针对VOCs的性质以及在室内浓度分布的不同, 目前广泛应用于VOCs治理的措施基本分为两大类 :一类是以改进工艺技术、更换设备、防止泄漏乃至杜绝VOCs排放为主的预防性措施;另一类是以末端治理为主的控制性技术。第一种方法是人们所期望的, 但是由于现在的技术水平以及一系列人为、社会原因要想达到是不可能的,所以第二种以处理为主的控制性技术就成为当前研究的重点, 也成为VOCs治理的主要方式和途径。在对末端处理技术研究的时候, 可以将其具体的分为两种:一种是非破坏性方法即采用物理方法回收VOCs;另一种是通过生化方法将VOCs氧化分解为无毒或是低毒产物的破坏性方法。由于废气中污染物VOCs浓度往往比较低(<3000mg/m3 )、气量大、污染面广, 如热力焚烧、催化燃烧、冷凝、吸收和吸附等传统方法往往不适用, 不是处理效果不理想就是运营成本太高,迫使人们研究新技术。近年来, 低温等离子体、光催化降解和生物净化等新技术在处理VOCs方面也显示出一定的优势。
一、VOCs回收技术
回收技术主要是通过物理方法对VOCs进行回收处理。目前常用的回收技术主要有吸附、吸收、冷凝、膜基技术等。根据不同的环境、不同的浓度具体的选用。
1.1吸附技术
吸附技术是利用某些具有吸附能力的物质如活性炭、分子筛、硅胶、多孔粘土矿石、高聚物吸附树脂等吸附剂, 吸附有害物质而达到消除污染的目的。吸附技术几乎适用于所有的气相污染物, 一般用于处理中低浓度的气相污染物。吸附效果取决于吸附剂性质、气相污染物种类以及吸附系统的操作温度、湿度、压力等因素。吸附法应用广泛, 具有低能耗、工艺成熟、去除率高、净化彻底、易于推广等优点, 但是由于吸附剂的回收困难、运营成本高和容易产生二次污染等弊端而限制了其广泛使用。
1.2吸收技术
吸收法是采用低挥发或不挥发溶剂对VOCs进行吸收, 利用有机分子和吸收剂物理性质的差异进行分离的VOCs控制技术。该法使用于处理浓度较高、温度较低和压力较高情况下的气体污染物的处理。使用该法, 由于要定期对吸附剂进行更换, 过程较复杂, 费用比较高。
1.3冷凝技术
冷凝技术的原理是通过将温度控制在VOCs的沸点以下而将VOCs冷凝下来, 从而达到VOCs治理的方法。冷凝法对高沸点VOCs的回收效果好, 对中等挥发性和高挥发性VOCs的回收效果不好。实验数据表明, 冷凝法对沸点60℃以下的VOCs去除率在80 % ～ 90 %。此法适用于VOCs浓度大于5 %的情况, 对于浓度太小的有机气体效果不是很理想。由于需要低温和高压, 所以对设备的要求比较高, 运行成本大, 但是通过和其他方法, 如吸附法、焚烧法等联合适用, 能明显增强处理效果、降低运行成本。
1.4 膜基技术
膜基吸收净化技术是采用中空纤维微孔膜, 使需要接触的两相分别在膜的两侧流动, 两相的接触发生在膜孔内或膜表面的界面上, 这样就可避免两相的直接接触, 防止了乳化现象的发生。此法的原理是:利用有机蒸汽与空气透过膜的能力不同, 将两者分开。其过程一般分为两步:首先压缩和冷凝有机废气, 而后进行膜蒸汽分离。Majiumdar等的研究试验表明, 采用此方法对含有甲乙基酮、乙醇等挥发性有机废气进行净化, 去除效率可达90 % 以上。Xia和Poddar等硅酮油作为吸收剂, 采用中空纤维膜组件去除挥发性有机废气。目前, 该法正迅速成为石油化工、制药等领域处理VOCs的有效方法, 越来越受到人们的重视。
二、VOCs的销毁技术
