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別因小省而造成二次投資—VOCs廢氣處理工藝貓膩曝光!

 

發布日期:2018-06-22

在我國工業與製造業發展的進程中,日益嚴峻的生態環境保護問題廣泛受到社會的關注,為堅決執行“堅持人與自然和諧共生,建設生態文明是中華民族永續發展的千年大計”的發展戰略。各級政府也把環境治理和汙染控製列為政府的工作重點之一,全國掀起了生態環境保護的熱潮。治理揮發性有機廢氣(簡稱:VOCs)的排放亦成為環保的一項重大實施工作,為此,有關部門不惜關停一些涉汙生產企業。促進生產企業加大了VOCs達標排放的環保設施建設。但目前VOCs達標排放處理(簡稱:VOCs處理)的現狀卻仍亂象叢生,這就造成了企業花錢買“手銬”的悲慘後果。

 

AGappGRTO廢氣處理工藝

AGappGRTO廢氣處理工藝

 

主要原因是部份VOCs處理在缺乏量化分析、無針對汙染物處理方案的前提下,采取天下文章一大抄之法,買幾個設備組裝一下就完成了VOCs處理,可想而知,其結果就是非但沒有將有害物質進行有效處理,還向大氣中排放了新增的汙染物。如廣東VOCs治理普及率較高的某市,在空氣汙染(臭氧)檢測中竟然多次超標,追溯其主要原因是許多生產企業的VOCs廢氣處理設備非但未能將汙染物消除,卻產生了新的汙染物,如“地上魔鬼”的臭氧

科普:VOCs主要包括碳烴化合物、苯及苯係物、醇類、酮類、酚類、醛類、酯類、胺類、腈類、氰類等有機化合物。源於電子、化工、石油化工、塗料、印刷、塗裝、家具、皮革等行業生產過程。

VOCs是大氣汙染源之一;是引發灰霾、光化學煙霧等大氣環境汙染問題的元凶之一;是以PM2.5為特征的區域性複合型大氣汙染物的元凶之一。VOCs通過呼吸道和皮膚進入人體後,可能給人的呼吸、血液、肝髒等係統和器官造成暫時性和永久性病變,尤其是苯並芘類多環芳烴能使人體直接致癌,VOCs對人體健康危害極大。

現就部分生產企業應用的VOCs處理技術及其效果進行相關的分析:

 一、活性炭吸附法

1、處汙原理

活性炭吸附法由於前期投資較低,是目前應用最多的VOCs處理辦法,是通過活性炭的自然吸附能力吸附VOCs,當吸附飽和後,活性炭脫附再生或交給專業危廢公司處理。

 

 

活性炭工藝現場示意圖
活性炭工藝現場示意圖



2、實際應用情況

運用活性炭吸附法進行VOCs處理的環保公司對其設備的除汙參數,基本上都會提到此類設備的除汙效率達到90%以上,但在實際除汙應用過程中,除汙效率達到90%以上隻是理論值。而且在不同的工作環境下,其除汙效率遠比這個理論數值低。主要原因包括溫度、工作環境濕度、水霧、酸度、灰塵及被吸附氣體之間的相互作用等。例如我國南方全年濕度較大,氣溫較高,其活性炭實際吸附量不足實驗室的50%。

3、主要問題

使用活性炭吸附法處理VOCs達標排放實際運維費用是十分高昂的,同時自然吸、脫附管理難、適用性受多種因素影響,不適合含粉塵、水汽、乳狀物等廢氣處理,難穩定環保達標。且大量飽和後的活性炭處理更耗費巨大,該方法僅是將汙染物吸附轉移,如對飽和後活性炭轉移過程無嚴格把關跟蹤,則極易造成二次汙染。但因前期投資少,企業自然選用較多,現雖監管難(炭箱內沒有活性炭,活性炭設施過於簡陋、幾乎不換炭,活性炭選用與實際設計不符,使用量過少等),但環保部門終會有所行動的,存在著巨大環保風險。而且容易造假應付環保管理。(如:炭箱內沒有活性炭,活性炭設施過於簡陋、幾乎不換炭,活性炭實際工程與設計不符,使用量過少等。)



廣東某企業僅放少許活性炭並長期不更換、造假!
圖為廣東某企業僅放少許活性炭並長期不更換、造假!
 


