福利：VOCs废气处理行业实际应用技术与案例深入

        2015年大气法一出，大气污染治理战役随之打响。各级政府也把大气污染控制列为政府的工作重点之一，全国掀起了治理雾霾的热潮。挥发性有机物(VOCs)是雾霾产生的元凶之一，VOCs的排放亦成为环保的一项重大实施工作。地方政府为了应对大气污染治理，地方政府有关部门不惜关停一些涉污生产企业。这也促进生产企业加大了VOCs达标排放的环保设施建设。但目前VOCs达标排放处理的现状却仍乱象丛生，大量原本不是治理有机废气的设备因价格便宜迅速被拉进VOCs废气处理设备行列，走进这个市场，最终就造成了许多企业花钱买“手铐”的悲惨后果。
        造成目前的乱的现象，原因之一是大量中小企业本身盈利不高，如果一时间上动辄几十万乃至上百万的有机废气处理设备是吃不消的；其次是部份VOCs废气处理在缺乏量化分析、无针对相应组分处理方案的前提下，采取一招治理所有的方法，其结果就是非但没有将有害物质进行有效处理，还向大气中排放了新增的污染物。如广东VOCs治理普及率较高的某市，在臭氧检测中竟然多次超标，追溯其主要原因是许多生产企业的VOCs处理设备非但未能将污染物消除，却产生了新的污染物，如“地上魔鬼”的臭氧。
        VOCs中主要包括碳烃化合物、苯及苯系物、醇类、酮类、酚类、醛类、酯类、胺类、腈类、氰类等有机化合物。源于电子、化工、石油化工、涂料、印刷、涂装、家具、皮革等行业生产过程。
        VOCs是大气污染源之一;是引发灰霾、光化学烟雾等大气环境污染问题的元凶之一;是以PM2.5为特征的区域性复合型大气污染物的元凶之一。VOCs可以通过呼吸道和皮肤进入人体后，可能给人的呼吸、血液、肝脏等系统和器官造成暂时性和永久性病变，尤其是苯并芘类多环芳烃能使人体直接致癌，VOCs对人体健康危害极大。
经过走访部分生产企业应用的VOCs处理技术及其效果进行相关的分析：

一、吸附法
吸附原理
吸附法主要是活性炭吸附。活性炭吸附法是目前市场应用最多的处理方法，其吸附原理是利用活性炭具有较大的吸附表面积，VOCs经过活性炭表面与微孔发生物理及化学吸附，从而达到净化气体的效果，活性炭脱附再生或交给专业危废公司处理。
 
案例应用情况
        活性炭的吸附效率一般为90%以上，但在实际除污应用过程中，除污效率达到90%以上只是理论值。而且在实际应用中，其除污效率远比这个理论数值低。主要原因是活性炭吸附是有选择性的，对于VOCs的沸点、饱和蒸气压以及VOCs废气的温度、、酸度、灰尘许多企业一概不考虑，所以导致活性炭吸附效率较低。处于成本考虑，活性炭更换频次较低，检测手段几乎没有，活性炭吸附饱和了也不知道，造成初次填装管用，时间一长就处于连过滤的效果都起不到的摆设设备。

存在问题
        一次性活性炭吸附法处理VOCs的运维费用是十分高昂的，活性炭吸附饱和时间较短，用量较大，一是市场上活性炭最便宜的也要4000元一吨，购买与处理都需要很大费用。所以报出了许多企业活性炭设备的许多问题，如：炭箱内没有活性炭，活性炭设施过于简陋、几乎不换炭，活性炭选用与实际设计不符，使用量过少等。但环保部门终会有所行动的，存在着巨大环保风险。活性炭自然吸、脱附管理难、适用性受多种因素影响，不适合含粉尘、水汽、乳状物等废气处理，难稳定环保达标。且大量饱和后的活性炭处理更耗费巨大，该方法仅是将污染物吸附转移，如对饱和后活性炭转移过程无严格把关跟踪，则极易造成二次污染。

