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几种有机废气处理方法的比较
查看:1400  发稿日期:2018-04-19 09:44:08

目前,异味废气处理的传统方法有燃烧法、吸收法、吸附法、生物法、光催化法、低温等离子法等。

1)燃烧法

   燃烧法主要有根据燃烧的温度及辅助介质不同又分为直接燃烧法和催化燃烧法两种。

   催化燃烧法较适合于高浓度、小风量废气的净化,在处理低浓度的废气时,由于要维持300~400℃的催化燃烧温度,需借助于活性炭吸附等浓缩工艺来提高废气的燃烧热值,但废气中的水气、油污及颗粒物易引起活性炭吸附容量下降及催化剂中毒失活等问题,使得该方法的推广和使用在一定程度上受到了限制。

  直接燃烧法是投加辅助燃料与废气一起送入焚烧炉燃烧,直接焚烧工艺成熟,控制一定的温度条件下污染物去除效率高,焚烧彻底,但在使用过程中一般会有一下问题:

①若焚烧含氯、溴代有机物和芳烃类物质时极易产生二恶英类强致癌物质,尤其在焚烧炉启动和关闭过程中更易产生,为避免二恶英类物质产生,须提高燃烧温度在1200℃以上,若保持如此高的燃烧温度不仅运转费用高,而且对焚烧炉的要求也大大提高。

②焚烧含氯代有机物时会产生氯化氢腐蚀问题,尤其是在高温状态下,氯化氢的腐蚀性能大大增强,不仅对管道存在腐蚀,更严重的是会引起焚烧炉的腐蚀。

③焚烧时存在爆炸的潜在危险,尤其是易挥发性可燃气体,若达到其爆炸极限遇明火则有可能引起爆炸。

另外,若废气中含有卤素、氮元素和硫元素的情况下,采用燃烧法极易产生二次污染物质二恶英、氮氧化合物和硫氧化合物。

2)吸收法

   利用污染物质的物理和化学性质,使用水或化学吸收液对废气进行吸收去除的方法。该方法在设计操作合理的情况下去除效率很高,运转管理方便,但对设备及运行管理要求极高,而且只有能溶解于吸收液或能与吸收液反应的污染物才能被有效去除。

3)吸附法

  该方法是当污染物质通过装有吸附剂(如活性炭、疏水分子筛等)的吸附塔时,利用该吸附剂对污染物的强吸附力,从而达到净化废气的目的。该方法设备简单,去除效果好,多用于净化工艺的末级处理。该方法缺点是对高浓度废气处理效率低、占地面积大、气阻大、吸附剂需经常更换或再生等缺点,而且吸附剂脱附后的气体难于收集而最终又排回大气中,是一种不彻底的解决途径。

   4)吸附再生法

  低温加热再生法。对于吸附沸点较低的低分子碳氢化合物和芳香族有机物的  饱和炭,一般用100~200℃蒸汽吹脱使炭再生,再生可在吸附塔内进行。脱附后的有机物蒸汽经冷凝后可回收利用。常用于气体吸附的活性炭再生。

   吸附净化原理及工艺流程
吸附:
  有机废气经过滤器除去固体颗粒物质,由上而下进入吸附罐,有机物被活性炭捕集、吸附并浓缩,净化的空气从罐体下部经主风机排入大气。
解吸
  当活性炭吸附有机物达到饱和状态后,停止吸入有机废气。通过活性炭床向上送入蒸汽进行吹脱,将有机物自活性炭中逐出,即解吸。罐中活性炭恢复其活性,即再生。
热风干燥及冷却:
  用蒸汽解吸后的活性炭层中,约留有80~90%的蒸汽凝液,填充了活性炭内孔,从而降低了炭层的活性。因此,通入热空气对炭层进行干燥。然后关闭蒸汽阀门,再通入常温空气,冷却至25℃左右,活性炭恢复如初,以备再循环使用。
有机溶剂回收:
  利用有机溶剂露点温度较高的特点,将蒸汽和有机溶剂的混合物引入冷凝器,使其冷凝,冷凝液经疏水阀进入分离器,利用溶剂比水轻的特点,分离回收。
凝水净化:

