VOCS废气治理——活性炭吸附法

有机废气的处理方法有很多不同的分类标准，按照污染物的去向大体可分为：回收法和消除法。按照处理反应原理主要可以分为物理法、化学法、生物法以及多种方式复合联用。按照技术研究时间分类，有机废气的治理技术可分为传统技术与新型技术。

(1)燃烧法

燃烧法用于处理低浓度VOCs气体与恶臭的化合物很有效，其原理是用过量的空气使这些杂质燃烧，大多数生成二氧化碳和水蒸气，可以放空。但处理含氯和含硫的有机化合物时，燃烧产物中有HCl或SO2，需要对燃烧气体进一步处理。

燃烧法有两种，可分为直接火焰燃烧和催化燃烧。直接火焰燃烧是一种有机物在气流中直接燃烧和辅助燃烧的方法，温度一般高于650℃，需要消耗较多的燃料，但操作简单，投资低。大多情况下，有机物浓度较低，不足以在没有辅助燃料时燃烧。催化燃烧是有机物在气流中被加热，在催化床层作用下，加快有机物化学反应的方法。催化剂的存在使有机废气在热破坏时比直接燃烧法需要更少的保留时间和更低的温度。

（2）吸附法

吸附法主要用于成分单一、气流稳定的有机废气净化，成功运用吸附法处理的有机废气有丙酮废气、沥青废气、喷漆有机废气（甲苯、二甲苯、苯等）、醋酸乙酯、涂料生产废气（二甲苯）、苯乙烯、有机溶剂等。吸附剂吸附有机废气的效果与吸附剂种类、废气种类、性质、人工沸石、炉灰渣等有关。其中，活性炭性能，其去除效率高，因而应用最广泛。吸附法与其他方法相比具有去除效率高，净化彻底，电耗低，工艺成熟，易于推广实用的优点，具有很好的环境和经济效益。活性炭多呈粉末或颗粒状，大部分情况下不能直接用于各种净化设备中，必须使活性炭具有一定形状和支撑强度才能使用，经过特殊工艺处理后，活性炭能产生丰富的微孔结构，这些人眼看不见的微孔能够依靠分子力，吸附各种有害气体和液体分子，从而达到净化的目的。但当废气中有胶粒物质或其它杂质时，活性炭的吸附孔容易堵塞，从而使吸附剂失效。

（3）吸收法

吸收法处理有机废气主要利用有机废气能与大部分油类物质互溶的特点，用高沸点、低蒸汽压的油类作为吸收剂来吸收废气中的有机物，再利用有机分子和吸收剂物理性质的差异进行分离的控制技术。吸收效果主要取决于吸收剂的吸收性能和吸收设备的结构形式。吸收系统一般由吸收、解吸两大部分组成。吸收设备的选择原则是：气液接触面积大，阻力小，易操作，运行稳定等。常用的吸收设备是填料塔。吸收剂的选择原则：对目标废气溶解度大，选择性强，蒸汽压低，无毒且化学稳定性好等。一般采用液体石油类物质、表面活性剂和水组成乳液作为吸收液。

（4）冷凝法

冷凝法是脱除和回收有机废气最简单的方法。其基本原理是气态污染物在不同温度和不同压力下具有不同的饱和蒸汽压。当降低温度或加大压力时，某些污染物会凝结而出，从而达到净化和回收的目的。通常借助不同的冷凝温度而达到分离不同污染物的目的。

冷凝法要达到较高的净化要求，往往需要较低的冷却温度，必要时还要增大压力，这必然会增加处理的难度和费用（主要是能耗费）。因而实际应用中，冷凝法常常与吸附、吸收、燃烧等净化手段联合使用，以达到降低运行费用、提高回收、净化率的目的。

（5）膜分离法

膜分离法是一种新的高效分离法，其中心部分为膜元件。膜分离技术的基本原理是：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、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有机蒸汽和空气透过膜的能力不同，而将二者分开的。它由两个步骤组成：首先，压缩和冷凝有机废气，压缩后的混合物进入冷凝器中冷却，冷凝下来的液态有机废气即可回收，而未冷凝的部分通过膜分离单元分成两股物流。渗透物流含大部分有机物，返回压缩进口；未透过的为除去了有机物的物流，从系统排出，为了保证渗透过程的进行，膜的进料侧压力要高于渗透后物流的压力。

膜分离法常用来回收脂肪族和芳香族碳氢化合物，如丁烷、三氯乙烯、丙酮、甲醇、环氧乙烷等。它用于气体净化上的优点是投资费用低，分离因子大，分离效果好（即净化效果好）；由于过程中不发生相变，相变能量，操作简单，控制方便，操作弹性大，无二次污染。

