大气污染治理技术：有机废气净化方案

工业有机废气种类很多，在石油加工、有机合成、炼焦、印染、塑料、喷漆等生产过程都会排出各种有机废气；在涂料、印刷、感光胶片等生产过程大量使用有机溶剂，如苯类、酯类、醇类及汽油等，溶剂的挥发产生了以有机溶剂蒸气为主要污染物的废气。有机废气的净化方法有冷凝法、燃烧法、吸收法及生物处理法。

（一）有机废气的燃烧净化法

碳氢化合物和有机溶剂蒸汽均为可燃气体，燃烧后生成二氧化碳和水，产生的热量可利用。燃烧法又分为直接燃烧法、焚烧法和催化燃烧法。

1.直接燃烧和焚烧法

直接燃烧法是当废气中含有足量的可燃物时，不需要外加燃烧剂就能自身点火燃烧的方法，为了保证稳定燃烧，废气的发热值应大于3345kJ/m3。直接燃烧法常采用火炬燃烧器。在设计和使用时，要做到完全燃烧，防止对大气造成污染。这种方法的优点是设备简单，造价和运行费用低。缺点是浪费热能，在燃烧不完全时可能会造成一定的污染。焚烧法是废气中可燃物自身的热量不足以维持燃烧时，采用补充燃料的方法。焚烧法有三个重要的条件：有足够的燃烧温度、充足的氧和相当的停留时间。焚烧法一般在焚烧炉内进行。

2.催化燃烧法

直接燃烧法和焚烧法都需要燃料本身或外加热量将温度升至燃点。催化燃烧是利用催化剂的作用降低可燃气体的燃烧温度，进行无焰燃烧，将有机废气氧化分解为CO2和水蒸气的方法。催化燃烧机理很复杂，废气中可燃气体在250～350℃温度下通过催化剂床层时，空中气的氧和可燃气体同时被吸附在催化剂表面上，并提高了催化剂的活性，在接触过程中产生一系列反应，从而废气转化为无害气体。

常用的燃烧催化剂是以金属网或蜂窝陶瓷作载体，用贵金属铂、钯做活性材料制成的。也可用Cu、Mn、Cr、Fe、Co、Ni等金属的氧化物做活性物质。国内产的稀土催化剂价格便宜，制造容易，且具有良好的活性和稳定性，可用来净化苯、甲苯、二甲苯、乙醇、乙酸乙酯、汽油等有机蒸汽，还可净化恶臭和一氧化碳等有害气体。

催化燃烧法适用于净化油漆、化工厂废气以及恶臭气体，但不能用于处理含有机氯和有机硫的化合物，因为这些化合物燃烧后会造成二次污染并使催化剂中毒。而有些气体沸点高，若这些气体的相对分子质量很大，也不能用催化燃烧法来处理，因为燃烧产物会使催化剂表面发生堵塞。

（二）吸附回收有机溶剂法

吸附回收有机溶剂法的作用原理是以活性炭作为吸附剂吸附含苯类蒸气，然后用高温蒸汽解吸，活性炭再生后继续吸附。解吸出来的有机气体和水蒸气通过冷凝法冷凝，最后将有机溶剂与水分离。吸附回收有机溶剂流程如图7.19所示。

图7.19　吸附回收溶剂法流程

1—过滤器　2—阻火器　3—风机　4—冷凝器　5—吸附（解吸）器　6—列管式冷凝器
7—油水分离器　8—储水槽　9—列管式冷凝器

含苯废气先经过滤器除尘，再进入阻火器消去燃烧的运动火种。阻火器一般是粒度为5mm、厚度为100～150mm的砾石层。废气由风机送入冷凝器降温至30℃以下，在进入固定床吸附器净化。解吸用的水蒸气温度约为120℃，5～10min可解吸出吸附量的80%。解吸后混合蒸汽经列管式冷凝器冷却。