为保证冷凝水的洁净,避免有机溶剂的凝水排入水体,在分离器内分离后的水中通入压缩空气,使水中有机溶液剂充分解脱。被压缩空气逐出的含有机物空气折返废气系统,重新吸附。净化后的冷凝水,排入下水道。
连续吸附措施:
  在连续生产的工厂中,吸附系统也需相应连续工作,可在废气净化系统设计中,选用双罐系列,以便吸附、再生交替连续使用。
再生周期:
    再生周期应根据净化后排气中有害气体浓度而定。当有害气体浓度接近超标数值时,即应停止吸附,进行再生。帮系统初始工作阶段需及时测定排出口有害气体浓度,以便掌握合理吸附再生周期。

    活性炭再生设备的优劣主要体现在:吸附恢复率、炭损率、强度、能量消耗、辅料消耗、再生温度、再生时间、对人体和环境的影响、设备及基础投资、操作管理检修的繁简程度。

    此外,任何活性炭低温加热再生装置中都需要妥善解决的是防止炭粒相互粘结、成块造成堵塞通道,甚至导致运行瘫痪的现象。

5)生物法

   生物法是近年来研究较多的一种处理工艺,该方法最突出的优点是处理成本低廉、基本无二次污染。生物法虽然在净化低浓度有机污染物时效果明显,具有能耗低的优点,但存在气阻大、降解速率慢、设备体积庞大、易受污染物浓度及温度的影响,而且该法仅适用于亲水性及易生物降解物质的处理,对疏水性和难生物降解物质的处理还存在一定难度。

6)光催化技术

   光敏半导体催化氧化或纳米金属氧化物光催化也是近年来的研究热点,但该技术的降解效率受控于污染物质与催化剂表面界面扩散速率,而且催化剂价格昂贵、很容易中毒失效,目前光催化技术很难用于大规模工业化应用,多局限于实验研究及小风量应用阶段。

7)低温等离子法

1、低温等离子是内外电极在高压状态下进行间隙放电,间隙间通过的气体被电离的过程。由于放电电压较高38000v,电子在与空气中的氮气碰撞产生大量的氮氧化物,造成二次污染。

臭氧发生器与低温等离子放电技术和放电原理一样,而放电电压3500v,几乎无氮氧化物产生。(老式工频臭氧发生器35000v,使用一段时间后,罐体内会产生大量氮氧化物溶胶,3500v放电,无任何残余物)

2、粉尘类物质,无论怎么过滤去除,总会有部分残余。由于废气是流经低温等离子放电区域的,淀粉、糊精等物质会粘附在内外电极表面,从而使低温等离子放电性能大大降低或导致设备损坏。

水冷式工业用大型臭氧发生器设备本身与废气无任何关联,不会导致这一问题发生。(如果选用老式内置式臭氧发生器,放置于废气流通通道中,会和所谓的低温等离子一个性质,同样会因为电极结垢而损坏)

3、低温等离子脉冲电源技术不稳定,一组一电源,多组累加进行放电,相互中频干扰大,电源易损。臭氧发生器一机一电源,即使100kw机器,也是一个控制柜,一台变压器,一台放电室,技术成熟,可以长时间24小时连续稳定运行。

4、低温等离子1m3/h废气耗电约2-5w,10000m3废气耗能约20-50KW。1.2kg/h臭氧发生器能耗为16kw,处理废气量约30000-50000m3/h,10000m3能耗为3-5kw。

5、低温等离子名义上是电离废气,实际是电离空气产生臭氧,利用臭氧的强氧化性来进行废气处理。

6、低温等离子的放电效果和空气的湿度有极大的关系,湿度越大能耗越大,大量能量会被水分子吸收,从而降低电离效果。而臭氧产生是自己一套完整而成熟的系统,不受湿度和温度的影响。

7、低温等离子处理废气,废气直接经过放电系统,对于易燃易爆气体带来很大安全隐患,容易造成火灾等重大安全事故,实例有小鸟电动车喷漆废气采用低温等离子体发生爆炸。防爆环境绝对不允许使用。而臭氧投加是以管道形式把臭氧气体通入氧化塔体中,臭氧发生系统内部与废气无任何接触,没有任何安全隐患。