二、低溫等離子體技術

1、處汙原理

低溫等離子廢氣處理設備裏的介質阻擋放電過程中,等離子體內部產生富含極高化學活性的粒子,如電子、離子、臭氧和激發態分子等。理論上有機廢氣與這些具有較高能量的活性基團發生反應,部分會被裂解,最終轉化為二氧化碳和水等物質,從而達到淨化廢氣的目的。
 

低溫等離子工藝現場示意圖
低溫等離子工藝現場示意圖



2、實際應用情況

國內生產的運用低溫等離子體技術的治汙設備,製造的環保公司對設備的除汙參數,基本上都會提到這類設備的除汙效率達到80%以上。大量可用於VOCs處理的低能量等離子體設備僅可用於治理油煙汙染,在實際處理工業VOCs過程中,這種低溫等離子體技術設備對有機廢氣的降解基本無效和會生成汙染副產物,其降解效率較低,而VOCs的易燃性令其安全性備受關注。

3、主要問題

現大量使用的小功率低溫等離子體是過去餐廚行業用於油煙處理的,其不適合VOCs處理,且生成副產物和大量的臭氧,會拉弧引燃VOCs等問題。

因為等離子體技術在短時間內對包括芳香類化合物的有機廢氣處理效率是很低的,主要是生成中間產物。如采用大功率等離子體在穩定的有機廢氣中,也要在一定的時間內才有處理效果。而對於工產源源不斷高速排出的VOCs廢氣,其處理效率很低並會次生很多中間副產物,導致VOCs成分更複雜(這些副產物的危害性可能更大)、同時設備運行時會產生大量無用臭氧。且有機廢氣絕大部分是易燃、易爆的化合物。等離子體運行時的拉弧極易引爆VOCs,天津爆炸事件已令社會對其的安全性質疑,故該技術在各地被禁用已日逐增加。


三、光催化氧化

1、處汙原理

光催化廢氣處理設備的技術是利用特種紫外線波段,在催化劑的作用下,將氧氣催化生成臭氧和羥基自由基及負氧離子,再將VOCs分子氧化還原的一種處理方式。

2、實際應用情況

大部份應用於VOCs處理的UV光催化處理設備是引用過去除臭殺菌的技術原理,通常采用雙波長紫外光管,將能量主要用於轉換臭氧,用普通二氧化鈦材料作為催化劑,雖除汙效率號稱達到80%以上。實際現在使用的UV光催化處理VOCs設備的效率均較低,在無計算技術的控製下,會大量生成臭氧和中間副產物。

3、主要問題

在UV光催化氧化技術應用中,包括UV管的波長、光催化材料、反應時間、相對濕度、灰塵顆粒物等都是處理VOCs成敗的瓶頸要素。目前普遍認為光催化氧化法能夠將VOCs完全降解生成無毒無害的CO2和H2O等,但是在使用中由於反應時間太短,揮發性有機物在光催化氧化反應會生成酮、醛等更惡毒的中間產物和大量的臭氧。


近年來工業城鎮造成臭氧超標的其中因素就是濫用等離子體和產臭氧的UV光催化氧化設備。由於這兩類設備都是試圖通過將空氣中的氧轉變成臭氧後通過化學反應消解工業廢氣的技術,但因反應條件的製約,使產生的臭氧轉換成自由基和負氧離子的效率極低,同時因反應時間過短,導致設備產生的大部分臭氧未能實現對VOCs處理而直接排放。

 

圖為某企業光催化氧化法處理工藝形同擺設,燈管壞死無更換,設計純屬扯淡

圖為某企業光催化氧化法處理工藝形同擺設,燈管壞死無更換,設計純屬扯淡


四、生物處理法

1、處汙原理

利用微生物對廢氣中的汙染物進行消化代謝,實質上是一種生化分解過程,它通過附著在介質上的活性微生物來吸收有機廢氣,將汙染物轉化為無害的水、二氧化碳及其它無機鹽類。

2、實際應用情況

以汙染物為微生物的食物來源,生物處理法包括:碳氫氧組成的各類有機物、簡單有機硫化物、有機氮化物、硫化氫及氨氣等無機類。要求小氣量、低濃度、排氣連續、廢氣處理容器大,雖處理過程比較環保, 但運維複雜、生物補養繁瑣等原因,使生物處理法形同虛設,因其監管難,故仍比比皆是。

