工业 VOC的危害分析及治理方案研究

1 工业VOC特点

工业 VOC具有污染物数量多、排放量大的特点。在实 际工业生产过程中的有害气体种类很多,主要有硫氧化物、 氮氧化物、卤化物、碳氧化物、VOC 等,对大气环境造成 污染统的气体称为气态污染。根据有害气体来源和性质的 不同,可采取适宜的措施对其进行控制,即源头控制污染 产生、回收利用处理等方式,充分利用环境的自净能力, 利用经济措施和政策实行总量控制等。虽然气态污染物属 于混合物,在空气中并非颗粒状态或原子状态,但仍能采 用化学或物理手段分离处理。在空气净化过程中,大多根据气态污染物的浓度等选择净化方法,合理选择净化方法 不仅可以达到净化目的,而且可以减少处理成本,提高社 会效益与经济效益。值得注意的是,在处理高浓度气态污 染物时,需要进行预处理。

深圳市逸顺五金制品有限公司有机废气处理工程

2 现况描述

本项目主要针对双利鞋业有限公司鞋底车间的VOC废气进行处理,废气主要为在热压和炼胶生产过程中产生的VOC 气体和制胶机产生的粉尘气体,车间内的废气产生源未设置 任何处理设备。未经处理的气体不仅导致工人工作环境恶劣, 排放后也会对周围环境、厂区环境造成较大的污染。

2.1 存在问题

  • ( 1 ) 工人在生产车间作业过程中,会有废气产生,其主要 成分为苯乙烯、苯、甲苯与二甲苯等VOC气体。
  • ( 2 ) 废气未经处理设备直接排放不能满足环保要求。
  • ( 3 ) 有害气体将对工作环境和周边区域影响较大。

2.2 解决对策

在处理工业异味较大、程度严重的污染项目时,不仅 要考虑到项目的处理效率,而且需要将投资成本也纳入分 析范围。在处理过程中,需要尽可能地使工业异味散发源 集中,并根据气态污染物的浓度等选择有效的处理方式,
严格遵守相关法律法规,按要求操作。

①针对生产车间废 气,增加集气罩及管路系统;②增加光催化加等离子废气处 理设备;③增加引高排放风管15 m。

3 VOC废气治理方法和技术

生产车间废气成分为苯乙烯、苯类等VOC气体;只有进 行深度处理后,才能达到排放标准,因此选择工艺为集气罩 收集+光催化氧化+低温等离子。

3.1 治理工艺选择与确定

生产车间产生的废气通过集气罩收集系统进入输送风管, 被送到各废气处理单元进行净化,达到环保排放的目标。

第一步:废气被抽引至光催化装置催化,生产车间产生 的废气分子链根据“光解氧化”原理进一步分解,形成降解 转变成低分子化合物。在这一过程中,二氧化钛表面生成 的·OH基团反应活性很高,具有高于有机物中各类化学键 能的反应能,加上活性氧化类物质及羟基自由基协同作用, 可以高效分解废气,同时可以实现除臭与灭菌。主要作用是 去除废气中的容易被分解和氧化的废气成分 (非甲烷总烃、 苯类等VOC气体,具有较好的消毒和除臭效果,使其达标 排放)。

第二步:对处理后的废弃进行检验,若达标则借助烟囱 高空排放。

3.2 UV光催化装置

该催化装置是将纳米级 TiO2 均匀地分布在泡沫镍基体 上,在尖端纳米复合技术及纳米光触媒材料的基础上,研 制出一种新型材料。经过紫外灯光照射,高能离子可以破 坏异味气体中细菌的核酸,从而分解有机废气,达到灭菌 的目的。

3.2.1 光催化工作原理

复合光催化泡沫金属尖端纳米复合技术由于具有较为特 殊的三维网状结构,是一种比较优质的光催化剂载体。纳米 二氧化钛作为光催化剂,被广泛地应用于实践中,也是最被学术界热议的光催化剂,其在处理无机有害气体等方面发挥 着重要的作用,应用前景广阔。从二氧化钛电子结构来看, 其具有一个满的价带和一个空的导带。当光照大于其带隙能 时,电子可以进一步转化为自由电子,在价带形成一个带正 电的空穴,最终形成电子—空穴对:

TiO2+hν → (TiO2) h++(TiO2) e

价带空穴、导带电子分别是常见的氧化剂与还原剂。空 穴一般与表面吸附的水分子或OH-离子反应形成具有强氧化 性的活性羟基(OH):

h++H2O→·OH+H+

h++OH- →·OH

电子则与表面吸附的氧分子发生反应,生成超氧离子。 超氧离子可与水进一步反应,生成过羟基和过氧化氢:

  • e-+O2→·O2
  • ·O2-+H2O→·OOH+OH
  • 2 ·OOH→H2O2+O2
  • ·OOH+H2O+e- →H2O2+OH
  • H2O2+e- →·OH+OH

在活性羟基与其他活性氧化类物质发生反应后,二氧化 钛光催化氧化得以实现。在二氧化表面生成的·OH基团反应 活性很高,加上活性氧化类物质及羟基自由基协同作用,可以高效分解废气。

粗略的反应机理如下:

  1. H2S+O2、O2-、O2+→SO3+H2O
  2. NH3+O2、O2-、O2+→NOx+H2O
  3. VOCs+O2、O2-、O2+→SO3+CO2+H2O

3.2.2 紫外光激活照射

紫外光灯在断开、闭合的瞬间会产生高压击穿汞蒸气, 汞原子在刺激下会发生辐射跃迁,最终产生可见光。低压汞 蒸汽主要产生254 nm和185 nm的紫外线。

日光灯等灯具的灯管大多使用普通玻璃,紫外线不能透 射出来;紫光灯因其灯管多为石英玻璃等,不会出现上述情 况(如图1所示)。

紫外线灯可以作为良好的光能提供体,在满足条件的紫 外光线照射下,光催化剂纳米粒子被刺激形成电子—空穴对。 在整个过程中,不会因反应产生臭氧,不会产生新的污染问 题,对环境的影响较小。

紫外灯

3.2.3 复合光催化技术的先进性

光催化工艺除了由负载TiO2的三维网紫外线组成,同时 也由设备壳体及电控系统构成。该工艺对苯、硫化氢等挥发 性有机、无机化合物有着较好的清洁作用。在二氧化钛的催 化作用下,这些有害废气最终达到无机化,同时也不会产生 苯酚、六元环醇等中间产物。从实际情况来,已经有许多国 家将含有TiO2的光催化涂料应用于建筑涂料中,目的是为了 进一步分解汽车尾气及工业废气中的有机高分子有机废气分 子链,改善空气质量。 恶臭分子一般以粒子态和气态两种形态存在。其中,粒 子态主要是含在粉尘中和液态中的恶臭成分。镶嵌有纳米二 氧化钛的三维网,其对废气成分中的粉尘有着较好的拦截作 用。被拦截的粉尘中有一定量的挥发性有机和无机化合物, 在光催化作用下,可将其分解成无毒无害物质。

4 结论

综上所述,工业生产VOC易危害人体健康,需要加强对 工业VOC废气处理技术的研究,通过采用集气罩收集+光催 化氧化+低温等离子的综合处理,有效减少了废气对车间工作环境和周边区域的危害。

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