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VOCs治理常用技術(shù)“痛點(diǎn)”（下）

時(shí)間：2022-08-05

亞德環(huán)保導(dǎo)讀：任何VOCs治理技術(shù)都有其最適使用范圍，VOCs治理并不是可一招打天下，任何技術(shù)關(guān)鍵是如何正視其優(yōu)缺點(diǎn)，并知道如何用好/規(guī)避它們。

光催化氧化法的技術(shù)“痛點(diǎn)”

現(xiàn)應(yīng)用的光催化廢氣處理設(shè)備的技術(shù)是利用特種紫外線波段，在特種催化氧化劑的作用下，將氧氣催化生成負(fù)氧離子，再將廢氣分子氧化還原的一種特殊處理方式。

國內(nèi)運(yùn)用的光催化氧化的治污設(shè)備，通常采用雙波長紫外光管，采用二氧化鈦材料作為催化劑，制造其的環(huán)保公司對(duì)設(shè)備的除污參數(shù)，基本上都會(huì)提到這類設(shè)備的除污效率達(dá)到80% 以上。實(shí)際上現(xiàn)市場的光催化氧化法處理設(shè)備采用的紫外光管降解VOCs 受催化材料、粉塵、反應(yīng)時(shí)間、濕度、廢氣濃度等影響甚大，同時(shí)如無可控技術(shù)，會(huì)生成中間副產(chǎn)物并加大了污染排放。存在巨大環(huán)保責(zé)任風(fēng)險(xiǎn)。

（1）光催化材料的影響

光催化氧化技術(shù)的微觀反應(yīng)原理是：當(dāng)催化劑被一定光強(qiáng)的光照射時(shí)，根據(jù)半導(dǎo)體電子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，催化劑中會(huì)發(fā)生電子躍遷，即電子（e -）會(huì)從充滿的價(jià)帶躍遷到空的導(dǎo)帶，從而留下氧化性極強(qiáng)的帶正電的空穴（h +）。若采用市面上的二氧化鈦（建材）材料，而不是銳鈦礦型（光觸媒介）二氧化鈦光觸媒（性價(jià)比等同碳與鉆石），完全沒有催化光解功效。

（2）生成副產(chǎn)物

目前普遍研究認(rèn)為光催化氧化法能夠?qū)OCs 完全降解生成無毒無害的CO2 和H2O等，但是在實(shí)際工程實(shí)踐中VOCs 的光催化氧化反應(yīng)會(huì)生成酮、醛等中間產(chǎn)物，對(duì)環(huán)境造成二次污染。如下表所示實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

由上表可見，UV 光解產(chǎn)生很多中間副產(chǎn)物，成分更復(fù)雜，可揮發(fā)性、可遷移性、毒性更高。在企業(yè)工廠的實(shí)際應(yīng)用中，一定風(fēng)量的VOCs 的光催化氧化反應(yīng)會(huì)生成酮、醛等中間產(chǎn)物與臭氧，這些產(chǎn)物可能成分更復(fù)雜、毒性更大，對(duì)環(huán)境造成二次污染。部分使用企業(yè)因?qū)υO(shè)備不甚了解，購買了毫無效果的設(shè)備也不清楚。

（3）反應(yīng)時(shí)間的影響

在企業(yè)工廠的實(shí)際應(yīng)用中，會(huì)不斷的排放VOCs，因此VOCs 在通過光催化氧化法處理設(shè)備的時(shí)間很短，從而導(dǎo)致了降解率偏低，達(dá)不到應(yīng)有的標(biāo)準(zhǔn)。

由上面的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖可見，短時(shí)間內(nèi)（1 秒鐘左右時(shí)間），單獨(dú)紫外光設(shè)備對(duì)VOCs 降解率很低。在單獨(dú)UV 光解技術(shù)應(yīng)用中，即使延長反應(yīng)時(shí)間，對(duì)VOCs 的降解率也在10% 以內(nèi)（正如國內(nèi)某知名紫外線燈管廠所介紹的，沒有在反應(yīng)區(qū)留滯三秒以上，基本沒有效果），不但滿足不了工業(yè)治污應(yīng)用，還產(chǎn)生很多副產(chǎn)物污染氣體。

（4）相對(duì)濕度影響

從上圖的數(shù)據(jù)可以看到，隨著濕度增大，在濕度50% 時(shí)，降解率升到一個(gè)極點(diǎn)。但隨著濕度增大，降解率又開始下降。所以光催化氧化法不是越干燥越好，也不是濕度越高就越好。UV 光生成的臭氧，需要與部分水汽反應(yīng)生成氫氧自由基或負(fù)氧離子增強(qiáng)介質(zhì)的反應(yīng)活性才可能增大與VOCs 的反應(yīng)幾率。

總之，單獨(dú)的紫外光解技術(shù)的弊端是，受催化劑、濕度、灰塵顆粒物的影響，紫外燈大部份能量用于產(chǎn)生臭氧，短時(shí)間光解VOCs 做不到徹底，反而產(chǎn)生更復(fù)雜的中間副產(chǎn)物，造成二次污染，此外，如果采用市面上的二氧化鈦材料，不是銳鈦礦型二氧化鈦光觸媒，完全沒有催化光解功效。

