有机废气治理技术的研究进展

第30卷第5期2011年

10月

四川环境Vol.30，No.5October2011

SICHUANENVIRONMENT

·综述·

有机废气治理技术的研究进展

易

灵

（四川省环境监测中心站，成都610041）

摘要：有机废气治理问题是当前废气处理的难点问题之一。本文首先介绍了几类传统有机废气处理技术的发展现状，包括吸附法、吸收法、催化氧化法、生物处理法等。对这几类有机废气治理技术的应用机理、适用范围以及现存问题进行了综合地比较与分析。最后，对于近年来出现的几类新型有机废气处理技术，如膜分离法、光催化氧化法、综合处理法的发展前景进行了一定的展望并列举了几类新技术的工程应用实例。关

键

词：有机废气；治理技术；应用机理；研究进展

文献标识码：A

3644（2011）05-0103-05文章编号：1001-中图分类号：X701

ResearchProgressofOrganicWasteGasTreatment

YILing

（SichuanProvincialEnvironmentalMonitorCenter，Chengdu610041，China）

Abstract：Thetreatmentoforganicwastegasisoneofthedifficultiesofcurrentwastegastreatment．Thispaperfirstlyintroduces

thedevelopmentstatusoftraditionaltreatmenttechnologiesfororganicwastegas，includingadsorption，absorption，catalyticoxidationandbiologictreatment．Thentheirapplicationmechanism，applicableareaandexistingproblemsaresyntheticallycomparedandanalyzed．Finally，severalnoveltechnologiesfororganicwastegastreatmentsuchasmembraneseparation，photocatalyticoxidationandsynthetictreatmentareprospected．Someproductiveapplicationexamplesofthenoveltechnologiesareintroduced．

Keywords：Organicwastegas；treatmenttechnology；applicationmechanism；researchprogress

随着我国经济的不断发展，涌现出了数量众多

的化工企业，这些企业每年排放出大量的工业有机废气，对大气环境造成了严重影响。因此，对工业有机废气的治理成为了环境治理方面的重中之重。近年来，科研工作者对有机废气的治理技术开展了大量的研究工作，这些研究成果逐渐产业转化，使得市场上具备许多有机废气治理技术和治理设施，本文对目前市场上已有的有机废气治理技术进行了综合比较与总结，并对有机废气治理技术发展进行了展望。

吸附法、吸收法、氧化法、生物处理法等。1.1活性炭吸附法

利用固体吸附的原理从气相或者液相去除有害成分的过程称为吸附操作。根据吸附机理，可以将吸附剂分为物理吸附材料和化学吸附材料。化学吸附材料通常通过疏水键化学吸附作用去除有机污染物质，如用于吸附去除邻苯二甲酸二甲酯类物质（PAEs）的酚醛树脂吸附剂［1］、BA接枝改性聚丙

［2］［3］

烯纤维、壳聚糖等。但是化学吸附材料通常应用于水相有机污染物质的去除，在有机废气方面的应用较少，可能是因为在气－固两相界面上有机废气污染物质与吸附剂之间的接触时间太短，不利于化学吸附反应的进行，吸附效果不理想。因此在吸附法治理有机废气的实际应用过程中，常用的吸

［4］［5］

附剂为活性炭、沸石等物理吸附材料，因为这些吸附剂呈孔状结构，比表面积大，物理吸附作用强，适用范围宽。大量的研究结果表明与蜂窝

1国内外有机废气的主要几种治理技术概述

目前，国内外治理有机废气比较普遍的方法有

07-20收稿日期：2011-2006年毕业于四川作者简介：易灵（1981－），女，四川成都人，

师范大学环境科学专业，硕士、助理工程师，主要从事环

境监测工作。

104

四川环境30卷

状、颗粒状吸附材料相比，纤维状吸附材料具备传

［6］

质速率快的优点。因此，在选择废气污染物吸附材料时可以优先选择纤维状材料，以提高处理效果。1.2吸收法1.2.1

液体吸收法

吸收法主要是指液体吸收法，通过废气与吸收剂的接触，使其中的有害组分被吸收剂所吸收。经过解吸，将其组分除去或回收，使吸收剂再生，重复使用。废气处理设施中普遍使用的水喷淋装置就是基于此原理。吸收过程分为物理吸收与化学吸收。物理吸收主要依据相似相溶原理，水是一种最常用吸收剂，可以把溶于水的有机溶剂气体如丙酮、甲醇、醚和微溶于水的漆雾、灰尘、烟等去

