蘇州華烯|低濃度VOCs廢氣處理技能的使用

蘇州華烯|低濃度VOCs廢氣處理技能的使用：

廢氣處理

跟著經濟的開展和人民生活水平的進步,空氣中的揮發性有機物(VOCs)污染問題日益遭到人們的注重。VOCs是指空氣中存在的室溫下蒸氣壓大于70.9lPa,沸點260℃以下的揮發性有機物質,被視為列為粉塵之后的第二大類空氣污染物。1990年美國《清潔空氣法》修正案列舉了189種有毒有害物質,其間大部分是VOCs。1993～2003年我國相繼頒發了《大氣污染物歸納排放規范》、《惡臭污染物排放規范》和《室內空氣質量規范》,因而,開發適用的VOCs管理技能已刻不容緩。

因為廢氣中VOCs污染物往往濃度低(<3000mg/m3),氣量大、污染面廣,如熱力焚燒、催化燃燒、冷凝、吸收和吸附等傳統的處理技能往往不適用,不是其處理作用達不到要求,便是出資或運轉本錢太高,迫使人們尋求和開發新的適用技能。

近年來,低溫等離子體、光催化氧化和生物處理等新技能在處理低濃度VOCs廢氣方面已顯示出其技能優勢和很好的市場遠景,本文將介紹這些新技能和廢氣處理設備。

1低溫等離子體技能

1.1原理

等離子體是含有很多電子、離子、分子、中性原子、激起態原子、光子和自由基等組成的物質的第四種形態。其總正負電荷數持平微觀上呈電中性,但具有導電和受電磁影響的性質,表現出很高的化學活性。根據系統能量狀態、溫度和離子密度,等離子體一般可分為高溫等離子體和低溫等離子體(包含熱等離子體和冷等離子體)。高溫等離子體的電離度挨近,各種粒子的溫度幾乎相同,而且系統處于熱力學平衡狀態,它首要使用于受控熱核反響研討方面。低溫等離子體則處于熱力學非平衡狀態,各種粒子溫度并不相同。

低溫等離子體可通過前沿陡、脈寬窄(納秒級)的高壓脈沖放電在常溫常壓下取得,其間的高能電子和O˙、OH˙等活性粒子可與各種污染物如CO、HC、NOX、SOX、H2S、RSH等發作作用,轉化為CO2、H2O、N2、S、SO2等無害或低害物質,從而使廢氣得到凈化。它可促使一些在一般條件下不易進行的化學反響得以進行,甚至在極短時間內完成,故屬低濃度VOCs管理的前沿技能。

1.2研討開展

低溫等離子體首要是由氣體放電發作的,與現代工業關系密切,使用非常廣泛。按放電辦法可分為輝光放電、電暈放電、介質阻撓放電、射頻放電及微波放電等。脈沖電暈是一種新型等離子體技能,歸于冷等離子體,可在常壓、低溫下作業且電子能量適中,因而一般被用于處理VOCs等有害氣體。在20世紀80年代中期由Masuda和Mizuno等首要提出,現在在我國、日本、俄羅斯和加拿大等國家都有研討[1,2]。

FutamuraS等[3]對有害大氣污染物(HAP)在低溫等離子體化學處理中金屬氧化物的催化活性進行了研討,在沒有MnO2作催化劑時,苯的摩爾轉化率為30%,而在有MnO2作催化劑時,苯的轉化率可高達94%。KangM等[4]在常壓下用等離子體TiO2催化系統去除初始濃度為1000mg/m3的甲苯廢氣,僅有O2等離子體沒有TiO2催化劑時,甲苯去除率為40%;在TiO2/O2等離子體下,去除率到達70%;在O2等離子體中,TiO2負載于γ-Al2O3上時,甲苯的去除率到達80%。這些研討標明,使用等離子體與催化反響的協同效應,以進步有機廢氣凈化率、降低能耗是成功的。

近些年,國內學者對低溫等離子體的研討也在深化。于勇等[5]用介質屏蔽降解CF3Br,降解率到達55%。李鍛等[6]將雙極性脈沖高壓引入介質阻撓反響器對氯苯和甲苯的分化特性進行了試驗研討。而以馮春楊[7]、晏乃強[8]和黃立維[9]等人展開了脈沖電暈去除多種有機廢氣的研討,初始濃度為76.8mg/m3,苯的去除率到達61.4%,并對比了線—筒式和線—板式二種反響器對甲苯的去除率,在以Mn、Fe等作為催化劑時,可使去除率進步,催化劑活性的排序為Mn>Fe>Co>Ti>Ni>Pd>Cu>V,在去除各種有機廢氣中,甲醛最易去除,二氯甲烷最難,甲苯、乙醇、丙酮則處于其間。周遠翔[10]等還使用低溫等離子體技能處理粉塵中二英,去除率達81%。

