环保科普 | 5个VOCs治理方法的缺优点

1.活性炭吸附法的优缺点

2.低温等离子法的优缺点

3.光催化氧化法的优缺点

4.生物法的优缺点

5.燃烧法的优缺点

详情如下。

1.活性炭吸附法的优缺点

活性炭吸附法前期投资较低, 实际运维成本高、管理难、技术适用性受多方因素影响难持续性稳定达标

活性炭吸附法不适合含尘废气和含水汽或含粒状物的废气。

该方法需要用大量活性炭活性炭吸附饱和后的后续处理比较困难,只是对污染物的转移,没有做到把污染物消解掉,极易造成二次污染存在环保责任风险

国内运用活性炭吸附的治污工艺设备,环保公司基本上都会提到这类设备的除污效率达到90% 以上,但是事实呢?

经实验数据表明,在实际除污应用过程中,除污效率达到90%以上只是理论值原因如下:

活性炭虽然吸附速率快,吸附效率高但对有机气体吸附的选择性低

同时活性炭对有机气体的吸附过程温度、工作环境湿度、水雾、酸度、灰尘及被吸附气体之间的相互作用等多种因素的影响

以下是在不同的环境条件下实验数据显示的活性炭的吸附效率的变化

(1)温度影响

在通常情况下,活性炭吸附设备在温度方面,一般要求废气的温度低于40℃,25℃的吸附条件比较好,原则上需要对VOCs 气源进行冷却才能达到这个温度,而在实际的工作环境中很难做到恒温吸附VOCs,如果废气的温度超过40℃,活性炭的吸附效率就会急速下降。

而且当活性炭吸附一定量的VOCs 后会暂停工作而已经吸附VOCs 的活性炭会因气温或气压的改变又将已经吸附VOCs释放出来

(2)相对湿度影响

相对湿度也会对活性炭吸附设备的吸附效率产生影响。

从我国华南地区的一个沿海大省气象局发布的环境数据看到,自2016 年4 月,该省白天气温已经出现30℃以上的温度,甚至在7-9 月份,频繁地出现白天气温超过35℃的极端气候。

并且该省自2016 年3 月开始,平均湿度长期超过70% 了。再加上企业生产过程中产生的VOCs 的温度长期偏高,所含的湿气也超过了50%。

在室外环境条件和废气环境条件共同作用下导致了活性炭吸附效率大为降低

活性炭吸附设备的整体吸附效率不到其设计标准的50%

可想而知,在这种情况下,排出的气体,所含的VOCs 肯定是超出了国家规定的可排放标准,直接对大气产生了污染。

(3)酸性气体影响

活性炭表面酸性与吸附平衡有着密切的关系。

活性炭表面酸性增加,则对酸性及中性有机物的吸附能力大幅降低,而大部分VOCs 均显酸性

(4)粉尘影响

活性炭对VOCs 的吸附,主要活性炭比表面积、孔径大小等物理特性的影响

因为活性炭的吸附是无选择性的,除了吸附VOCs,也会吸附粉尘,随着活性炭表面粉尘量的增加,活性炭的微孔被堵塞,比表面积降低降低活性炭对VOCs 的吸附能力致使活性炭“中毒”失活

2.低温等离子法的优缺点

低温等离子法的技术原理为,低温等离子废气处理设备中的介质阻挡放电过程中,等离子体内部产生富含极高化学活性的粒子,如电子、离子、自由基和激发态分子等。

VOCs 与这些具有较高能量的活性基团发生反应部分会被裂解,最终转化为二氧化碳和水等物质,从而达到净化废气的目的

国内生产的运用低温等离子体技术的治污设备,环保公司基本上都会提到这类设备的除污效率达到80%以上

在实际处理工业VOCs过程中,低温等离子体技术的设备,对VOCs的降解过程中会生成副产物污染,而且VOCs 的易燃性,使得这一设备的安全性也备受关注。

(1)生成副产物

等离子体技术处理VOCs 存在的问题是,等离子体对VOCs 是可以部分降解的,如对简单的VOCs 烷烃类、胺类物质,可以部分降解,但是对VOCs 的降解是不完全的还会产生一氧化碳、臭氧与氮氧化物等污染气体,生成的大量中间产物,可能挥发性、迁移性、毒性更强,危害更大

生产等离子体设备厂家通常会指出臭氧能够与VOCs 一起发生反应,生成无害的气体。但是实际检测结果表明,等离子体激发空气生成大量臭氧,大部分的臭氧在处污设备中是没有与VOCs 发生反应的。

