VOCs相關(guān)知識(shí)及末端處理技術(shù)ppt課件

1、揮揮發(fā)性有機(jī)物發(fā)性有機(jī)物(VOCs) 相關(guān)知識(shí)及相關(guān)知識(shí)及控制技術(shù)控制技術(shù)揮發(fā)性有機(jī)化合物的總稱。n這些定義有相同之處，但也各有側(cè)重，有的強(qiáng)調(diào)在常溫常壓下能自發(fā)揮發(fā)，有的強(qiáng)調(diào)是否參加大氣光化學(xué)反應(yīng)，有的對(duì)沸點(diǎn)或初餾點(diǎn)作限定 。n大氣污染控制工程中的定義是：VOCs是一類有機(jī)化合物的統(tǒng)稱，在常溫下它們的蒸發(fā)速度大，易揮發(fā)。WHO沸點(diǎn)在 50-260C之間的所有有機(jī)物, 除了殺蟲劑EU在 20 C條件下，蒸氣壓大于0.01KPa的所有有機(jī)物US EPA所有含碳的并參加大氣中光化學(xué)反應(yīng)的有機(jī)物Australian National Pollution Inventory澳大利亞國(guó)家污染物清單澳大利亞

2、國(guó)家污染物清單在 25 C條件下蒸氣壓大于 0.27 kPa 的所有有機(jī)物VOC的定義VOC的危害nVOC按其化學(xué)結(jié)構(gòu)，按其化學(xué)結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)一步分為：可以進(jìn)一步分為：烷類、芳烴類、酯類、烷類、芳烴類、酯類、醛類和其他等。目前已醛類和其他等。目前已鑒定出的有鑒定出的有300多種。多種。運(yùn)輸燃料工業(yè)產(chǎn)品氟氯化碳其它溶劑使用1. 紡織 & 鞋類2. 氣溶膠產(chǎn)品7. 環(huán)境測(cè)試 (e.g. 辦公室)8. （汽）車廂 & 內(nèi)置部件5. 油漆&油墨6. 家居& 木制品3. 玩具4. 電子電器刺激眼粘膜、鼻粘膜、呼吸道和皮膚等；三是具有基因毒性和致癌性。（當(dāng)然，VOC對(duì)人的影響

3、與其濃度有關(guān)）VOCs污染控制技術(shù)污染控制技術(shù)基本分為兩大類：基本分為兩大類：1.以改進(jìn)工藝技術(shù)，更換設(shè)備和防止泄露為主的預(yù)防性以改進(jìn)工藝技術(shù)，更換設(shè)備和防止泄露為主的預(yù)防性措施。措施。2.以末端治理為主的控制性措施。以末端治理為主的控制性措施。VOCs控制技術(shù)控制技術(shù)工藝替代及工藝替代及設(shè)備改進(jìn)設(shè)備改進(jìn)末端控制技術(shù)末端控制技術(shù)工藝替代工藝替代VOCs替代替代泄露控制泄露控制氧化分解氧化分解回收回收生物降解生物降解氧氧 化化濃縮濃縮膜分離膜分離吸收吸收吸附吸附生物過濾生物過濾生物滴濾生物滴濾生物洗滌生物洗滌熱氧化熱氧化催化氧化催化氧化1.燃燒法燃燒法2.吸收（洗滌）法吸收（洗滌）法3.冷凝法冷

4、凝法4.吸附法吸附法5.生物法生物法1 1 燃燒法控制燃燒法控制VOCsVOCs污染污染用燃燒法將有害氣體，蒸汽，液體或煙塵轉(zhuǎn)化為無害物用燃燒法將有害氣體，蒸汽，液體或煙塵轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)的過程稱為燃燒法凈化，亦稱焚燒法。質(zhì)的過程稱為燃燒法凈化，亦稱焚燒法。特點(diǎn)特點(diǎn)1.只能適應(yīng)可燃的或者高溫下分解的有害物質(zhì)。只能適應(yīng)可燃的或者高溫下分解的有害物質(zhì)。2.可以除惡臭?？梢猿龕撼簟?.不能回收有用的物質(zhì)。不能回收有用的物質(zhì)。4.可以回收熱量?？梢曰厥諢崃俊９に嚬に?直接燃燒直接燃燒. 熱力燃燒熱力燃燒. 催化燃燒催化燃燒1.直接燃燒直接燃燒a.亦稱直接火焰燃燒。如果可燃組分的濃度高于燃燒上限，可亦稱直

