1、大气污染大气污染第十章第十章 挥发性有机物污染控制挥发性有机物污染控制大气污染大气污染挥发性有机物污染控制挥发性有机物污染控制2关于VOCs（Volatile Organic Compounds）的定义有多种形式，例如美国ASTM D3960-98标准将VOC定义为任何能参加大气光化学反应的有机化合物；美国联邦环保署（EPA）将VOCs定义为除CO、CO2、H2CO3、金属碳化物、金属碳酸盐和碳酸铵外任何参与大气光化学反应的碳化合物；世界卫生组织（WHO）对VOCs的定义为熔点低于室温而沸点在50260之间的挥发性有机化合物的总称。大气污染控制工程中的定义是：VOCs是一类有机化合物的统称，在
2、常温下它们的蒸发速度大，易挥发。什么是挥发性有机物？什么是挥发性有机物？大气污染大气污染挥发性有机物污染控制挥发性有机物污染控制3VOCs的定义的定义VOCs的危害的危害WHO沸点在 50-260C之间的所有有机物, 除了杀虫剂EU在 20 C条件下，蒸气压大于0.01KPa的所有有机物US EPA所有含碳的并参加大气中光化学反应的有机物Australian National Pollution Inventory澳大利亚国家污染物清单澳大利亚国家污染物清单在 25 C条件下蒸气压大于 0.27 kPa 的所有有机物毒性& 刺激性: 丙酮, 脂肪烃 (C6-C12), 含氯溶剂, 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, 甲醛大气污染大气污染挥发性有机物污染控制挥发性有机物污染控制4常见挥发性有机物种类常见挥发性有机物种类VOCs按其化学结构，可以进一步分为：烷类、芳烃类、酯类、醛类和其他等。目前已鉴定出的有300多种。 甲苯（Toluene） 二甲苯 (Xylene) 对-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，绝大多数挥发性有机化合物一般都不溶于水而易溶于
4、有机溶剂 ） 三氯甲烷 三氯乙烷 二异氰酸酯（TDI） 二异氰甲苯酯等。 大气污染大气污染挥发性有机物污染控制挥发性有机物污染控制5VOCs的来源的来源运输燃料工业产品氟氯化碳其它溶剂使用大气污染大气污染挥发性有机物污染控制挥发性有机物污染控制6含VOCs的产品大气污染大气污染挥发性有机物污染控制挥发性有机物污染控制7大气污染大气污染挥发性有机物污染控制挥发性有机物污染控制8Q&A1.什么是挥发性有机物？什么是挥发性有机物？2.VOCs对我们有哪些危害对我们有哪些危害大气污染大气污染挥发性有机物污染控制挥发性有机物污染控制9蒸气压是判断有机物是否属于挥发性有机物的主要依据温度越高，蒸气压越大一
5、、一、 蒸气压与蒸发蒸气压与蒸发大气污染大气污染挥发性有机物污染控制挥发性有机物污染控制10空气中VOCs的含量低，可视为理想气体，拉乌尔定律蒸气压蒸气压iiipyxPiy气相中组分气相中组分i的摩尔分数的摩尔分数液相中组分液相中组分i的摩尔分数的摩尔分数纯组分纯组分i的蒸气压的蒸气压总压总压ixipP大气污染大气污染挥发性有机物污染控制挥发性有机物污染控制11蒸气压蒸气压气液平衡：克劳休斯克拉佩龙（ClausiusClapyron）方程lgBpAT平衡蒸气压，平衡蒸气压，mmHg系统温度，系统温度，K经验常数经验常数pTAB、安托万（Antoine）方程lgBpAtC温度，温度，oC经验常数
6、，参见课本经验常数，参见课本P419ABC、 、t大气污染大气污染挥发性有机物污染控制挥发性有机物污染控制12挥发与溶解挥发与溶解大气污染大气污染挥发性有机物污染控制挥发性有机物污染控制13二、二、VOCS污染预防污染预防VOCs控制技术可分为两类 防止泄漏为主的预防性措施 替换原材料 改变运行条件 更换设备等 末端治理为主的控制性措施大气污染大气污染挥发性有机物污染控制挥发性有机物污染控制14VOCS控制技术控制技术大气污染大气污染挥发性有机物污染控制挥发性有机物污染控制15VOCS替代替代大气污染大气污染挥发性有机物污染控制挥发性有机物污染控制16工艺改革工艺改革 非挥发性溶剂工艺取代挥发
7、性溶剂工艺，如流化床粉剂涂料和紫外平版印刷术 石油及石化生产过程：回收利用放空气体由于受经济、技术等因素的制约，寻找VOCs代用品和革新工艺的措施并不能完全控制VOCs的排放，为此，必须采用必要的末端治理措施。大气污染大气污染挥发性有机物污染控制挥发性有机物污染控制17蒸发散逸控制蒸发散逸控制v充入、呼吸和排空损耗大气污染大气污染挥发性有机物污染控制挥发性有机物污染控制18充入、呼吸和排空损耗充入、呼吸和排空损耗v 充入、呼吸和排空导致的VOCs排放iimV ,iiim gy MViiiiiiimx p Mx p MPVPRTRT组分组分i的排放量的排放量排出空气中排出空气中VOCs的浓度的浓
