1、大氣污染大氣污染第十章第十章 揮發性有機物污染控制揮發性有機物污染控制大氣污染大氣污染揮發性有機物污染控制揮發性有機物污染控制2關于VOCs（Volatile Organic Compounds）的定義有多種形式，例如美國ASTM D3960-98標準將VOC定義為任何能參加大氣光化學反應的有機化合物；美國聯邦環保署（EPA）將VOCs定義為除CO、CO2、H2CO3、金屬碳化物、金屬碳酸鹽和碳酸銨外任何參與大氣光化學反應的碳化合物；世界衛生組織（WHO）對VOCs的定義為熔點低于室溫而沸點在50260之間的揮發性有機化合物的總稱。大氣污染控制工程中的定義是：VOCs是一類有機化合物的統稱，在

2、常溫下它們的蒸發速度大，易揮發。什么是揮發性有機物？什么是揮發性有機物？大氣污染大氣污染揮發性有機物污染控制揮發性有機物污染控制3VOCs的定義的定義VOCs的危害的危害WHO沸點在 50-260C之間的所有有機物, 除了殺蟲劑EU在 20 C條件下，蒸氣壓大于0.01KPa的所有有機物US EPA所有含碳的并參加大氣中光化學反應的有機物Australian National Pollution Inventory澳大利亞國家污染物清單澳大利亞國家污染物清單在 25 C條件下蒸氣壓大于 0.27 kPa 的所有有機物毒性& 刺激性: 丙酮, 脂肪烴 (C6-C12), 含氯溶劑, 醋酸丁酯,

3、二氯苯, 4-苯己烯, 萜烯（松香油）, 臭氧致癌性: 苯, 1,3-丁二烯, 甲醛大氣污染大氣污染揮發性有機物污染控制揮發性有機物污染控制4常見揮發性有機物種類常見揮發性有機物種類VOCs按其化學結構，可以進一步分為：烷類、芳烴類、酯類、醛類和其他等。目前已鑒定出的有300多種。 甲苯（Toluene） 二甲苯 (Xylene) 對-二氯苯 (para-dichlorobenzene) 乙苯 (Ethyl benzene) 苯乙烯 (Styrene) 甲醛 (Formaldehyde)（易溶于水） 乙醛 (Acetaldehyde)（除甲醛以外，絕大多數揮發性有機化合物一般都不溶于水而易溶于

4、有機溶劑 ） 三氯甲烷 三氯乙烷 二異氰酸酯（TDI） 二異氰甲苯酯等。 大氣污染大氣污染揮發性有機物污染控制揮發性有機物污染控制5VOCs的來源的來源運輸燃料工業產品氟氯化碳其它溶劑使用大氣污染大氣污染揮發性有機物污染控制揮發性有機物污染控制6含VOCs的產品大氣污染大氣污染揮發性有機物污染控制揮發性有機物污染控制7大氣污染大氣污染揮發性有機物污染控制揮發性有機物污染控制8Q&A1.什么是揮發性有機物？什么是揮發性有機物？2.VOCs對我們有哪些危害對我們有哪些危害大氣污染大氣污染揮發性有機物污染控制揮發性有機物污染控制9蒸氣壓是判斷有機物是否屬于揮發性有機物的主要依據溫度越高，蒸氣壓越大一

5、、一、 蒸氣壓與蒸發蒸氣壓與蒸發大氣污染大氣污染揮發性有機物污染控制揮發性有機物污染控制10空氣中VOCs的含量低，可視為理想氣體，拉烏爾定律蒸氣壓蒸氣壓iiipyxPiy氣相中組分氣相中組分i的摩爾分數的摩爾分數液相中組分液相中組分i的摩爾分數的摩爾分數純組分純組分i的蒸氣壓的蒸氣壓總壓總壓ixipP大氣污染大氣污染揮發性有機物污染控制揮發性有機物污染控制11蒸氣壓蒸氣壓氣液平衡：克勞休斯克拉佩龍（ClausiusClapyron）方程lgBpAT平衡蒸氣壓，平衡蒸氣壓，mmHg系統溫度，系統溫度，K經驗常數經驗常數pTAB、安托萬（Antoine）方程lgBpAtC溫度，溫度，oC經驗常數

6、，參見課本經驗常數，參見課本P419ABC、 、t大氣污染大氣污染揮發性有機物污染控制揮發性有機物污染控制12揮發與溶解揮發與溶解大氣污染大氣污染揮發性有機物污染控制揮發性有機物污染控制13二、二、VOCS污染預防污染預防VOCs控制技術可分為兩類 防止泄漏為主的預防性措施 替換原材料 改變運行條件 更換設備等 末端治理為主的控制性措施大氣污染大氣污染揮發性有機物污染控制揮發性有機物污染控制14VOCS控制技術控制技術大氣污染大氣污染揮發性有機物污染控制揮發性有機物污染控制15VOCS替代替代大氣污染大氣污染揮發性有機物污染控制揮發性有機物污染控制16工藝改革工藝改革 非揮發性溶劑工藝取代揮發