(2)空气氧浓度的影响

从以上图可知,等离子体对VOCs 的降解受废气中氧浓度影响比较大,同等电压下,废气中10% 的含氧量分别比0%、20% 的降解率高。

但是在实际处理过程中,废气的含氧量很难做到10% 的最佳比例,导致了等离子体技术处理设备对VOCs 的降解率达不到最佳效率,甚至会因为含氧量过高或过低,导致对VOCs 的降解率只有理论值70% 以下,不但达不到治理VOCs 的标准,生成的副产物还产生了更多污染

(3)电压条件的影响

从上图可知,不管废气中含氧量多少,增大等离子体的电压,生成臭氧量都会增加。虽然电压大,可以增大激发电弧的能量,从而加大对VOCs 的降解率,同时,电压越大产生的臭氧量越大

3.光催化氧化法的优缺点

光催化废气处理设备的技术,是利用特种紫外线波段,在特种催化氧化剂的作用下,将氧气催化生成负氧离子,再将废气分子氧化还原的一种特殊处理方式。

国内运用的光催化氧化的治污设备,通常采用双波长紫外光管,采用二氧化钛材料作为催化剂,制造该设备的环保公司对设备的除污参数,基本上都会提到这类设备的除污效率达到80% 以上

实际现在市场上的光催化氧化法处理设备,采用紫外光管降解VOCs,受催化材料、粉尘、反应时间、湿度、废气浓度等影响甚大,同时如无可控技术,会生成中间副产物,反而加大了污染排放

(1)光催化材料的影响

光催化氧化技术的微观反应原理是:当催化剂被一定光强的光照射时,根据半导体电子结构的特点,催化剂中会发生电子跃迁,即电子(e -) 会从充满的价带跃迁到空的导带,从而留下氧化性极强的带正电的空穴(h +)。

若采用市面上的二氧化钛(建材)材料,而不是锐钛矿型(光触媒介)二氧化钛光触媒(性价比等同碳与钻石),完全没有催化光解功效

(2)生成副产物

目前普遍研究认为,光催化氧化法能够将VOCs 完全降解生成无毒无害的CO2 和H2O等,但是在实际工程实践中,VOCs 的光催化氧化反应会生成酮、醛等中间产物,对环境造成二次污染

UV 光解产生很多中间副产物,成分更复杂,可挥发性、可迁移性、毒性更高。

在企业工厂的实际应用中,一定风量的VOCs 的光催化氧化反应会生成酮、醛等中间产物与臭氧,这些产物可能成分更复杂、毒性更大,对环境造成二次污染。

部分使用企业因对设备不甚了解,购买了毫无效果的设备也不清楚。

(3)反应时间的影响

在企业的实际应用中,会不断的排放VOCs,因此VOCs 在通过光催化氧化法处理设备的时间很短,从而导致降解率偏低,达不到应有的标准

由上面的实验数据图可见,短时间内(1 秒钟左右时间),单独紫外光设备对VOCs 降解率很低。在单独UV 光解技术应用中,即使延长反应时间,对VOCs 的降解率也在10% 以内(正如国内某知名紫外线灯管厂所介绍的,没有在反应区留滞三秒以上,基本没有效果),不但满足不了工业治污应用,还产生很多副产物污染气体

(4)相对湿度影响

从上图的数据可以看到,随着湿度增大,在湿度50% 时,降解率升到一个极点。但随着湿度增大,降解率又开始下降。

所以光催化氧化法不是越干燥越好也不是湿度越高就越好

UV 光生成的臭氧,需要与部分水汽反应生成氢氧自由基或负氧离子增强介质的反应活性才可能增大与VOCs 的反应几率。

总之,单独的紫外光解技术的弊端是,受催化剂、湿度、灰尘颗粒物的影响,紫外灯大部份能量用于产生臭氧,短时间光解VOCs 做不到彻底,反而产生更复杂的中间副产物,造成二次污染。

此外,如果采用市面上的二氧化钛材料,不是锐钛矿型二氧化钛光触媒,完全没有催化光解功效。

因此,我们可以分析出,在企业实际生产中,催化氧化法处理设备对VOCs 的降解率比较低,经光解排出的气体中VOCs 会超出国家规定的标准,而且还会产生的臭氧,存在造成环境的二次污染的风险。

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