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近年來，隨著各地方、各行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）排放指標(biāo)的陸續(xù)發(fā)布，排放濃度限值和排放速率限值的要求越來越嚴(yán)格。以表面涂裝行業(yè)為例，對(duì)國(guó)家及各地?fù)]發(fā)性有機(jī)化合物排放標(biāo)準(zhǔn)要求匯總分析可看出，地方標(biāo)準(zhǔn)較國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格，新頒布的標(biāo)準(zhǔn)較以前標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格。

圖1表面涂裝行業(yè)國(guó)家及各地有機(jī)化合物環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求

針對(duì)低濃度有機(jī)廢氣，如何選擇一套環(huán)保達(dá)標(biāo)、投資合理、運(yùn)維經(jīng)濟(jì)及安全可靠的治理技術(shù)成為各治理企業(yè)首先要解決的問題。

1常用低濃度有機(jī)廢氣治理技術(shù)

目前，常見低濃度有機(jī)廢氣治理技術(shù)分為：低溫等離子、光催化氧化、蜂窩活性炭吸附濃縮催化氧化、沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮催化氧化等。

圖2常見VOCs治理技術(shù)技術(shù)

1.1低溫等離子治理技術(shù)

低溫等離子技術(shù)利用在電極間的10~30kV電壓擊穿效應(yīng)，生成包括光子、電子、離子、基態(tài)分子原子和激發(fā)態(tài)分子原子在內(nèi)的等離子體的基本粒子，與廢氣中的揮發(fā)性有機(jī)化合物發(fā)生作用，使有機(jī)化合物分子在極短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生分解，生成CO2和H2O以及部分副產(chǎn)物，以達(dá)到揮發(fā)性有機(jī)化合物凈化的目的。

低溫等離子技術(shù)一般適用于有機(jī)物濃度500mg/m3以下的廢氣。廢氣中有機(jī)化合物的去除效率一般低于40%。

低溫等離子技術(shù)具有以下技術(shù)特點(diǎn)：無選擇性破壞，凈化效率偏低，易產(chǎn)生二次污染物或中間產(chǎn)物，環(huán)保達(dá)標(biāo)有困難；易生成臭氧，帶來臭氧超標(biāo)問題；處理高沸點(diǎn)或粘稠物質(zhì)（如含有漆渣、焦油等）存在爆炸風(fēng)險(xiǎn)；易受進(jìn)氣中顆粒物及濕度影響處理效果。

1.2光催化氧化治理技術(shù)

光催化氧化治理技術(shù)利用特種紫外線波段，在特種催化劑的作用下，將氧氣催化生成負(fù)氧離子，再將廢氣中的有機(jī)化合物分子氧化還原的一種特殊處理方式。

光催化氧化治理技術(shù)一般適用于有機(jī)物濃度500mg/m3以下的廢氣。廢氣中有機(jī)化合物的單程轉(zhuǎn)化率低，一般低于40%。

光催化氧化治理技術(shù)具有以下技術(shù)特點(diǎn)：無選擇性氧化，凈化效率偏低，易產(chǎn)生二次污染物或中間產(chǎn)物，環(huán)保達(dá)標(biāo)有困難；存在催化劑表面污染及燈管壽命等問題，導(dǎo)致處理效果衰減快、運(yùn)行維護(hù)成本高。能量綜合利用率低，且無法利用VOCs中的化學(xué)能。

1.3蜂窩活性炭吸附濃縮催化氧化技術(shù)

蜂窩活性炭吸附濃縮催化氧化技術(shù)是活性炭吸附技術(shù)、催化燃燒技術(shù)的組合，VOCs廢氣經(jīng)過吸附、濃縮、燃燒3個(gè)環(huán)節(jié)。其凈化原理如下：首先，利用活性炭的多孔性和表面張力，將VOCs溶劑吸附在活性炭空隙中，從而凈化廢氣。然后，吸附達(dá)到飽和狀態(tài)，使用熱風(fēng)脫附、再生。最后，在合適的催化劑作用下，促使脫附后的有機(jī)物在低溫環(huán)境下分解為CO2和H2O，達(dá)到廢氣處理目。

蜂窩活性炭吸附濃縮催化氧化技術(shù)一般適用于有機(jī)物濃度1000mg/m3以下的大風(fēng)量有機(jī)廢氣。實(shí)際工程項(xiàng)目運(yùn)行一定周期后的活性炭吸附濃縮凈化效率≤90%，活性炭的吸附凈化效率呈現(xiàn)持續(xù)衰減的情形。