7、性溶劑工藝，如流化床粉劑涂料和紫外平版印刷術 石油及石化生產過程：回收利用放空氣體由于受經濟、技術等因素的制約，尋找VOCs代用品和革新工藝的措施并不能完全控制VOCs的排放，為此，必須采用必要的末端治理措施。大氣污染大氣污染揮發性有機物污染控制揮發性有機物污染控制17蒸發散逸控制蒸發散逸控制v充入、呼吸和排空損耗大氣污染大氣污染揮發性有機物污染控制揮發性有機物污染控制18充入、呼吸和排空損耗充入、呼吸和排空損耗v 充入、呼吸和排空導致的VOCs排放iimV ,iiim gy MViiiiiiimx p Mx p MPVPRTRT組分組分i的排放量的排放量排出空氣中排出空氣中VOCs的濃度的濃

8、度imi組分組分i的摩爾質量的摩爾質量排出空氣中排出空氣中VOCs的摩爾分率的摩爾分率混合氣體的摩爾體積混合氣體的摩爾體積iMiy,m gV大氣污染大氣污染揮發性有機物污染控制揮發性有機物污染控制19充入、呼吸和排空損耗充入、呼吸和排空損耗v呼吸損耗 呼吸損耗溫度變化使容器產生“吸進和呼出”而導致的有機物損耗 白天呼出，夜晚吸進 可通過在容器出口附加的蒸氣保護閥來控制大氣污染大氣污染揮發性有機物污染控制揮發性有機物污染控制20汽油的轉移和呼吸損耗汽油的轉移和呼吸損耗v汽油 50余種碳氫化物和其他痕量物質，C8H17汽油已揮發部分所占的百分比汽油已揮發部分所占的百分比/%大氣污染大氣污染揮發性有

9、機物污染控制揮發性有機物污染控制21轉移損耗控制方法階段1控制大氣污染大氣污染揮發性有機物污染控制揮發性有機物污染控制22轉移損耗控制方法階段2控制大氣污染大氣污染揮發性有機物污染控制揮發性有機物污染控制23三、三、VOCS控制方法和工藝控制方法和工藝v 燃燒法v 吸收（洗滌）法v 冷凝法v 吸附法v 生物法大氣污染大氣污染揮發性有機物污染控制揮發性有機物污染控制241.1.燃燒法燃燒法（Combustion）用燃燒方法將有害氣體、蒸氣、液體或煙塵轉化為無害物質的過程稱為燃燒凈化，亦稱焚燒法大氣污染大氣污染揮發性有機物污染控制揮發性有機物污染控制25燃燒法燃燒法v 燃燒氧化作用及高溫下的熱分解

10、v 適用于可燃或高溫分解的物質v 不能回收有用物質，但可回收熱量v 燃燒反應，如81722266222222212.2588.57.5631.5C HOCOH OQC HOCOH OQH SOSOH OQ燃燒時放出的熱量燃燒時放出的熱量Q大氣污染大氣污染揮發性有機物污染控制揮發性有機物污染控制26VOCs燃燒原理及動力學燃燒原理及動力學v燃燒動力學燃燒動力學 單位時間VOCs減少2nmVOCsVOCsOdcvk ccdtexp()EkART多數化學反應，遵循阿累尼烏斯方程nVOCsVOCsdcvkcdt 氧氣濃度遠高于VOCs濃度大氣污染大氣污染揮發性有機物污染控制揮發性有機物污染控制27VO

11、Cs燃燒原理及動力學燃燒原理及動力學v燃燒與爆炸燃燒與爆炸 燃燒濃度極限范圍爆炸濃度極限范圍 多種可燃氣體與空氣混合，爆炸極限范圍12100micabmccc混合氣體的爆炸極限混合氣體的爆炸極限i組分的爆炸極限組分的爆炸極限各組分的百分含量各組分的百分含量mcic, ,a b m大氣污染大氣污染揮發性有機物污染控制揮發性有機物污染控制28燃燒工藝燃燒工藝v直接燃燒直接燃燒 適用于可燃有害組分濃度較高或熱值較高的廢氣 設備：燃燒爐、窯、鍋爐 溫度1100左右 火炬燃燒：產生大量有害氣體、煙塵和熱輻射，應盡量避免 直接燃燒法不適于處理低濃度廢氣。大氣污染大氣污染揮發性有機物污染控制揮發性有機物污染

12、控制29燃燒工藝燃燒工藝v 熱力燃燒（熱力燃燒（Thermal Combustion)適于低濃度廢氣的凈化溫度低，540820oC必要條件：溫度、停留時間、湍流混合大氣污染大氣污染揮發性有機物污染控制揮發性有機物污染控制30燃燒工藝燃燒工藝v 熱力燃燒（熱力燃燒（Thermal Combustion)大氣污染大氣污染揮發性有機物污染控制揮發性有機物污染控制31燃燒工藝燃燒工藝v 催化燃燒（催化燃燒（Catalytic Combustion）大氣污染大氣污染揮發性有機物污染控制揮發性有機物污染控制32燃燒工藝燃燒工藝v 催化燃燒裝置催化燃燒裝置 優點： 無火焰燃燒，安全性好 溫度低：300450

