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揮發(fā)性有機(jī)物VOC污染物質(zhì)危害的研究
世界衛(wèi)生組織(WHO)將沸點(diǎn)范圍在50~ 260 ℃,室溫下飽和蒸氣壓超過(guò)133.32Pa,常溫下以蒸氣形式存在于空氣中的一大類(lèi)有機(jī)化合物定義為揮發(fā)性有機(jī)化合物VOC,其主要成分為烴類(lèi)、鹵代烴、氮烴、含氧烴、 硫烴及低 沸點(diǎn)的多 環(huán)芳烴等。
VOC污染物質(zhì)作為污水處理廠、制藥廠等場(chǎng)所的主要污染氣體和有機(jī)合成工業(yè)、石油化學(xué)工業(yè)的主要污染物質(zhì)正受到普遍關(guān)注。VOC中的許多物質(zhì)對(duì)人體和各種感官有刺激作用,且具有一定的毒性,有些會(huì)產(chǎn)生致癌、致畸、致突變的 “三致”效應(yīng),對(duì)環(huán)境安全和人類(lèi)生存產(chǎn)生極大的危害。
為了限制VOC的排放,世界各國(guó)頒布了法令,制定了廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)。美國(guó)通過(guò)的《清潔空氣修正案》列出了189種被認(rèn)為是對(duì)人體健康有害的化合物,其中大部分為VOC類(lèi)物質(zhì);1996年日本立法限制53種VOC的排放,2002年限制了149種VOC的排放;1996年我國(guó)國(guó)家環(huán)保局批準(zhǔn)發(fā)布了大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn) (GB16297-1996), 規(guī)定了以有害空氣污染物為主的33種污染物的額定排放限值,包括甲苯、苯、三氯乙烯等揮發(fā)性有機(jī)化合物。
1.VOC的來(lái)源和種類(lèi)
VOC主要來(lái)源于以煤、石油、天然氣為燃料或原料的工業(yè)以及其他相關(guān)的化學(xué)工業(yè)。
(1)石油開(kāi)采與加工、煉焦與煤焦油加工、煤礦、木材干餾、天然氣開(kāi)采與利用;
(2)化工生產(chǎn),包括石油化工、燃料、涂料、 醫(yī)藥、農(nóng)藥、炸藥、有機(jī)合成、溶劑、試劑、洗滌劑、黏合劑等的生產(chǎn);
(3)各類(lèi)內(nèi)燃機(jī);
(4)燃煤、燃油、燃?xì)忮仩t與工業(yè)爐;
(5)油漆、涂料的噴涂作業(yè),使用含有有機(jī)黏合劑的作業(yè);
(6)各種有機(jī)物的燃料及其加熱裝置、運(yùn)輸裝置及儲(chǔ)運(yùn)裝置;
(7)食品、油脂、皮革、毛的加工;
(8)肥料池、沼氣池、發(fā)酵池及垃圾處理站。
VOC的種類(lèi)很多,根據(jù)其結(jié)構(gòu)主要分為芳香類(lèi)碳?xì)浠?物 (苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯等), 脂肪類(lèi)碳?xì)浠衔?(丁烷、正丁烷、汽油等),鹵代烴 (四氯化碳、氯仿、氯乙烯、氟利昂等),醇、 醛、酮、多元醇類(lèi)化合物 (甲醇、丙醇、異丁醇、 甲醛、乙醛、丙酮、環(huán)己酮等),醚、酚、環(huán)氧類(lèi)化合物 (乙醚、甲酚、苯酚、環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷等)、酯、酸類(lèi)化合物 (乙酸乙酯、乙酸丁酯等)、 胺、腈類(lèi)化合物 (二甲基甲酰胺、丙烯腈等)及其他 (甲基溴、氟氯碳化合物等)等8類(lèi)。
2.VOC的危害
VOC是除顆粒物以外的第2大分布廣泛和種類(lèi)繁多的排放物,其危害根據(jù)種類(lèi)的不同也有所差別。其危害主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