5、接火焰燃燒。如果可燃組分的濃度高于燃燒上限，可以混入空氣后燃燒；如果可燃組分的濃度低于燃燒下限，可以以混入空氣后燃燒；如果可燃組分的濃度低于燃燒下限，可以加入一定數(shù)量的輔助燃料（如天然氣等）維持燃燒。加入一定數(shù)量的輔助燃料（如天然氣等）維持燃燒。b.直接燃燒的設(shè)備包括一般的燃燒爐，窯，或者通過某種裝置直接燃燒的設(shè)備包括一般的燃燒爐，窯，或者通過某種裝置將廢氣導(dǎo)入鍋爐作為燃料氣進(jìn)行燃燒。將廢氣導(dǎo)入鍋爐作為燃料氣進(jìn)行燃燒。c.燃燒溫度一般需要燃燒溫度一般需要1100左右左右，燃燒最終產(chǎn)物為，燃燒最終產(chǎn)物為d.直接燃燒法直接燃燒法不適于處理低濃度廢氣不適于處理低濃度廢氣。2coOH22Na.用于可燃

6、有機(jī)物用于可燃有機(jī)物含量較低含量較低的廢氣的凈化處理。的廢氣的凈化處理。熱焚燒爐熱焚燒爐滌氣器滌氣器助燃空氣輔助燃空氣輔助燃料助燃料熱交換器熱交換器煙道煙道排放源排放源稀釋空氣稀釋空氣（*）圖圖 熱力燃燒工藝示意圖熱力燃燒工藝示意圖b.b.可燃組分含量低，本身不能燃燒可燃組分含量低，本身不能燃燒。一般需要燃燒其他燃料。一般需要燃燒其他燃料（如天然氣），把廢氣溫度提高到熱力燃燒所需要的溫度，（如天然氣），把廢氣溫度提高到熱力燃燒所需要的溫度，使其中的氣態(tài)污染物進(jìn)行氧化，分解為二氧化碳，水，氮?dú)馐蛊渲械臍鈶B(tài)污染物進(jìn)行氧化，分解為二氧化碳，水，氮?dú)獾?。等。c.c.燃燒需要的溫度較直接燃燒低，在燃燒需

7、要的溫度較直接燃燒低，在540-820 540-820 即可進(jìn)行。即可進(jìn)行。d.d.熱力燃燒的必要條件熱力燃燒的必要條件反應(yīng)溫度反應(yīng)溫度停留時(shí)間停留時(shí)間湍流混合湍流混合e.可以用專門的裝置，也可用普通的燃燒爐。專門裝置稱可以用專門的裝置，也可用普通的燃燒爐。專門裝置稱為為熱力燃燒爐熱力燃燒爐，其結(jié)構(gòu)應(yīng)該滿足保證，其結(jié)構(gòu)應(yīng)該滿足保證760 以上溫度和以上溫度和0.5s左右的接觸時(shí)間。左右的接觸時(shí)間。f.f.熱力燃燒爐的主體結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)部分：熱力燃燒爐的主體結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)部分：燃燒器燃燒器-使輔助燃料燃燒生成高溫燃?xì)馐馆o助燃料燃燒生成高溫燃?xì)馊紵胰紵沂垢邷厝細(xì)馀c旁通廢氣湍流混合達(dá)到反應(yīng)溫度，使高

8、溫燃?xì)馀c旁通廢氣湍流混合達(dá)到反應(yīng)溫度，并使廢氣再其中的停留時(shí)間達(dá)到要求。并使廢氣再其中的停留時(shí)間達(dá)到要求。g.熱力燃燒三個(gè)過程：熱力燃燒三個(gè)過程：輔助燃料燃燒輔助燃料燃燒-提供熱量提供熱量廢氣與高溫燃?xì)饣旌蠌U氣與高溫燃?xì)饣旌?達(dá)到反應(yīng)溫度達(dá)到反應(yīng)溫度在反應(yīng)溫度下，保持廢氣有足夠的停留時(shí)間，使廢氣中可燃在反應(yīng)溫度下，保持廢氣有足夠的停留時(shí)間，使廢氣中可燃有害組分氧化分解有害組分氧化分解-達(dá)到凈化排氣的目的。達(dá)到凈化排氣的目的。3.3.催化燃燒法催化燃燒法實(shí)際上為完全催化氧化，即在催化劑作用下，有害組分完實(shí)際上為完全催化氧化，即在催化劑作用下，有害組分完全氧化為全氧化為2coOH2已成為已成為凈化