利用活性炭可吸附回收多种有机溶剂蒸汽，操作条件详见表7.3。

表7.3　各种有机蒸气吸附、解吸条件

（三）除臭

恶臭物质种类繁多，来源极广。但是它主要是由有机物的加热或燃烧、有机物挥发、肉类加工废弃物等处理过程产生的。恶臭物质不仅刺激人的感官，令人厌恶，而且有些恶臭污染物又是有毒有害物，因此各国都颁布了恶臭污染防治法规。除臭的方法有燃烧法、催化燃烧法、药剂吸收氧化法、掩蔽法、吸附法及生物脱臭法等。这里简要介绍几种常用技术。

1.药剂吸收法

这是一种常用的脱臭方法，以酸、碱等作吸收液，通过吸收塔将臭气中的恶臭物质以盐的形式移至收液中再做处理。常用的吸收液列于表7.4中。

表7.4　不同恶臭物质可选用的吸收液(https://www.xing528.com)

2.活性炭吸附法

活性炭对多数恶臭物质有较好的吸附性，尤其是优质椰壳活性炭对恶臭物质吸附容量很高。吸附器内吸附剂床层一般为13mm，若恶臭浓度较高时，床层可适当加厚，为25～50mm，单位面积床层的气体流量取732m3/（h·m2），净化效率为90%～97%。若臭气中含有粉尘，应在吸附前进行过滤除尘，以免堵塞活性炭层，增大阻力导致吸附效率下降。

活性炭吸附时间可用下式计算：

式中　t——吸附时间，h；

　　　x——活性炭饱和吸附容量，%

　　　η——吸附效率，%；

　　　m——活性炭质量，kg；

　　　Q——处理的废气量，m3/h；

　　　Mr——污染物的平均相对分子质量；

　　　C——污染物的浓度。

一般活性炭更换周期为1年，脱臭用活性炭解吸物难以回收利用，活性炭量少，可用完后废弃。

3.催化燃烧除臭法

催化燃烧法与直接燃烧法和吸附法比较，有许多优点。理论上，各种有机物都可以在高温（800℃以上）下完全氧化为CO2、水和其他组分的氧化物，这就是通常所说的直接燃烧法。由于污染气体中有机组分含量低，而风量却很大，这不仅需要额外添加燃料，而且要在高温下处理，故不常用；吸附法虽然装置比较简单，操作也容易，但由于吸附容量的限制，需要大量吸附剂，吸附和再生要切换进行使用，因此设备庞大、费用高。催化燃烧法是在催化剂作用下，用空气将有害物质转化为无害物质。此法可以在150～350℃的低温下操作，不产生二次污染。故此，国外正在大力研究催化脱臭装置和脱臭催化剂，并进入实际应用阶段。

由于恶臭气体的种类很多，反应能力也不一样，所以为达到不同的目的，在一个流程中可以有一台、两台以至三台催化反应器串联工作，每台反应器中填装不同的催化剂。

图7.20为三台反应器串联的脱臭流程，用于处理含有硫化氢、有机硫和碳氢化合物等臭气。三台反应器分别填装不同的催化剂，在反应器Ⅰ中硫化氢与催化剂接触而被除去；脱去硫化氢的气体进入热交换器3，预热到100～150℃，再将气体送入预热器4，在此将气体加热到250～300℃，然后送入反应器Ⅱ，脱除有机硫；脱除有机硫后的气体，还含有碳氢化合物和含氮化合物，这些臭味物质在反应器Ⅲ中除去，从反应器Ⅲ中出来的气体已经达到完全脱臭的目的，回收热能之后，排入大气，不会再造成污染。

图7.20　催化燃烧脱臭流程

1—鼓风机　2—反应器　3—热交换器　4—预热器　5—反应器二　6—反应器三

在上述流程中，只要选择好适当的催化剂，可用于某些炼油厂、农药厂、食品厂等臭气处理。

处理臭气的催化剂按活性组分有以氧化铝为载体的贵金属Pt和Pd，以及氧化铜和CO3O4、MnO2、NiO和V2O5等为主的氧化物催化剂；按形状分，有无定形颗粒状、球形颗粒状、整体蜂窝状、网状、丝蓬状和透气板等多种催化剂。据报道，载有0.2%Pt的氧化铝催化剂，在空间速度为20000～40000/h和500℃以下，可将大多数有机化合物脱臭净化到浓度在0.0001%以下。