廖志瓊

（惠東縣環(huán)境科學(xué)研究所 廣東惠州 516300）

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，化工企業(yè)的大量新起，企業(yè)環(huán)保投資力度的不夠，導(dǎo)致了大量工業(yè)有機(jī)廢氣的排放，致使大氣環(huán)境質(zhì)量下降，給人體健康帶來(lái)嚴(yán)重危害，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成巨大損失，因此，需要加大對(duì)有機(jī)廢氣的處理。對(duì)有機(jī)廢氣的治理,人們?cè)缇陀醒芯慷乙呀?jīng)開(kāi)發(fā)出一些卓有成效的控制技術(shù)如廣泛采用并且研究較多的有熱破壞法、冷凝法吸收法等近年來(lái)形成的新控制技術(shù)有生物膜法、電暈法、等離子體分解法、光催化氧化法等。本文重點(diǎn)通過(guò)光催化氧化法對(duì)揮發(fā)性有機(jī)廢氣的處理的分析，提出有機(jī)廢氣處理的有效措施。

有機(jī)廢氣處理是指在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的，對(duì)有機(jī)廢氣進(jìn)行吸附、過(guò)濾、凈化的處理工作。通常有機(jī)廢氣處理有甲醛有機(jī)廢氣處理、苯、甲苯、二甲苯等苯系物有機(jī)廢氣處理、丙酮丁酮有機(jī)廢氣處理、乙酸乙酯廢氣處理、油霧有機(jī)廢氣處理、糠醛有機(jī)廢氣處理、苯乙烯、丙烯酸有機(jī)廢氣處理、樹(shù)脂有機(jī)廢氣處理、添加劑有機(jī)廢氣處理、漆霧有機(jī)廢氣處理、天那水有機(jī)廢氣處理等含碳?xì)溲醯扔袡C(jī)物的空氣凈化處理。

有機(jī)廢氣處理特點(diǎn)：有機(jī)廢氣一般都存在易燃易爆、有毒有害、不溶于水、溶于有機(jī)溶劑、處理難度大的特點(diǎn)。在有機(jī)廢氣處理時(shí)普遍采用的是有機(jī)廢氣活性炭吸附處理法、催化燃燒法、催化氧化法、酸堿中和法、等離子法等多種原理。各種處理方法介紹如下：

1 冷凝回收法：把有機(jī)廢氣直接導(dǎo)入冷凝器經(jīng)吸附、吸收、解板、分離，可回收有價(jià)值的有機(jī)物，該法適用于有機(jī)廢氣濃度高、溫度低、風(fēng)量小的工況，需要附屬冷凍設(shè)備，主要應(yīng)用于制藥、化工行業(yè)，印刷企業(yè)較少采用。

2 吸附法：(1)直接吸附法：有機(jī)廢氣經(jīng)活性炭吸附，可達(dá)95%以上的凈化率，設(shè)備簡(jiǎn)單、投資小，但活性炭更換頻繁，增加了裝卸、運(yùn)輸、更換等工作程序，導(dǎo)致運(yùn)行費(fèi)用增加。(2)吸附-回收法：用纖維活性炭吸附有機(jī)廢氣，在接近飽和后用過(guò)熱水蒸汽反吹，進(jìn)行脫附再生；本法要求提供必要的蒸汽量。(3)吸附-催化燃燒法：此法綜合了吸附法及催化燃燒法的優(yōu)點(diǎn)，采用新型吸附材料(蜂窩狀活性炭)吸附，在接近飲和后引入熱空氣進(jìn)行脫附、解析，脫附后廢氣引入催化燃燒床無(wú)焰燃燒，將其徹底凈化，熱氣體在系統(tǒng)中循環(huán)使用，大大降低能耗。本法具有運(yùn)行穩(wěn)定可靠、投資省、運(yùn)行成本低、維修方便等特點(diǎn)，適用于大風(fēng)量、低濃度的廢氣治理，是目前國(guó)內(nèi)治理有機(jī)廢氣較成熟、實(shí)用的方法。

3 直接燃燒法：利用燃?xì)饣蛉加偷容o助燃料燃燒，將混合氣體加熱，使有害物質(zhì)在高溫作用下分解為無(wú)害物質(zhì);本法工藝簡(jiǎn)單、投資小，適用于高濃度、小風(fēng)量的廢氣，但對(duì)安全技術(shù)、操作要求較高。

