工业废气挥发性有机物的防治工艺对比

2019-12-02
摘要:随着社会经济不断发展,我国挥发性有机物(VOCs)总量不断增长,主要来源可分为四类,交通源、工业源、生活源和农业源。挥发性有机物的危害很大,挥发性有机物浓度较高时也会影响臭氧浓度同步升高,超标的臭氧它强烈刺激人的呼吸道,造成咽喉肿痛、胸闷咳嗽、引发支气管炎和肺气肿,巴细胞染色体病变,加速衰老,致使孕妇生畸形儿等。因此臭氧和挥发性废气引起人们的高度重视,制定了相应的监测规范和排放标准,逐步对挥发性有机物进行治理,进一步改善环境质量。
 
 
 
  关键词:大气;VOCs;污染;对策
 
 
 
  挥发性有机物常用VOCs表示,是Volatile Organic Compounds三个词第一个字母的缩写。挥发性有机物定义为沸点在50℃-250℃,在常温下以蒸汽形式存在于空气中的一类有机物。挥发性有机物的主要成分有:烃类、卤代烃、氧烃和氮烃,它包括:苯系物、有机氯化物、氟里昂系列、有机酮、胺、醇、醚、酯、酸和石油烃化合物等。挥发性有机物的危害很大,是一种强致癌物质,它会引发各类癌症和心血管疾病。同时挥发性有机物浓度较高时也会影响臭氧浓度同步升高。超标的臭氧它强烈刺激人的呼吸道,造成咽喉肿痛、胸闷咳嗽、引发支气管炎和肺气肿,巴细胞染色体病变,加速衰老,致使孕妇生畸形儿等。因此,臭氧和有机废气所造成的危害必须引起人们的高度重视。
 
 
 
  1 、大气中的VOCs污染来源
 
 
 
  大气中的VOCs主要分成两大类,一种是自然源,一种是人为源,自然源就是指植物在生长的过程中所排放的VOCs,相关领域的研究人员指出,落叶林主要是排放出了异戊烯,同时植物所释放的VOCs的种类和数量也和叶子的温度和光照以及叶子成熟度,生长环境周围的污染水平有着非常密切的关系。
 
 
 
  但是在很多国家和城市中,人为排放的VOCs要比自然排放量高很多,化工生产的不断发展和汽车数量的不断增加都使得人们在生活中排放出了更多的VOCs。
 
 
 
  很多研究人员对我国的很多非甲烷VOCs排放源进行了分类讨论,研究指出工业和民用燃料燃烧、道路和非道路交通以及生物燃料的然石澳是VOCs排放中的主要因素,还有一些国外的研究人员总结得出大气中的VOCs最为主要的几个排放源就是汽车的尾气、装饰装修和生物燃料的燃烧。我国的某些专家对空气中的VOCs污染进行了研究。发现造成这种现象的罪魁祸首就是汽车尾气,国外的一些专家对欧洲的某一个城市含氧VOCs进行了分析之后发现,当地排放源的排放量占到了资源排放总量的百分之五十,在这些排放物中主要是与工业生产排放有密切的关系,当前,国外已经建立了几十种VOCs源成分谱,这对该物质的研究也有着十分积极的意义。
 
 
 
  2、 大气中VOCs污染机理
 
 
 
  大气中的臭氧会受到紫外线光的影响,和水蒸气及氮氧化物发生反应,从而生成羟基自由基和硝酸自由基,这些物质对对流层中VOCs物质的降解有着非常重要的作用。
 
 
 
  VOCs会在大气中受到光照的影响,发生分解反应,和氢氧根以及NO₃自由基发生反应,不同的VOCs也会有着不同的分子结构,而发生反应的几率也会存在着非常大的差异。在对流层中,烯烃通常会产生所有的变化。本文主要以烯烃为例来分析VOCs在对流层中发生的变化。
 
 
 
  2.1 与羟基自由基(•OH)的反应
 
 
 
  在O₂、NO₂存在的情况下,β-羟烷基自由基进一步氧化,形成β-羟基-烷氧基自由基或硝基-β-羟基烷,与空气中HO•反应可生成β-羟基过氧化氢化合物。
 
  丙烯、1-丁烯及2-丁烯等C1-C4的烯烃与•OH反应,会形成α-羟基烷氧基自由基,经O2氧化,分解生成羟基化合物及HO2•。
 
 
 
  而C5以上的烯烃,如异戊烯、单萜烯等与•OH生成较复杂的β-羟烷基自由基,此类化合物遇到O₂更容易发生异构反应,形成双羟基-羰基化合物。
 
 
 
  2.2与硝酸自由基(•NO3)的反应•NO3与烯烃发生加成反应,形成β-硝基烷自由基。
 
 
 