3、主要問題

適用性較差:僅適用於特定的汙染物,且生物細菌易死亡,對易溶物和易降解汙染物進行處理時,會受到一定的限製;生物因新陳代謝易堵塞;生物法所用填料的比表麵積、孔隙率等直接影響反應器的生物量以及整個填充床的壓降及填充床是否易堵塞問題;難實現自動控製;難以提高對各運行參數的控製能力,維護費用高和難管控故障;菌種培育困難:難篩選出高效降解各種VOCs氣體的優勢菌種;反應場地約束:反應裝置占地麵積大、反應時間較長。故生物法在應用中不乏擺設的情況。

五、燃燒法
1、處汙原理

燃燒法分為蓄熱式燃燒技術(RTO)催化燃燒技術(RCO)。其原理是通過直接燃燒或者添加催化劑進行低溫燃燒,利用“燒”將有機廢氣徹底降解為水和二氧化碳。


2、實際應用

燃燒法作為目前處理效率和效果相對理想的工藝,雖然它的價格相對昂貴且運行費用不低,但已被大部分專家和部分地市環境主管部門認可,甚至製定為主要治理工藝。

3、存在的主要問題

因蓄熱燃燒(RTO)方式的燃燒室內溫度一般不低於750度,甚至高達1000度,因此,會產生燃料型氮氧化物。氮氧化物按生成機理的不同分為三類:熱力型、快速型和燃料型,其中燃料型占60%_95%。在生成燃料型NOx過程中,首先是含有氮的有機化合物或空氣中的氮氣經過熱裂解產生N,CN,HCN和等中間產物基團,然後再氧化成NOx。經粗算,一套20萬m3/h處理量的蓄熱燃燒設備,其氮氧化物排放量約等於一台35t/h的燃煤流化床鍋爐。

在有機廢氣的催化燃燒(RCO)工藝中,由於采用自來水作為水噴淋進行預處理,水中的氯離子及有機物質自帶的氯離子在催化燃燒室內(200~500度)極易生成二噁英。而VOCs處理設備上均無高溫高溫裝置用於促使二噁英的分解,因此,氣體在燃燒過程中產生的二噁英將直接排放至到大氣。


為什麽VOCs的處理會難以達標呢?

主要是人才緊缺!因為我國有機化學的分支學科發展不平衡,特別是有機化學與其他學科的交叉和滲透不夠,並且我國有機化學的研究隊伍規模普遍較小,且相關的分支學科沒有很好的發展,因而對整個學科的發展產生了影響,並有萎縮的趨勢。在缺乏政策導向、缺乏評價體係下,造成了有機化學的研究工作沒人去做,也不願意去做。有機化學本身相對“枯燥”,就業艱難,導致很多本、碩、博學生都不願意選擇這個學科,特別是一些非熱門的領域:如有機光化學、自由基化學、元素有機化學等。其次,是過於急功逐利,對VOCs的治理缺乏科學的研究、機理分析,隻想找個什麽設備就實現,其結果可想而知。VOCs處理的創新成敗已上升到經濟發展與生態環境共存的問題, 同時也將關聯著我國產業經濟的安全。

難道VOCs的處理真的“無計可施”嗎?

其實不然,國內已有前衛的環保企業正聯合國內外專家學者將有機化學研究的理論應用到可持續的綠色發展中,其中成果就有把有機化學與環保科學進行交叉滲透,在全社會關注的有機廢氣處理中通過“小分子活化惰性化學鍵的有機化學反應機理”、“有機化學原子經濟性的高效率、高選擇性合成方法學中的不對稱催化反應機理”、“有機化學的自由基化學反應機理”、“綠色有機化學反應及過程化學反應機理的研究”、“計算化學機理的研究”等理論應用到VOCs處理設備上,實現了從根本上把VOCs處理設備推向節能、可靠、便宜、人工智能的高度上來,為《中國製造2025》提交了一份合格的鋪墊報告。

VOCs處理的研發和應用創新必須順應“發展是第一要務,人才是第一資源,創新是第一動力。”的時代發展步伐!