2.1 火災(zāi)和爆炸
乙烯、丙烯等脂肪烴類(lèi)VOC物質(zhì),是石化工業(yè)的基本單體,在工廠使用非常普遍。這些化合物在一般狀況下毒性較低,在較高劑量濃度下才會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生傷害,但是由于屬于易燃、易爆類(lèi)化合物,會(huì)給企業(yè)生產(chǎn)造成較大火災(zāi)隱患。近年來(lái)由于VOC造成的火災(zāi)和爆炸時(shí)有發(fā)生。
2.2 對(duì)人體健康的危害
VOC對(duì)人體有很多直接的危害,對(duì)人體的影響主要為氣味、感官、黏膜刺激和其他系統(tǒng)毒性導(dǎo)致的病態(tài)及基因毒性和致癌性。大多數(shù)VOC帶有惡臭等刺激性氣味,當(dāng)在環(huán)境中達(dá)到一定濃度時(shí), 短時(shí)間內(nèi)可使人感到頭痛、惡心、嘔吐,嚴(yán)重時(shí)會(huì)抽搐、昏迷,并可能造成記憶力衰退,傷害人的肝臟、腎臟、大腦和神經(jīng)系統(tǒng)。部分VOC已被列為致癌物,特別是苯、甲苯及甲醛,會(huì)對(duì)人體造成很大的傷害。苯類(lèi)化合物會(huì)損害人的中樞神經(jīng),造成神經(jīng)系統(tǒng)障礙,也會(huì)危及血液和造血器官,嚴(yán)重時(shí),會(huì)有出血癥狀或感染敗血癥。鹵代烴物質(zhì)能引起神經(jīng)衰弱征候群及血小板減少、肝功能下降、肝脾腫大等病變,還可能導(dǎo)致癌癥。
2.3 光化學(xué)污染
VOC是O3和PM 2.5的重要前體物,能造成光化學(xué)煙霧、O3濃度升高、霧霾天氣次數(shù)增加等環(huán)境問(wèn)題,間接地影響人體健康。
VOC在陽(yáng)光照射 下與大氣 中的氮氧 化合物、 碳?xì)浠衔锏劝l(fā)生光化學(xué)反應(yīng),產(chǎn)生高度活性的自由基,生成臭氧、過(guò)氧硝基酰、醛類(lèi)等光 化學(xué)煙霧,造成二次污染,危害人的身體健康。研究表明,O3在濃度低時(shí)可用于凈化水體、除臭、殺菌、 去除殘留農(nóng)藥等。如果空氣中O3濃度的增加,首先會(huì)破壞人們皮膚中的維生素E,進(jìn)入呼吸道后會(huì)刺激人體呼吸系統(tǒng),造成神經(jīng)系統(tǒng)中毒,嚴(yán)重時(shí)還會(huì)破壞人體的免疫系統(tǒng),如長(zhǎng)期生活在這種環(huán)境中 (幾天或幾星期),會(huì)對(duì)人造成生命危險(xiǎn)。同時(shí)會(huì)危害農(nóng)作物的生長(zhǎng),甚至導(dǎo)致農(nóng)作物的死亡。因此, O3早已列為影響全球環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的重要污染物[6]。美國(guó)洛杉磯、日本東京、我國(guó)北京市燕山地區(qū)和蘭州市西固區(qū)等都曾出現(xiàn)過(guò)光化學(xué)污染。
VOC還會(huì)在特定條件下和大氣中的顆粒物形成二次有機(jī)氣 溶膠 (SOA),SOA中含有多 種致癌、致畸和致突變性的有機(jī)化合物,如多環(huán)芳烴、 多氯聯(lián)苯和其他含氯有機(jī)化合物。SOA還影響大氣能見(jiàn)度,是產(chǎn)生大氣光化學(xué)煙霧、酸沉降的重要因素, 并可通過(guò) 長(zhǎng)距離傳 輸影響區(qū) 域和全球 環(huán)境。
3.VOC的回收及處理技術(shù)
目前,VOC對(duì)環(huán)境和人體造成了很大的危害, 如何妥善回收與處理VOC已成為人們研究的焦點(diǎn)問(wèn)題之一。
3.1 VOC的回收技術(shù)