因此，我們可以分析出，在企業(yè)工廠實(shí)際生產(chǎn)中，催化氧化法處理設(shè)備對(duì)VOCs 的降解率比較低，經(jīng)光解排出的氣體中VOCs 會(huì)超出國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，而且還會(huì)產(chǎn)生的臭氧，存在造成環(huán)境的二次污染的風(fēng)險(xiǎn)。

生物法的技術(shù)“痛點(diǎn)”

生物法原理：利用微生物對(duì)廢氣中的污染物進(jìn)行消化代謝，實(shí)質(zhì)上是一種氧化分解過程，它通過附著在介質(zhì)上的活性微生物來吸收VOCs，將污染物轉(zhuǎn)化為無害的水、二氧化碳及其它無機(jī)鹽類。

適用范圍：以微生物可分解物質(zhì)為主，污染物為微生物的食物來源，可以生物處理的污染物包括：碳?xì)溲踅M成的各類有機(jī)物、簡單有機(jī)硫化物、有機(jī)氮化物、硫化氫及氨氣等無機(jī)類。要求小氣量、低濃度、排氣連續(xù)、廢氣處理容氣大，雖處理過程比較環(huán)保, 但運(yùn)維較為復(fù)雜。

（1）適用性

目前，生物法僅限用于處理低濃度VOCs，不適合用于源源不斷地排放VOCs 的實(shí)際工況治理，如何將這些技術(shù)和方法用于高濃度VOCs 的治理有待于研究。此外，生物需要在一定的pH 緩沖液、適宜的溫度及一些鹽分如NH4NO3、K2HPO3 等營養(yǎng)元素才能生長。一旦改變pH、溫度或者鹽分，可能會(huì)導(dǎo)致微生物失水死亡。

（2）氣液混合

影響污染物去除率的關(guān)鍵過程是將污染物從氣相轉(zhuǎn)移到液相中，目前的大部分研究是對(duì)于易溶物和易降解污染物進(jìn)行處理，在實(shí)際應(yīng)用中將會(huì)受到一定的限制。開發(fā)出適合于難降解和疏水性污染物處理工藝就顯得尤為困難。

（3）堵塞問題

生物法所用填料的比表面積、孔隙率等直接影響反應(yīng)器的生物量以及整個(gè)填充床的壓降及填充床是否易堵塞間題，污染物完成從氣相到液、固相傳質(zhì)過程，在兩相中的分配系數(shù)是處理工藝可行性的決定因素。

（4）操作問題

難實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，以提高對(duì)各運(yùn)行參數(shù)的控制能力，維護(hù)費(fèi)用高和發(fā)生故障的次數(shù)多。菌種培育困難，難篩選出高效降解各種VOCs氣體的優(yōu)勢菌種；反應(yīng)場地約束，反應(yīng)裝置占地面積大、反應(yīng)時(shí)間較長，設(shè)備交易形成擺設(shè)。

燃燒法的技術(shù)“痛點(diǎn)”

燃燒法主要分為蓄熱式燃燒技術(shù)（RTO）和催化燃燒技術(shù)（RCO）、TO、CO等。其原理是通過直接燃燒或者添加催化劑進(jìn)行低溫燃燒，利用“燒”將有機(jī)廢氣徹底降解為水和二氧化碳。

燃燒法作為目前處理效率和效果相對(duì)理想的工藝，雖然它的價(jià)格相對(duì)昂貴且運(yùn)行費(fèi)用不低，但已被大部分專家和部分地市環(huán)境主管部門認(rèn)可，甚至制定為主要治理工藝，但VOCs治理涉及行業(yè)眾多，市面上從數(shù)量上來講，或許不到1%的用戶有條件考慮焚燒工藝，此工藝投資大，運(yùn)維成本高。

（1）非催化類燃燒

因蓄熱燃燒（RTO）方式的燃燒室內(nèi)溫度一般不低于750度，特別是TO爐甚至高達(dá)1000度，因此，會(huì)產(chǎn)生燃料型氮氧化物。氮氧化物按生成機(jī)理的不同分為三類：熱力型、快速型和燃料型，其中燃料型占60%_95%。在生成燃料型NOx過程中，首先是含有氮的有機(jī)化合物或空氣中的氮?dú)饨?jīng)過熱裂解產(chǎn)生N，CN，HCN和等中間產(chǎn)物基團(tuán)，然后再氧化成NOx。

因此，非催化燃燒所需的燃燒溫度較高，雖然高溫有利于VOCs 的去除，但同時(shí)會(huì)產(chǎn)生一些不良的后果：像直接燃燒法，燃燒溫度過高會(huì)導(dǎo)致煙氣中產(chǎn)生二次污染；對(duì)于蓄熱式熱力燃燒法，燃燒溫度過高容易導(dǎo)致切換閥門等精密部件損壞。

（二）催化類燃燒

在有機(jī)廢氣的催化燃燒（RCO）工藝中，若采用自來水作為水噴淋進(jìn)行預(yù)處理，水中的氯離子及有機(jī)物質(zhì)自帶的氯離子在催化燃燒室內(nèi)（200~500度）極易生成二噁英。

而VOCs處理設(shè)備上均無高溫高溫裝置用于促使二噁英的分解，因此，氣體在燃燒過程中產(chǎn)生的二噁英將直接排放至到大氣。再者，又因催化劑的存在，所以對(duì)VOCs廢氣組成要求較高，當(dāng)廢氣中含有粉塵、水蒸氣和S、Cl 等元素時(shí)容易導(dǎo)致催化劑堵塞、中毒、失活。