大风量VOCs废气治理.pdf

烟 气 污 染 治 理 大风量 VOCs 废气治理 乔惠贤 尹维东 栾志强 袁义胜 陈魁学 李 岩 防化研究院, 北京 100083 摘要 本研究对用于排放VOCs废气治理的几种常用工艺方法进行了对比分析, 重点介绍了吸附-催化燃烧综合法的 治理工艺。 详细描述了一种典型的大风量 VOCs 废气治理技术, 即以吸附-催化燃烧综合法原理为基础、以蜂窝状活性 炭作为吸附剂的 FCJ 系列有机废气净化装置的技术特点。 关键词 VOCs 吸附 催化燃烧 蜂窝活性炭 1 前言 在涂装、 印刷、制鞋和化工生产的许多行业中,一 些工业产品的生产工艺过程都伴有大量的挥发性有机 化合物 VOCs 废气的排出。VOCs 废气排入大气环境 中会产生以下几个方面的影响 ① VOCs 是光化学反应 的前体,有阳光照射时 ,在合适的条件下 VOCs 与 NOX 及其它悬浮化学物质发生一系列光化学反应 ,主要生 成臭氧,形成光化学烟雾,从而发生光化学污染 [ 1] ; ② 光化学烟雾会刺激人的眼睛和呼吸系统,有些VOCs还 具有强烈刺激气味,空气中达到一定浓度时则产生令 人不适的感觉 ,影响空气质量; ③有些有毒的VOCs 如 芳香烃等 气体在环境中存在会损害人们的健康,长时 间暴露在污染空气中会引发癌变或引起其它严重疾 病,光化学烟雾也会危害人的健康和植物的生长。我 国新制定的大气污染物综合排放标准 GB 16297 1996 中对VOCs 废气也提高了排放标准。 对排放 VOCs 废气的治理, 一般情况下有多种工 艺技术可以应用 ,但对于目前国内许多工艺过程产生 的大风量、低浓度 直接排放又超标 的 VOCs 废气的 控制与治理,却历来是空气净化的难题 [ 2] , 传统的净 化治理工艺主要存在着两个缺陷 一是净化设备运行 耗能与高运转费用问题在此条件下较为突出 ; 二是有 些工艺存在效率不高和二次污染问题, 从而影响了这 些工艺的大面积推广和应用。针对治理大风量VOCs 废气常用的几种净化工艺进行了分析比较,重点介绍 近年来在大风量 VOCs 废气治理中取得显著效果并 且正在不断推广应用的吸附-催化燃烧综合净化工艺 以及 FCJ 系列有机废气净化装置 。 2 几种 VOCs废气治理技术的比较 对于各种工艺过程排出 VOCs 废气的治理 ,常用 的方法有 吸附-溶剂回收法 、 焚烧法 、液体吸收法和 吸附-催化燃烧综合法,这些工艺各有其优点, 须根据 VOCs 废气排放的具体情况和要求 ,选用适合的工艺。 2. 1 吸附-溶剂回收法 吸附-溶剂回收法是先用吸附剂对 VOCs 废气进 行吸附净化 ,吸附剂普遍采用对有机蒸气吸附最有效 的活性炭, 一般初始净化效果都较好。吸附了 VOCs 废气的活性炭吸附剂用过热水蒸汽进行脱附 ,再将脱 附下的高浓度 VOCs 进行冷凝回收 。这种工艺较适 合于对较高浓度、单一组分的 VOCs 废气治理 , 而不 适合多组分 、 低浓度的情况。因在VOCs 废气浓度低 时回收溶剂量小 ,又需配有蒸气和冷水设备 ,既无效 益,又必需满足水 、汽供给条件 。当 VOCs 废气为多 组分时,回收物若不进行精馏分离, 几乎无利用价值, 若进行分离 ,又需要增加精馏分离的设备和流程, 一 般的废气治理厂家难以具备此条件 。另外回收的溶 剂一般不宜利用 ,除作为燃料外很少返回作为工艺溶 剂使用。若不及时处理, 还易造成二次污染并可能成 为大的事故隐患。在用作大风量VOCs 废气治理时, 其设备也较庞大 。 2. 2 焚烧法 焚烧法包括热力焚烧和催化燃烧两种工艺方法。 热力焚烧法是用燃料助燃, 使VOCs 废气在 600 ℃以 上高温下燃烧变成 CO2和 H2O。该方法只适合于高 浓度且稳定排放的 VOCs 废气治理, 否则助燃耗能巨 大,运转费用高 ,净化效果也不很理想。 催化燃烧法是在氧化催化剂的作用下, 将 VOCs 废气于 300 ℃左右催化氧化为 CO2和 H2O。其优点 是废气净化反应的温度较低, 净化效率也较高, 特别 在VOCs 废气排风量不大 5 000 m 3 h 以下 、浓度适 36 环 境 工 程 2004年 2 月第22 卷第1 期 合 2 000～ 6 000 mg m 3 且排放稳定时 ,耗能较低, 优 点较为突出。但用于处理风量较大 10 000 m 3 h 、 浓度较低 0. 5 m s 时 下, 其阻 力仅为同比颗粒炭 4～ 6目 的 1 10 左右。 图 2 蜂窝活性炭对苯的吸附等温线 3. 2 FCJ系列有机废气净化装置 经多年的使用表明 ,FCJ系列有机废气净化装置 37 环 境 工 程 2004年 2 月第22 卷第1 期 图 3 蜂窝炭对丙酮的吸附等温线 图4 活性炭在不同气流速度下的阻力 L 8 附表 蜂窝状活性炭的物理性能 项目性能指标 外形尺寸 mm5050100 孔数 ncm- 216 孔壁厚 mm0 . 5 压碎强度 MPa 正面 侧面 7 . 07 0 . 3 体积密度 gcm- 3 0 . 4 几何外表面积 m2g - 1 0 . 32 比表面积 m2g- 1700 着火点 ℃550 具有以下特点 [ 5] 1 采用蜂窝状活性炭作吸附剂, 吸附床的床层 阻力小 见图 4 , 可用于各种排风量的 VOCs 废气治 理,尤其适用于大风量条件下的废气治理; 2 吸附床采用组装式结构 ,设备整体体积小 ,主 体设备占地面积也小, 且便于运输、安装和更换吸附 材料 ; 3 由于吸附剂的脱附再生是用催化燃烧的尾气 余热进行 ,吸附剂不直接接触液体 水 , 使吸附剂的 使用寿命变长 一般可用 3 a 以上 ,尤其能有效利用 有机催化燃烧产生的余热 , 节能效果显著 , 运转费 用低 ; 4 对 VOCs 废气治理净化效率高, 不产生二次 污染 ; 5 全套装置采用自动化控制, 操作方便, 安全 可靠 。 3. 3 FCJ系列有机废气净化装置的应用 FCJ系列有机废气净化装置从 1989 年应用以来, 该装置的技术特点在同类型装置中得到充分展示 ,并 很快在大风量 VOCs 废气治理中获得了广泛应用。 