活性炭并长期不更换
二、低温等离子VOCs处理技术
技术原理
        低温等离子废气处理设备通过电场高压放电产生第四种状态的等离子体态，由于温度为常温所以称为低温等离子体。等离子体内部产生富含极高化学活性的粒子，如电子、离子、臭氧和激发态分子等。理论上有机废气与这些具有较高能量的活性基团发生反应，部分会被裂解，最终转化为二氧化碳和水等物质，从而达到净化废气的目的。

低温等离子设备

实际应用
        国内大部分低温等离子体设备生产企业对于等离子原理认识不深，为了迅速杀入市场，将油烟净化器改装，作为等离子设备出售，由于价格便宜，深受用户青睐。市场上谈到等离子处理效率，基本上都会提到这类设备的去除率达到80%以上。在实际处理工业VOCs过程中，这种低温等离子体技术设备对有机废气的降解基本无效和会生成污染副产物——臭氧，其降解效率较低，而VOCs的易燃性令其安全性备受关注。

面临问题
        现大量使用的小功率低温等离子体是过去餐厨行业用于油烟处理的,其不适合VOCs处理，且生成副产物和大量的臭氧。国内真正低温等离子设备因价格高而被冷落，价值天津低温等离子爆炸又给低温等离子设备戴了黑帽。
用于餐厨油烟的低温等离子体技术在短时间内对包括芳香类化合物的有机废气处理效率是很低的，主要是生成中间产物。如采用大功率等离子体在稳定的有机废气中，也要在一定的时间内才有处理效果。而对于工厂源源不断高速排出的VOCs废气，由于停留时间过短，且功率较低，其处理效率很低并会次生很多中间副产物，导致VOCs成分变复杂(这些副产物的危害性可能更大)、同时设备运行时会产生大量无用臭氧。且有机废气绝大部分是易燃、易爆的化合物。等离子体运行时的拉弧极易引爆VOCs，天津爆炸事件已令社会对其的安全性质疑，故该技术在各地被禁用已日逐增加。

某企业低温等离子设备爆炸事故现场

目前市场上真正能够管用的是DBD双介质阻挡放电低温等离子
DBD双介质阻挡放电废气处理技术简介
介质阻挡放电是一种获得高气压下低温等离子体的放电方法，这种放电产生于两个电极之间。介质阻挡放电可以在0.001~10×10⁵ Pa的气压下进行，具有辉光放电的大空间均匀放电和电晕放电的高气压运行的特点。整个放电是由许多在空间和时间上随机分布的微放电构成，这些微放电的持续时间很短，一般在10 ns量级。介质层对此类放电有两个主要作用：一是限制微放电中带电粒子的运动，使微放电成为一个个短促的脉冲；二是让微放电均匀稳定地分布在整个面状电极之间，防止火花放电。因此，双介质阻挡放电具有放电温度低，不容易点燃易燃易爆的气体。另外介质阻挡放电由于电极不直接与放电气体发生接触，从而避免了电极的腐蚀问题。
但双介质阻挡放电的电极结构怕水、灰尘、气溶胶和焦油的污染。在被处理的废气中如果存在这些工况，则需要采取其它的相应措施滤除这些颗粒物的污染。
 
三、UV光氧催化
处理原理
光催化废气处理设备的技术是利用185/254nm紫外线波段，在催化剂的作用下，将VOCs转化成二氧化碳和水。紫外线照射过程中会产生臭氧，会将一部分VOCs分子氧化还原成二氧化碳和水。

光催化氧化现场示意图

实际应用
      大部份应用于VOCs处理的UV光催化处理设备使用的是过去除臭杀菌的紫外线灯管，通常采用183/254nm波长紫外光管，将能量主要用于转换臭氧，用普通二氧化钛材料作为催化剂，去除VOCs，但需要较长时间，设备体积庞大。实际现在使用的UV光催化处理VOCs设备废气停留时间较短，能量较低，灯管不知不合理，甚至设备里面没有灯管过灯管数量较少。所以基本处于无效率的状态。

