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VOCs治理之医化废气的监测和研究现状

日期:2018-08-16 13:35
我国的医药化工行业发展十分迅速,近年来我国已经成为世界上原料药和医药中间体的生产大国,但由此产生的有机废气(VOCs)污染也成为社会关注的重点。本文就VOCs废气的污染现状、VOCs废气治理的监测手段和VOCs治理方法进行了深入探讨。
 
1、VOCs废气的污染现状
 
目前,在医化行业中大量使用有机溶剂,挥发形成了具有刺激性气味的气体(VolatileOrganicCompounds,VOCs),好多气体经过二次反应转化成PM2.5等小颗粒,并具有一定毒害性,长期排放恶化了区域大气环境质量,并对附近居民的身体产生危害。空气中VOCs是除颗粒物外,第二大分布广泛、种类繁多的气态污染物。环境空气VOCs的主要来源是医药化工行业工艺尾气、机动车尾气排放、固定源燃烧所产生的挥发性有机污染物。医药化工行业排放VOCs主要包括烷烃、烯烃和芳香烃以及各种含氧烃、卤代烃、含氮烃、含硫烃、低沸点多环芳烃等。
 
VOCs物化性质表现出多样性,一些活性强的VOCs可以在一定条件下与氮氧化物发生光化学反应,也可以与大气中的一些自由基反应,形成二次有机气溶胶。其危害主要是具有毒性和致癌性,因此VOCs污染已成为国内外广泛关注的焦点。对于组成复杂且性质多样的VOCs,其排放清单、减排技术和排放控制管理起步较晚,欧美等发达国家也是90年代才开始出台相关法律法规。因此VOCs治理及恶臭的研究控制虽然是热点,但相关理论及监测、治理技术还处于不断发展过程中,尚有很多不完善的地方。
 
2、VOCs治理的监测方法
 
美国等发达国家对环境空气中VOCs的测定已开展多年,并有成熟的方法。美国环保署(USEPA)方法中测定空气中VOCs的方法有TO-1~17系列,这系列方法中有多个规定使用SUMMA罐采样-冷阱捕集-GC/MS来分析VOCs。USEPA也规定了固定污染源废气中VOCs的监测分析方法,这些方法的采样方法和测定方法均较多元化。
 
国内外常规大气VOCs的采集主要有采样袋、固体吸附(固相微萃取SPME、活性炭纤维ACF吸附解吸等)、SUMMA罐等手段。现场采集的样品带回到化验室进行分析,主要的分析方法有高效液相色谱分析技术(HPLC)、气相色谱/质谱联用分析技术(GC/MS)、气相色谱法(GC)、差分光学吸收光谱法、傅里叶变换红外光谱法(FTIR)、非色散红外分析技术、调谐二极管激光吸收光谱法(TDLAS)、离子色谱法、荧光光谱法、反干涉光谱法等。
 
目前,国外VOCs的监测以USEPA的系列方法为代表,美国优先控制的有害大气污染物VOCs种类有97种,其碳原子数在9个以下,主要是碳原子数在8个以下的有机化合物。目前,国内空气质量监测普遍停留在煤烟型污染阶段,并持续多年,而对易对人体产生三致作用的挥发性有机物(VOCs)监测由于技术原因尚未开展。
 
3、VOCs治理的传统方法
 
近年来,越来越多的学者开始对VOCs废气污染的治理进行研究,开发出了许多有效的治理方法。传统的技术有燃烧法、吸附法、吸收法、膜分离法等,新技术有低温等离子体法、光催化氣化法、生物处理法等。
 
(1)燃烧法:根据VOCs可以燃烧氧化的化学特性,可对其采用燃烧法进行处理,将废气中的可氧化组分转变成无害的物质。此法处理比较完全,在目标废气只含有破氢化合物的情况下,基本可以把VOCs完全转化为C02、HzO。燃烧法可分为直接燃烧和催化燃烧。
 
(2)吸附法:吸附法的原理是利用比表面积较大的吸附剂具有的多孔结构,对VOCs废气中的单一或者多种组分进行截留,使其吸附在固体表面,达到净化的效果。
 
(3)膜分离法:膜分离法的原理是利用一定的压力使VOCs通过具有选择性渗透效果的高分子膜,从而达到净化效果。当VOCs通过高分子膜后,未滲透侧的净化气可直接排出,富集通过高分子膜的VOCs气体后可对其进行冷凝回收处理。
 
(4)低温等离子体法:低温等离子体法是采用低温等离子体对VOCs进行分解的一种新兴的治理技术。低温等离子体法具有工艺流程简单、运行费用低、对VOCs降解效率高、适应性好等优点。
 
(5)光催化氧化法:光催化氧化法是在光照条件下,利用催化剂将VOCs废气转变成C02、H2O等无毒无害物质的一项技术。该法对废水有很高的处理效果,已被广泛应用,但在VOCs治理的应用中还是一种新型的技术。
 
(6)生物法:生物法处理VOCs废气的原理是VOCs废气流经带有液体吸收剂的吸收装置,VOCs通过气液的传质进入液相,被其中的徵生物代谢分解,转化为生物质和无机物等。
 
4、吸收法在VOCs治理中的应用
 
吸收法是通过液体吸收剂与VOCs废气接触,吸收其中的VOCs组分,从而达到净化废气的目的。该方法对风量大、浓度低的VOCs治理比较有效,具有工艺成熟、操作难度低、应用范围广、费用低、回收等优点。吸收法在工业上被广泛应用于VOCs的处理,近年来相关的研究也在逐浙增加。
 
VOCs废气一般为弱极性或非极性化合物,难溶或不溶于极性较强的水,故采用吸收法对VOCs治理时一般选取高沸点、弱极性或非极性的矿物油作为吸收剂。采用白油、废机油、水-白油、水-废机油、水-洗油、硬脂酸钠溶液等.不同类型的吸收剂对模拟甲苯废气进行吸收实验。从可行性、经济性及吸收效果三方面进行对比,筛选出了最佳的水-白油吸收剂。