9、碳?xì)浠衔飶U氣凈化碳?xì)浠衔飶U氣的有效手段之一。的有效手段之一。也是也是消除惡臭氣體消除惡臭氣體的有效手段。的有效手段。已成功的應(yīng)用于已成功的應(yīng)用于金屬印刷金屬印刷，絕緣材料絕緣材料，漆包線漆包線，煉焦，油，煉焦，油漆，化工等多種行業(yè)。漆，化工等多種行業(yè)。特點(diǎn)特點(diǎn)為無火焰燃燒，安全性好，為無火焰燃燒，安全性好，要求的燃燒溫度低（大部分為要求的燃燒溫度低（大部分為300-450 ）輔助燃料消）輔助燃料消耗少耗少對(duì)可燃組分濃度和熱值限制較小對(duì)可燃組分濃度和熱值限制較小為使催化劑延長(zhǎng)使用壽命，不允許廢氣中含有塵粒和霧滴為使催化劑延長(zhǎng)使用壽命，不允許廢氣中含有塵粒和霧滴常用催化劑：常用催化劑：貴金屬貴

10、金屬Pt，Pd，稀土，稀土，以為以為 載體的催化劑，載體的催化劑，以金屬為載體的催化劑以金屬為載體的催化劑32OAl燃燒工藝性能燃燒工藝性能問題：?jiǎn)栴}：不完全燃燒不完全燃燒。過程會(huì)產(chǎn)生。過程會(huì)產(chǎn)生有害的中間產(chǎn)物有害的中間產(chǎn)物，如乙醛，如乙醛，二噁英，呋喃。二噁英，呋喃。2.2.吸收（洗滌）法控制吸收（洗滌）法控制VOCsVOCs污染污染VOCs吸收工藝吸收工藝該工藝適用于該工藝適用于VOCs濃度比較高，溫度較低和壓力較高的場(chǎng)合。濃度比較高，溫度較低和壓力較高的場(chǎng)合。吸收裝置多為氣液相反應(yīng)器。吸收裝置多為氣液相反應(yīng)器。3.3.冷凝法控制冷凝法控制VOCsVOCs污染污染冷凝系統(tǒng)流程圖冷凝系統(tǒng)流程

11、圖4.4.吸附法控制吸附法控制VOCsVOCs污染污染活性炭吸附活性炭吸附VOCs工藝工藝5.5.生物法控制生物法控制VOCsVOCs污染污染生物法工藝性能比較生物法工藝性能比較VOCsVOCs處理的新方法處理的新方法a.光催化氧化法光催化氧化法b.低溫等離子體凈化法低溫等離子體凈化法c.氣體放電光催化法氣體放電光催化法（低溫等離子體與光催化結(jié)合）（低溫等離子體與光催化結(jié)合）d.低溫等離子體協(xié)同吸附低溫等離子體協(xié)同吸附e.低溫等離子體協(xié)同催化（低溫等離子體協(xié)同催化（Mn，Ag等金屬催化劑）等金屬催化劑）a.光催化氧化法光催化氧化法 光催化技術(shù)的基本原理是半導(dǎo)體內(nèi)價(jià)帶電子受光照激發(fā)穿過禁帶到光催

12、化技術(shù)的基本原理是半導(dǎo)體內(nèi)價(jià)帶電子受光照激發(fā)穿過禁帶到達(dá)導(dǎo)帶，在此過程中形成的自由電子達(dá)導(dǎo)帶，在此過程中形成的自由電子-空穴對(duì)對(duì)有機(jī)物進(jìn)行氧化還原空穴對(duì)對(duì)有機(jī)物進(jìn)行氧化還原。目前所研究的催化劑多為。目前所研究的催化劑多為過渡金屬半導(dǎo)體化合物過渡金屬半導(dǎo)體化合物，如，如Ti02、ZnOZ、CdS和和WO3等。由于等。由于Ti02具有化學(xué)穩(wěn)定性好、耐光腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，具有化學(xué)穩(wěn)定性好、耐光腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，使其成為研究最為廣泛的催化劑。使其成為研究最為廣泛的催化劑。Ti02是一種是一種N型半導(dǎo)體催化劑，它的能帶結(jié)構(gòu)是由一個(gè)充滿電子型半導(dǎo)體催化劑，它的能帶結(jié)構(gòu)是由一個(gè)充滿電子的低能價(jià)帶的低能價(jià)帶(vB)和一個(gè)

