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工业VOC危害及治理技术简介

环境监测实战2018-11-30 14:46:21

一、工业VOC的危害

1、VOCs在室外太阳光和热的作用下能参与氧化反应并形成臭氧,臭氧导致空气质量变差,并且是夏季烟雾的主要成分。


2、VOCs在室内对人体可造成气味和感官的影响,刺激粘膜和其他系统毒性,导致呼吸道及皮肤疾病,并可能通过血液流通导致大脑的障碍,从而导致中枢神经系统受到抑制产生头晕头痛乏力睡眠不足的表象,此外,VOCs还具有基因病毒和致癌性。


二、工业VOC定义


1、美国联邦环保署(EPA)的定义为:挥发性有机化合物是除CO、CO2

H2CO3、金属碳化物、金属碳酸盐和碳酸铵外,任何参加大气光化学反应的碳化合物。

2、有关色漆和清漆通用术语的国际标准ISO4618/1-1998和德国DIN55649-2000标准对VOC的定义为:原则上在常温常压下,任何能自发挥发的有机液体和/或固体。德国DIN 55649-2000标准在测定VOC含量时,又做了一个限定,即在通常压力条件下,沸点或初馏点低于或等于250℃的任何有机化合物。

3、巴斯夫公司则认为,最方便和最常见的方法是根据沸点来界定哪些物质属于VOC,而最普遍的共识认为VOC是指那些沸点等于或低于250℃的化学物质。所以沸点超过250℃的那些物质不归入VOC的范畴,往往被称为增塑剂。

4、世界卫生组织(WHO,1989),对挥发性有机物(volatileorganic compounds VOCs)的定义为:在沸点范围在50~260℃之间,室温下饱和蒸气压超过133.32Pa,在常温下以蒸汽形式存在于空气中的一类有机化合物。按结构可进一步分为八类:烷烃、芳香烃、烯烃类、卤烃类、脂类、醛类、酮类和其他化合物,目前已鉴定出300多种,VOC的特点是易挥发。

 

三、工业VOC分类

1、根据VOCs对生理作用产生的毒性可进行如下分类:

(1)损害神经,如伯醇类(除甲醇以外),醚类、酮类、醛类、部分脂类以及苄醇类;

(2)肺中毒溶剂,如羧基甲脂类、甲酸酯类;

(3)血液中毒溶剂,如苯及其衍生物、乙二醇类;

(4)肝脏及新陈代谢中毒的溶剂,如卤代烃类;

(5)肾脏中毒的溶剂,如四氯乙烷及乙二醇类。

2、根据其化学性质分类如下:

VOC污染物的种类及典型污染物如下

序号

种类

典型污染物

1

烃类

苯、甲苯、二甲苯、正己烷、石脑油、环己烷、甲基环己烷、二氧杂环己烷、稀释剂、汽油

2

卤代烃

三氯乙烯、全氯乙烯、三氯乙烷、二氯甲烷、三氯苯、二氯乙烷、三氯甲烷、四氯化碳、氟利昂类

3

醛类

甲醛、乙醛、丙烯醛、糠醛

4

酮类

丙酮、MEK(甲乙酮)、环己酮、MIKB(甲基异丁酮)

5

酯类

醋酸乙酯、醋酸丁酯、油酸乙酯

6

醚类

甲醚、乙醚、甲乙醚、THF(四氢呋喃)

7

醇类

甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇

8

聚合物单体

氯乙烯、丙烯酸、苯乙烯、醋酸乙烯

9

酰胺类

二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺

10

腈、氰类

氢氰酸、丙烯腈

注:来源于《我国工业VOCs污染与治理技术现状》,栾志强


沸点

名称

VOC举例与沸点

50

高挥发性有机化合物(WOC

甲烷(-161)、甲醛(-21)、甲硫醇(6℃)、乙醛(20℃)、二氯甲烷(40℃)

50℃≤沸点<260

挥发性有机化合物(VOC

乙酸乙酯(77℃)、乙醇(78℃)、苯(80℃)、甲乙酮(80℃)、甲苯(110℃)、三氯乙烷(113℃)、二甲苯(140℃)、苧烯(178℃)、烟碱(247℃)

260℃≤沸点<400

半挥发性有机化合物(SVOC

毒死蜱(290℃)、邻苯二甲酸二丁酯(340℃)、邻苯二甲酸二酯(390℃)

400

颗粒状有机化合物(POM

多氯联苯(PCB)、苯并芘

注:来源于WHO分类。


四、VOCs的治理方法

目前,挥发性有机物处理技术主要物理方法(非破坏性方法)、化学方法(破坏性方法)、理化方法(两者联合的方法)。实际工作中通常是两种技术结合,下图为主流处理技术框图。