VOC的回收技術(shù)主要有冷凝法、吸附法、吸收法和膜分離法。根據(jù)VOC的物理和化學(xué)性質(zhì), 選擇不同的回 收方法或 幾種方法 的組合來(lái) 回收VOC中的有機(jī)化 合物,不僅可以 減輕環(huán)境 污染, 還會(huì)取得一定的經(jīng)濟(jì)效益。
3.1.1 冷凝法
冷凝法是最簡(jiǎn)單的回收VOC的方法,它是利用物質(zhì)在不同溫度下具有不同飽和蒸氣壓這一性質(zhì),將VOC通過(guò)冷凝 器降低到 有機(jī)物的 沸點(diǎn)以下,使有機(jī)物冷凝成液滴,再靠重力作用落到凝結(jié)區(qū)下部的貯罐中,從而分離出來(lái),裝置如圖1。通常使用的冷卻介質(zhì)主要有冷水、冷凍鹽水和液氨。 該技術(shù)對(duì)于高濃度 (百分之幾)、較高沸點(diǎn)、須回收的VOC具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。
圖1 冷凝法裝置圖
該方法所需設(shè)備和操作條件都比較簡(jiǎn)單,所回收的VOC的純度比較高,其回收率與VOC初始濃度、沸點(diǎn)有關(guān),VOC的初始濃度越大、沸點(diǎn)越高,回收率越高,但要獲得較高的回收率需采用較低溫度的冷凝介質(zhì)或采用較高的壓力。所以在實(shí)際應(yīng)用中,冷凝法常與壓縮、吸附、吸收等過(guò)程聯(lián)合使用,以吸收或吸附手段濃縮VOC、以冷凝法回收該有機(jī)物,達(dá)到經(jīng)濟(jì)且回收率較高的目的。圖2為冷凝法與吸附法聯(lián)合回收VOC工藝流程圖。
圖2 冷凝-吸附法回收 VOC工藝流程圖
(1-氣體緩沖罐;2-吸附床;3-回收液儲(chǔ)槽; 4-循環(huán)風(fēng)機(jī);5-阻火器;6-冷凝器; 7-預(yù)冷卻器;8-排氣風(fēng)機(jī))
3.1.2 吸附法
吸附法已廣泛應(yīng)用于凈化室內(nèi)空氣、大氣污染治理、石油化工等領(lǐng)域VOC的回收處理。它分為固定床吸附法、流動(dòng)床吸附法和濃縮輪吸附法。其原理是利用具有密集的細(xì)孔結(jié)構(gòu)、內(nèi)表面積比較大的粒狀活性炭、炭纖維、硅膠、人工沸石等吸附劑的多孔結(jié)構(gòu),將VOC組分吸附在固體表面,利用吸附劑不斷吸附、脫附的循環(huán),達(dá)到凈化回收目的。研究表明,活性炭吸附VOC性能最佳。吸附劑吸附VOC的效果除與吸附劑本身性質(zhì)有關(guān)外還與VOC的種類(lèi)、濃度、性質(zhì)以及吸附系統(tǒng)的溫度、壓力有關(guān),一般來(lái)說(shuō)吸附劑對(duì)VOC的吸附能力隨氣體分子量的增加而增加,低分壓的氣體比高分壓氣體更易吸附。
吸附法適用于 中低濃度、 高通量VOC的回收,它具有去除效率高、凈化徹底、能耗低、工藝成熟、易于推廣實(shí)用等優(yōu)點(diǎn),表現(xiàn)出良好的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益。缺點(diǎn)是吸附劑的容量小,需要的吸附劑量大,設(shè)備龐大;吸附后的吸附劑不僅需要定期再生處理和更換,而且在此過(guò)程中,VOC有散逸的風(fēng)險(xiǎn);由于全過(guò)程的復(fù)雜性,費(fèi)用相對(duì)較高。
3.1.3 吸收法
吸收法是根據(jù)有機(jī)物相似相溶的原理,采用低揮發(fā)或不揮發(fā)溶劑對(duì)VOC進(jìn)行吸收,再利用VOC分子和吸收劑物理性質(zhì)的差異進(jìn)行分離的一種方法。通常使用的吸收劑是高沸點(diǎn)、低蒸氣壓的油類(lèi)物質(zhì),吸收過(guò)程是在裝有填料的吸收塔中完成的, 其吸收效果主要取決于吸收劑的吸收性能和吸收設(shè)備的結(jié)構(gòu)特征。
該方法適用于 大氣量、 中等濃度VOC的處理,可用于回收有用成分,但吸收劑難以選取,吸收的范圍有限,而且吸收后的吸收溶液需進(jìn)一步處理,有可能造成二次污染,費(fèi)用也較高。
