大气污染控制工程：第七章 挥发性有机化合物治理技术

1、第七章 挥发性有机化合物治理技术主要内容VOCs典型治理技术123VOCs污染现状45典型行业VOCs治理技术一、VOCs污染现状什么是VOCs？ VOCs是在101.3kPa标准大气压下，任何沸点低于或等于250的有机化合物。 定义常用含VOCs的原料Volatile vltal Organic :gnk Compounds，挥发性有机化合物，简称VOCs典型的VOCs污染物质甲 醛三苯家装行业VOCs污染丙酮最主要的污染物种据调查：目前患白血病的儿童中，70在两年内经历过家庭的装修。汽车尾气VOCs污染及危害 研究表明，汽车尾气的HC含有强致癌物苯并(a)芘，当空气中的苯并(a)芘浓度达到

2、0.012微克/立方米时，居民中得肺癌的人数就会明显增加。工业VOCs污染制药厂、化工厂尾气排放有机溶剂储罐废弃物处理VOCs排放工业涂装VOCs 排放源和排放量血液、神经系统、 肝肾脏皮肤、眼睛“三致”作用呼吸系统嗅觉、呼吸道、肺部 几乎全部VOCs；恶臭类，有机硫化物，含氯有机化合物，含氮有机化合物等致癌、致畸、致突变刺激性VOCs白血病，肝、肾功能衰竭杀虫剂、除草剂 醛类，烯，烷烃，苯系物，含氯有机化合物，有机卤化物等VOCs对人体的毒害作用醛类最为突出；有机硫化物，含氯有机化合物，含氮有机化合物等苯系物最为突出，烯，含氯有机化合物，含氮有机化合物等我国人为源排放的VOCs总量逐年增加；

3、区域经济高速发展，能源消耗大，溶剂使用量不断增加，污染源复杂；区域复合型大气污染问题日益严重。全国VOCs污染现状燃烧排放源生活排放源交通排放源工业排放源VOCs是公认的区域复合型污染的重要前体物和参与物重点区域、典型行业污染非常突出。以国家、区域的综合性标准为主，实际上都还未严格实施VOCs控制；近年来重点城市开始实施VOCs控制;重点行业VOCs治理纳入“十二五”大气污染防治规划。当前我国VOCs排放及控制情况辽中京津冀山东半岛长三角海西珠三角成渝武汉长株潭 三区六群地区 采取引风排放措施，降低浓度，总量不变； 污染治理困难，减排有较大压力； 典型行业VOCs削减潜力大； 面临的政策压力逐

4、渐增大（浓度和总量都要控制）。行业企业：整体： VOCs污染源头控制技术清洁生产 注重生产全过程的物料回收，充分实现再回收、再利用，防止和减少污染的产生；原料替代 生产过程中采用低VOCs含量的原料，如包装印刷过程中使用低VOCs溶剂、汽车涂装过程使用低VOCs涂料等；工艺改进 采用先进的工艺技术，减少VOCs排放量，如汽车涂装过程中用3C1B工艺代替传统的3C2B工艺 VOCs污染末端治理技术二、VOCs典型治理技术组合式工艺VOCs污染末端控制技术回收利用技术销毁技术VOCs治理技术燃烧法催化燃烧法生物降解法光催化降解法等离子体技术冷凝法吸收法吸附法膜分离法传统技术冷凝法将废气降温至VOC

5、s成份露点以下，凝结为液态后加以回收适用于高浓度、成份单纯且回收价值高的VOCs；冷凝法处理成本较高；适用浓度 5000 ppm ，效率介于50 85 %之间；浓度 1 %时，回收效率90 %以上；常搭配其他控制技术，如焚化、吸附、洗涤等作为前处理步骤。吸收（洗涤）法填料塔文丘里塔旋流板塔 喷淋塔多层洗涤塔填料塔旋流板塔适用于高水溶性VOCs用化学药剂将VOCs中和、 氧化或其他化学反应破坏同時去除气态污染物投资成本低传质效率高对酸性气体也有高处理效率有后续废水处理问题颗粒物浓度高，导致塔堵塞维护费用高排气可能造成白烟优点缺点吸附法吸附剂对VOCs进行选择性吸附:硅土和金属氧化物吸附剂吸附废气

6、中水汽。在水存在状态下，活性炭仍能吸附非极性有机物双层吸附床蒸汽吸附床层 2吸附床层1冷凝器储液罐顶层溶液底层溶液排入大气水汽和溶剂蜂窝转轮式吸附气体膜分离原理图气体膜分离设备气体膜分离流程图膜分离法优点缺点-回收组分-高效-可集成其余技术-膜污染-膜的稳定性差-通量小生物法生物滤床生物滴滤床生物洗涤优点缺点-投资少-运行费用低-处理效果好-降解速度慢-占地面积广-运行操作条件不易控制低温等离子体催化技术实现VOCs低温去除适用于低浓度、大风量的VOCs处理效率高，能耗低净化并清新空气CatalystPollutantCO2H2OEnergyActive speciese，O2-，OOH，O3

