复杂工业有机废气处理方法及装置

刘玲玲

（苏州优乐蜂环保科技有限公司，江苏苏州215128）

1 引言

随着我国现代化进程不断加快，人民社会生活对于能源的需求越来越大。同时，我国的工业发展速度也逐步加快，伴随产生的环境破坏问题也日益突出[1]。在各种影响因素中，有机废气的影响尤为突出，特别是印刷、涂装、石化、化工等行业[2]。有机废气的大量排放对我国的社会环境、人民生活质量都造成了非常恶劣的影响，为了改善人民群众的生活环境，提升生活质量，有必要对复杂的工业有机废气进行专业治理，以避免有机废气排放对建设我国清洁社会的影响，并从源头上解决空气污染问题，实现各行各业的长效、绿色以及可持续发展[3]。

2 有机废气的主要来源

有机废气，顾名思义就是在生产活动中排放出来的含有碳氢化合物、苯系物、醇类、酮类、酚类、醛类、胺类等有机化合物的不可回收利用的气体，这些气体的来源主要是工业及农业领域[4]。其中工业领域主要为化工、石化、印刷涂装等行业。这种有机废气的扩散速度相当快，如果不加处理直接排放，将会对我们的生态环境及人民的身体健康造成严重的影响。除此之外，有机废气的排放还会对农作物以及部分昆虫动物产生消极影响，严重威胁了生态平衡[1]。

3 有机废气的主要危害

挥发性有机物（VOCs）是工业有机废气的主要成分，是具有一定毒性的气体。在生产过程中，特别是农业及工业中的石化、化工领域，会有大量VOCs的排放，这些会对人类、植物以及气候造成非常严重的伤害[5]。

3.1 对人体健康的危害

大部分VOCs挥发性有机物均有一定的刺激性气味，会对人的呼吸系统产生影响，引发鼻炎、肺炎等疾病。部分VOCs如芳香烃等排放到空气中，严重时会导致人体引发肿瘤病变和其他重疾，如制鞋工艺中的“三苯”可引发中毒死亡；涂料溶剂中挥发的甲苯和二甲苯等有毒气体也是危害人们健康的重要污染源，是对人体健康有重大威胁的气体[6]。另外，VOCs可引发一系列光化学反应，在紫外光照射下，VOCs可与NOx和空气中的其他物质发生反应，生成的臭氧等物质可间接的促进雾霾及光化学烟雾的形成，这些不良天气均会对人体的呼吸系统和眼睛造成影响，引发不适。

3.2 对植物造成的危害

工业废气中的VOCs对植物也会造成十分严重的危害。植物是环境中有害气体的天然净化器，可以有效改善人类生存环境的空气质量，而工业废气中的VOCs会对植物的光合作用造成影响，导致植物枯黄落叶，无法再为生态环境净化空气。同时，工业废气中的VOCs还会对农作物造成影响，引起农作物减产[7]。

3.3 对全球气候的危害

有研究表明，目前造成大气污染的主要原因是工业废气中的VOCs，而且工业废气中的VOCs对大气环境的影响是全球性的。VOCs对环境的破坏主要有以下三个方面：1）工业废气中的VOCs会导致全球气候变暖和冰川融化，对生态环境造成严重破坏。2）工业废气中的VOCs会导致酸雨，影响植物生长并造成农作物减产，腐蚀建筑物等。3）工业废气中的VOCs会造成臭氧层的破坏[8]。

4 工业有机废气处理技术

4.1 吸收法处理技术

吸收法处理技术的原理就是利用有机废气的溶解性或反应性，选择恰当的吸收介质，将有机废气从气流中分离出来的过程。其中物理吸收法和化学吸收法是主要的两种液体吸收方法，这两种方法都可以有效吸收有机废气。例如，处理技术中使用水作为吸收剂，吸收易溶于水的有机废气[9]。吸收法处理有机废气不仅可以有效转化气体污染物，而且可以将气体污染物转化为有价值的产品，因此吸收法是一种治理有机废气的重要方式和途径。在我国现阶段，已在处理工业有机废气过程中积攒了大量的经验，吸收处理技术比较成熟，是有很强应用性的工业有机废气处理技术，因此该技术也被广泛应用于大气污染的治理之中。

吸收法处理技术的关键为吸收剂、吸收条件及吸收设备。根据有机废气的种类及产生条件选择合适的吸收剂、设计与产气情况相匹配的吸收设备及吸收条件，是保证吸收法高效处理有机废气的关键[10]。主要的吸收设备包括：填料塔、湍球塔、板式塔等。