3.1.4 膜分離法
膜分離法是在海水淡化研究中發(fā)現(xiàn)的一種新的高效分離方法,它與傳統(tǒng)的冷凝法、吸附法和吸收法相比,具有流程簡(jiǎn)單,回收率高,能耗低,無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn),是一種非常有應(yīng)用前景的分離方法。該方法適用于中高濃度VOC (含量高于1× 10)的分離與回收。目前采用膜分離法可以回收脂肪和芳 香族碳?xì)?化合物、 含氯溶劑、 酮、 醛、 腈、醇、胺、酸等大部分VOC,且隨著高效分離膜的開(kāi)發(fā)和價(jià)格的降低,膜技術(shù)的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣泛。
膜分離法是采用對(duì)有機(jī)化合物具有選擇性滲透的高分子膜,在一定壓力下使VOC滲透而達(dá)到分離的目的。一般采用中空纖維膜或板式膜。圖3為膜分離流程原理圖,它分3步完成,首先將VOC和空氣混合物壓縮,再將壓縮的混合氣流輸入冷凝器中冷卻,然后進(jìn)行膜蒸氣分離。當(dāng)VOC氣體進(jìn)入膜分離系統(tǒng)后,膜選擇性地讓VOC氣體通過(guò)而被富集,脫除了VOC的氣體留在未滲透?jìng)?cè),可以達(dá)標(biāo)排放;富集的VOC氣體可去冷凝回收系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)溶劑的回收。
圖3 膜分離流程原理圖
3.2 VOC的處理技術(shù)
3.2.1 燃燒法
對(duì)于成分復(fù)雜、高濃度的VOC,現(xiàn)在應(yīng)用較多的方法是燃燒法,它是通過(guò)化學(xué)反應(yīng),將VOC中的有機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)?/font>CO2和H2O。
目前實(shí)際使用的燃燒方式主要有直接燃燒和催化燃燒,其過(guò)程復(fù)雜并且可能包括一系列分解、聚合及自由基反應(yīng)。直接燃燒也稱(chēng)為直接火焰燃燒, 它是把VOC中可燃的有機(jī)物組分當(dāng)作燃料在氣流中直接燃燒,溫度一般在1100 ℃左右。因此,該方法只適用于凈化有機(jī)物組分燃燒時(shí)熱值較高的VOC,因?yàn)橹挥腥紵龝r(shí)放出的熱量能夠補(bǔ)償散向環(huán)境中的熱量時(shí),才能保持燃燒區(qū)的溫度,維持燃燒的持續(xù)。催化燃燒是以Pt、Pd、CuO、NiO等作為催化劑,在較低的溫度下 (150~600 ℃)使VOC中的有機(jī) 物可燃組 分氧化分 解成CO2和H2O。催化劑的存在使有機(jī)物在燃燒時(shí)比直接燃燒法需要更 少的保留 時(shí)間和更 低的溫度。 但由于VOC中含有較多 雜質(zhì),很容易引 起催化劑 中毒, 且催化劑常只針對(duì)特定類(lèi)型的化合物,因此催化燃燒的廣泛應(yīng)用在一定程度上受到了限制,也易造成二次污染。
燃燒法具有效率高、處理徹底、消除惡臭、污染小等優(yōu)點(diǎn),但由于VOC燃燒氧化的最終產(chǎn)物是CO2、H2O等,因而使用這種方法 不能回收 到有用的物質(zhì),且使用催化燃燒時(shí)所 用催化劑成本很高,費(fèi)用大大提高。
3.2.2 低溫等離子體技術(shù)
20世紀(jì)70年代,人們就開(kāi)始了低溫等離子體凈化VOC的研究,目前有些已進(jìn)入應(yīng)用階段,但大多數(shù)尚處于研究開(kāi)發(fā)階段。多年來(lái)的研究結(jié)果表明,等離子體凈化技術(shù)是一種效率高、能耗低、適用范圍廣的污染物凈化技術(shù)。它是利用高能電子射線(xiàn)激活、電離、裂解VOC中各組分,從而發(fā)生氧化等一系列復(fù)雜化學(xué)反應(yīng),將有害物轉(zhuǎn)化為無(wú)害物或有用的副產(chǎn)物的一種處理技術(shù)。目前應(yīng)用的主要有電子束輻照和氣體放電2類(lèi)。