因而,低溫等離子體技能使用的可行性和條件試驗已較充沛,也有了很多理論根底;已為這項工藝簡單、適用性強、流程短、能耗低、易于操作和自動化的新技能早日工業化打下了充沛的根底。

2光催化技能

2.1作用機理

近年來,光催化技能處理氣態污染物也愈來愈遭到世界各國的注重。研討標明,該技能在常溫、常壓條件下能將廢氣中的有機物分化為CO2、H2O和其它無機物,有較大潛在使用價值。自l972年日本Fujishima和HondaL發現TiO2單晶電極分化水以來,標志著納米半導體多相光催化新時代的開端,在多相光催化反響所使用的半導體催化劑中,國外一般選用TiO2粉末作為光催化劑降解苯系物[11],但

TiO2的禁帶較寬,能使用太陽能僅占總太陽能的3%,為了進步太陽能的使用率,各國學者環繞高活性納米TiO2的制備、多相光催化機理及進步TiO2的光催化功率等方面作了很多的探索作業。

納米TiO2為n-型半導體,具有三種不同晶相結構:銳鈦礦型(Anatase)、板鈦礦型(Brookite)、金紅石型(Rutile)。其間銳鈦型TiO2具有較高的光催化氧化才能,其禁帶寬度為Eg=3.2eV,相當于波長為387nm光的能量,處于紫外區。在紫外光作用下它的價帶上的電子(e-)就能夠被激起躍遷到導帶,在價帶上發作相應的空穴(h+),隨后h+和e-與吸附在TiO2表面上的H2O,O2等發作作用,生成˙OH,˙O2-等高活性基團,當然發作的空穴和電子還有復合的或許。其機理如下:

光氧催化設備

關于純的TiO2而言,當遭到波長λ=387.5nm的紫外光照射時會發作光生電子(e-)和光生空穴(h+)。E-和h+也能夠重新合并,使光能轉化為熱能而流失;當有恰當的抓獲劑或表面空位時,e-與h+的復合會遭到抑制,氧化還原反響就會發作。光生電子的抓獲劑首要是吸附在TiO2表面的O2。O2吸收電子后,能夠生成H2O2和一系列自由基。光催化系統中OH˙是首要的自由基,該自由基具有很強的氧化作用,且其氧化作用幾乎無選擇性,能夠氧化包含難生物降解的化合物在內的多種有機物。光生電子也可與O2、H2O等物質反響生成一系列自由基,進而氧化有機物,從而到達消除污染物的目的。

2.2研討開展

TiO2光催化技能對工業廢水具有很強的處理才能,使用已較廣泛。而使用TiO2作為光催化劑凈化空氣的技能在國外已逐步老練,但在國內的研討屬方興未艾。

空氣中大部分有機污染物均可用TiO2光催化氧化去除,文獻報道了對烯烴、醇、酮、醛、芳香族化合物、有機酸、胺、有機復合物、三氯乙烯等氣態有機物的光催化降解,其量子功率是降解水溶液中同樣有機物的10倍以上。Vorontsov等[12]對TiO2氣相光催化降解(C2H5)2S時發現,首要氣相產品包含(C2H2)2S2、CH3CHO、CH3CH2OH、C2H4以及微量產品CH3COOH、C2H5S(CO)CH3和SO2。

國內關于TiO2光催化使用于廢氣處理還比較罕見,近幾年首要針對室內空氣和低濃度苯系物作了開端試驗研討和動力學探討,詳見表1。

光氧催化用在噴漆房

人們還注意到具有磁性的光催化可使用磁場使TiO2易于回收,因而展開磁性TiO2光催化劑的功能研討和制備探索,使用TiO2光催化懸浮系統反響比表面積大的特色,以制造出新的高效光催化反響器。

