1、揮發性有機物(VOCs) 相關知識及控制技術VOCs相關知識及末端處理技術介紹解析第1頁介紹 什么是揮發性有機物？關于VOC（Volatile Organic Compounds）定義有各種形式，比如美國ASTM D3960-98標準將VOC定義為任何能參加大氣光化學反應有機化合物；美國聯邦環境保護署（EPA）將VOC定義除CO、CO2、H2CO3、金屬碳化物、金屬碳酸鹽和碳酸銨外任何參加大氣光化學反應碳化合物；世界衛生組織（WHO）對VOC定義為熔點低于室溫而沸點在50260之間揮發性有機化合物總稱。這些定義有相同之處，但也各有側重，有強調在常溫常壓下能自發揮發，有強調是否參加大氣光化學反應

2、，有對沸點或初餾點作限定 。大氣污染控制工程中定義是：VOCs是一類有機化合物統稱，在常溫下它們蒸發速度大，易揮發。VOCs相關知識及末端處理技術介紹解析第2頁揮發性有機物 (VOC)WHO沸點在 50-260C之間全部有機物, 除了殺蟲劑EU在 20 C條件下，蒸氣壓大于0.01KPa全部有機物US EPA全部含碳并參加大氣中光化學反應有機物Australian National Pollution Inventory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 全部有機物毒性& 刺激性: 丙酮, 脂肪烴 (C6-C12), 含氯溶劑, 醋酸丁酯, 二氯苯, 4-苯己

3、烯, 萜烯（松香油）, 臭氧致癌性: 苯, 1,3-丁二烯, 甲醛VOC定義VOC危害VOCs相關知識及末端處理技術介紹解析第3頁常見揮發性有機物種類甲苯（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普通都不溶于水而易溶于有機溶劑 ）三氯甲烷三氯乙烷二異氰酸酯（TDI）二異氰甲苯酯等。 VOC按其化學結構，能夠深入分為：烷類、芳烴類、酯類、醛類和其它等。當前已判定

4、出有300各種。VOCs相關知識及末端處理技術介紹解析第4頁VOC 起源運輸燃料工業產品氟氯化碳其它溶劑使用VOCs相關知識及末端處理技術介紹解析第5頁含VOC產品1. 紡織 & 鞋類2. 氣溶膠產品7. 環境測試 (e.g. 辦公室)8. （汽）車廂 & 內置部件5. 油漆&油墨6. 家居& 木制品3. 玩具4. 電子電器VOCs相關知識及末端處理技術介紹解析第6頁健康影響VOC在太陽光和熱作用下能參加氧化氮反應并形成臭氧，臭氧造成空氣質量變差而且是夏季煙霧主要組分。 (VOC + NOx O3)溫室效應氣體 - 造成全球范圍內升溫VOC很輕易經過血液-大腦障礙，從而造成中樞神經系統受到抑制

5、，所以當VOC到達一定濃度時，會引發頭痛、惡心、嘔吐、乏力等癥狀，嚴重時甚至引發抽搐、昏迷，傷害肝臟、腎臟、大腦和神經系統，造成記憶力減退等嚴重后果VOC對人體影響可分為三種類型：一是氣味和感官，包含感官刺激，使人感覺干燥；二是粘膜刺激和其它系統毒性造成病態，如刺激眼粘膜、鼻粘膜、呼吸道和皮膚等；三是含有基因毒性和致癌性。（當然，VOC對人影響與其濃度相關）VOCs相關知識及末端處理技術介紹解析第7頁VOCs污染控制技術基本分為兩大類：以改進工藝技術，更換設備和預防泄露為主預防性辦法。以末端治理為主控制性辦法。VOCs相關知識及末端處理技術介紹解析第8頁VOCs控制技術工藝替換及設備改進末端控

6、制技術工藝替換VOCs替換泄露控制氧化分解回收生物降解氧 化濃縮膜分離吸收吸附生物過濾生物滴濾生物洗滌熱氧化催化氧化VOCs相關知識及末端處理技術介紹解析第9頁末端處理慣用方法1.燃燒法2.吸收（洗滌）法3.冷凝法4.吸附法5.生物法VOCs相關知識及末端處理技術介紹解析第10頁1 燃燒法控制VOCs污染用燃燒法將有害氣體，蒸汽，液體或煙塵轉化為無害物質過程稱為燃燒法凈化，亦稱焚燒法。特點1.只能適應可燃或者高溫下分解有害物質。2.能夠除惡臭。3.不能回收有用物質。4.能夠回收熱量。VOCs相關知識及末端處理技術介紹解析第11頁工藝 直接燃燒. 熱力燃燒. 催化燃燒1.直接燃燒a.亦稱直接火焰