13、空的高能導(dǎo)帶和一個(gè)空的高能導(dǎo)帶(CB)組成。價(jià)帶與導(dǎo)帶之間組成。價(jià)帶與導(dǎo)帶之間存在一個(gè)禁帶，禁帶的寬度稱為禁帶能，亦稱帶隙能。存在一個(gè)禁帶，禁帶的寬度稱為禁帶能，亦稱帶隙能。Ti02的帶的帶隙能為隙能為30一一32ev，相當(dāng)于波長(zhǎng)為，相當(dāng)于波長(zhǎng)為387.5nm的光子能量。當(dāng)其受到的光子能量。當(dāng)其受到外界光源外界光源(如如UV光源光源)照射時(shí)，一旦發(fā)射的光子能量大于或等于照射時(shí)，一旦發(fā)射的光子能量大于或等于Ti02的帶隙能，位于價(jià)帶的電子就可被激發(fā)躍遷到導(dǎo)帶，生成高的帶隙能，位于價(jià)帶的電子就可被激發(fā)躍遷到導(dǎo)帶，生成高活性的電子活性的電子(e-)，而在價(jià)帶上留下帶正電的空穴，而在價(jià)帶上留下帶正電的

14、空穴(h+)。生成的電子。生成的電子和空穴會(huì)向和空穴會(huì)向Ti02表面遷移，吸附溶解在表面遷移，吸附溶解在Ti02表面的氧俘獲電子形表面的氧俘獲電子形成成O-2，而空穴則將吸附在，而空穴則將吸附在TIO2表面的表面的OH和和H2O氧化成具有高氧化成具有高度活性的度活性的OH，TIO2受光源激發(fā)產(chǎn)生的空穴是一種強(qiáng)氧化劑，導(dǎo)受光源激發(fā)產(chǎn)生的空穴是一種強(qiáng)氧化劑，導(dǎo)帶電子則是一種強(qiáng)還原劑，大多數(shù)有機(jī)物和無機(jī)物能夠直接或間帶電子則是一種強(qiáng)還原劑，大多數(shù)有機(jī)物和無機(jī)物能夠直接或間接被它們氧化還原。反應(yīng)過程中生成的接被它們氧化還原。反應(yīng)過程中生成的OH具有很強(qiáng)的化學(xué)活性具有很強(qiáng)的化學(xué)活性，利用這種高活性的自由

15、基可以氧化包括生物難以轉(zhuǎn)化的各種有，利用這種高活性的自由基可以氧化包括生物難以轉(zhuǎn)化的各種有機(jī)物并使之礦化，甚至能夠氧化細(xì)菌體內(nèi)的有機(jī)物生成機(jī)物并使之礦化，甚至能夠氧化細(xì)菌體內(nèi)的有機(jī)物生成02和和H2O。另外，它還可以與有毒的無機(jī)物起氧化反應(yīng)使其在短時(shí)間內(nèi)失。另外，它還可以與有毒的無機(jī)物起氧化反應(yīng)使其在短時(shí)間內(nèi)失去毒性。納米級(jí)去毒性。納米級(jí)Ti02催化劑還具有納米效應(yīng)。催化劑還具有納米效應(yīng)。光催化處理光催化處理Vocs的氣相反應(yīng)的氣相反應(yīng)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):(1)反應(yīng)在常壓下進(jìn)行，利用空氣中的氧氣，去除效率高反應(yīng)在常壓下進(jìn)行，利用空氣中的氧氣，去除效率高;(2)可使用能量較低的光源可使用能量較低的光源;(

16、3)氣相反應(yīng)速度快。氣相反應(yīng)速度快。光催化處理光催化處理Voc的的主要問題主要問題在于提高量子效率，減少?gòu)?fù)合幾率，在于提高量子效率，減少?gòu)?fù)合幾率，對(duì)大流量氣體，如何提供有效反應(yīng)面積也是實(shí)際應(yīng)用要考慮的問對(duì)大流量氣體，如何提供有效反應(yīng)面積也是實(shí)際應(yīng)用要考慮的問題題.b.低溫等離子體凈化法低溫等離子體凈化法 等離子體等離子體被稱作除固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)外，物質(zhì)的第四種存在形態(tài)被稱作除固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)外，物質(zhì)的第四種存在形態(tài)，是由電子、離子、中性粒子和自由基組成的導(dǎo)電性流體。按離子，是由電子、離子、中性粒子和自由基組成的導(dǎo)電性流體。按離子的溫度，等離子體可分為熱平衡等離子體的溫度，等離子體可分為熱平衡等