經(jīng)過多年的運(yùn)行實(shí)踐，活性炭吸附濃縮催化氧化技術(shù)也存在一些明顯的缺陷。①采用活性炭材料作為吸附劑的安全性較差。由于活性炭中含有一些金屬成分，會(huì)對(duì)吸附在活性炭表面上的有機(jī)物產(chǎn)生催化氧化作用。當(dāng)再生熱氣流的溫度達(dá)到100℃以上時(shí)，由于催化氧化作用的增強(qiáng)而造成熱量蓄積，吸附床容易著火。②采用熱氣流吹掃再生活性炭，因?yàn)樵偕鷾囟鹊?，?dāng)脫附周期完成后部分高沸點(diǎn)化合物不能徹底脫附，會(huì)在活性炭床層中積累而使其吸附能力下降。由于存在安全性問題，通常的再生溫度不能超過120℃。因此對(duì)于沸點(diǎn)高于120℃的有機(jī)物，如三甲苯等則不能利用該工藝進(jìn)行凈化。③通?；钚蕴烤哂泻軓?qiáng)的吸水能力，當(dāng)廢氣濕度較高時(shí)（超過60%），對(duì)有機(jī)物的凈化效率較低。

1.4沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮催化氧化技術(shù)

沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮催化氧化技術(shù)利用沸石比表面積大和不同溫度條件下分子間作用力不同的原理進(jìn)行設(shè)計(jì)。低溫條件下，大風(fēng)量的有機(jī)廢氣通過沸石轉(zhuǎn)輪，VOC分子吸附其表面，經(jīng)過沸石轉(zhuǎn)輪的廢氣可直接排放。吸附有大量VOC的沸石轉(zhuǎn)輪部分進(jìn)入高溫脫附區(qū)，利用小風(fēng)量的高溫廢氣將沸石轉(zhuǎn)輪上的VOC分子脫附出來，形成高濃度廢氣，送入后端的廢氣催化氧化系統(tǒng)催化氧化分解處理成CO2和H2O，凈化后的廢氣可直接排放。

沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮催化氧化技術(shù)一般適用于有機(jī)物濃度范圍在～1500mg/m3的廢氣。沸石轉(zhuǎn)輪濃縮裝置吸附效率在≥90%。

沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮催化氧化技術(shù):沸石轉(zhuǎn)輪在治理大風(fēng)量、低濃度有機(jī)廢氣方面優(yōu)勢(shì)明顯，但是對(duì)廢氣組分要求較高。例如氯甲烷、二氯甲烷等低沸點(diǎn)有機(jī)物，吸附效率較低，甚至無明顯效果，對(duì)長(zhǎng)鏈揮發(fā)性有機(jī)物吸附效率也不高；當(dāng)廢氣中含有乙醇和甲苯時(shí)，沸石轉(zhuǎn)輪對(duì)乙醇的吸附效果會(huì)因競(jìng)爭(zhēng)吸附而降低，同時(shí)沸石轉(zhuǎn)輪要求進(jìn)氣溫度在40℃以下；例如苯乙烯等有機(jī)物吸附在沸石分子篩微孔內(nèi)部，脫附時(shí)溫度180~220℃，達(dá)到了其聚合反應(yīng)的條件，容易生成大分子聚合物，堵塞沸石微孔，影響吸附效率，久而久之使沸石失去吸附能力，這種損壞是不可逆的。沸石轉(zhuǎn)輪中具有吸附能力的沸石是弱堿性的，如果廢氣中酸性組分進(jìn)入沸石轉(zhuǎn)輪，會(huì)與沸石發(fā)生反應(yīng)，損傷沸石表面結(jié)構(gòu)，降低沸石吸附效果。

2低濃度廢氣治理技術(shù)對(duì)比

2.1低濃度廢氣治理技術(shù)環(huán)保性能對(duì)比

環(huán)保達(dá)標(biāo)是有機(jī)廢氣治理的首要目的，針對(duì)低濃度廢氣的治理要求，選擇一套滿足環(huán)保達(dá)標(biāo)的有機(jī)廢氣治理技術(shù)可從凈化效率、核心設(shè)備的使用壽命、適合的治理風(fēng)量、適合的治理濃度等方面進(jìn)行綜合的分析研判。低溫等離子、光氧化催化、活性炭吸附濃縮催化氧化、沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮催化氧化四種低濃度廢氣治理技術(shù)的環(huán)保性能對(duì)比詳見表1。

表1低濃度廢氣治理技術(shù)環(huán)保性能對(duì)比

通過表1分析可看出，針對(duì)常規(guī)廢氣，凈化效率方面：沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮催化氧化＞蜂窩活性炭吸附濃縮催化氧化＞光氧化催化≈低溫等離子。針對(duì)含有＞120℃沸點(diǎn)的有機(jī)化合物，沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮催化氧化明顯優(yōu)于其他治理技術(shù)。

