有机废气治理技术的研究进展

第30卷第5期2011年10月

四川环境SICHUANENVIRONMENTVol.30，No.5October2011

·综述·

收稿日期：2011-07-20

作者简介：易灵（1981－），女，四川成都人，2006年毕业于四川

师范大学环境科学专业，硕士、助理工程师，主要从事环境监测工作。

有机废气治理技术的研究进展易灵（四川省环境监测中心站，成都610041）

摘要：有机废气治理问题是当前废气处理的难点问题之一。本文首先介绍了几类传统有机废气处理技术的发展现状，包括吸附法、吸收法、催化氧化法、生物处理法等。对这几类有机废气治理技术的应用机理、适用范围以及现存问题进行了综合地比较与分析。最后，对于近年来出现的几类新型有机废气处理技术，如膜分离法、光催化氧化法、综合处理法的发展前景进行了一定的展望并列举了几类新技术的工程应用实例。关键词：有机废气；治理技术；应用机理；研究进展中图分类号：X701文献标识码：A文章编号：1001-3644（2011）05-0103-05

ResearchProgressofOrganicWasteGasTreatmentYILing（SichuanProvincialEnvironmentalMonitorCenter，Chengdu610041，China）Abstract：Thetreatmentoforganicwastegasisoneofthedifficultiesofcurrentwastegastreatment．Thispaperfirstlyintroduces

thedevelopmentstatusoftraditionaltreatmenttechnologiesfororganicwastegas，includingadsorption，absorption，catalyticoxidationandbiologictreatment．Thentheirapplicationmechanism，applicableareaandexistingproblemsaresyntheticallycomparedandanalyzed．Finally，severalnoveltechnologiesfororganicwastegastreatmentsuchasmembraneseparation，photocatalyticoxidationandsynthetictreatmentareprospected．Someproductiveapplicationexamplesofthenoveltechnologiesareintroduced．Keywords：Organicwastegas；treatmenttechnology；applicationmechanism；researchprogress

随着我国经济的不断发展，涌现出了数量众多的化工企业，这些企业每年排放出大量的工业有机废气，对大气环境造成了严重影响。因此，对工业有机废气的治理成为了环境治理方面的重中之重。近年来，科研工作者对有机废气的治理技术开展了大量的研究工作，这些研究成果逐渐产业转化，使得市场上具备许多有机废气治理技术和治理设施，本文对目前市场上已有的有机废气治理技术进行了综合比较与总结，并对有机废气治理技术发展进行了展望。1国内外有机废气的主要几种治理技术概述目前，国内外治理有机废气比较普遍的方法有吸附法、吸收法、氧化法、生物处理法等。1.1活性炭吸附法

利用固体吸附的原理从气相或者液相去除有害成分的过程称为吸附操作。根据吸附机理，可以将吸附剂分为物理吸附材料和化学吸附材料。化学吸附材料通常通过疏水键化学吸附作用去除有机污染物质，如用于吸附去除邻苯二甲酸二甲酯类物质（PAEs）的酚醛树脂吸附剂

［1］、BA接枝改性聚丙

烯纤维［2］、壳聚糖［3］等。但是化学吸附材料通常应用于水相有机污染物质的去除，在有机废气方面的应用较少，可能是因为在气－固两相界面上有机废气污染物质与吸附剂之间的接触时间太短，不利于化学吸附反应的进行，吸附效果不理想。因此在吸附法治理有机废气的实际应用过程中，常用的吸附剂为活性炭［4］、沸石［5］等物理吸附材料，因为这些吸附剂呈孔状结构，比表面积大，物理吸附作用强，适用范围宽。大量的研究结果表明与蜂窝状、颗粒状吸附材料相比，纤维状吸附材料具备传质速率快的优点［6］。因此，在选择废气污染物吸附材料时可以优先选择纤维状材料，以提高处理效果。1.2吸收法1.2.1液体吸收法吸收法主要是指液体吸收法，通过废气与吸收剂的接触，使其中的有害组分被吸收剂所吸收。经过解吸，将其组分除去或回收，使吸收剂再生，重复使用。废气处理设施中普遍使用的水喷淋装置就是基于此原理。吸收过程分为物理吸收与化学吸收。物理吸收主要依据相似相溶原理，水是一种最常用吸收剂，可以把溶于水的有机溶剂气体如丙酮、甲醇、醚和微溶于水的漆雾、灰尘、烟等去除，但水溶性尚差的“三苯”物质不能被水吸收。化学吸收是基于吸收试剂上活性基团可以与有机废气污染成分发生的化学反应进行的吸收过程。1.2.2吸收法国内外研究现状

表1列举了吸收法处理有机废气污染物的国内外研究状况。由表1中可以总结出以下3个结论：（1）国内外研究者研究了不同溶剂吸收法对各种

有机废气污染成分的处理效果，包括苯类（苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯）、酯类、酮类、有机烃；（2）吸收剂主要包括有机溶剂、表面活性剂和水，还包括新型环保型吸收剂环糊精；（3）有机废气的具体成分不同，吸收剂选择不同。

表1吸收法处理有机废气污染物质的国内外报道情况Tab.1Absorptiontreatmentoforganicwastegaspollutantsreportedathomeandabroad

