大氣污染是我國目前突出的環境問題之一,工業廢氣是大氣污染物的重要來源。大量工業廢氣排入大氣,必然使大氣環境質量下降,給人體健康帶來嚴重危害。工業廢氣中難處理的就是有機廢氣,有機廢氣通過呼吸道和皮膚進入人體后,能給人的呼吸、血液、肝臟等系統和器官造成暫時性和*性病變,已經引起人類的高度重視。工業生產中會產生各種有機物廢氣,主要包括各種醇類、酸類、酮類和胺類等,這些有機廢氣會造成大氣污染,危害人體健康,而且還會造成浪費,所以有機廢氣的處理與凈化勢在必行。進入21世紀,隨著社會經濟的發展和人們環保意識的增強,人們對環境質量提出了更高的要求。目前我國的環境問題依然十分突出,已嚴重地制約了經濟發展和人民生活水平的提高,其中有毒有機物對環境污染非常嚴重,該類污染物具有排放量大、污染面廣和難以降解的特點,對它們的污染控制一直是環保工作者研究的重點課題。
1、 有機廢氣的來源 有機廢氣主要來源于石油和化工行業生產過程中排放的廢氣,特點是數量較大,有機物含量波動性大、可燃、有一定毒性,有的還有惡臭還會引起臭氧層的破壞。石油和化工工廠及石化產品的存儲設施,印刷及其他與石油和化工有關的行業,使用石油、石油化工產品的場合和燃燒設備,以石油產品為燃料的各種交通工具都是有機廢氣的源頭。
2、 有機廢氣對人體的危害 有機廢氣對人體的危害是多方面的,不同行業有機物廢氣的毒性也是各不相同的,其中工業廢氣中10種常見的有機廢氣對人體的危害主要表現為:苯類有機物多損害人的中樞神經,造成神經系統障礙,當苯蒸氣濃度過高時(空氣中含量達2%),可以引起致死性的急性中毒。多環芳烴有機物有強烈的致癌性。苯酸類有機物能使細胞蛋白質發生變形或凝固,致使全身中毒。發生腈類有機物中毒時,可引起呼吸困難、嚴重窒息、意識喪失直至死亡。有機物硝基苯影響神經系統、血相和肝、脾器官功能,皮膚大面積吸收可以致人死亡。芳香胺類有機物致癌,二苯胺、聯苯胺等進入人體可以 造成缺氧癥。有機氮化合物可致癌。有機磷化合物降低血液中膽堿脂酶的活性,使神經系統發生功能障礙。有機硫化合物中,低濃度硫醇可引起不適,高濃度可致人死亡。含氧有機化合物中,吸入高濃度環氧乙烷可致人死亡。
3、治理技術 有機廢氣的治理方法主要有2類:一類是回收法。回收法是通過物理方法,在一定溫度、壓力下,用選擇性吸附劑和選擇性滲透膜等方法來分離揮發性有機化合物(VOCs),主要包括活性炭吸附、變壓吸附、冷凝法和生物膜法等。另一類是消除法。消除法是通過化學或生物反應,用光、熱、催化劑和微生物等將有機物轉化為水和二氧化碳,主要包括熱氧化、催化燃燒、生物氧化、電暈法、等離子體分解法、光分解法等。
3.1 活性炭吸附法 目前我國對于濃度較低的氣相污染物的凈化手段主要為吸附法,應用活性炭的強吸附性吸附污染物,且對有機廢氣質量濃度的動態變化有著較好的緩沖調節作用。常用的吸附劑有多孔炭材料、蜂窩狀活性炭、球狀活性炭、活性炭纖維、新型活性炭以及分子篩、沸石、多孔粘土礦石、活性氧化鋁和硅膠等。活性炭多呈粉末狀或顆粒狀, 大部分情況下不能直接用于各種凈化設備中,必須使活性炭具有一定形狀和支撐強度才能使用。活性炭經過特殊的工藝處理后,能產生豐富的微孔結構,這些人眼看不到的微孔能夠依靠分子力,吸附各種有害的氣體和液體分子,從而達到凈化的目的。活性炭吸附過程包括吸附凈化和熱脫再生。吸附凈化過程是將有機廢氣由排氣風機送入吸附床,有機廢氣在吸附床被吸附劑吸附而使氣體得到凈化,凈化后的氣體排向大氣即完成凈化過程;熱脫再生過程是當吸附床內吸附劑所吸附的有機物達到允許的吸附量時,該吸附床已經不能再進行吸附操作而轉入脫附再生。脫附再生即用來自催化的熱空氣吹掃吸附劑,使吸附的有機物脫附出來達到使吸附劑的吸附能力再生的目的。活性炭吸附法適用于大風量、低濃度、溫度不高的有機廢氣治理。該法工藝成熟,效果可靠,易于回收有機溶劑,因此被廣泛地應用于化工、噴漆、印刷、輕工等行業的有機廢氣如苯類、酮類的治理。
