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主讲人：李帅有机废气来源及危害有机废气主要处理工艺低温等离子技术纳米TiO2光催化技术微波催化技术一、有机废气来源及危害1.1、有机废气的定义挥发性有机废气又称VOCs，其主要是指常温下饱和蒸气压大于70Pa、常压下沸点在260℃以下的有机化合物，或在20℃条件下蒸汽压大于或等于0.01kPa具有相应挥发性的全部有机化合物的统称。主要包含烃类（烷烃类、烯烃类、芳香烃类）、酮类、酯类、醇类、酚类、醛类、胺类、腈（氰）类等等1.2、有机废气的来源行业产生有机废气的来源石化类石油化工、石油炼制医药化工有机化工有机化学原料、合成材料、塑料制品表面涂装类交通运输设备制造、通用设备及专用设备制造、电器机械及器材、机械制造………………1.3、有机废气的危害有机废气类型危害苯类有机物损害人的中枢神经,造成神经系统障碍,当苯蒸气浓度过高时(空气中含量达2%),可以引起致死性的急性中毒多环芳烃有机物致癌性苯酸类有机物使细胞蛋白质发生变形或凝固,致使全身中毒腈类有机物可引起呼吸困难、严重窒息、意识丧失直至死亡有机物硝基苯影响神经系统、血相和肝、脾器官功能,皮肤大面积吸收可以致人死亡芳香胺类致癌,二苯胺、联苯胺等进入人体可以造成缺氧症有机氮化合物致癌有机磷化合物降低血液中胆碱脂酶的活性,使神经系统发生功能障碍有机硫化合物低浓度硫醇可引起不适,高浓度可致人死亡………………1.4、有机废气的相关排放标准行业标准：《大气污染物综合排放标准》（GB16297－1996）《恶臭污染物排放标准》（GB14554－93）主要标准：《炼焦炉大气污染物排放标准》（GB16171－1996）《饮食业油烟排放标准（试行）》（GB18483－2001）《储油库大气污染物排放标准》（GB20950－2007）《汽油运输大气污染物排放标准》（GB2095－2007）《加油站大气污染物排放标准》（GB20952－2007）《合成革与人造革工业污染物排放标准》（GB21902－2008）地方标准：北京市：《炼油与石油化工行业大气污染物排放标准》（DB11/447－2007）《大气污染物综合排放标准》（DB11/501－2007）广东省：《家具制造行业挥发性有机化合物排放标准》（DB44/814－2010）《包装印刷行业挥发性有机化合物排放标准》（DB44/815－2010）《表面涂装（汽车制造业）挥发性有机化合物排放标准》（DB44/816－2010）《制鞋行业挥发性有机化合物排放标准》（DB44/817－2010）二、有机废气主要处理工艺由有机废气的来源可以看出，其来源广泛，并且种类繁多、成分复杂、性质各异，所以针对针对不同的来源、组成就需要不同的一种工艺或多种工艺去处理。有机废气的末端控制技术主要包括两大类：即回收技术和销毁技术。回收技术主要是通过改变温度、压力或者吸附剂和选择性透过膜等物理方法，对有机污染物进行富集分离，继而完成处理。销毁技术主要是通过化学或者生化反应，用热、光、电、催化剂或者微生物等方式将有机化合物转化为二氧化碳和水等无害化合物的方法。回收技术吸附技术吸收技术冷凝技术膜分离技术吸附法：吸附法利用某些具有吸附能力的物质如活性炭、硅胶、沸石分子筛、活性氧化铝等具有多孔材料吸附有害成分而达到消除有害污染的目的。微孔和介孔材料已被广泛应用于吸附过程。然而，在实践中遇到的最常见的多孔材料（如活性炭，硅胶和分子筛）的一些缺点，如低的吸附能力，易燃性，并有与再生有关的其他问题。因此，人们一直专注新型多孔材料的吸附能力，快速反应动力学和高可逆性。吸附法的优点在于去除效率高、能耗低、工艺成熟、脱附后溶剂可回收。缺点在于是设备庞大，流程复杂，投资后运行费用较高且有二次污染产生，当废气中有胶粒物质或其他杂质时，吸附剂易中毒。溶剂吸收法：以液体溶剂作为吸收剂，使废气中的有害成分被液体吸收，从而达到净化的目的，其吸收过程是根据有机物相似相溶原理，常采用沸点较高、蒸气压较低的柴油、煤油作为溶剂，使VOC从气相转移到液相中，然后对吸收液进行解吸处理，回收其中的VOC，同时使溶剂得以再生。