（6）脉冲电晕法

脉冲电晕法去除有机废气的基本原理是通过前沿陡峭、脉冲窄（纳秒级）的高压脉冲放电，在常温常压下获得非平衡等离子体，即产生大量高能电子和· O、· OH等活性自由基，对废气中的污染物进行氧化降解反应，使污染物最终转化为无害物的方法。具体机理可概括为：（1）高能电子直接作用于有机污染物，污染物分子受到碰撞激发或离解形成相应基团和自由基。（2）高能电子与气态污染物中所含的空气及其它分子作用产生新的自由基和激发态物质活性粒子及氧化性极强的自由基，通过高活性的自由基将有机物彻底氧化或者活性基团从高能激发态向下跃迁产生紫外光，紫外光直接与有害气体反应而使气体分子键断裂从而得以降解。

     该法具有系统工艺简单、操作方便、过程容易控制、能耗低、回收率高、且无二次污染等优点，其对含苯类废气处理效果较为显著，适宜对该类废气进行处理。不足之处是该技术适用于浓度较低的有机废气处理，过高的负荷不利于有机废气的彻底降解，且对其废气的湿度要求比较高，如果废气湿度较大，电极间的空气容易被击穿，会明显影响设备的处理效率，因此对于含湿度较大的废气需经过除雾设备后再进行脉冲电晕法。

（7）吸附—催化氧化技术

催化氧化法是使废气中的污染物在催化剂作用下被氧化。吸附—催化氧化技术是将吸附法与催化氧化法相结合的一种污染物控制技术。该法的机理为：有机废气进入吸附床进行吸附，通过加热吸附床，使吸附的有机废气脱附，脱附出的有机废气进入催化氧化装置，在300℃下进行催化氧化。该法适用于大气量、低浓度有机废气处理。

（8）生物法

生物法净化是近年来发展起来的一种高新的有机废气净化技术。 利用生物法处理挥发性有机废气的原理是利用驯化后的单一或者混合微生物在新陈代谢过程中以污染物作为碳源和氮源，将各种有机化合物和某些无机物进行生物降解，最终分解成H2O和CO2，从而有效去除工业废气中的有机污染物。处理过程一般可以分为以下3步：（1）污染物由气相到液相的传质过程；（2）通过扩散和对流，污染物从液膜表面扩散到生物膜中；（3）微生物将污染物转化为生物物质、新陈代谢副产物以及二氧化碳和水。生物法净化技术具有设备简单、运行费用低、较少形成二次污染等优点，尤其是在处理低浓度、生物可降解性好的有机废气。例如酯类、醇类等具有明显的去除效果，对于含苯、甲苯、二甲苯等有机废气，微生物经过驯化后也可达到较高的处理效率，而对于一些有生物毒性的有机废气如卤代烃类，生物净化法并不适合。

     常见的生物处理工艺包括生物过滤法、生物滴滤法、生物洗涤法、膜生物反应器和转盘生物过滤反应器法。目前，在有机废气处理方面，膜生物反应器和转盘式生物过滤反应器还只限于实验室研究阶段。

 几种VOCs处理工艺的性能比较

l  活性炭吸附法工艺

（1）工艺流程

  （2）工艺流程说明

有机废气在系统尾部风机所创造的负压条件下，经风管进入活性炭吸附系统，与活性炭充分接触，在其中进行气尘吸附捕集、除味、氧化等过程，经该工艺处理后有机废气各项指标有效去除后，最终清洁气体通过离心风机抽到高位烟囱达标排放，从而有效的解决了环境空气污染问题。

活性炭吸附具有比表面积大、良好的选择性吸附、吸附容量大、来源广泛价格低廉等特点。活性炭的活性再生周期与有机废气浓度、工作时间和吸附速率等因素有关，更换周期一般在3-6个月。活性炭吸附剂的再生一般通入蒸汽加热降解淑芬周或者寻求专业再生企业对活性炭进行再生可实现重复使用。本项目采用更换后，活性炭由专业再生回收公司进行处理，以实现节约资源，降低废气治理工艺的运行费用。

（3）活性炭吸附塔设计

活性炭过滤系统设计成抽屉式的过滤塔结构，它是一个多层同步过滤装置，增加了有机废气与活性炭的接触面积，从而减小了设备的体积。具有通风阻力小、更换方便、设备标准化等特点。

空塔气速为气体通过吸附塔整个横截面的速度。空塔气速的选择，不仅直接决定了吸附器的尺寸和压降的大小，而且还会影响吸附效率。气速过小，吸附塔尺寸、吸附剂用量会很大，使成本及运行成本升高，不经济；气速过大，则压降会增大，使吸附效率受到影响。