4 催化燃燒法：把廢氣加熱經(jīng)催化燃燒轉(zhuǎn)化成無(wú)害無(wú)臭的二氧化碳和水;本法起燃溫度低、節(jié)能、凈化率高、操作方便、占地面積少、投資較大，適用于高溫或高濃度的有機(jī)廢氣。

5 吸收法：一般采用物理吸收，即將廢氣引入吸收液進(jìn)凈化，待吸收液飽和后經(jīng)加熱、解析、冷凝回收;本法適用于大氣量、低溫度、低濃度的廢氣，但需配備加熱解析回收裝置，設(shè)備體積大、投資較高。

6 納米微電解氧化法：納米微電解凈化技術(shù)采用納米級(jí)加工的壓電性材料，在具有一定濕度的情況下，可以通過(guò)微電解電場(chǎng)產(chǎn)生納米微電解材料的電性吸附并釋放出大量羥基負(fù)離子對(duì)氣體中的需氧類(lèi)污染物進(jìn)行凈化，不僅可以去除空氣中大部分有機(jī)物，而且還能分析如氨氮、硫化氫等無(wú)機(jī)臭氣。

7 等離子法：等離子體是由克魯克斯在1879年發(fā)現(xiàn)的，1928年美國(guó)科學(xué)家歐文·朗繆爾和湯克斯（Tonks）首次將“plasma”一詞引入物理學(xué)，用來(lái)描述氣體放電管里的物質(zhì)形態(tài)。是由部分電子被剝奪后的原子及原子被電離后產(chǎn)生的正負(fù)電子組成的離子化氣體狀物質(zhì)，它是除去固、液、氣外，物質(zhì)存在的第四態(tài)。等離子體是一種很好的導(dǎo)電體，利用經(jīng)過(guò)巧妙設(shè)計(jì)的磁場(chǎng)可以捕捉、移動(dòng)和加速等離子體。等活性粒子可與各種污染物如CO、HC、NOX、SOX、H2S等發(fā)生作用，轉(zhuǎn)化為 CO2、H2O、N2、S、SO2等無(wú)害或低害物質(zhì)，從而使廢氣得到凈化。它可促使一些在通常條件下不易進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)得以進(jìn)行，甚至在極短時(shí)間內(nèi)完成，故屬低濃度VOCs治理的前沿技術(shù)。

8 光催化氧化法是在一定波長(zhǎng)光照下，利用催化劑的光催化活性，使吸附在其表面的VOC發(fā)生氧化還原反應(yīng)，最終將有機(jī)物氧化成CO2和H2O及無(wú)機(jī)小分子物質(zhì)。

利用UV紫外線光束照射有機(jī)廢氣，裂解氣體中VOC類(lèi)，苯、甲苯、二甲苯的分子鏈結(jié)構(gòu)，使有機(jī)或無(wú)機(jī)高分子化合物分子鏈，在高能紫外線光束照射下，裂解轉(zhuǎn)變成低分子化合物，如CO2、H2O等。在UV紫外線光束分解空氣中的氧分子產(chǎn)生游離氧，因游離氧所攜帶正負(fù)電子不平衡，所以與氧分子結(jié)合，進(jìn)而產(chǎn)生臭氧，臭氧具有極強(qiáng)的氧化作用，對(duì)揮發(fā)性的有機(jī)氣體有極強(qiáng)的清除效果。

根據(jù)有機(jī)廢氣的風(fēng)量及濃度的高低，選擇光解催化凈化設(shè)備，為使設(shè)備達(dá)到處理效果及使用壽命，廢氣源必須經(jīng)過(guò)預(yù)處理，除去酸性氣體后再進(jìn)入凈化設(shè)備。酸性氣體易溶于水，故預(yù)處理工藝可選擇水洗裝置。具體工藝流程如下：

水洗裝置主要分為霧化區(qū)、洗滌區(qū)、脫水除霧區(qū)。霧化區(qū)布有多組霧化噴頭，噴射面覆蓋整個(gè)過(guò)濾截面，噴射液滴較小和雜質(zhì)的接觸性能好，起預(yù)過(guò)濾作用，去除雜質(zhì)的同時(shí)對(duì)后續(xù)的洗滌區(qū)也起了補(bǔ)充布水的作用；酸性氣體等易溶于水的氣體在洗滌區(qū)在多次通過(guò)液膜的過(guò)程中被去除，起到高效過(guò)濾的作用，而后有機(jī)廢氣再經(jīng)水洗裝置的脫水除霧區(qū)去除體積較大的液滴或水霧，再進(jìn)入后續(xù)的凈化裝置，設(shè)備對(duì)酸性氣體總凈化效率高達(dá)95%以上。