(1)電子束輻照
電子束輻照法處理VOC的實(shí)驗(yàn)研究 始于20世紀(jì)90年代,主要集中 在危害較 嚴(yán)重的3大類(lèi)VOC:氯代烴、 苯系物和 多環(huán)芳烴 類(lèi)。 其降解VOC的原理是利用電子加速器 (圖4) 產(chǎn)生高速的電子脈沖,由于電子束具有較高的能量,在其作用下VOC受到激發(fā),產(chǎn)生原子間鍵的斷裂,形成小碎片基團(tuán)和原子,電場(chǎng)激發(fā)的各種活性粒子與有機(jī)物分子和小碎片基團(tuán)發(fā)生一系列的自由基反應(yīng), 最終把有機(jī)物降解為CO2、CO和H2O,從而達(dá)到治理的目 的。 研究表明, 隨著吸收 劑量增加, VOC脫除率提高,VOC初始濃度增大,脫除率降低,水、氧氣、氯代烴或氨的注入有助于VOC脫除率的提高。分解過(guò)程中無(wú)廢液、廢渣產(chǎn)生,而且由于電子和活性粒子與有機(jī)物的反應(yīng)時(shí)間短,可以實(shí)現(xiàn)大流量連續(xù)操作,顯現(xiàn)出良好的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
圖4 電子加速器示意圖
電子束輻照處 理低濃度VOC,具有效率 高、 能耗低、使用范圍廣、處理量大、操作簡(jiǎn)單 等優(yōu)點(diǎn),是新近發(fā)展起來(lái)的比較有前途的處理低濃度VOC的方法之一。這種方法的缺點(diǎn)主要有:對(duì)于芳香烴類(lèi)VOC,例如某些 苯系物和 多環(huán)芳烴 等, 處理效果還不是很理想,要達(dá)到較高的脫除率需要很高的劑量 以及產(chǎn)物 中可能仍 含有毒有 害有機(jī)物等。
(2)氣體放電
氣體放電產(chǎn)生等離子體主要分為以下幾種形式:輝光放電、電暈放電、介質(zhì)阻擋放電、頻射放電、微波放電,而研究較為活躍的是脈沖電暈放電產(chǎn)生等離子體[11]。該法的等離子體產(chǎn)生機(jī)理與電子束輻照法基本一致,它是在2個(gè)不均勻的電極之間疊加一個(gè)脈沖電壓,由于脈沖電壓的上升前沿極陡,峰寬較窄 (納秒級(jí)),在極短的脈沖時(shí)間內(nèi), 在電暈極周?chē)l(fā)生激烈、高頻率的脈沖電暈放電, 產(chǎn)生大量的高能電子和O、OH等活性粒子,對(duì)有害物質(zhì)進(jìn)行氧化、降解,最終將其轉(zhuǎn)化為無(wú)害物。 與電子束輻照法相比,該法避免了電子加速器的使用,也無(wú)須輻射屏蔽,增強(qiáng)了技術(shù)的安全性和實(shí)用性。但對(duì)脈沖電暈放電法處理VOC的研究,目前大多停留在實(shí)驗(yàn)室階段,一般的處理試驗(yàn)裝置和工藝流程如圖5所示。
圖5 脈沖電暈放電法處理 VOC工藝流程圖
1-空氣鋼瓶;2-干燥瓶;3、5-調(diào)節(jié)閥;4、6-流量計(jì); 7-恒溫槽;8-VOC;9-緩沖瓶;10、12-采樣口; 11-電暈放電反應(yīng)器;13-高壓脈沖電源)
國(guó)內(nèi)外的研 究表明,脈沖電暈 放電法治 理VOC是一種很有前途的方法,與常規(guī)技術(shù)相比具有工藝簡(jiǎn)單、能耗低、流程短、可操作性 好的特點(diǎn),特別是在節(jié)能方面有很大的潛力,應(yīng)用范圍也比較廣泛,但由于它的反應(yīng)過(guò)程復(fù)雜,受到許多外在因素的影響,放電過(guò)程中有可 能會(huì)產(chǎn)生聚合反應(yīng),生成聚合物,并會(huì)生成 少量不完 全產(chǎn)物CO等,因此需要進(jìn)一步研究完善。
3.2.3 光催化降解技術(shù)