3生物凈化

3.1凈化機理

土壤是微生物的大本營,早在1957年,美國就發明晰用土壤過濾法對H2S除臭的專利,當時的技能僅僅是由布氣管上掩蓋土壤構成。而20世紀80年代歐洲已有相當數量的廢氣生物處理設備投入運轉,80～90年代是歐洲廢氣生物處理開展的黃金時期[17～18],如1994年在德國使用的生物處理工藝比例已達78%。因為它有具有作用好而安穩、運轉費用低、無二次污染等長處,現在在發達國家已成為老練工藝和處理含VOCs廢氣的首選技能;在國內其優越性也日益被人們所認識,并得到越來越廣泛的使用。

廢氣的生物處理進程,實質是附著在生物填料介質上的微生物在適宜的環境條件下,使用廢氣中的污染物作為碳源和能源,維持其生命活動,并將它們分化為CO2、H2O等無害無機物的進程。廢氣中污染物首要經歷由氣相到固/液相的傳質進程,然后才在固/液相中被微生物降解。反響器類型首要有三種:生物洗刷塔、生物過濾塔和生物滴濾塔,另外,最近開端進入人們研討視野的反響器類型還有生物轉鼓。

3.2研討開展

廢氣的生物處理進程中的傳質進程首要由兩種理論解釋,一種是荷蘭學者Ottengraf依據吸收操作的雙膜理論而提出的“吸收-生物膜”理論,一種是孫佩石等依據吸附理論而提出的吸附-生物膜理論。近年來,生物處理進程的研討側重對上述理論進行修補、改進,如Zarook、Delhomenietomski等[19～21]提出了氣態污染物軸流分散理論,以為填料尺度大小與表面積是影響其氣態污染物生物降解的首要因素,另外運用質量和能量平衡理論驗證了填料床存在水分改變,并論述了水分改變的機理。

生物濾床和生物滴濾床均可處理混合的雜亂廢氣,如臭氣和VOCs[22]、丙酮,甲苯和三氯乙烯的混合物[17],甲苯、乙醇和丁醇[23],且能到達好的處理作用。LeCloirec等[24]對VOCs的去除進行描述,評論生物濾床、生物滴濾床和生物洗刷床不同工藝的開展及個例,而且以為生物滴濾床中疏水性的VOCs傳質是個約束因素。Deshusses等[25]還對生物濾床和生物滴濾床處理VOCs進行建模,對反響器規劃和處理作用到達優化,并以為在生物滴濾床中需求適宜pH、鹽分、代謝產品的濃度以及營養液的彌補。Cho等[26]對新穎的喜溫微生物進行研討,包含較高溫度的VOCs廢氣。

國內生物法在低濃度VOC廢氣處理中近幾年也得到迅速開展。孫石等[27,28]用生物法處理低濃度再生膠工業廢氣,取得了較好的作用,一起對工業廢氣中常見的甲苯、苯乙烯、甲醛、CS2,SO2,H2S,NOX等氣態污染物進行凈化試驗。孫玉梅[29]則研討了生物過濾去除乙酸乙酯、含氨廢氣,陳建孟等[30]選用假細胞桿菌屬GD11菌株對生物滴濾床接種掛膜,用來凈化濃度為0.709mg/m3的二氯甲烷廢氣,EBRT為11.8s,去除率達97.6%,最適宜pH為7.0±0.5,溫度為28.5±2℃。

4開展遠景

歸納上述,低溫等離子體、光催化技能和生物技能對處理低濃度VOCs廢氣在技能上是可行的,特別是它們安全、高效、低能耗、無二次污染等長處,其使用遠景均非常廣闊;但現在國內它們不是還停留在試驗研討階段,便是還沒有成為老練技能,實現工業化使用還有很多作業要做。鑒此,作者提出三種新技能的開展遠景展望如表2。

廢氣處理設備

5定論和主張

低溫等離子體、光催化和生物處理三種新技能,可在近期內有效解決傳統技能對處理低濃度大氣量廢氣沒有適用技能的難題。跟著我國經濟的快速開展,每年由工業企業排放很多VOCs廢氣引起的污染依然非常嚴重,而我國是開展我國家,更需把有限的污染管理資金用好,以切實有效。而這三種新技能都具有出資少、運轉費用低、廢氣停留時間短、高效、安穩、反響徹底且無二次污染等特色,可克服傳統辦法運轉費用高、反響器巨大等缺陷,存在二次污染的缺點。必將在低濃度VOCs污染管理領域發揮巨大的作用。

新技能和新工藝的開發使用,必須投入滿足的資金和力量,并進行深化的理論和工藝研討;另一方面,因為VOCs污染物品種繁多,實踐排放廢氣進程雜亂,根據具體情況選擇合適的技能和工藝,將是我們面臨的首要任務之一。