7、，活性物种和臭氧，触发催化剂，降低活化能。催化剂选择性地与等离子体产生的产物再反应 等离子体场富集大量活性物种，如离子、电子、激发态的原子、分子及自由基等；活性物种将污染物分子离解小分子物质无害化热焚烧VOCs控制技术焚 烧 炉1000度VOCs燃料（柴油）CO2H2ONOX热焚烧技术优缺点优点： 装置简单、工艺流程短缺点： （1）消耗大量燃料 （2）产生大量NOX污染鼓风机鼓风机废热利用排气(CO2、H2O)催化床换热器燃烧室VOCS废气空气燃料催化燃烧技术具有热回收装置的催化燃烧器适用条件温度范围400600,更节能安全，不产生NOXRTO800，NOX二次污染物热回收效率蓄热催化燃烧一体

8、化设备热回收效率90%催化燃烧炉为30%直接燃烧炉为50% 蓄热催化燃烧技术（Regenerative Catalytic Oxidizers）蓄热式催化燃烧法（RCO）-能效比高；-节省空间；-节约材料用量；-简化系统控制；-减少NOX生成 优 点适用浓度： 中高浓度蓄热体工作原理蓄热催化燃烧技术（RCO）Reduced activation energy results in lower temperature required.（降低了活化温度。）蓄热体要求低热膨胀系数表面积大热稳定性好耐腐蚀蜂窝陶瓷蓄热体+催化剂VOCs浓度（mg/cm3）VOCs流量（m3/h） VOCs传统控制技术

9、适用范围VOCs 控制技术适用范围和经济性控制技术（工艺）单套装置适用气体流量范围（m3/h）适用VOCs浓度范围(mg/m3)适宜废气温度范围()适宜处理废气不适宜处理废气单位处理能力投资万元/(1000m3/h)处理单位气体运行费用元/1000m3催化氧化1000-1000002000-80000喷涂、化工等行业中高浓度有机废气的治理，废气中不含催化剂中毒物质。含催化剂中毒物质，或浓度太低，气量不稳定8-100.4-1.0吸附-蒸汽脱附-回收10000-1500001000-662500-45印刷、化工等行业，中等浓度，废气成分较为单一废气成分复杂，浓度太低或太高0-424-8生物过滤/滴

10、滤1000-100000200010-45污水处理、堆肥、化工、制药等行业中低浓度、含可生物降解VOCs废气含不可生物降解VOCs或高浓VOCs废气1-40.6-1.2吸附-浓缩-催化氧化10000-180000100-20000-45喷涂、印刷等行业，中低浓度有机废气的治理，废气中不含催化剂中毒物质（对RCO）。含催化剂中毒物质（对RCO）。有机废气浓度不宜过高3-60.4-0.6等离子体氧化1000-6000050080大风量低浓度的有机废气,对油漆雾废气处理更适用高浓度VOCs废气0.6-10.1-0.3热力燃烧1000-1000002000-80000喷涂、印刷、化工、制鞋、制革、电子

11、等行业，中高浓度有机废气的治理浓度太低不可维持燃烧，气量不稳定100.4-0.8三、典型行业的VOCs控制技术汽车喷涂制鞋包装印刷家具喷涂汽车行业VOCs排放特征汽车表面涂装工艺流程图涂装工艺过程VOCs排放环节：电泳底漆、中涂和面漆的喷涂及烘干过程、塑料件加工的涂漆工序。典型行业VOCs排放特征及治理适用技术（1）汽车制造行业漆雾-油漆在喷枪内的高压作用下雾化成微粒，随气流弥散至车间内外形成的漆雾。有机废气 车身烘烤过程中挥发的有机废气。 特点：在中涂和面漆喷漆过程中，约80-90%的VOCs是在喷漆室和流平室排放，VOCs浓度较大、温度较高。 可以直接进入焚烧炉或者蓄热式氧化装置处理。 喷

12、漆室排出的废气。 特点： 10-20%的VOCs随车身涂膜在烘干室中排放。废气量大、VOCs浓度相对较低、相对湿度较大。 一般直接高空排放，或者用活性炭吸附。VOCs类别及特点喷漆室烘干室（1）蓄热式热力焚烧法(RTO) RTO 是利用有机废气在炉膛高温环境下分解的方法。近年来，RTO 以其价格适中、节能、适用于大风量有机废气处理的特点，在新建大批量汽车涂装生产线中得到广泛使用。优点：能达到不消耗燃料的情况下有机废气得到净化的状态。处理效果稳定，使用寿命长。缺点：R T O 对于小风量有机废气的处理时热效率低，仅适用5000Nm3/h 以上有机废气的处理。汽车行业VOCs末端治理技术（2）蓄热

13、式催化热力焚烧法(RCO) 在RTO基础上加入催化剂，处理效果更高，可达98%。汽车行业VOCs治理技术（2）废气焚烧炉直接焚烧法 有机废气先经过热交换器升温后作为燃烧机的助燃风进入焚烧炉膛焚烧，炉膛内有机废气和火焰充分混合。 混合气体温度达750左右，在焚烧炉膛中，有机废气分解成为净化尾气，净化率达到98% 以上。优点：废气焚烧炉在为烘房供热的同时，对烘房产生有机废气进行了净化。有机废气处理效果稳定。缺点：由于技术所限，该类焚烧炉鲜有国产化应用，主要由欧洲进口。直接焚烧法示意图汽车行业VOCs治理技术喷漆过程有机废气的治理方法沸石转轮 对于喷漆过程中水洗后有机废气的处理，目前西方国家部分采用

