī)廢氣絕大部分是易燃、易爆的化合物。等離子體運(yùn)行時的拉弧極易引爆VOCs，天津爆炸事件已令社會對其的安全性質(zhì)疑，故該技術(shù)在各地被禁用已日逐增加。

 

某企業(yè)低溫等離子設(shè)備爆炸事故現(xiàn)場

三、光催化氧化

1.處污原理

光催化廢氣處理設(shè)備的技術(shù)是利用特種紫外線波段，在催化劑的作用下，將氧氣催化生成臭氧和羥基自由基及負(fù)氧離子，再將VOCs分子氧化還原的一種處理方式。
 

光催化氧化現(xiàn)場示意圖

2.實(shí)際應(yīng)用情況

大部份應(yīng)用于VOCs處理的UV光催化處理設(shè)備是引用過去除臭殺菌的技術(shù)原理，通常采用雙波長紫外光管，將能量主要用于轉(zhuǎn)換臭氧，用普通二氧化鈦材料作為催化劑，雖除污效率號稱達(dá)到80%以上。實(shí)際現(xiàn)在使用的UV光催化處理VOCs設(shè)備的效率均較低，在無計算技術(shù)的控制下，會大量生成臭氧和中間副產(chǎn)物。

3主要問題

在UV光催化氧化技術(shù)應(yīng)用中，包括UV管的波長、光催化材料、反應(yīng)時間、相對濕度、灰塵顆粒物等都是處理VOCs成敗的瓶頸要素。目前普遍認(rèn)為光催化氧化法能夠?qū)OCs完全降解生成無毒無害的CO2和H2O等，但是在使用中由于反應(yīng)時間太短，揮發(fā)性有機(jī)物在光催化氧化反應(yīng)會生成酮、醛等更惡毒的中間產(chǎn)物和大量的臭氧。

近年來工業(yè)城鎮(zhèn)造成臭氧超標(biāo)的其中因素就是濫用等離子體和產(chǎn)臭氧的UV光催化氧化設(shè)備。由于這兩類設(shè)備都是試圖通過將空氣中的氧轉(zhuǎn)變成臭氧后通過化學(xué)反應(yīng)消解工業(yè)廢氣的技術(shù)，但因反應(yīng)條件的制約，使產(chǎn)生的臭氧轉(zhuǎn)換成自由基和負(fù)氧離子的效率極低，同時因反應(yīng)時間過短，導(dǎo)致設(shè)備產(chǎn)生的大部分臭氧未能實(shí)現(xiàn)對VOCs處理而直接排放。

 

 

圖為某企業(yè)光催化氧化法處理工藝形同擺設(shè)，燈管壞死無更換,設(shè)計不合理

四、燃燒法

1.處污原理

燃燒法分為蓄熱式燃燒技術(shù)（RTO）和催化燃燒技術(shù)（RCO）。其原理是通過直接燃燒或者添加催化劑進(jìn)行低溫燃燒，利用“燒”將有機(jī)廢氣徹底降解為水和二氧化碳。

 

燃燒法現(xiàn)場示意圖

2.實(shí)際應(yīng)用

燃燒法作為目前處理效率和效果相對理想的工藝，雖然它的價格相對昂貴且運(yùn)行費(fèi)用不低，但已被大部分專家和部分地市環(huán)境主管部門認(rèn)可，甚至制定為主要治理工藝。

3.存在的主要問題

因蓄熱燃燒（RTO）方式的燃燒室內(nèi)溫度一般不低于750度，甚至高達(dá)1000度，因此，會產(chǎn)生燃料型氮氧化物。氮氧化物按生成機(jī)理的不同分為三類：熱力型、快速型和燃料型，其中燃料型占60%_95%。在生成燃料型NOx過程中，首先是含有氮的有機(jī)化合物或空氣中的氮?dú)饨?jīng)過熱裂解產(chǎn)生N，CN，HCN和等中間產(chǎn)物基團(tuán)，然后再氧化成NOx。經(jīng)粗算，一套20萬m3/h處理量的蓄熱燃燒設(shè)備，其氮氧化物排放量約等于一臺35t/h的燃煤流化床鍋爐。

在有機(jī)廢氣的催化燃燒（RCO）工藝中，由于采用自來水作為水噴淋進(jìn)行預(yù)處理，水中的氯離子及有機(jī)物質(zhì)自帶的氯離子在催化燃燒室內(nèi)（200~500度）極易生成二噁英。而VOCs處理設(shè)備上均無高溫高溫裝置用于促使二噁英的分解，因此，氣體在燃燒過程中產(chǎn)生的二噁英將直接排放至到大氣。

     

圖為二惡英產(chǎn)生途徑，其毒性參考分析

為什么VOCs的處理會難以達(dá)標(biāo)呢?

主要是人才緊缺！因?yàn)槲覈袡C(jī)化學(xué)的分支學(xué)科發(fā)展不平衡，特別是有機(jī)化學(xué)與其他學(xué)科的交叉和滲透不夠，并且我國有機(jī)化學(xué)的研究隊(duì)伍規(guī)模普遍較小，且相關(guān)的分支學(xué)科沒有很好的發(fā)展，因而對整個學(xué)科的發(fā)展產(chǎn)生了影響，并有萎縮的趨勢。在缺乏政策導(dǎo)向、缺乏評價體系下，造成了有機(jī)化學(xué)的研究工作沒人去做，也不愿意去做。有機(jī)化學(xué)本身相對“枯燥”，就業(yè)艱難，導(dǎo)致很多本、碩、博學(xué)生都不愿意選擇這個學(xué)科，特別是一些非熱門的領(lǐng)域:如有機(jī)光化學(xué)、自由基化學(xué)、元素有機(jī)化學(xué)等。其次，是過于急功逐利，對VOCs的治理缺乏科學(xué)的研究、機(jī)理分析,只想找個什么設(shè)備就實(shí)現(xiàn)，其結(jié)果可想而知。VOCs處理的創(chuàng)新成敗已上升到經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境共存的問題,同時也將關(guān)聯(lián)著我國產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)的安全。

難道VOCs的處理真的“無計可施”嗎？

其實(shí)不然，國內(nèi)已有前衛(wèi)的環(huán)保企業(yè)正聯(lián)合國內(nèi)外專家學(xué)者將有機(jī)化學(xué)研究的理論應(yīng)用到可持續(xù)的綠色發(fā)展中，其中成果就有把有機(jī)化學(xué)與環(huán)?？茖W(xué)進(jìn)行交叉滲透，在全社會關(guān)注的有機(jī)廢氣處理中通過“小分子活化惰性化學(xué)鍵的有機(jī)化學(xué)反應(yīng)機(jī)理”、“有機(jī)化學(xué)原子經(jīng)濟(jì)性的高效率、高選擇性合成方法學(xué)中的不對稱催化反應(yīng)機(jī)理”、“有機(jī)化學(xué)的自由基化學(xué)反應(yīng)機(jī)理”、“綠色有機(jī)化學(xué)反應(yīng)及過程化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的研究”、“計算化學(xué)機(jī)理的研究”等理論應(yīng)用到VOCs處理設(shè)備上，實(shí)現(xiàn)了從根本上把VOCs處理設(shè)備推向節(jié)能、可靠、便宜、人工智能的高度上來，為《中國制造2025》提交了一份合格的鋪墊報告。

VOCs處理的研發(fā)和應(yīng)用創(chuàng)新必須順應(yīng)“發(fā)展是第一要務(wù)，人才是第一資源，創(chuàng)新是第一動力。”的時代發(fā)展步伐!