2.2低濃度廢氣治理技術(shù)運(yùn)維費(fèi)用對(duì)比

在滿足環(huán)保達(dá)標(biāo)的前提下，低運(yùn)維費(fèi)用體現(xiàn)出有機(jī)廢氣治理技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性。表2與表3的運(yùn)維費(fèi)用分別按照入口濃度為500mg/m3和100mg/m3的工況進(jìn)行理論核算。

表2低濃度廢氣治理技術(shù)運(yùn)維費(fèi)用對(duì)比（入口濃度500mg/m3）

表3低濃度廢氣治理技術(shù)環(huán)保性能對(duì)比（入口濃度100mg/m3）

注：VOCs熱值是按照常規(guī)噴涂廢氣的混合熱值約36000kJ/kg核算。維護(hù)費(fèi)用包含了活性炭的危廢處理費(fèi)用。天然氣單價(jià)按照3.3元/Nm3，電單價(jià)按照0.86元/kWh。

通過表2與表3分析可看出，針對(duì)常規(guī)廢氣，當(dāng)入口濃度500mg/m3和100mg/m3時(shí)，運(yùn)維費(fèi)用從高到低：蜂窩活性炭吸附濃縮催化氧化＞沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮催化氧化＞光氧化催化＞低溫等離子。其中，入口濃度增大，則蜂窩活性炭吸附濃縮催化氧化和沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮催化氧化的運(yùn)維費(fèi)用均降低。

由于光氧化催化與低溫等離子不利用VOCs的化學(xué)能，因此運(yùn)維費(fèi)用與入口濃度無關(guān)聯(lián)。

2.3低濃度廢氣治理技術(shù)安全對(duì)比

低溫等離子體技術(shù)在VOCs治理的工程實(shí)踐中多次發(fā)生燃燒爆炸事故，極大地限制了該技術(shù)在VOCs治理中的推廣。天津市安監(jiān)局發(fā)文強(qiáng)調(diào)，對(duì)采用“低溫等離子”等可能產(chǎn)生點(diǎn)火能的工藝或設(shè)備設(shè)施處理易燃易爆揮發(fā)性有機(jī)物的，或采用濕法除塵處理鋁、鎂等金屬涉爆粉塵的環(huán)保設(shè)施，要立即停用，并全面進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，嚴(yán)防類似事故再次發(fā)生。

中國(guó)環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布《有機(jī)廢氣（VOCs）治理先進(jìn)技術(shù)目錄匯編（2014-2017）》中：《基于沸石轉(zhuǎn)輪的中低濃度涂裝VOCs凈化技術(shù)與裝備》屬于重點(diǎn)環(huán)保實(shí)用技術(shù)。重點(diǎn)環(huán)境保護(hù)實(shí)用技術(shù)及示范工程名錄是中國(guó)環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)重要的技術(shù)評(píng)估和推廣項(xiàng)目，也是供用戶選用環(huán)境保護(hù)技術(shù)的重要途徑。

安全可靠是環(huán)保設(shè)備能穩(wěn)定環(huán)保達(dá)標(biāo)運(yùn)行的保證，表4對(duì)低濃度有機(jī)廢氣治理技術(shù)安全性能進(jìn)行對(duì)比分析。

表4低濃度廢氣治理技術(shù)安全對(duì)比分析

通過表4可看出，目前沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮催化氧化技術(shù)屬于政府鼓勵(lì)推薦的國(guó)家先進(jìn)治理技術(shù)。而低溫等離子與光氧催化技術(shù)屬于不鼓勵(lì)技術(shù)，甚至某些地方政府明令禁止本地區(qū)使用此類有機(jī)廢氣治理技術(shù)。

3結(jié)論

從環(huán)保性能、安全性能分析，低溫等離子和光氧化催化技術(shù)已經(jīng)不能滿足低濃度有機(jī)廢氣治理的需求。沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮催化氧化與活性炭吸附濃縮催化氧化對(duì)比分析，沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮催化氧化技術(shù)在高凈化效率、低運(yùn)行費(fèi)用、高安全性方面明顯優(yōu)于活性炭吸附濃縮催化氧化技術(shù)。因此，鑒于目前越來越嚴(yán)格的有機(jī)廢氣地方環(huán)保排放要求，對(duì)于常規(guī)低濃度有機(jī)廢氣建議優(yōu)先選擇沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮催化氧化技術(shù)。

來源:VOCs治理減排技術(shù)  作者:相章