14、了沸石转轮浓缩+ 焚烧的方法。沸石转轮利用沸石低温吸附、高温脱附的特性对有机废气进行浓缩。优点：浓缩后的废气最终通过废气焚烧炉、R T O 等处理后排放，由于浓缩后的废气量仅有待处理废气的十分之一以下，从而大大降低了能耗。沸石转轮使用寿命较长，最长可达1 0 年。缺点：沸石转轮投资巨大， 以20 000 0Nm3/h 处理能力转轮装置为例，投资在1 0 0 0 万元以上。常用涂装废气末端治理技术适应范围采用低VOCs含量的原材料项目电泳中涂底色漆罩光清漆VOCs排出量/g m2工艺体系1CED溶剂型溶剂型单组份溶剂型120工艺体系2CED溶剂型水性双组份溶剂型40工艺体系3CED水性水性双组份

15、溶剂型34工艺体系4CED水性水性水性28工艺体系5CED粉末水性粉末5000 mg/m3)或具有高回收价值的VOCs，宜采用回收技术（如活性炭吸附）加以循环利用。活性炭吸附净化处理流程图缺点：吸附回收效率不高，一般在70%左右优点：可以回收大量溶剂，具有较好的经济效益，短期内（半年1年）可以回收治理成本。对于中等浓度或低浓度(1000mg/m3)的VOCs，可采用销毁技术将其降解，如 蓄热催化燃烧技术，去除效率可达99%。蓄热催化工艺流程图包装印刷行业VOCs治理技术采用吸附浓缩催化焚烧的方法对车间排出的低浓度废气进行净化。效果良好，但国内目前在吸附材料沸石的改性方面还没有很好地解决。生产工

16、艺家具制造业生产的产品种类繁多，生产工艺也不尽相。选取家具行业中木质家具为代表。木制家具典型生产工艺图选料备料砂光组立涂装包装涂料调配家具制造行业典型行业VOCs排放特征及治理适用技术（3）家具制造行业VOCs排放特征VOCs的产生环节和排放特点 家具制造工业排放的VOCs绝大部分来至涂料中有机溶剂和稀释剂的挥发。 涂装工艺是家具制造中产生VOCs的主要工序。木质家具涂装技术包括喷涂、刷涂、辊涂、淋涂及浸涂等 。VOCs排放与使用的涂料类型以及涂装技术有关。 家具制造行业VOCs排放特征木器家具涂料品种、所占比例及主要污染物 我国木器家具制造中油性涂料消费占涂料消费的90%左右，其它种类的涂料

17、所占比重约为10% 。在木器家具制造中VOCs污染物的种类主要是苯、甲苯、二甲苯、乙酸丁酯、甲醛、苯酚、酮类及醇类等 。 涂料种类约占家具涂料比例%产生的VOCs聚氨酯涂料70二甲苯、乙酸丁酯、环己酮等硝基涂料20甲苯、乙醇、丁醇、乙酸丁酯、乙酸乙酯、丙酮等聚酯漆光固化涂料水性涂料其他涂料10聚酯漆中所含部分溶剂涂饰后与不饱合聚酯发生共聚反应，共同成膜基本无VOCs挥发；光固化涂料100%固体成份，几乎不产生VOCs；水性涂料属于环保型涂料，VOCs含量少，同时由于使用量少，VOCs产生量少。家具制造行业VOCs治理技术主要技术：吸收法、吸附法及吸收和吸附组合方法三种。（1）简单的水濂吸收法喷

18、漆废气收集系统水濂吸收废水处理系统尾液达标排放去漆雾和木灰，VOC去除10-15%主要设备水濂柜，去除初颗粒漆雾和木灰，VOC总去除效率为10-15%，尾液基本上是进入企业的废水处理系统处理至达标排放，珠三角家具厂基本上建有。该处理设施并且运行很高，近100% 。工艺流程简图 家具制造行业VOCs治理技术（2）药剂吸收法法喷漆废气收集系统高效吸收塔去漆雾和木灰，VOC去除85%以上吸收液循环池尾液废水处理系统达标排放吸收液配置主要设备是吸收塔，去除初颗粒漆雾和木灰，VOC总去除效率为85%以上，尾液进入企业的废水处理系统（无厌氧工艺增加）处理至达标排放。工艺流程简图 家具制造行业VOCs治理技术（3）简单的水濂吸收 + 吸附组合法主要设备是水濂柜、吸附塔、蒸汽再生的冷却回收设备、热风再生的燃烧设备，VOC总去除效率为90%以上，水濂柜吸收的尾液进入企业的废水处理系统处理至达标排放。吸附设施运行率很低，很多小于10%。喷漆废气收集系统水濂吸收废水处理系统尾