物理方法主要是回收法,主要方法有吸附法、吸收法、冷凝法以及膜分离技术,通过物理方法,改变温度、压力或者采用选择性吸附剂和选择性渗透膜等方法来富集分离VOC

(一)物理方法

吸附法,在治理工业有机废气污染方面也是常用方法,该方法主要是利用吸附剂具有密集的细孔结构,内表面积大,对有机废气具有特殊的吸附性能,达到净化废气的目的。化学吸附材料如壳聚糖等通常通过疏水键化学吸附作用去除有机污染物质,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。目前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、沸石、活性氧化铝、硅胶等物理吸附材料,原因是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。


吸附法图解

吸收法,是较为普遍的一种处理方法,通常采用低挥发或者不挥发的液体作为吸收剂,通过吸收装置利用废气中各种组分在吸收剂中的溶解度或化学反应特性的差异,使废气中的有害组分被吸收剂吸收,从而达到净化废气的目的。VOCs的主要吸收方式包括物理吸收和化学吸收,通常普遍使用的方法为物理吸收,根据有机相相似相容的原理,采用沸点高蒸气压低进行解吸处理,回收voc,同时有机液再生。

膜分离法,膜分离法的基本原理是基于气体中各组分透过膜的速度不同每种组分透过膜的速度与该气体的性质和、膜的特性与膜两边的气体分压有关,膜分离法净化有机废气是根据空气透过膜的能力和有机蒸汽的能力不同,从而将两者分开的。一般用于膜分离的工艺有气体膜分离和膜基吸收法等。膜法净化的操作简单、操作弹性大,控制方便。

冷凝法,是利用物质在不同温度下具有不同饱和蒸气压这一特点,采用降低系统温度或者提高系统压力,使处于蒸汽状态的那些污染物冷凝并且从废气中分离出来。冷凝法回收VOCs是利用冷凝装置产生低温来降低VOCs—空气中混合气的温度,当混合气进入冷凝装置时,VOCs中具有不同露点温度的组分会以此被冷凝成液态而分离出来,冷凝法回收VOCs技术简单,受外界温度、压力影响小,也不受气液比影响,回收效果稳定,可在常压下直接冷凝,工作温度皆低于VOCs各成分的闪点,安全性好,可以直接会受到有机液体,无二次污染,适用于常温、高温、高浓度、中流量的有机废气处理。


(二)化学方法

氧化法,也是一种消除法,有直接燃烧、热氧化、催化燃烧、生物氧化降解法、等离子体法、紫外光化氧化法及其集成技术;消除法主要是通过化学或生物反应,用热、光、催化剂和微生物将有机气象污染物转变为二氧化碳和水等无毒无害的小分子化合物。

燃烧法,分为直接燃烧法和催化燃烧法。直接燃烧是指对高浓度有机废气用燃油或者燃气作为辅助材料,在高温下直接分解为无毒害物质。多数情况下,有机物浓度较低,不足以在没有辅助燃料时燃烧。直接火焰燃烧在适当温度和保留时间条件下,可以达到99%热处理效率。此法工艺简单,适用于小风量及高浓度废气,对安全技术和操作要求很高。

催化燃烧法,是指在燃烧设备中,有机废气先被预热后,通过催化床层的作用,在较低的温度下和较短的时间内完成化学反应过程。目前使用的金属催化剂主要是PtPd,技术成熟而且催化活性高,但价格比较昂贵而且在处理含有NSP的卤素有机物时,有机物易发生氧化作用使催化剂失活;非金属催化剂有过渡族元素钴、稀土等。例如,V2O5+MOX(M:过渡族金属)+贵金属制成的催化剂用于治理甲硫醇废气;Pt+Pd+CuO催化剂用于治理含氮有机醇废气。

催化燃烧法图解

等离子体分解法,等离子体分解氯氟烃技术已经到了试用阶段,此技术可在短时间内进行大量的氯氟烃等气体的处理。此过程中采用两个系统,第一个系统利用高频等离子体急速加热,使温度达到10000利用等离子体的化学作用于水蒸气接触进行分解的超高温加水系统,第二个系统是将高温分解的排气极冷到80以下的排气系统,该系统是氯氟烃和水蒸气的供给装置等离子体发生装置、反应炉、冷却管以及排水处理装置等构成。

等离子体分解法基本情况介绍图


等离子体去除污染物的基本过程

(三)生物处理法

生物处理法的主要原理是通过筛选培养出对有机废气成分具有特别降解作用的微生物,固定附着在多孔性介质填料表面,废气再填料床层中进行生物处理,挥发性有机污染物被吸附在细孔中,经过微生物的作用得到讲解,生成CO2H2O和中性盐等物质。

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降解和生物过滤的技术。微生物附着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收、吸附,最终被微生物降解。该方法具有设备简单、运行费用低,较少形成二次污染等优点。


来源:环保管家平台



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