表1

Tab.1

污染物质甲

苯

除，但水溶性尚差的“三苯”物质不能被水吸收。化学吸收是基于吸收试剂上活性基团可以与有机废气污染成分发生的化学反应进行的吸收过程。1.2.2

吸收法国内外研究现状

表1列举了吸收法处理有机废气污染物的国内

外研究状况。由表1中可以总结出以下3个结论：（1）国内外研究者研究了不同溶剂吸收法对各种有机废气污染成分的处理效果，包括苯类（苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯）、酯类、酮类、有机烃；（2）吸收剂主要包括有机溶剂、表面活性剂和水，还包括新型环保型吸收剂环糊精；（3）有机废气的具体成分不同，吸收剂选择不同。

吸收法处理有机废气污染物质的国内外报道情况

Absorptiontreatmentoforganicwastegaspollutantsreportedathomeandabroad

吸

收

剂

种

类

注

释

后处理—

文

献

自行车机油＞汽油＞汽油机油＞洗油＞活性机油＞柴油

乙酸钠和添加剂的水溶液；乙酸钠浓度5%；

添加剂为0.5%硅酸钠或1%磷酸钠或1%碳酸钠或者三者的组合

对甲苯的吸收效果：0号柴油＞

7号机油；＞洗油；复方液：水+柴油+MOA助剂+

磷苯二甲酸二丁酯

活性机油产生泡沫，不利于吸收

—

［7］

甲苯—

［8］

甲苯；醋酸丁酯

①废液再生：对于浓度大、量大的废

0号柴油对醋酸丁酯也有气体系，用蒸馏分离方法回收，重复

很好的吸收效果使用；②燃烧：对于浓度小的体系，

吸收饱和（甲苯含量40%）后用作燃料

针对低浓度有机废气的治理化学吸收；环保吸收剂

表面活性剂的水溶液极易产生泡沫，吸收过程中应兼有泡沫分离过程

安全使用温度范围：64℃以下

—

水的比例占96%，处理成本廉价

①废液再生；②燃烧

［9］

甲苯；异丙醇等

［10］

甲苯；四氯化碳环糊精

表面活性剂的水溶液：

水+月桂酸钠

0号柴油乳化液：水+油酸钾（或钠）+柴油表面活性剂和添加剂的水溶液：添加剂用硅酸钠或磷酸钠或碳酸钠；表面活性剂（文献保密）

—

［11，12］

苯—

［13］

苯、甲苯二甲苯—

［14］

苯、甲苯二甲苯破乳分离

—

［15］

苯、甲苯二甲苯

［16］

1.3

催化氧化燃烧法

对于有毒、有害、不须回收的VOCs，氧化法是应所需的温度，即热氧化法；二是使用催化氧化。

催化氧化是指在一定压力和常温条件下，以金属材料为催化剂，如Pt、Pd、Ni等，废气中得有机污染物与空气、氧气、臭氧等氧化剂进行的氧化反应。由于催化剂的存在，催化燃烧的起燃温度约为250℃～300℃。

高效催化剂是催化氧化法的关键核心。近年来，整体式催化剂成为研究的重点，因为与粒状催化剂相比，整体式催化剂在传热、传质、和压降性

一种较彻底的处理方法。它的基本原理是VOCs与O2发生氧化反应，生成CO2和H2O，化学方程式如下：

aCxHyOz+bO2→cCO2+dO2

氧化反应类似化学上的燃烧过程，但由于VOCs的浓度太低，所以反应中不会产生可见的火焰。氧化法一般通过以下两种方法使氧化反应能够顺利进行：一是加热，使含VOCs的废气达到氧化反

5期易

［17］

灵：有机废气治理技术的研究进展

105

能方面有很大的优势

。而活性组分是催化剂的

根本性物质，如Pb、Pt、Cu等；助催化剂是提高

主催化剂活性、选择性，改善催化剂耐热性和寿命等的一种物质组分，活性组分和助催化剂共同负载在载体上构成整体式催化剂，如整体蜂窝陶瓷催化剂、整体金属蜂窝催化剂等1.4