污染物质吸收剂种类注释后处理文献

甲苯自行车机油＞汽油＞汽油机油＞洗油＞活性机油＞柴油活性机油产生泡沫，不利于吸收—［7］

甲苯乙酸钠和添加剂的水溶液；乙酸钠浓度5%；添加剂为0.5%硅酸钠或1%磷酸钠或1%碳酸钠或者三者的组合——

［8］

甲苯；醋酸丁酯对甲苯的吸收效果：0号柴油＞7号机油；＞洗油；0号柴油对醋酸丁酯也有很好的吸收效果

①废液再生：对于浓度大、量大的废气体系，用蒸馏分离方法回收，重复使用；②燃烧：对于浓度小的体系，吸收饱和（甲苯含量40%）后用作燃料

［9］

甲苯；异丙醇等复方液：水+柴油+MOA助剂+磷苯二甲酸二丁酯针对低浓度有机废气的治理①废液再生；②燃烧［10］甲苯；四氯化碳环糊精化学吸收；环保吸收剂—［11，12］

苯表面活性剂的水溶液：水+月桂酸钠表面活性剂的水溶液极易产生泡沫，吸收过程中应兼有泡沫分离过程—

［13］

苯、甲苯二甲苯0号柴油安全使用温度范围：64℃以下—［14］

苯、甲苯二甲苯乳化液：水+油酸钾（或钠）+柴油—破乳分离［15］苯、甲苯二甲苯表面活性剂和添加剂的水溶液：添加剂用硅酸钠或磷酸钠或碳酸钠；表面活性剂（文献保密）

水的比例占96%，

处理成本廉价—［16］

1.3催化氧化燃烧法对于有毒、有害、不须回收的VOCs，氧化法是一种较彻底的处理方法。它的基本原理是VOCs与O2发生氧化反应，生成CO2和H2O，化学方程式如下：aCxHyOz+bO2→cCO2+dO2氧化反应类似化学上的燃烧过程，但由于VOCs的浓度太低，所以反应中不会产生可见的火焰。氧化法一般通过以下两种方法使氧化反应能够顺利进行：一是加热，使含VOCs的废气达到氧化反应所需的温度，即热氧化法；二是使用催化氧化。催化氧化是指在一定压力和常温条件下，以金属材料为催化剂，如Pt、Pd、Ni等，废气中得有机污染物与空气、氧气、臭氧等氧化剂进行的氧化反应。由于催化剂的存在，催化燃烧的起燃温度约为250℃～300℃。高效催化剂是催化氧化法的关键核心。近年来，整体式催化剂成为研究的重点，因为与粒状催化剂相比，整体式催化剂在传热、传质、和压降性

401四川环境30卷能方面有很大的优势［17］。而活性组分是催化剂的根本性物质，如Pb、Pt、Cu等；助催化剂是提高主催化剂活性、选择性，改善催化剂耐热性和寿命等的一种物质组分，活性组分和助催化剂共同负载在载体上构成整体式催化剂，如整体蜂窝陶瓷催化剂、整体金属蜂窝催化剂等［18，19］。1.4生物处理法生物处理技术的实质是附着在滤料介质中的微生物在适宜的环境条件下，利用废气中的有机成分作为碳源和氮源，并将有机物分解为二氧化碳、水、无机盐和生物质等无害或少污染的物质。生物处理技术包括生物吸收法（即微生物及其营养物配料存在于液体中，气体中的有机物通过与悬浮液接触后转移到液体中而被微生物所降解）和生物过滤法（微生物附着生长于固体介质上，废气通过由介质构成的固定床层时被吸附、吸收，最终被微生物降解），生物处理技术具有设备简单、运行费用低、较少形成二次污染等优点。2几种主要有机废气处理技术比较与总结2.1适用范围比较活性炭吸附技术一般适合于污染物浓度低于2000mg/m3以下的有机废气处理，在酸性环境下的吸附效果优于碱性环境，且气体温度最好为常温，若废气温度过高，可选配气体冷却装置来降低废气温度，使之达到活性炭最佳吸附状态。溶剂吸收法主要适用于高浓度有机废气或者大风量低浓度的有机废气处理。催化燃烧技术一般适合污染物浓度在2000～6000mg/m3之间的有机废气处理，若废气温度大于180℃，废气浓度可低于2000mg/m3也可，但废气中如含有硫等有害于催化剂中毒的成分不适合该技术。生物处理技术适宜于处理净化气量较小、污染物浓度较大、易溶且生物代谢速率较低的废气处理，通常，废气中的TOC（总有机碳）应在1000mg/m3以下，废气流量小于50000mg/m3，废气温度小于40℃。2.2存在问题比较2.2.1活性炭的吸附性与再生处理活性炭吸附是将污染物质从气相固定到自身，并没有从根本上解决污染消除的问题，当多种气态污染物同时存在时，活性炭的吸附能力大幅低于只含有一种气态污染物时的吸附效率。而对于吸附饱和的活性炭，一般处置方式有两种，一是废弃，直接烧掉或填埋，这样会造成资源浪费。二是将其再生反复使用，但活性炭的再生仍然存在一些问题，主要包括：再生过程活性炭有效部分损失较大、再生后吸附能力有一定下降，再生尾气的二次污染等。2.2.2吸收液吸收效率低

液相吸收法是将污染物质从气相到液相的物理转移或化学转变，气态污染物液相喷淋吸收针对高浓度有机废气或者大风量低浓度的有机废气的治理较好，而针对低风量低浓度有机废气治理效率仍有待进一步提高。2.2.3催化剂选择苛刻

当使用催化氧化燃烧处理有机废气时，某些气体污染物燃烧氧化反应条件苛刻［20］，必须需要高