8、臭氧的产生要求干燥空气,空气露点在-40℃以下,产生的臭氧量能达到20-30mg/L。而常规空气不经过干燥处理,产生量只有标准产量的十分之一。这就是水分子对能量损耗的最好说明。而对于臭氧的氧化性能要求湿度越大,氧化效果越好。

对于低温等离子技术处理废气难以有控制废气湿度大小,更不可能对露点进行任何要求,所以效果很差、能耗很大。

对于电真空技术和高压电离技术,都要要求水分子越少越好,否则影响放电效果。例如生产日光灯或紫外灯的过程中都要边高温烘烤边抽真空,目的就是尽量把水分子排出,以防影响放电效果。

9、 低温等离子技术就是老一代低温等离子臭氧发生器技术。高压两极放电,直接电离空气。就是由于不能控制空气湿度导致产量低能耗大而被淘汰。

实际案例的证明:浙江新华制药有限公司,采用低温等离子体处理含苯、乙醇废气,2008年11月发生爆炸事件。

东风本田零部件汽车有限公司采用低温等离子体处理含酚醛树脂、苯酚、六甲胺废气,但效果不佳,以失败告终。

上市公司蓝帆塑胶股份有限公司采用低温等离子体处理醇类、醚类等废气,以失败告终。

1.1 LTAOP高级氧化技术简介

高级氧化技术是对传统处理技术中的经典化学氧化法,在改革的基础上应运而生的一种新技术方法,它由GLAZE W.H.等人1987年提出。高级氧化技术Advanced Oxidation Processes简称AOP。指O3在氧化促进剂的作用下产生大量的羟基自由基(OH)使难降解的污染物氧化成CO2、H2O和无害羧酸,接近完全矿化。它是最有前景的处理难降解污染物的方法。

我公司在传统的高级氧化的技术之上进行了多年的研究和改进,形成了我公司特有的一套高级氧化技术LTAOP

采用LTAOP技术处理恶臭气体,臭氧与有机物反应后,其最终生成物是H2O、CO2和无害羧酸。氧化促进剂分为A和B两种液体(氧化促进剂是我公司经多年的实践总结研制而成的,使用简单方便经济实惠)。氧化促进剂在添加一到二次后高级氧化系统内部形成氧化催化膜,无需再次添加。O3在氧化促进剂的作用下其氧化能力是O3的10倍。产生极强的羟基自由基(OH),这些自由基可分解几乎所有有机物,将其所含的氢(H)和碳(C)氧化成水和二氧化碳。除电耗,水耗外,不消耗其他原料,不带来二次污染,无需二次处理。龙泰臭氧在有机废气,无机废气和恶臭气体采用LTAOP技术方面,是国内首创,独一无二

LTAOP技术作用机理

正电荷臭氧发生器产生带有正电荷的臭氧分子O3+,正电荷臭氧在我公司研制的特种氧化促进剂LTC-A/B的作用下形成大量的羟基(OH),羟基(OH)具有极强的氧化能力。在高级氧化分解中,O3+参与直接反应,OH参与间接反应在PH 〉4条件下90%由间接反应完成。特别是对异臭气体的分解,在直接和间接反应后分解率达95%以上。

高级氧化与污染物得反应途径:

直接反应:污染物+O3→CO2+H2O+RCOOH

注:O3(Eo=2.07V)有选择性,速度慢

间接反应:污染物+OH→CO2+H2O+RCOOH

注:OH(Eo=2.8V)电位高,无选择性,速度快,反应能力强,速度快,可引发链反应使有机物彻底降解。

 

2-1   几种废气处理工艺的适用范围及优缺点

工艺特点

净化工艺

安全性

净化效率

总投资(一次性投资+运行费用)

能 耗

有无二次污染

水(药剂)喷淋+活性炭

吸附法

(药剂有烧碱、双氧水等几种)

安 全

一般(很容易失败)

较高

固废需处理

燃     烧     法

不安全

最高

非常高

低 温 等 离 子 法

不 安 全(有机废气易燃易爆)

一般(净化率约70%)

较高

微量

LTAOP

安 全

高(净化率95%以上)

适中(运行费用是活性炭的1/10)

生物滤池

安 全

一般

2)优劣性对比图:


    从综合比较可知龙净环保高级氧化法非常安全,运行稳定,去除效率高,运行费用低,无二次污染,是所有处理方法中最优越的废气处理方案。

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