近年來(lái),光催化降解技術(shù)去除低濃度VOC已接近商業(yè)化使用階段。研究結(jié)果表明,許多VOC均可在常溫常壓下光催化分解,包括脂肪烴、醇、 醛、鹵代烴、芳烴及雜原子有機(jī)物等,因此,該技術(shù)有著較 高的開(kāi)發(fā) 價(jià)值和廣 闊的應(yīng)用, 己成為VOC處理技術(shù)中一個(gè)活躍的研究方向。
光催化降解VOC的基本原理是在特定波長(zhǎng)光照射下,光催化劑 被活化,使H2O生成 -OH, 然后 -OH將VOC氧化成CO2、H2O和無(wú)機(jī)物 質(zhì)。由于氣相中具有較高的分子擴(kuò)散和質(zhì)量傳遞速率及較易進(jìn)行的鏈反應(yīng),光催化劑對(duì)一些氣相反應(yīng)的光效率接近甚至超過(guò)水相反應(yīng)。日本的田中啟一和山口伸一郎等對(duì)利用紫外線(xiàn)光分解氣態(tài)有機(jī)物作了研究,結(jié)果表明,在氣體情況下,有機(jī)氯化物和氟氯碳在185nm紫外光照射下,進(jìn)行氣相光解,2種物質(zhì)都能在極短的時(shí)間內(nèi)分解,而且有機(jī)鹵化物的分解速度大于氟氯碳;三氯乙烯幾秒鐘內(nèi)即能分解成最終產(chǎn)物CO2、Cl2、F2及光氣等; 光分解產(chǎn)生的醋酸等中間產(chǎn)物可通過(guò)堿液處理或延長(zhǎng)滯留時(shí)間等手段最終去除。
光分解VOC主要有2種形式:一種是直接光照,在波長(zhǎng)合適時(shí),VOC分解;另一種是催化劑存在下,光照氣態(tài)VOC使之分解。常用的金屬氧化物光催 化劑有:Fe2O3、 WO3、Cr2O3、ZnO、 ZrO、TiO2等。由于TiO2的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、催化活性高且無(wú)毒價(jià)廉、貨源充足,成為目前試驗(yàn)研究中最常用的光催化劑之一。
光催化降解技 術(shù)主要適 用于低濃 度 (小于1000ppm)、氣量小的VOC的處理。其優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)過(guò)程快速高效、能耗低、無(wú)二次污染,但仍存在一些缺陷,如光催化反應(yīng)量子產(chǎn)率比較低,催化劑對(duì)激發(fā)源特征波長(zhǎng)要求苛刻,且當(dāng)污染物濃度高時(shí),需要很大的催化面積而使得其與其他方法相比變得不經(jīng)濟(jì)。
3.2.4 微生物凈化技術(shù)
微生物凈化法是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的分解VOC的一種方法,該技術(shù)已在德國(guó)、荷蘭得到規(guī)模化應(yīng)用,有機(jī)物去除率大都在90%以上。該方法凈化VOC過(guò)程的實(shí) 質(zhì)是附著 在濾料介 質(zhì)中的微 生物,在適宜的環(huán)境條件下,利用VOC作為炭源和能源,維持其生命活動(dòng),并將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物 (CO2、H2O)或細(xì)胞組成物質(zhì)的過(guò)程。微生物凈化法處理VOC一般要經(jīng)歷3個(gè)步驟: (1) VOC同水接觸并溶解于水中 (即由氣膜擴(kuò)散進(jìn)入液膜); (2)溶解于液膜中的VOC在濃度差的推動(dòng)下進(jìn)一步擴(kuò)散到生物膜,進(jìn)而被其中的微生物捕獲并吸收;(3)進(jìn)入微生物體內(nèi)的VOC在其自身的代謝過(guò)程中作為能源和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被分解,經(jīng)生物化學(xué)反應(yīng)最終轉(zhuǎn)化成為無(wú)害的化合物。
