1.4　有机废气治理技术

安装有机废气回收/净化装置时所选用技术取决于多个参数，如污染物种类、浓度、气体流速、法规标准。若回用成本低于采购原料挥发性有机物成本，非破坏性方法是较好选择，如冷凝、膜分离、吸收、吸附等。若挥发性有机物无明显回用价值，或在挥发性有机物与有毒化合物混合的情况下，需选用销毁方法，如热氧化、催化氧化、生物过滤法、光催化和低温等离子体等。

1.4.1　冷凝法

冷凝法是将有机废气降温至挥发性有机物露点温度以下，使其凝结为液态后加以回收的工艺，用于成分单纯、浓度高且具回收价值的有机处理。由于冷凝法的处理成本较高，故通常挥发性有机物浓度必须在5000×10-6以上时，方可使用冷凝处理，其效率介于50%～85%之间；若浓度超过10000×10-6以上，则回收效率可达90%以上，为达标排放，该方法还必须和其他方法结合使用，如冷凝-吸附法和冷凝-压缩法等。

1.4.2　膜分离法

膜分离法是利用膜元件，根据有机蒸气和空气透过膜的能力不同，而将二者分开。这种方法可浓缩挥发性有机物，因此可与凝结法一同使用回收挥发性有机物。缺点在于无法处理浓度变化大的挥发性有机物，且膜对水分敏感度高。

1.4.3　吸收法

吸收法处理主要是利用挥发性有机物能溶于部分油类物质的特点，用高沸点、低蒸气压的油类作为吸收剂来吸收废气中的有机物，常见的吸收器是填料洗涤吸收塔。吸收洗涤系统的效果主要受到操作温度、气液接触面积、气液比、挥发性有机物初始浓度等因素的影响，因此选择合适的吸收剂极为关键，如苯类废气用柴油作吸收剂效果较好。吸收法可处理大流量气体，但对低浓度挥发性有机物的吸收率不高，另外存在吸收剂耗损问题，吸收剂的再生、回用也增加了工艺的复杂性和投资成本。

1.4.4　吸附法

吸附法利用吸附剂具有密集的细孔结构、内表面积大、对有机废气具有特殊的吸附性能，达到净化废气的目的。常用的吸附剂有活性炭、活性氧化铝、硅胶、人工沸石等。该方法处理设备庞大、流程复杂，当废气中含有胶粒物质或其他杂质时，吸附剂容易失效。活性炭是最常用的吸附剂，主要包括颗粒状活性炭、蜂窝状活性炭及活性炭纤维三种类型。活性炭吸附主要适用于中、低浓度的挥发性有机物，净化效果可达到90%以上。已成功运用于喷漆过程的有机废气（甲苯、二甲苯、苯等）、有机溶剂挥发、丙酮废气、醋酸乙酯、涂料生产废气、电子工业废气和苯乙烯等。活性炭吸附挥发性有机物的典型系统有两个吸附器，一个在吸附，另一个在再生，如此轮换操作；当一个吸附器在吸附时，用水蒸气（或热空气）再生，将气流通入另一个已再生好的吸附器，在换热器中将带有挥发性有机物的水蒸气冷却，挥发性有机物溶剂冷凝，冷凝液收集于容器中，并进行分离。

1.4.5　热氧化法

热氧化法是在高温和氧气存在的情况下，高于挥发性有机物自燃温度处理挥发性有机物。通常情况下，温度范围在700～900℃之间，若保持足够长的时间，几乎可以完全氧化挥发性有机物为二氧化碳、水。高温需要大量能量，导致运行成本高。因此，热氧化法常用于去除高浓度挥发性有机物，用于去除低浓度挥发性有机物不切实际。可通过使用回热式热交换器或陶瓷床热回用来降低热氧化法的燃料燃烧（运行成本）。热氧化法中运行温度的控制至关重要，这是因为氮氧化物、二英的生成取决于气体温度。

1.4.6　催化氧化法

催化氧化法处理挥发性有机物的操作温度低于热氧化法，其温度低至250～400℃。典型的挥发性有机物氧化催化剂是贵金属（Pt、Pd等），使用蜂窝陶瓷或陶瓷颗粒做载体。在最佳工况下，可以实现95%以上挥发性有机物去除率。该方法的优点在于氮氧化物形成少，可在给定的低温度下操作，部分氧化产物产量少，例如一氧化碳、醛。主要缺点是催化剂中毒、高温下催化剂的敏感性过高，导致失活。

1.4.7　生物过滤法

生物过滤法是一种气流通过活性微生物床（例如细菌、真菌）的氧化过程，挥发性有机物为微生物提供食物来源，通过生物转化挥发性有机物，形成最终产物，包括二氧化碳、水、氮气、矿物盐。这种方法通常用于处理低浓度挥发性有机物。生物过滤法是一个低温过程，这意味着相对运行成本低。然而，由于气体停留时间长，这种方法需要更大型的设备。对于一个成功的生物过滤池，生物过滤器的设计要确保微生物适宜的生长环境，对温度、湿度、pH值、供氧、无毒害物质、无机养分供应要进行相对严格的控制。

1.4.8　光催化法

光催化法指使用半导体金属氧化物（主要是二氧化钛、氧化锌、三氧化钨、二氧化三铁等）或是金属与金属氧化物混合物质作为催化剂，这些催化剂可在紫外辐射下活化，产生反应性高的电子-空穴对，使得吸附在光催化剂表面上的挥发性有机物分别发生氧化或还原反应。在环境领域应用最广泛的光催化剂是二氧化钛，其物理、化学性质稳定，成本低，无毒性，耐腐蚀。光催化可在室温下操作，且光催化剂对各种污染物具有广泛活性、非选择性。这种方法的缺点是：效率相对较低、所需停留时间长。

1.4.9　低温等离子体法

低温等离子体法指在人造放电环境中，利用电能生成高能电子，高能电子与背景气体分子反应，产生化学活性物质（自由基、离子、激发态物质等），这些活性物质快速与污染物分子反应，并将其分解。在氧气存在下，生成强氧化物，例如原子氧、羟基自由基、臭氧等，这些物质使挥发性有机物氧化。1980年，美国环保局开始从事以等离子体技术去除气态毒性物质及挥发性有机物的研究。1990年后，应用低温等离子体法净化空气污染物的研究在国际学术界快速发展，相关的等离子体技术陆续出现，如电子束（electron beam）、辉光放电（glow discharge）、电晕放电（corona discharge）、介质阻挡放电（dielectric barrier discharge）、射频放电（radio frequency discharge）、微波放电（microwave discharge）、滑动弧放电（gliding arc discharge）等。低温等离子体法的优点有：适用挥发性有机物浓度范围大，低浓度污染物适应性更高；高挥发性有机物去除率高；操作简单，设备费用低；主要产物CO2、CO和H2O对环境无害。此外，由于低温等离子体技术去除挥发性有机污染物的历史不长，其中尚有未了解或必须再研究的方面，例如：能量利用率有再提高的必要；高频电源制造费用昂贵；挥发性有机物氧化降解机制和副产物控制。用低温等离子体处理挥发性有机物具有广阔的发展潜力，但也有必须克服或值得深入研究的地方，这也是本书研究的动机之一。