  而C5以上的烯烃,如异戊烯、单萜烯等与•OH生成较复杂的β-羟烷基自由基,此类化合物遇到O₂更容易发生异构反应,形成双羟基-羰基化合物。
 
 
 
  2.3 与臭氧的反应
 
 
 
  在反应的过程中,臭氧首先会和烯烃的双键加成,这样就形成了初始化的臭氧化物,这种化合物在常温下非常容易发生分解反应,产生两组高能量的自由基产物,烯烃和臭氧中含有的OH发生反应,产物也会对空气的质量产生非常不利的影响,哟与相关专家分析,这种产物和烯烃气体本身和压强有关,但是人们对这一反应还没有给出一个确切的结论。
 
 
 
  VOCs生成过氧化物会使得一氧化氮转化成二氧化,这样也会产生非常多的过氧乙酰,这是一种具有超强氧化性的氧化物,它会增加臭氧层的厚度,同时还会在一定的环境条件下促使化学烟雾的形成,从而也会对人体的健康状况造成十分不利的影响。
 
 
 
  上述产物与β-羟烷基类似,如果空气中•NO3浓度过大,则会生成热不稳定的过氧化物。
 
 
 
  3 、VOCs大气污染预测模型
 
 
 
  有关VOCs的预测主要基于箱式模拟,以化学物料平衡模式为基础。该模式从受体角度依托污染源与受体的关系,估算VOCs的环境浓度。研究人员选取56种烃及两种氯代烃,使用CMB模型,对某地区VOCs排放源进行了污染解析。研究人员等使用CMB受体模型评估了首尔VOCs排放源对环境空气的贡献。该模型不能分离具有相似化学组分的污染源,也不能区分本地源及外地源。IMPACT利用地理一化学反应机理,使用全球3D对流层化学/转换模型,计算出环境空气中的臭氧、非甲烷VOCs及有机硝酸盐的浓度,经改进后,能更好地反应对流层化学的复杂性。有些研究在通用多尺度空气质量模式(CMAQ)的基础上应用SA-PRC-99进行活性评估。它加入了26种有机物及它们在空气中的初步氧化分析研究人员用这一模式计算了休斯顿地区VOCs的活性,大多数结果与最大增益活性(MIR)的相符。
 
 
 
  4 、控制VOCs污染的对策建议
 
 
 
  4.1 调查VOCs污染源,颁布排放标准,制定长期控制目标
 
 
 
  1991年许多工业大国国会签了UNECE(联合国欧洲经济委员会)草案,为了控制挥发性有机物的排放,各国按照草案规定了一段时间内的减排目标。在中国有关部门要结合总体目标和找出VOCs的主要来源在空气中根据具体情况进行监测和分析,并选取有代表性的物质。总结了试验结果,根据流行病学资料建立了环境质量和排放标准。结合该技术的实施,可以在一定时间内减少有机废气的污染。
 
 
 
  4.2 采取削减技术.减少VOCs排放
 
 
 
  4.2.1 改善过程控制,减少挥发性有机物排放来源,对VOCs行业、部门、技术等技术和管理进行改革,减少挥发性有机物的排放。例如,在溶剂厂,应注意储存和运输中的无组织排放。在治理汽车尾气时,应注意车辆的使用寿命和维护状况,可显著降低挥发性有机物的排放。
 
 
 
  4.2.2 通过更新材料,减少VOCs的排放如在装修业、喷涂业引入无苯涂料,水溶性涂料以减少VOCs的排放。
 
 
 
  4.2.3 改进设备,更新过程,利用溶剂降低挥发性有机物排放的过程,可以实现闭路循环,减少挥发性有机物的排放,在某些设备中加入溶剂回收系统,还可以降低环境中的挥发性有机物浓度,目前大多数加油站溶剂回收装置都是在本例中引用的。
 
 
 
  4.2.4 末端治理。这种处理方法是将生成的废气中含有挥发性有机物,转化为某种设备。通过一定的手段,将挥发性有机物分解、吸附,然后排出气体。具体方法有焚烧法、吸附法、生物降解法、浓度法等。末端处理方法效果好,但成本高,对无组织排放源无影响。
 
 
 
  4.3 政策激励
 
 
 
  政府可以采取一些政策,鼓励企业或个人减少挥发性有机物的排放。如排污费的使用,利用“环保”技术给予税收减免,实行“排污补偿”,实行排污权交易等。因此,企业与管理部门建立了灵活的合作机制,对提高排放标准,促进技术的有效减排起到了重要作用。
 
 
 
  结束语
 
 
 
  大气中的VOCs会使得大气的碳循环出现异常现象,城市大气中的VOCs也是臭氧颗粒形成的主要成分,所以在环境治理的过程中,一定要采取有效的措施来对VOCs的排放量进行严格的控制,同时还要使用一些化学手段对其进行详细的计算,只有这样才能更好的对未来有可能出现的污染状况进行预测,对污染情况进行有效的控制。