生物处理法

［18，19］

污染物同时存在时，活性炭的吸附能力大幅低于只

含有一种气态污染物时的吸附效率。而对于吸附饱和的活性炭，一般处置方式有两种，一是废弃，直接烧掉或填埋，这样会造成资源浪费。二是将其再生反复使用，但活性炭的再生仍然存在一些问题，主要包括：再生过程活性炭有效部分损失较大、再生后吸附能力有一定下降，再生尾气的二次污染等。2.2.2吸收液吸收效率低

液相吸收法是将污染物质从气相到液相的物理转移或化学转变，气态污染物液相喷淋吸收针对高浓度有机废气或者大风量低浓度的有机废气的治理较好，而针对低风量低浓度有机废气治理效率仍有待进一步提高。

2.2.3催化剂选择苛刻

当使用催化氧化燃烧处理有机废气时，某些气

［20］

体污染物燃烧氧化反应条件苛刻，必须需要高温、高空、高水蒸气分压，因此选择的催化剂必须具备高活性、高热稳定性和高水热稳定性，以及一定的抗中毒能力；常用的催化剂是Pd、Pt、Rh、Au等贵金属催化剂，但这些贵金属价格昂贵、易烧结，增加了催化氧化处理成本。2.2.4生物处理法的选择性

微生物对邻苯二甲酸酯类物质（PAEs）、苯类物质等有机污染物降解速度很慢，主要由于聚合物和复合物的分子能抵抗生物降解，微生物所必需的酶不能靠近并破坏化合物分子内部敏感的反应键，限制了生物法在处理这些气态物质方面的应用。2.3设备投资及运转投资比较

［21］

根据BohnHL等的报告，活性炭吸附技术、化学吸收技术、氧化燃烧技术、生物处理技术

。

生物处理技术的实质是附着在滤料介质中的微生物在适宜的环境条件下，利用废气中的有机成分作为碳源和氮源，并将有机物分解为二氧化碳、水、无机盐和生物质等无害或少污染的物质。生物处理技术包括生物吸收法（即微生物及其营养物配料存在于液体中，气体中的有机物通过与悬浮液接触后转移到液体中而被微生物所降解）和生物过滤法（微生物附着生长于固体介质上，废气通过由介质构成的固定床层时被吸附、吸收，最终被微生物降解），生物处理技术具有设备简单、运行费用低、较少形成二次污染等优点。

2

几种主要有机废气处理技术比较与总结

适用范围比较

活性炭吸附技术一般适合于污染物浓度低于

2.1

2000mg/m3以下的有机废气处理，在酸性环境下的吸附效果优于碱性环境，且气体温度最好为常温，若废气温度过高，可选配气体冷却装置来降低废气温度，使之达到活性炭最佳吸附状态。溶剂吸收法主要适用于高浓度有机废气或者大风量低浓度的有机废气处理。

催化燃烧技术一般适合污染物浓度在2000～6000mg/m3之间的有机废气处理，若废气温度大

3

于180℃，废气浓度可低于2000mg/m也可，但

的设备投资及运转投资较大差别，详见表2。

表2Tab.2

几种主要治理技术投资及运转费用比较Comparisonofinvestmentandoperationcostsforseveralmajortreatmenttechnologies

方法活性炭吸附技术化学吸收技术催化氧化燃烧技术生物处理技术

设备投资费用①

20601308

运转费

燃料和药剂消耗②

/8150

能耗③

/100.6

废气中如含有硫等有害于催化剂中毒的成分不适合该技术。

生物处理技术适宜于处理净化气量较小、污染物浓度较大、易溶且生物代谢速率较低的废气处理，通常，废气中的TOC（总有机碳）应在1000mg/m3以下，废气流量小于50000mg/m3，废气温度小于40℃。