光解催化凈化設(shè)備主要由光解技術(shù)和催化氧化技術(shù)組合而成。UV高效光解凈化技術(shù)是利用高能高臭氧UV紫外線光束分解空氣中的氧分子產(chǎn)生游離氧，因游離氧所攜帶正負(fù)電子不平衡，所以與氧分子結(jié)合，進(jìn)而產(chǎn)生臭氧，UV+O2→O-+O（游離氧）；O+O2→O3(臭氧)，臭氧對(duì)有機(jī)物具有極強(qiáng)的氧化作用。UV高效設(shè)備采用高能紫外線放電管，光子能量高達(dá)742KJ/mol和647KJ/mol，要裂解切斷污染物分子的分子量的分子鍵，需使用發(fā)出比污染物分子的結(jié)合能強(qiáng)的光子能。主要有化學(xué)分子結(jié)構(gòu)能見(jiàn)下表。

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由上表可知，大多數(shù)化學(xué)物質(zhì)的分子結(jié)合能比高效紫外線的光子能低，能被有效分解。

以苯分子的光解機(jī)理為例，苯（C6H6）是最簡(jiǎn)單的芳香烴，常溫下為一種無(wú)色、有甜味的透明液體，并具有強(qiáng)烈的芳香氣味。苯難溶于水，易溶于有機(jī)溶劑，也可用為有機(jī)溶劑，苯分子鍵結(jié)合能150KJ/mol。

高能紫外線647KJ/mol的分解力去裂解苯分子鍵結(jié)合能150KJ/mol，苯環(huán)將被輕易打開(kāi)，形成離子狀態(tài)的C-C+和H-H+并極易分別與臭氧發(fā)生氧化反應(yīng)，將苯分子最終裂解氧化生成CO2和H2O.。常見(jiàn)的廢氣污染物化學(xué)性質(zhì)及物質(zhì)光解氧化轉(zhuǎn)換見(jiàn)下表。

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催化氧化技術(shù)是在設(shè)備中添加納米級(jí)活性材料，在紫外光線的作用下，產(chǎn)生更為強(qiáng)烈的催化降解功能。納米活性材料光生空穴的氧化電位以標(biāo)準(zhǔn)氫電位為3.0V，比臭氧的2.07V和氯氣的1.36V高許多，具有很強(qiáng)的氧化性。在光照射下，活性材料能吸收相當(dāng)于帶隙能量以下的光能，使其表面發(fā)生激勵(lì)而產(chǎn)生電子（e-）和空穴（h+）,這些電子和空穴具有極強(qiáng)的還原和氧化能力，能與水或容存的氧反應(yīng)，迅速產(chǎn)生氧化能力極強(qiáng)的氫氧根自由基（·OH）和超級(jí)陰氧離子（·O2-）。

.OH具有很高的氧化電位，是一種氧化基團(tuán)，能氧化大多數(shù)的有機(jī)污染物中的電子，使原本不吸收光的物質(zhì)直接氧化分解。

大多數(shù)揮發(fā)性的有機(jī)化合物在這種紫外光能和納米活性催化氧化的共同作用下，能在2-3秒時(shí)間內(nèi)被充分降解，光解催化氧化技術(shù)對(duì)揮發(fā)性有機(jī)廢氣污染物具有較高的去除效率，具有如下特點(diǎn)：（1）凈化的徹底性：光觸媒是分解污染物而不是吸附污染物，發(fā)生的是質(zhì)變而不是量變；對(duì)污染物具有不可逆的徹底分解；（2）凈化的廣泛性：幾乎所有的細(xì)菌、病毒和有機(jī)污染物起到強(qiáng)效分解作用，特別是對(duì)人們不易感知的細(xì)菌和病毒進(jìn)行徹底分解；（3）凈化的安全性：最終產(chǎn)物是二氧化碳和水，對(duì)人體無(wú)害，不會(huì)產(chǎn)生類(lèi)似消毒劑對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的二次污染。

因此，會(huì)在未來(lái)的有機(jī)廢氣處理中，光解催化氧化技術(shù)將發(fā)揮重要作用。

[1]古添發(fā).有機(jī)廢氣處理方法[J].環(huán)境保護(hù),2007（4）.

[2]溫振源.環(huán)境工程節(jié)能研究與探討[J].綠葉,2009（9）.

[3]陳德華.企業(yè)節(jié)能減排創(chuàng)新技術(shù)的探討.地球,2008（6）