面临问题
在UV光催化氧化技术应用中，包括UV管的波长、数量、能量大小、光催化材料、反应时间、相对湿度、灰尘颗粒物等都是处理VOCs成败的要素。目前普遍认为光催化氧化法能够将VOCs完全降解生成无毒无害的CO2和H2O等，但是在使用中由于反应时间太短，挥发性有机物在光催化氧化反应会生成酮、醛等更恶毒的中间产物和大量的臭氧。
近年来工业城镇造成臭氧超标的其中因素就是滥用等离子体和产臭氧的UV光催化氧化设备。由于这两类设备都是试图通过将空气中的氧转变成臭氧后通过化学反应消解工业废气的技术，但因反应条件的制约，使产生的臭氧转换成自由基和负氧离子的效率极低，同时因反应时间过短，导致设备产生的大部分臭氧未能实现对VOCs处理而直接排放。


真正管用的光解技术准分子光解
准分子紫外线灯管对VOCs物质直接照射，利用紫外灯管发出的具有高能量的紫外光来使得VOCs物质分解。其原理是紫外光照射含VOCs的混合气体产生强氧化性羟基自由基和超氧自由基，这两种自由基将VOCs氧化成二氧化碳和水
UV-172nm准分子紫外线（Excimer UV）灯简介：
  一、所发出UV光之中心波长为172nm，频宽仅10 ~ 12nm，且不产生红外光。加诸于灯管之电力(Electric power)为15Watt / cm，照射强度(intensity)为50mW / cm2以上，为同类产品中最强者。
    二、其气体放电(Gas discharge) 于可见光区域呈现蓝绿色，而灯管内放电(Discharge)之各种变化，譬如Micro-discharge亦清晰可见。
    三、灯管寿命则视使用情况(即使用时之输出)而定，约12000小时。现有之灯管长度可为200、300、600mm，但亦可生产1公尺以上之灯管。   
 Excimer UV光照射法优点，所发出之紫外光的波长范围非常窄，属单一短波长(monochromatic)型态，可于大气压下进行连续性处理，不产生高温，且处理效果佳，设备简单及弹性大，制程加工不需做大幅度之变动。
案例表

四、焚烧法
设备原理
焚烧技术有直燃式焚烧（TO）、蓄热式焚烧（RTO）和蓄热式催化焚烧（RCO）和催化燃烧（CO）。其原理是通过高温燃烧或者添加催化剂进行低温燃烧，利用高温将有机废气氧化为水和二氧化碳。

燃烧法现场示意图
应用效果
燃烧法已作为主要的有机废气处理设备应用与各行业。作为目前处理效率和效果相对理想的工艺，虽然它的价格相对昂贵且运行费用不低，但已被大部分专家和部分地市环境主管部门认可，甚至制定为主要治理工艺。
存在问题
因焚烧设备的燃烧室内温度一般不低于760℃，甚至高达1100度。直燃式焚烧炉比较耗能，非一般企业所能承担，直燃式一般后面加余热锅炉以产生蒸汽回收部分热能。蓄热式燃烧则耗能较低，因为蓄热效率最高可达95%以上，在VOCs浓度较低时亦可自持燃烧。在有机废气的催化燃烧（RCO）工艺中，由于采用自来水作为水喷淋进行预处理，水中的氯离子及有机物质自带的氯离子在催化燃烧室内（200~500度）极易生成二噁英。而VOCs处理设备上均无高温高温装置用于促使二噁英的分解，因此，气体在燃烧过程中产生的二噁英将直接排放至到大气。所以催化燃烧前尽量避免使用洗涤工艺。

图为二恶英产生途径，其毒性参考分析
焚烧类应用案例展示
直燃式废气、废液焚烧炉案例


蓄热式焚烧炉案例


催化燃烧案例