7、燃燒。假如可燃組分濃度高于燃燒上限，能夠混入空氣后燃燒；假如可燃組分濃度低于燃燒下限，能夠加入一定數量輔助燃料（如天然氣等）維持燃燒。b.直接燃燒設備包含普通燃燒爐，窯，或者經過某種裝置將廢氣導入鍋爐作為燃料氣進行燃燒。c.燃燒溫度普通需要1100左右，燃燒最終產物為d.直接燃燒法不適于處理低濃度廢氣。VOCs相關知識及末端處理技術介紹解析第12頁2.熱力燃燒a.用于可燃有機物含量較低廢氣凈化處理。熱焚燒爐滌氣器助燃空氣輔助燃料熱交換器煙道排放源稀釋空氣（*）圖 熱力燃燒工藝示意圖b.可燃組分含量低，本身不能燃燒。普通需要燃燒其它燃料（如天然氣），把廢氣溫度提升到熱力燃燒所需要溫度，使其中氣態

8、污染物進行氧化，分解為二氧化碳，水，氮氣等。c.燃燒需要溫度較直接燃燒低，在540-820 即可進行。VOCs相關知識及末端處理技術介紹解析第13頁d.熱力燃燒必要條件反應溫度停留時間湍流混合e.能夠用專門裝置，也可用普通燃燒爐。專門裝置稱為熱力燃燒爐，其結構應該滿足確保760 以上溫度和0.5s左右接觸時間。f.熱力燃燒爐主體結構包含兩個部分：燃燒器-使輔助燃料燃燒生成高溫燃氣燃燒室使高溫燃氣與旁通廢氣湍流混合到達反應溫度，并使廢氣再其中停留時間到達要求。VOCs相關知識及末端處理技術介紹解析第14頁g.熱力燃燒三個過程：輔助燃料燃燒-提供熱量廢氣與高溫燃氣混合-到達反應溫度在反應溫度下，保

9、持廢氣有足夠停留時間，使廢氣中可燃有害組分氧化分解-到達凈化排氣目標。VOCs相關知識及末端處理技術介紹解析第15頁3.催化燃燒法實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已成為凈化碳氫化合物廢氣有效伎倆之一。也是消除惡臭氣體有效伎倆。已成功應用于金屬印刷，絕緣材料，漆包線，煉焦，油漆，化工等各種行業。特點為無火焰燃燒，安全性好，要求燃燒溫度低（大部分為300-450 ）輔助燃料消耗少對可燃組分濃度和熱值限制較小為使催化劑延長使用壽命，不允許廢氣中含有塵粒和霧滴VOCs相關知識及末端處理技術介紹解析第16頁慣用催化劑：貴金屬Pt，Pd，稀土，認為 載體催化劑，以金屬為載體催化劑

10、VOCs相關知識及末端處理技術介紹解析第17頁燃燒工藝性能燃燒工藝直接燃燒法熱力燃燒法催化燃燒法濃度范圍/mgm-3500050005000處理效率/%959595最終產物二氧化碳，水二氧化碳，水二氧化碳，水投資較低低高運行費用低高較低燃燒溫度1100700-870300-450其它易爆炸，熱能浪費，易產生二次污染回收熱能Vocs中如含重金屬，塵粒等，會以后引發催化劑中毒，預處理要求嚴格VOCs相關知識及末端處理技術介紹解析第18頁問題：不完全燃燒。過程會產生有害中間產物，如乙醛，二噁英，呋喃。VOCs相關知識及末端處理技術介紹解析第19頁2.吸收（洗滌）法控制VOCs污染VOCs吸收工藝VO

11、Cs相關知識及末端處理技術介紹解析第20頁該工藝適合用于VOCs濃度比較高，溫度較低和壓力較高場所。吸收裝置多為氣液相反應器。VOCs相關知識及末端處理技術介紹解析第21頁3.冷凝法控制VOCs污染VOCs相關知識及末端處理技術介紹解析第22頁冷凝系統流程圖VOCs相關知識及末端處理技術介紹解析第23頁4.吸附法控制VOCs污染活性炭吸附VOCs工藝VOCs相關知識及末端處理技術介紹解析第24頁VOCs相關知識及末端處理技術介紹解析第25頁5.生物法控制VOCs污染VOCs相關知識及末端處理技術介紹解析第26頁生物法工藝性能比較VOCs相關知識及末端處理技術介紹解析第27頁VOCs處理新方法a

12、.光催化氧化法b.低溫等離子體凈化法c.氣體放電光催化法（低溫等離子體與光催化結合）d.低溫等離子體協同吸附e.低溫等離子體協同催化（Mn，Ag等金屬催化劑）VOCs相關知識及末端處理技術介紹解析第28頁a.光催化氧化法 光催化技術基本原理是半導體內價帶電子受光照激發穿過禁帶抵達導帶，在此過程中形成自由電子-空穴對對有機物進行氧化還原。當前所研究催化劑多為過渡金屬半導體化合物，如Ti02、ZnOZ、CdS和WO3等。因為Ti02含有化學穩定性好、耐光腐蝕等優點，使其成為研究最為廣泛催化劑。VOCs相關知識及末端處理技術介紹解析第29頁Ti02是一個N型半導體催化劑，它能帶結構是由一個充滿電子低