根據(jù)微生物在VOC處理過(guò)程中存在 的形式, 可將處理方法分為生物洗滌法 (懸浮態(tài))和生物過(guò)濾法 (固著態(tài))。生物洗滌法即微生物及其營(yíng)養(yǎng)物配料存在于液相中,氣相中的有機(jī)物通過(guò)與懸浮液接觸后轉(zhuǎn)移到液相,從而被微生物降解,其典型形式有鼓泡塔、噴淋塔及穿孔塔等生物洗滌塔。生物過(guò)濾法是微生物附著生長(zhǎng)于固體介質(zhì) (填料) 表面,VOC通過(guò)由固體介質(zhì)構(gòu)成的固定塔層 (填料層)時(shí),被吸附、吸收,最終被微生物降解。其典型的形式有土壤、堆肥、填料等材料構(gòu)成的生物過(guò)濾塔。 生物滴濾 塔則同時(shí) 有懸浮態(tài) 和固著態(tài) 的特性。
微生物凈化法一般用于處理低濃度VOC。其主要優(yōu)點(diǎn)是流程和設(shè)備較簡(jiǎn)單,一般不消耗有用原材料,運(yùn)行能耗和費(fèi)用較低、安全可靠、較少形成二次污染。但由于生化反應(yīng)速率較低,使設(shè)備體積較大,且有壓力損失,對(duì)溫度和濕度變化敏感。隨著膜技術(shù)的發(fā)展,微生物降解法又有了新的發(fā)展方向———膜生物法,它聯(lián)合了膜技術(shù)與生物技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),不同于傳統(tǒng)的微生物法,成為極具前景的新方向。表1表明了以上處理技術(shù)的優(yōu)劣。
表1 幾種 VOC處理方法的優(yōu)劣比較
可見(jiàn),常用的處理方法中,微生物處理法具有投資費(fèi)用省、運(yùn)行費(fèi)用低、維護(hù)管理方便、沒(méi)有二次污染等優(yōu)點(diǎn),成為今后治理VOC惡臭污染物質(zhì)的清潔型生物方法,值得大力提倡。
VOC的種類(lèi)繁多,所涉及到的污染行業(yè)、工藝過(guò)程眾多,污染氣體的排放情況差異很大,以上性質(zhì)決定了單一的治理技術(shù)不可能滿(mǎn)足所有排放廢氣的治理要求。王海林等總結(jié)出了不同的行業(yè), 采取不同的治理技術(shù),如有機(jī)溶劑生產(chǎn)企業(yè)可以用吸附法,污水、堆肥等處理采用生物凈化,橡膠生產(chǎn)行業(yè)可采用燃燒法。
4.總結(jié)與展望
隨著工業(yè)的飛速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快,公眾對(duì)生活環(huán) 境、工作環(huán)境 質(zhì)量的要 求越來(lái)越 高, VOC由于其高危害性也越來(lái)越受到重視,根據(jù)其物理和化學(xué)性質(zhì),選擇不同方法來(lái)處理,不僅可以減輕環(huán)境污染,還會(huì)取得一定的經(jīng)濟(jì)效益。因此, VOC的回收與處理技術(shù)將日趨活躍,應(yīng)用前景非常廣闊。
中國(guó)對(duì)VOC的治理與管理相對(duì)較弱,但隨著大氣污染的日益嚴(yán)重和國(guó)家管理力度的加大,對(duì)VOC排放的限制也日益嚴(yán)格。環(huán)保部在2013年發(fā)布 《揮發(fā)性有機(jī)物 (VOCs)污染防治技術(shù)政策》, 在2014年出版了重點(diǎn)行業(yè)VOCs控制技術(shù)指南, 主要涉及源頭削減技術(shù)、工藝過(guò)程控制技術(shù)、末端治理技術(shù)等細(xì)分領(lǐng)域。隨著環(huán)保法規(guī)的逐步健全, 建立完善的控制管理辦法,廠家采取相關(guān)的控制措施,會(huì)有效降低大氣中的VOC濃度,對(duì)提高人們的健康水平有深遠(yuǎn)的意義。（資料來(lái)源：中國(guó)知網(wǎng)。)
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