4.2 吸附法处理技术

吸附法处理技术的原理主要是利用分子间的作用力，采用多孔固体来吸附和处理有机废气，然后实现净化有机废气的目标。当工业有机废气被吸附到一定范围后会有吸附的有机物被解吸的情况出现，一旦吸附物被解吸，便可以进行再回收。这主要是因为在特定的吸附过程中，物理吸附是高度可逆的，而解吸与物理吸附相反[11]。

活性炭是一种普遍的、常用的吸附剂，活性炭的主要形式包括活性炭颗粒、蜂窝活性炭、活性炭纤维等。活性炭吸附剂的比表面积较大，吸附率较高。活性炭吸附剂在其自身的吸附过程中产生的吸附效果与其本身包含大量的孔、表面积较大特征有着紧密联系，同时与废气的基本性质、浓度和类型有关。活性炭吸附剂的强吸附作用不仅与其自身的性能有关，而且与有机物的性能密切相关[12]。活性炭吸附工艺流程如图1所示。

图1 活性炭吸附工艺流程

在此过程中，如果有机废气的浓度较低并且需要较高的净化要求，可选用吸附法对有机废气进行吸附浓缩，以达到废气治理的目的。

去除效率高、可以彻底净化、能量消耗少都是目前吸附处理技术的优点。如今，我国现有的吸附法处理技术已经发展得相当成熟，吸附法处理工业有机废气技术可靠，市场推广力度较高，它还带来了环境和经济利益[13]。 但是，吸附工艺技术也有一定的缺点，比如目前我们所使用的吸附剂不能被重复利用，如果在处理完工业有机废气之后，不能很好处理吸附剂将会对环境造成二次污染，得不偿失。严重时，这些吸附剂可能会更加有害，变成十分危险的物质，因此加大了消除成本[14]。

4.3 热破坏处理技术

通常用于处理工业有机废气的热分解技术称为燃烧法，热分解技术的基本原理是高温环境下有机废气的氧化和热解。在我国现阶段，热破坏处理技术是一种处理工业有机废气的重要方法之一[15]。直接燃烧(如RTO)和催化剂燃烧(如RCO)是现阶段热破坏燃烧类型的两种主要类型。两种类型的处理过程主要为：直接燃烧是指在特定的容器内在一定的温度条件下（650~850℃范围内）燃烧一些有害的有机物质，然后是小的无机分子，例如二氧化碳和水的过程[16]。这种清洁工业有机废气的方法可实现99%的治理效率，具体见图2。催化燃烧方法是在催化剂的作用下处理有机废气。

图2 直接燃烧处理工艺流程

热破坏处理技术治理效果十分明显，作用非常突出，可以将有机废气彻底去除。催化燃烧技术将使用贵金属、贱金属和其他催化剂。 其中，贵金属催化剂具有良好的低温催化活性和低闪点，贱金属催化剂的类型是多种多样的。

催化剂燃烧经常会发生催化剂中毒的现象。这是因为有机废气中包含着大量的杂质，包含汞，铅，磷，锌和其他物质。 这些物质在实际燃烧过程中会转化为有机物质，容易附着在催化剂表面，大大降低催化剂的活性。 因此，选择与催化剂的活性和稳定性有关的催化剂非常重要。

4.4 生物处理技术

生物处理技术原理是通过微生物将工业有机废气分解成简单的无机物。生物处理技术的本质是在一定的环境条件下，微生物将利用有机废气中的有机化合物将其转化为必需能量，以维持生命。同时，它们分解有机物质，并将其从小分子转变为无毒无害的物质，例如水和二氧化碳。使用微生物进行废物处理的这种方法已经存在了很长时间，并且可以用于净化工业废气。生物处理技术工艺流程图如图3所示。

图3 生物法净化工业废气的传质降解模型

绿水青山就是金山银山。十八大以来我国愈来愈注重对于生态环境的保护，工业有机废气是发展经济的副作用产业，无视有机废气的存在，任由其污染空气，破坏生态环境，终会让我们付出惨重的代价，因此我们必须有效控制工业有机废气的排放，利用现代化的治理技术处理工业生产过程中产生的有机废气，避免其污染生态环境。文章通过总结吸收法处理技术、吸附法处理技术、热破坏处理技术、生物处理技术的原理和处理有机废气的过程，利用装置来去除工业生产过程中的有机废气，以降低其对环境的负面影响。