到2002 年,全国已有近 30 家企业在 VOCs 废气治理 中应用了FCJ 系列设备 40 余套, 而且都取得了良好 的治理效果 。以 FCJ 系列有机废气净化装置为代表 的大风量 VOCs 废气治理技术 1994 年获得了国家实 用新型专利 [ 6] ,经过全面改进的新型 FCJ 系列有机废 气净化 处理系 统 2003 年又 获得 国家 实用 新型 专利 [ 7] 。 4 结语 对于VOCs废气,应根据废气排出的具体情况和 净化要求进行治理 。虽然传统的一些净化工艺都有 其独特的优点, 但对于大风量、低浓度的 VOCs 废气 治理, 有的工艺并不适用 。相比之下 ,以吸附-催化燃 烧综合净化工艺原理为基础的 FCJ 系列有机废气净 化装置由于采用一种新型吸附材料 蜂窝状活性炭 , 充分发挥了 2 种工艺的优点, 从而对 VOCs 废气治理 的应用范围较大 ,特别适用于那些 VOCs 废气排放量 大、 浓度较低 1 000 mg m 3 的场合 。应用该工艺和 设备可使净化过程高效节能, 无二次污染 ,是大风量 VOCs 废气治理的首选工艺方法。 参考文献 1 MinShao ,Meiping Zhao , Yuanhang Zhang et al . , Biogenic VOCs Emissions and Its Impact onOzone ation inMajorCities of china , J. Environ. Sci. Health, 2000,A35 10 , 1941～ 1950. 2 乔惠贤, 栾志强, 陈魁学. 催化燃烧法在固定源有机废气净化中的 应用. 国防环境科学,1989. 1 30～ 33. 3 尹维东, 乔惠贤,陈魁学, 栾志强. 等. 蜂窝状活性炭在大风量有机 废气治理技术中的应用. 环境科学研究, 2001. 13 5 27～ 30. 4 乔惠贤, 陈魁学, 栾志强. 等. 丙酮废气净化. 环境保护, 1993. 5 37～ 39. 5 尹维东, 乔惠贤. 陈魁学. FCJ 有机废气净化装置工艺分析. 环境保 护, 1997. 10 13～ 14. 6 陈魁学. 乔惠贤, 一种处理有机废气的空气净化装置, 实用新型专 利, ZL 93222819. 4, 1994. 08. 7 乔惠贤, 尹维东,袁义胜, 栾志强, 陈魁学等. 有机废气净化处理系 统, 实用新型专利,ZL 01274679, 4,2003, 02. 作者通讯处 乔惠贤 100083 北京市花园北路 35号西楼 电话 010 66748526 O E -mail qiaohx sina . com 2003- 08-03 收稿 38 环 境 工 程 2004年 2 月第22 卷第1 期 reached BOD5removals efficiency with an average of 80. It has been foundby obsarvations that BOD5concentrations can be well reflected by a design equation based on hydraulic loading. Keywords biological treatment of wastewater, high-rate biofilter, hydraulic loading and filter kinetics DESIGN AND STUDYONMAZETYPEBIO -CARRIERSEPARATORFOR AERATED BIOLOGICAL FLUIDIZED REACTORZhang Yukui et al 25 Abstract Maze type bio -carrier separator is an important part of the new aerated biological fluidized reactor. This bio -carrier separator can effectively separate carrier, liquid and gas to ensure normal running of the reactor. Separated effect of the bio -carrier separator is affected by structural factors and running parameters. Study results indicate both the position of the separator in the reactor and distance between two layers reflection cones have optimum values. According to different air supply, there is a critical value to separated effect of separator. When treating wastewater with designed aerated biological fludized reactor, air supply needed is less than critical value, so the bio -carrier separator can reach to 100 separated effect. Keywords maze type, bio -carrier separator and biological fluidized reactor EFFECTS OF pH ON ACTIVATED SLUDGE BULKING IN INDUSTRIAL WASTEWATER TREATMENT BY SBRDing Feng et al 29 Abstract The paper introduced the effects of pH on activated sludge bulking in brewery chemical wastewater treatment by SBR. The results showed that SVI less than 100 mL g during the stages while pH of intake wastewater was from 5. 