在工業吸附過程中,活性炭是使用為廣泛的一種吸附劑,但它也存在不耐高溫,在濕潤的條件下不能保持很好的吸附能力,易燃,較快達到飽和吸附而失去效用,吸附劑需定期更換的缺點;其次,吸附法會產生二次固體或液體污染物。
3.2 催化燃燒法 20世紀70年代,Aube[3]等提出了/多相催化氣相燃燒過程0即/催化燃燒0法治理有機廢氣,以催化燃燒代替傳統的火焰燃燒,降低了燃燒溫度,提高了能量利用率。另外,催化燃燒產生的熱流溫度適中,無需冷卻空氣的稀釋,提高了熱效。這種方法的不足之處是,有的氣體燃燒條件非常苛刻,需高溫、高空和高水蒸氣分壓,因此催化劑必須具備較高的活性、高熱穩定性和較高的水熱穩定性,以及一定的抗中毒能力。而通常催化劑活性與穩定性是相矛盾的,另外該法對機械強度要求也較高,要求能抗沖刷和熱沖擊。目前研究較多的是Pd、Pt、Rh、Au等貴金屬催化劑 和金屬氧化物催化劑。
3.3 生物膜法 按照傳統生物膜理論,生物法處理有機廢氣一般要經歷以下步驟:1)廢氣中的有機污染物首先與水接觸,并溶解于水中;2)溶解于液膜中的有機污染物成分在濃度差的推動下進一步擴散到生物膜,進而被微生物捕獲并吸收;3)微生物以有機物為能源或碳源進行生長代謝,從而將其分解為簡單無毒的無機物(如CO2和H2O)和低毒的有機物;4)生物代謝產物一部分重新回到液相,一部分氣態物質(如CO2)脫離生物膜,通過擴散進入大氣。依據該理論,生物凈化有機氣體的速率主要取決于氣相和液相中有機物的擴散速率及生化反應速率。生物法具有設備簡單、投資少、運行費用低、無二次污染等優點,但也存在著反應裝置占地面積大、反應時間較長的缺點。
3.4 先進氧化方法 先進氧化方法(技術或流程,簡稱AOT或AOP)是指產生OH#過程,以及產生的OH#誘發一系列的OH#鏈反應,攻擊各種污染物及微生物,直至降解為CO2、H2O及無機鹽,實現零環境污染,*物排放。先進氧化方法是在不斷提高OH#的產生效率和應用效率的基礎上發展起來的。概括的說,能夠產生羥基自由基的工藝都可以進入氧化技術工藝的范疇,如臭氧(O3)氧化技術、過氧化氫(H2O2)氧化工藝、二氧化氯(ClO2)氧化工藝、紫外(UV)輻照工藝、超聲氧化工藝、微波工藝等。由于氧化工藝具有氧化性強、操作條件易于控制的優點,因此引起世界各國的重視,并相繼開展了該方向的研究與開發工作。
4、結語 對于有機氣體的凈化處理,無論是廣泛采用的傳統處理方法,還是新開發的處理技術,都要考慮到應用的實效性。目前,除了推廣傳統工藝外,應重點開發新的技術,以達到提高去除效率、降低投資運行費用,減少二次污染的目的。隨著有機產品的大量使用,有機物污染已引起世界各國的高度重視,控制該類污染已成為各國的一項義不容辭且刻不容緩的任務。我國是一個發展中國家,面臨經濟發展和環境保護的雙重任務。為促使經濟、社會、環境的協調發展,開發經濟有效的有機物的凈化處理技術已成為我國解決有機物污染的重要課題。在目前已經開發應用的處理技術中,先進氧化方法降解有機氣體適合我國國情,在國內有機廢氣治理領域更具發展前途。