17、離子體 (ThermalEquilibriumplasma)和非平衡等離子體和非平衡等離子體 (Non-equilibriurn plasma)，其中前者即熱等離子體，其中前者即熱等離子體 (Thermalplasma)，后者即低溫離子體，后者即低溫離子體(Cold Plasma)。在熱等離子體中，電子與其。在熱等離子體中，電子與其它離子的溫度相等，處于熱平衡態(tài)，一般在它離子的溫度相等，處于熱平衡態(tài)，一般在5000K以上以上;在低溫等離在低溫等離子體中，一般電子的運(yùn)動(dòng)溫度高達(dá)數(shù)萬度，而其它離子溫度只有子體中，一般電子的運(yùn)動(dòng)溫度高達(dá)數(shù)萬度，而其它離子溫度只有300-500K，故電子與其它離子處于

18、非平衡態(tài)。，故電子與其它離子處于非平衡態(tài)。電子束照射法電子束照射法(EB)氣體放電法氣體放電法（用于處理（用于處理VOCs）電暈放電電暈放電介質(zhì)阻擋放電介質(zhì)阻擋放電低溫等離子體的產(chǎn)生方式低溫等離子體的產(chǎn)生方式某一實(shí)驗(yàn)方法介紹某一實(shí)驗(yàn)方法介紹介質(zhì)阻擋放電介質(zhì)阻擋放電物理過程可以分為三個(gè)過程物理過程可以分為三個(gè)過程:(l)放電的形成放電的形成-放電的擊穿，放電的擊穿，(2)放電擊穿后，氣體間隙的電流脈沖或電荷的傳遞，放電擊穿后，氣體間隙的電流脈沖或電荷的傳遞，(3)在微放電通道中原子、分子的激發(fā)和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的啟在微放電通道中原子、分子的激發(fā)和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的啟動(dòng)，即自由基、準(zhǔn)分子等的形成。動(dòng)，即自由基

19、、準(zhǔn)分子等的形成。放電的擊穿在幾個(gè)放電的擊穿在幾個(gè)ns內(nèi)就已完成，電荷的傳遞大約在內(nèi)就已完成，電荷的傳遞大約在Ins-100nS，而第三階段原子和分子的激發(fā)及反應(yīng)所需時(shí)間為，而第三階段原子和分子的激發(fā)及反應(yīng)所需時(shí)間為100ns到秒量級(jí)。放電的擊穿和電荷的傳遞過程中形成微放到秒量級(jí)。放電的擊穿和電荷的傳遞過程中形成微放電。電子在外電場(chǎng)的作用下獲得能量，通過與周圍原子分子電。電子在外電場(chǎng)的作用下獲得能量，通過與周圍原子分子的碰撞，使它們激發(fā)電離，產(chǎn)生電子雪崩，造成大量的電流的碰撞，使它們激發(fā)電離，產(chǎn)生電子雪崩，造成大量的電流細(xì)絲通道，形成微放電。在微放電形成的后期，部分原子分細(xì)絲通道，形成微放電。

20、在微放電形成的后期，部分原子分子受到激發(fā)，生成一些離子、自由基等活性粒子。具有較高子受到激發(fā)，生成一些離子、自由基等活性粒子。具有較高能量的激發(fā)態(tài)電子可以與原子分子發(fā)生非彈性碰撞，使得自能量的激發(fā)態(tài)電子可以與原子分子發(fā)生非彈性碰撞，使得自由基、激發(fā)態(tài)分子或原子、準(zhǔn)分子、離子等活性離子在等離由基、激發(fā)態(tài)分子或原子、準(zhǔn)分子、離子等活性離子在等離子體中大量存在。子體中大量存在。氣體放電產(chǎn)生的主要活性粒子，物質(zhì)：氣體放電產(chǎn)生的主要活性粒子，物質(zhì)：(l)氧等離子體氧等離子體(2)羥基等離子體羥基等離子體(3)臭氧臭氧(4)紫外線紫外線低溫等離子體降解低溫等離子體降解VOCs的過程有以下兩個(gè)方面的過程有以下兩個(gè)方面:l) 有機(jī)分子受到高能電子的碰撞激發(fā)或離解形成相應(yīng)的基團(tuán)或短有機(jī)分子受到高能電子的碰撞激發(fā)或離解形成相應(yīng)的基團(tuán)或短碳鏈的自由基碎片碳鏈