该法不仅能消除气态污染物，还能回收一些有用的物质，可用来处理气体流量一般为3000～15000m3/h、浓度为0.05%～0.5%（体积分数）的VOC，去除率可达到95%～98%。该法的优点在于对处理大风量、常温、低浓度有机废气比较有效且费用低，而且能将污染物转化为有用产品。但溶剂吸收法仍有不足之处，由于吸收剂后处理投资大，对有机成分选择性大，易出现二次污染。因而在处理VOC时需要选择多种不同溶剂分别进行吸收，较大增加了成本与技术复杂性。另外，有机物在吸收剂中的溶解度、有机废气的浓度、吸收器的结构形式，如填料塔、喷淋塔，液气比、温度等操作参数等均为吸收法的影响因素，任何一项发生改变将或多或少影响到吸收法效用。冷凝技术：这是按照气态污染物在压力下以及温度的区别中具有各种的饱和蒸汽压，能经过减少温度以及提高压力让部分气态污染物凝结成液体，符合净化、回收的作用。冷凝法使用费用不低，需要附属冷冻设备，主要应用于制药、化工行业。适用在高浓度和高沸点VOCs的回收，对于低浓度有机废气很难使用；单纯的冷凝法常常无法符合规定的分离要求，所以一直被吸附、燃烧等净化高浓度废气的预处理过程。膜分离技术：膜分离技术是使用对有机物具有选择渗透性的聚合物膜,在压力驱动下进行VOC的渗透分离。该膜对有机蒸汽较空气更易于渗透10～100倍。当废气与膜表面接触时，有机物可以透过膜，进而使有机物和空气分离开来，达到对有机物进行回收的目的。为了保证过程的运行，在膜的进料侧使用压缩机或渗透侧使用真空泵，使膜的两侧形成压力差，达到膜渗透所需的推动力。膜分离技术与其他回收技术相比，其回收效率高，同时不会产生二次污染。但其不足之处是投资高，因此，通常用于处理高浓度、较小流量的有机废气，一般用于回收具有高价值的VOCS，例如卤化碳氢化合物等。热力焚烧技术微波催化技术光催化技术等离子体技术生物技术销毁技术热力焚烧技术：热力焚烧技术分为直接燃烧法、催化燃烧法和浓缩燃烧法。其破坏机理是氧化、热裂解和热分解，从而达到治理VOCs的目的。热力焚烧技术适合小风量，高浓度的气体处理，对于连续排放气体的场合,使用设备简单，投资少，操作方便，占地面积少，另外可以回收利用热能，气体净化彻底。由于热力焚烧技术是催化燃烧，所以要求的起燃温度低，大部分有机物和CO在200～400℃即可完成反应，故辅助燃料消耗少，而且大量地减少了氮化物的产生，适用于较多场合。但热力焚烧技术有燃烧爆炸危险，热力燃烧需消耗燃料，不能回收溶剂。而热催化氧化法中不允许废气中含有影响催化剂寿命和处理效率的尘粒和雾滴，也不允许有使催化剂中毒的物质，以防催化剂中毒，因此采用催化燃烧技术处理有机废气必须对废气作前处理。生物处理法：生物处理技术应用于有机废气的净化处理是近几年才开始的，是一项新兴的技术。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式生物过滤反应器法。生物膜法是利用微生物的新陈代谢过程对多种有机物和某些无机物进行生物降解，生成CO2和H2O，进而有效去除工业废气中的污染物质。该法具有设备简单，运行维护费用低，无二次污染等优点。但对成分复杂的废气或难以降解的VOC，去除效果较差,体积大和停留时间长，选用不同的填料其降解有机废气的效果参差不同。吸附法和催化燃烧法已经有了工程规范催化燃烧法工业有机废气治理工程技术规范(HJ2027-2013)［S］吸附法工业有机废气治理工程技术规范(HJ2026-2013)［S］但由于回收技术中的吸收法、吸附法、冷凝法和焚烧技术等均有着或多或少的缺陷。吸附法中不同的吸附剂对有机废气的吸收量不同，而且吸附剂价格比较昂贵；直接燃烧法和催化燃烧法投资费用较高，且不适用与常见的低浓度的有机废气处理；吸收法难以处理化学性质稳定且难溶于水的有机废气，同时也容易造成二次污染问题；基于这些方法的不足之处，挥发性有机废气的处理新技术成为了新的研究方向。