UV 光解与活性炭吸附联合治理有机废气

UV 光解与活性炭吸附联合治理有机废气

针对小企业有机废气产生特点,本人推荐采用 UV 光解与活性炭吸附联合治理有机废气,并以机械加工项目、4S 喷漆项目等项目为例, 联合处理效率达 95% 以上。

“同呼吸,共蓝天”。为打赢蓝天保卫战,以习近平总书记为核心的党中央,在废气污染治理上多措并举,成效卓著。同时,在生态文明建设路上,各级政府的大力宣扬,国人环保意识的增强,空气污染得到有效改善。然而,目前相当部分小型生产企业对废气治理缺乏相应的理论知识,使得目前的废气治理达到一定的瓶颈,尤其是有机废气。

很多工业园区内企业规模小,生产单一,排放废气量不大,虽然单一企业排放量微不足道,但中国小企业多,排放总量偏大。针对小企业相对废气量不大、成本投入偏低等情况,本文推荐采用 UV 光解与活性炭吸附联合治理有机废气, 并以机械加工项目、4S 喷漆项目为例,论证了联合治理可行性。

有机废气

(1)定义

有机废气通俗将是含C 和H 的各种化合物,比如:烷烃、芳香烃、烯烃、醛类、酯类等。主要构成为 C、H 组成,但不包括含 C 的氧化物、碳硼烷、S 化物、氰化物、H2CO3、硫氰化物、M2CO3、氰酸盐、碳化物、碳硼烷、羰基金属、 不含 M - C 键的金属有机配体配合物。

在环境影响评价领域,多数是将有机废气以非甲烷总烃

(NMHC)或总挥发性有机物(VOCS) 表征。其中, 非甲烷总烃(NMHC)指采用气象色谱法等方法,对监测仪器

有响应的除 CH4 外的 C 和 H 组成的化合物(主要是 C2 - C8)的总称;总挥发性有机物(VOCS)指参与大气光化学反应的有机化合物,采用用气相色谱非极性柱分析保留时间在正已烷和正十六烷之间并包括它们在内的已知和未知的挥发性有机化合物总称。

(2)污染源

有机废气主要来源包括生活、农业、交通、工业源等。其中,工业源排放占比最大,约占70%,涵盖了绝大多数行业。比如制漆、喷漆行业排放苯系物(苯、甲苯、二甲苯);喷塑、电泳行业排放有机废气(成分较复杂,但排放量一般较小, 有机废气一般以非甲烷总烃计)、石油炼制加工;合成树脂、橡胶生产;印刷包装、油墨生产等。据统计,排放量大(未治理情况)的如:制漆、喷漆项目排放苯系物气态污染物约15kg/t;喷塑、电泳项目排放有机废气 0.35kg/t。

(3)危害

有机废气的危害大且多,包括对环境影响、对人身体健康、对动植物影响。其中,对环境影响有:大气光化学烟雾的组成之一就是 C 和 H 组合的有机废气,阻碍视线;由于有机废气含 C 和 H,极易在空气中发生反应,形成酸离子, 进而引起雨水酸化;最关键的是影响空气质量。对人影响: 多数有机废气尤其是甲醛、甲醇、苯及其衍生物对人身体健康带来严重影响,引发呼吸道疾病(结膜发炎、支气管炎)、皮肤性疾病、视力衰退甚至癌症;甲醇进入人体易形成甲酸, 会使组织酸性越来越强,损害肾脏导致肾衰竭;苯及其衍危害:严重致癌物质,极易引起神经性疾病等。对动植物危害: 动植物和人类共同生存在同一个大气环境里,有机废气的毒性物质污染对人类的危害,动植物也难幸免,对动植物的危害,除污染物的暴露、接触造成上海之外,还通过污染食物

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CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Dec.2020·中国科技信息 2020 年第 23 期

31 万~ 60 万◎

链进入动物体内,导致发病和死亡。

有机废气治理措施

目前,有机废气治理较成熟的措施有吸附法、冷凝法、燃烧法、UV 光解法等。其中燃烧法分(直接燃烧、催化燃烧)

吸附法:通俗讲是用一种或多种吸附剂将有机废气通过吸附力将其吸附在吸附剂表面。吸附法重点是吸附剂的选择。吸附剂选择应满足条件:比表面积大,孔隙率高,吸附能力强; 稳定性好,易再生;成本低等。目前有机废气吸附法采用最大的用活性炭作吸附剂。