2.2存在问题比较2.2.1

活性炭的吸附性与再生处理

活性炭吸附是将污染物质从气相固定到自身，并没有从根本上解决污染消除的问题，当多种气态

注：①以每106立方英尺的处理气量计（单位：美元）；②以单位时间（分）处理每立方英尺气量计（单位：美元）；③以单位时间（分）处理每立方英尺气量计，（单位：瓦）。

由表2可以看出，催化氧化燃烧技术处理有机废气相对其他3种处理技术，投资及后期运转费用

106

四川环境30卷

最高，相对之下，在资金局限的情况下，生物处理技术及活性炭吸附具有明显优势。HCl排放量，且膜系统VCM的回收率达90%～99%。

成都高新西区某液晶显示器件公司，对其在涂胶、显影工序产生的含非甲烷总烃的有机气体，采用沸石浓缩转轮吸附系统处理（即是吸附+氧化燃烧技术），90%的有机废气被沸石转轮低温吸附后直接外排，10%的有机废气经吸附后进入燃烧器燃烧（以天然气作燃料），经四川省环境监测中心站监测，该装置最终外排废气中非甲烷总烃浓度从120mg/m3降低到6.5mg/m3，处理效率大于94%。

四川大学制革清洁技术国家重点实验室通过生物模板法制备了新型的纳米TiO2光催化剂，并将其用于某皮具厂及某合成革厂排放的含甲醛的有机废气处理中，在紫外光照射下，利用纳米TiO2光催化降解能力，对小风量低浓度废气中甲醛降解去除率可达到70%以上。

3新技术展望

随着对有机废气处理技术的研究开放力度不断加大，除上述传统的处理工艺技术外，一些新的技术也逐步被开发应用，为有机废气的治理提供了更广阔的途径。3.1

膜分离法

膜分离法是使用半渗透性的膜将VOCs从废气中分离出来的方法。基本机理是基于气体中各组分透过膜的速度不同，透过膜的能力不同，因为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。3.2光催化氧化法

半导体材料，如TiO2、ZnO、CdS、WO3、Fe2O3、PbS、Ga2O3、ZnO-SnO2、TiO2/Fe3O4等

［22～24］

，在光照下可以将吸收的光能直接转变为

化学能，可以激发出“电子－空穴”对（一种高能粒子），这种“电子－空穴”和周围的水、氧气发生反应后，就产生了具有极强氧化能力的自由基活性物质，因此能够使许多通常情况下难以发生的反应在比较温和的条件下顺利进行。1976年Carey等［25］报道了在紫外光照射下，纳米TiO2可使废水中的多氯联苯光催化脱氯，开辟了光催化技术在环保领域的应用先河。3.3综合处理技术

综合处理技术主要是指将多个传统处理工艺有机结合，比如吸收－解吸－变压吸附组合工艺、吸附催化氧化技术等，这类综合处理技术具有极强的针对性和互补性，处理效果远远优于单一方法。

5结论

本文认为，合理选用有机废气处理技术对于治理工业环境污染问题至关重要。对于有机气体的净化处理，无论是广泛采用的传统处理方法，还是新开放的处理技术，由于其适用范围、去除性能、投资运行费用等方面因素，皆制约了处理技术的应用。企业在处理有机废气污染问题时，必须根据企业有机废气的实际情况（包括有机废气的成分、浓度、风量、温度等），并综合考虑购置成本、运营成本、处理效果、回收效果等因素进行处理工艺的选择，同时企业的相关技术人员应熟悉相关技术的适用范围，可以根据具体情况选择单个或综合技术治理有机废气污染问题。这不仅有利于提高有机废气的去除率，降低二次污染，同时还可以减少运营成本，为企业创造更高的经济效益。

4新技术工程应用实例

国外某动物脂肪加工厂

［26］

曾用堆肥作滤料，

在滤料厚度为1m，含有乙醇、丁二酮、丙醇等污

染物的气体在滤层中平均停留时间为17s、过滤负荷为88m/m·h的情况下，将废气中的有机物浓度由45mg/m降到3.5mg/m，处理效率大于92%。

Goodyear公司针对旗下项目VCM尾气（氯乙［27］烯）安装了膜分离+燃烧系统，从反应器出口废气中利用膜系统回收氯乙烯，回收量超过90.8kg/h，显著地降低了进入燃烧器的排放量，降低了燃烧后

3

3

3

2

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