0 to 6. 0 and 5. 0 individual stage of brewery s keeping a long period. Sludge activation was restrained sludge floated when pH was from 5. 5 to 2. 5 especially in chemical wastewater . SVI of two kinds of wasrtewater was rising slightly during pH was from 9. 0 to 12. 0, but when SVI was less than 110 mL g, the restraint of sludge activation and its disintegration can be found. Activated sludge floatwas aggravated and more serious of chemicalswhenpH was from 3. 5 to 7. 0 while keeping the period pH as intakes. Excessive fungi and other filamentous bacteria were not found by microscope detection during the experiment. So, over -high or over -low pHwas not sure to cause activated sludge bulking in industrial wastewater treatment by SBR. Keywords pH, SVI, SBR and activated sludge bulking THE ANALYSIS OF SIMULTANEOUS DENITRIFYING AND DEPHOSPHORIZATION WITH NITRATE AS ELECTRONIC RECEIVERLuo Guyuan et al 32 Abstract It was found through test that the activated sludge with nitrate as electronic receiver could absorb phosphorus at the condition of anoxia and remove nitrogen through denitrification at the same time. The test ulteriorly discussed the possibility of simultaneous denitrifying and dephosphorization by using the “ double sludge” system. The results show that the concentration of phosphate tends to zero, TP ≤0. 23 mg L, NH3-H≤0. 5 mg L, TN≤8 mg L and CODCr≤25 mg L in effluent by using“double” phosphorus absorbability and denitrifying of inner carbon source in the “ double sludge” system. Keywords denitrifying phosphate removal, biological treatment, SBR system, “double” phosphorus absorbability and denitrifying of inner carbon source TREATING TECHNIQUE FOR LARGE FLOW FLUE GAS CONTAINING VOCs QiaoHuixian et al 36 Abstract Several treating techniques for VOCs flue gas in common use were analyzed. The synthetic technique of adsorption -catalytic combustion was introduced mainly. The characteristics and applicationsof FCJ organic exhaust purification equipmentwasdescribedindetail, which is a typical technique based on the adsorption-catalytic combustion and the honeycomb activated carbon is used as an absorbent. Keywords VOCs, adsorption, catalytic combustion and honeycomb activated carbon 3 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 22,No. 1, February , 2004