对于中等浓度或者是低浓度(浓度<1 000 mg/m3)的VOCs采用一定的技术将其降解、销毁是较好的治理方法。目前,经常使用的销毁技术包括燃烧技术、光催化降解技术、生物降解技术和等离子体技术等。
2.1燃烧技术
燃烧技术是利用VOCs易燃性质进行处理的一种方法, 经过充分的燃烧后, 最后的产物是二氧化碳和水。具体的又可分为直接燃烧法和催化燃烧法, 直接燃烧法适用于高浓度的有机废气, 温度控制在1 000 ℃ 以上时, 去除率可达到90 %以上;而催化燃烧法是采用一些催化金属,在低温下就可以进行燃烧的方法, 该法具有去除率高、无二次污染等优点, 并且可操作性比较好。
2.2光催化降解技术
近年来, 光催化处理VOCs越来越受到人们的关注。所谓光催化降解技术就是在一定波长的光照射下, 光催化剂(比如二氧化钛、二氧化锰等)使H2 O2 生成—OH, 然后—OH将有机物氧化成CO2 、H2 O和其他无机物。自1972 年日本Fujishima和HondaL发现TiO2 单晶电极分解水以来, 标志着纳米半导体多相光催化新时代的开始, 在多相光催化反应所应用的半导体催化剂中, 国外通常采用TiO2 粉末作为光催化剂降解苯系物 , 但TiO2 的禁带较宽,能利用的太阳能仅占总太阳能的3 %, 为了提高太阳能的利用率, 各国学者围绕高活性纳米TiO2的制备、多相光催化机理及提高TiO2 的光催化效率等方面作了大量的探索工作。
2.3低温等离子体技术
等离子体是含有大量离子、电子、分子、中性原子、激发态原子、光子和自由基组成的物质的第四种形态。由于其正负电荷数相等宏观上显电中性, 并且具有导电和受磁电影响的性质, 所以具有很高的化学活性。低温等离子体技术的基本原理是通过电场的加速作用, 产生高能电子, 当电子平均能量超过目标治理物分子化学的键能时, 分子键断裂, 从而达到消除气态污染物的目的。目前利用此法对于有机废气物的治理还仅仅处于实验室研究阶段。近年来兴起的低温等离子催化技术是将等离子技术与催化相协同的技术。在等离子气体中加入具有催化活性的金属或金属氧化物(Fe、Mn、TiO2 和MnO2 等), 取得了不错的效果。Futamura等对有害的大气污染物(HAP)在低温等离子体化学处理中金属氧化物的催化活性进行了研究, 在没有MnO2 催化剂时, 苯的物质的量的转化率为30 %, 而在用MnO2 催化剂时, 苯的转化率可高达94 %。
2.4生物净化技术
生物净化技术是利用微生物的新陈代谢过程对有机废气和某些无机物进行生物降解, 从而去除工业废气中的污染物质。该方法最早用于脱臭。但是近年来随着对于有机气相污染物研究的逐渐深入, 此法也应用于有机气相污染物的治理。生物净化技术反应器大致可分为3种:生物过滤池、生物地滤池和生物洗涤塔。另外, 最近进入人们视野的反应器类型还有生物转鼓。生物净化技术的流程是, 含有VOCs的废气首先进入湿度控制器进行加湿处理, 经加湿后的废气通过生物滤床的布气板, 沿滤料均匀向上移动, 在停留时间内, 气相物质通过平流效应、扩散效应、吸附等综合作用, 进入包围在滤料表面的活性生物层, 与生物层内的微生物发生好氧反应, 进行生物降解, 最终生成CO2 和H2O。该法具有设备简单, 运营维护费用低, 无二次污染等优点, 在处理浓度低、生物降解性好的气态污染物时更显其经济性;但是该法存在体积大、停留时间长的缺点, 同时对成分复杂、难以降解的VOCs去除效果较差。
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