13、oC，輔助燃料消耗少 對可燃組分濃度和熱值限制少大氣污染大氣污染揮發性有機物污染控制揮發性有機物污染控制33燃燒工藝燃燒工藝問題：問題：不完全燃燒不完全燃燒。過程會產生。過程會產生有害的中間產物有害的中間產物，如乙醛，二噁英，呋喃。，如乙醛，二噁英，呋喃。大氣污染大氣污染揮發性有機物污染控制揮發性有機物污染控制342.2.吸收（洗滌）法（吸收（洗滌）法（Absorption）v 吸收工藝：吸收工藝： 溶劑吸收法采用低揮發或不揮發性溶劑對溶劑吸收法采用低揮發或不揮發性溶劑對VOCs進行吸收，再利用進行吸收，再利用VOCs分子和分子和吸收劑物理性質的差異進行分離。吸收效果主要取決于吸收劑的吸收性能

14、和吸收設備吸收劑物理性質的差異進行分離。吸收效果主要取決于吸收劑的吸收性能和吸收設備的結構特征。的結構特征。VOCs吸收工藝吸收工藝大氣污染大氣污染揮發性有機物污染控制揮發性有機物污染控制35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合。濃度比較高，溫度較低和壓力較高的場合。吸收裝置多為氣液相反應器。吸收裝置多為氣液相反應器。吸收工藝吸收工藝大氣污染大氣污染揮發性有機物污染控制揮發性有機物污染控制36吸收工藝吸收工藝v 吸收劑的要求吸收劑的要求 對被去除的VOCs有較大的溶解性 蒸氣壓低 易解吸 化學穩定性和無毒無害性 分子量低大氣污染大氣污染揮發性有機物污染控制揮發性

15、有機物污染控制37吸收設備吸收設備v 主要設計指標主要設計指標 液氣比 塔徑 塔高大氣污染大氣污染揮發性有機物污染控制揮發性有機物污染控制383.3.冷凝法冷凝法（Condensation）v 適于廢氣體積分數適于廢氣體積分數10-2以上的有機蒸氣以上的有機蒸氣v 常作為其它方法的前處理常作為其它方法的前處理冷凝法是利用物質在不同溫度下具有不同飽和蒸汽壓這一物理性質，采用降低系統溫度或提高系統壓力的方法，使處于蒸汽狀態的污染物冷凝并從廢氣中分離出來的過程。大氣污染大氣污染揮發性有機物污染控制揮發性有機物污染控制39冷凝系統流程圖冷凝系統流程圖冷凝原理冷凝原理大氣污染大氣污染揮發性有機物污染控制

16、揮發性有機物污染控制40冷凝類型和設備冷凝類型和設備v 接觸冷凝接觸冷凝 被冷凝氣體與冷卻介質直接接觸 噴射塔、噴淋塔、填料塔、篩板塔v 表面冷凝（間接冷卻）表面冷凝（間接冷卻） 冷凝氣體與冷卻壁接觸 列管式、翅管空冷、噴灑式、螺旋板 傳熱方程mQKA t大氣污染大氣污染揮發性有機物污染控制揮發性有機物污染控制414.4.吸附法吸附法（Adsorption）大氣污染大氣污染揮發性有機物污染控制揮發性有機物污染控制42吸附吸附工藝工藝v 活性炭吸附活性炭吸附VOCs的性能最佳的性能最佳v 亦有部分亦有部分VOCs不易解吸，不宜用活性炭吸附不易解吸，不宜用活性炭吸附大氣污染大氣污染揮發性有機物污染

17、控制揮發性有機物污染控制43吸附工藝吸附工藝v 吸附容量吸附容量利用波拉尼曲線估算v 多組分吸附多組分吸附 過程 各組分均勻吸附 于活性炭上 揮發性強的物質 被弱的物質取代大氣污染大氣污染揮發性有機物污染控制揮發性有機物污染控制44活性炭的吸附熱活性炭的吸附熱v 物理吸附物理吸附 吸附熱凝縮熱+潤濕熱 估算式nqma吸附熱，吸附熱，kJ/kg吸附蒸氣量吸附蒸氣量,m3/kg常數，表常數，表10-16qa,m n大氣污染大氣污染揮發性有機物污染控制揮發性有機物污染控制455.5.生物法生物法（Biological Oxidation）v 原理原理微生物將有機成分作為碳源和能源，并將其分解為CO2和H2Ov 工藝工藝大氣污染大氣污染揮發性有機物污染控制揮發性有機物污染控制46生物法生物法大氣污染大氣污染揮發性有機物污染控制揮發性有機物污染控制47生物洗滌塔（懸浮生長系統）生物洗滌塔（懸浮生長系統）大氣污染大氣污染揮發性有機物污染控制揮發性有機物污染控制48生物滴濾塔生物滴濾塔大氣污染大氣污染揮發性有機物污染控