13、能價帶(vB)和一個空高能導帶(CB)組成。價帶與導帶之間存在一個禁帶，禁帶寬度稱為禁帶能，亦稱帶隙能。Ti02帶隙能為30一32ev，相當于波長為387.5nm光子能量。當其受到外界光源(如UV光源)照射時，一旦發射光子能量大于或等于Ti02帶隙能，位于價帶電子就可被激發躍遷到導帶，生成高活性電子(e-)，而在價帶上留下帶正電空穴(h+)。生成電子和空穴會向Ti02表面遷移，吸附溶解在Ti02表面氧俘獲電子形成O-2，而空穴則將吸附在TIO2表面OH和H2O氧化成含有高度活性OH，TIO2受光源激發產生空穴是一個強氧化劑，導帶電子則是一個強還原劑，大多數有機物和無機物能夠直接或間接被它們氧化

14、還原。反應過程中生成OH含有很強化學活性，利用這種高活性自由基能夠氧化包含生物難以轉化各種有機物并使之礦化，甚至能夠氧化細菌體內有機物生成02和H2O。另外，它還能夠與有毒無機物起氧化反應使其在短時間內失去毒性。納米級Ti02催化劑還含有納米效應。VOCs相關知識及末端處理技術介紹解析第30頁光催化處理Vocs氣相反應優點:(1)反應在常壓下進行，利用空氣中氧氣，去除效率高;(2)可使用能量較低光源;(3)氣相反應速度快。光催化處理Voc主要問題在于提升量子效率，降低復合幾率，對大流量氣體，怎樣提供有效反應面積也是實際應用要考慮問題.VOCs相關知識及末端處理技術介紹解析第31頁b.低溫等離子

15、體凈化法 等離子體被稱作除固態、液態和氣態外，物質第四種存在形態，是由電子、離子、中性粒子和自由基組成導電性流體。按離子溫度，等離子體可分為熱平衡等離子體 (ThermalEquilibriumplasma)和非平衡等離子體 (Non-equilibriurn plasma)，其中前者即熱等離子體 (Thermalplasma)，后者即低溫離子體(Cold Plasma)。在熱等離子體中，電子與其它離子溫度相等，處于熱平衡態，普通在5000K以上;在低溫等離子體中，普通電子運動溫度高達數萬度，而其它離子溫度只有300-500K，故電子與其它離子處于非平衡態。VOCs相關知識及末端處理技術介紹解

16、析第32頁電子束照射法(EB)氣體放電法（用于處理VOCs）電暈放電介質阻擋放電低溫等離子體產生方式VOCs相關知識及末端處理技術介紹解析第33頁介質阻擋放電光催化凈化低濃度含甲苯廢氣試驗（環己烷，氮氧化物，硫化氫等）某一試驗方法介紹VOCs相關知識及末端處理技術介紹解析第34頁介質阻擋放電物理過程能夠分為三個過程:(l)放電形成-放電擊穿，(2)放電擊穿后，氣體間隙電流脈沖或電荷傳遞，(3)在微放電通道中原子、分子激發和反應動力學開啟，即自由基、準分子等形成。放電擊穿在幾個ns內就已完成，電荷傳遞大約在Ins-100nS，而第三階段原子和分子激發及反應所需時間為100ns到秒量級。放電擊穿和

17、電荷傳遞過程中形成微放電。電子在外電場作用下取得能量，經過與周圍原子分子碰撞，使它們激發電離，產生電子雪崩，造成大量電流細絲通道，形成微放電。在微放電形成后期，部分原子分子受到激發，生成一些離子、自由基等活性粒子。含有較高能量激發態電子能夠與原子分子發生非彈性碰撞，使得自由基、激發態分子或原子、準分子、離子等活性離子在等離子體中大量存在。VOCs相關知識及末端處理技術介紹解析第35頁氣體放電產生主要活性粒子，物質：(l)氧等離子體(2)羥基等離子體(3)臭氧(4)紫外線VOCs相關知識及末端處理技術介紹解析第36頁低溫等離子體降解VOCs過程有以下兩個方面:l) 有機分子受到高能電子碰撞激發或離解形成對應基團或短碳鏈自由基碎片;2) 低溫等離子體內O，OH等自由基與VOCs分子或基團及短碳鏈自由基碎片發生一系列反應，最終將其徹底氧化、生成CO2、 CO、H2O。VOCs相關知識及末端處理技術介紹解析第37頁圖：介質阻擋放電光催化凈化低濃度含甲苯廢氣試驗流程示意圖1.配氣系統2.高壓供電系統3.光催化反應器4.分析測試系統VOCs相關知識及末端處理技術介紹解析第38頁試驗采取低溫等離子體反應器為填充床