冷凝法是根据不同气体液化点不同,调节组分温度,使液气分离。优点:设备简单,回收率高。缺点:成本高。

直接燃烧法是指有机废气在燃烧室直接燃烧,将有机废气变成二氧化碳和水,达到洁净排放。优点:处理效率高, 成本相对较低。缺点:设备造价高,需燃料辅助。

催化燃烧法是完全的催化氧化,在催化剂作用下,使有机物废气燃烧生成二氧化碳和水,达到洁净排放。催化燃烧法对催化剂要求较高,需要催化剂活性好,耐用,稳定,一般以 Pd、Pt 较多。优点:为无火焰燃烧,安全性高;氮氧化物生成少。缺点:需要配套建设预处理设施,将有机废气引入催化燃烧装置钱,需出去水分、粉尘;催化剂价格高。适用连续排放有机废气的企业。

总体而言,直接燃烧法、催化燃烧法、吸收法、冷凝法都有各自的有缺点,但针对小企业相对有机废气量不大、成本投入偏低等情况,不太适应。本文重点分析 UV 光解与活性炭吸附联合治理法。

UV 光解与活性炭吸附

(1)UV 光解

UV 光解即 UV 光解催化氧气废气处理技术,以紫外线光为能源,配合纳米 Tio2 为催化剂,将有机物降解为二氧化碳和水等其他无害成分,使处理后的废气达标排放。该法适用于有机废气浓度高、温度低、风量小的工况。

原理:当紫外线照射在纳米 Tio2 催化剂上时,Tio2 催化剂吸收光能产生电子-空穴对,与废气表面吸附的水分和氧气反应生产氧化性很活泼的烃基自由基 OH -和超氧离子自由基(O2 -、O -),把各种有机废气还原成 CO2 和H2O。

优点:无需添加剂;不会产生二次污染,节能环保;成本低,占地面积小。

缺点:生不彻底氧化的副产物,这种副产物将会比初始VOCs 拥有更大的毒副作用,例如三氯乙烯在光解全过程中转化成碳酰氯。碳酰氯被称作光气,是强烈室息性有毒气体,

浓度较高的吸进能致急性肺水肿,其毒副作用比氢气约大 10 倍;产生臭氧。

(2)活性炭吸附法

活性炭是一种具有非极性表面,为疏水性和亲有机物的吸附剂,在同温同压下,不同吸附剂对一定分子的吸附能力有所不同,常被用来吸附回收空气中的有机容易和恶臭物质。活性炭一般木材、煤、果壳等含碳物质在高温缺氧条件下活化制成活性炭吸附是利用活性炭的物理吸附、化学吸附、氧化、催化氧化和还原等性能去除水中污染物的水处理方法。

原理:活性炭净化有机废气是利用活性炭的微孔结构产生的引力作用,将分布在气相中的有机物分子或分子团进行吸附。

优点:无污染;无需添加剂;成本低,操作简单、灵活; 处理效率高;可再生后重复使用。

缺点:产生废活性炭需按危废处置;活性炭吸附随着时间越长效果越来越差,需常更换;对混合气体,吸附性会减弱。

应用实例

(1)项目基本情况 1)巴南区东风御风 4S 店项目

项目位于重庆市巴南区龙洲大道,主要从事汽车维修保养服务,其中钣金喷漆 250 辆 / 年。

项目在于厂区东南侧设置一间喷漆房,喷漆房使用中主要产生有机废气,以非甲烷总烃计。喷漆废气通过喷漆房内置集尘箱漆雾收集经“过滤棉 +UV 光解 + 活性炭吸附”。处理后再经 1 根 15m 高排气筒引至屋顶高空排放。

2)机械铸造加工项目

项目位于重庆市合川区大石街道,主要从事汽车配件、摩托车配件、农机配件等机械制品加工生产。

项目在西南侧布置一间 2# 厂房(喷塑厂房),主要对金属制品进行表面处理,包括喷塑,在此工艺工程产生有机废气,以非甲烷总烃计。喷塑废气采用在各工序设置集气罩收集,再经过“UV 光解 + 活性炭吸附”联合处理由 1 根15m 高排气筒排放。

(2)处理效果分析

巴南区东风御风 4S 店项目、机械铸造加工项目处理前后对比间表 1。

从表1 可以看出,有机废气采用“UV 光解+ 活性炭吸附”,处理效率达 95% 以上。

结语

对于有机废气,采用 UV 光解 + 活性炭吸附联合处理, 处理效率达 95% 以上,完全能够满足相关的排放标准。

表 1 有机废气处理前后对比

项目 未处理前 处理后 处理效率 %
产生浓度 mg/m3 产生速率 g/h 排气筒出监测浓度(mg/m3) 排气筒出监测速率(g/h)
4S 喷漆 65.3 653 2.24 28.9 95.57
机械加工 886 886 5.54 13.2 98.51
平均值 / / / / 97.04

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