三、低温等离子体技术等离子体是继固态、液态、气态之后的物质第四态，当外加电压达到气体的着火电压时，气体分子被击穿，产生包括电子、各种离子、原子和自由基在内的混合体。等离子体依据其粒子温度可分为热平衡等离子体和非平衡等离子体。前者也称热等离子体体系中各种粒子温度接近相等,约为5×103～2×104K,由稠密气体(常压或高压)电弧放电或高频放电产生.后者也称低温等离子体，由稀薄气体(低压下)激光、射频或微波等激发放电产生,其电子温度高达104K以上,能够有效地激活分子引发化学反应,而气相主体却可以保持较低的温度300～500K。3.1、低温等离子的概念3.2、低温等离子技术原理低温等离子技术是指在电场作用下，高频放电产生瞬间高能，进而可以使有机废气分子中的化学键断裂，分解成无害分子或单质原子，并且在产生等离子体的过程中，会有高能电子、正负离子、激发态粒子和具有强氧化性的自由基的产生，这些附属产物可以氧化有机废气中的分子。其等离子的产生具有多样性，主要类型有：电晕放电（coronadischarge）、辉光放电（glowdischarge）、介质阻挡放电（dielectricbarrierdischarge）、射频放电(radiofrequencydischarge)、以及微波放电(microwavedischarge)等。电晕放电（coronadischarge）气体介质在不均匀电场中的局部自持放电。最常见的一种气体放电形式。在曲率半径很小的尖端电极附近，由于局部电场强度超过气体的电离场强，使气体发生电离和激励，因而出现电晕放电引。辉光放电（glowdischarge）：低压气体中显示辉光的气体放电(空气中的电子大概在1000对/cm,由于高压放电现象在低气压状态下会产生辉光现象）现象，即是稀薄气体中的自持放电（自激导电）现象。自持放电所属现代词，指的是不依赖外界电离条件，仅由外施电压作用即可维持的一种气体放电。介质阻挡放电（dielectricbarrierdischarge）：是有绝缘介质插入放电空间的一种非平衡态气体放电又称介质阻挡电晕放电或无声放电。射频放电(radiofrequencydischarge)：是介于电晕放电和介质阻挡放电两者之间的一种特殊形式。其原理可用电晕放电来解释，只是将另一电极移至无穷远处而只有一个电极。由于射频单电极电晕放电只有一个电极，并且可以在大气压下工作，只要有足够高的电压和频率，即可获得稳定的大范围的电晕放电微波放电(microwavedischarge)：微波放电的电磁波的波长和耦合器及放电管的尺寸可以比拟，在这样的放电中，由于频率很高的电子如果不与周围粒子碰撞就很难得到足够的能量来激发原子（分子）发光，因此在微波放电中电子与周围粒子的弹性碰撞具有决定性作用3.3、低温等离子技术研究进展梁文俊等人[1]通过交流电晕放电，研究了低温等离子体法处理苯和甲苯废气。发现了在放电电场内，，苯和甲苯的去除率都随着电场强度的提高而增大，随着气体流速的增大而减小，同时在较高的电场强度下，有填料比无填料的反应器对苯和甲苯的去除率高。同时通过色谱分析出，其产物为CO2、CO和H20，而无其他产物。Sanon等人[2]用直流电晕放电对含有苯的模拟废气进行处理,并研究了温度对降解苯的影响。试验表明温度对苯的降解影响不大,特别是在放电电流大于1mA时影响更小。在放电电流为1.5mA,温度在室温到400的范围内,苯的降解率均在90%-95%竹涛等人[3]通过变频交流高压电电源和管-线式填充床低温等离子体反应器，研究低温等离子体-催化耦合作用对甲苯处理效果，结果表明，该技术极大地提高了甲苯降解率(接近99%)，增加了能量效率(是等离子体单独作用的2.3倍以上)，有效地降低了反应副产物及臭氧的产量。侯健等[4]设计了类似的反应器用于脱除H2S和CS2。实验结果表明,在电压12kV、H2S分压4kPa、放电时间15s时,恶臭气体去除率约为100%。3.4、低温等离子技术工程应用二甲胺废气处