8、度imi组分组分i的摩尔质量的摩尔质量排出空气中排出空气中VOCs的摩尔分率的摩尔分率混合气体的摩尔体积混合气体的摩尔体积iMiy,m gV大气污染大气污染挥发性有机物污染控制挥发性有机物污染控制19充入、呼吸和排空损耗充入、呼吸和排空损耗v呼吸损耗 呼吸损耗温度变化使容器产生“吸进和呼出”而导致的有机物损耗 白天呼出，夜晚吸进 可通过在容器出口附加的蒸气保护阀来控制大气污染大气污染挥发性有机物污染控制挥发性有机物污染控制20汽油的转移和呼吸损耗汽油的转移和呼吸损耗v汽油 50余种碳氢化物和其他痕量物质，C8H17汽油已挥发部分所占的百分比汽油已挥发部分所占的百分比/%大气污染大气污染挥发性有
9、机物污染控制挥发性有机物污染控制21转移损耗控制方法阶段1控制大气污染大气污染挥发性有机物污染控制挥发性有机物污染控制22转移损耗控制方法阶段2控制大气污染大气污染挥发性有机物污染控制挥发性有机物污染控制23三、三、VOCS控制方法和工艺控制方法和工艺v 燃烧法v 吸收（洗涤）法v 冷凝法v 吸附法v 生物法大气污染大气污染挥发性有机物污染控制挥发性有机物污染控制241.1.燃烧法燃烧法（Combustion）用燃烧方法将有害气体、蒸气、液体或烟尘转化为无害物质的过程称为燃烧净化，亦称焚烧法大气污染大气污染挥发性有机物污染控制挥发性有机物污染控制25燃烧法燃烧法v 燃烧氧化作用及高温下的热分解
10、v 适用于可燃或高温分解的物质v 不能回收有用物质，但可回收热量v 燃烧反应，如81722266222222212.2588.57.5631.5C HOCOH OQC HOCOH OQH SOSOH OQ燃烧时放出的热量燃烧时放出的热量Q大气污染大气污染挥发性有机物污染控制挥发性有机物污染控制26VOCs燃烧原理及动力学燃烧原理及动力学v燃烧动力学燃烧动力学 单位时间VOCs减少2nmVOCsVOCsOdcvk ccdtexp()EkART多数化学反应，遵循阿累尼乌斯方程nVOCsVOCsdcvkcdt 氧气浓度远高于VOCs浓度大气污染大气污染挥发性有机物污染控制挥发性有机物污染控制27VO
11、Cs燃烧原理及动力学燃烧原理及动力学v燃烧与爆炸燃烧与爆炸 燃烧浓度极限范围爆炸浓度极限范围 多种可燃气体与空气混合，爆炸极限范围12100micabmccc混合气体的爆炸极限混合气体的爆炸极限i组分的爆炸极限组分的爆炸极限各组分的百分含量各组分的百分含量mcic, ,a b m大气污染大气污染挥发性有机物污染控制挥发性有机物污染控制28燃烧工艺燃烧工艺v直接燃烧直接燃烧 适用于可燃有害组分浓度较高或热值较高的废气 设备：燃烧炉、窑、锅炉 温度1100左右 火炬燃烧：产生大量有害气体、烟尘和热辐射，应尽量避免 直接燃烧法不适于处理低浓度废气。大气污染大气污染挥发性有机物污染控制挥发性有机物污染
12、控制29燃烧工艺燃烧工艺v 热力燃烧（热力燃烧（Thermal Combustion)适于低浓度废气的净化温度低，540820oC必要条件：温度、停留时间、湍流混合大气污染大气污染挥发性有机物污染控制挥发性有机物污染控制30燃烧工艺燃烧工艺v 热力燃烧（热力燃烧（Thermal Combustion)大气污染大气污染挥发性有机物污染控制挥发性有机物污染控制31燃烧工艺燃烧工艺v 催化燃烧（催化燃烧（Catalytic Combustion）大气污染大气污染挥发性有机物污染控制挥发性有机物污染控制32燃烧工艺燃烧工艺v 催化燃烧装置催化燃烧装置 优点： 无火焰燃烧，安全性好 温度低：300450
13、oC，辅助燃料消耗少 对可燃组分浓度和热值限制少大气污染大气污染挥发性有机物污染控制挥发性有机物污染控制33燃烧工艺燃烧工艺问题：问题：不完全燃烧不完全燃烧。过程会产生。过程会产生有害的中间产物有害的中间产物，如乙醛，二噁英，呋喃。，如乙醛，二噁英，呋喃。大气污染大气污染挥发性有机物污染控制挥发性有机物污染控制342.2.吸收（洗涤）法（吸收（洗涤）法（Absorption）v 吸收工艺：吸收工艺： 溶剂吸收法采用低挥发或不挥发性溶剂对溶剂吸收法采用低挥发或不挥发性溶剂对VOCs进行吸收，再利用进行吸收，再利用VOCs分子和分子和吸收剂物理性质的差异进行分离。吸收效果主要取决于吸收剂的吸收性能
14、和吸收设备吸收剂物理性质的差异进行分离。吸收效果主要取决于吸收剂的吸收性能和吸收设备的结构特征。的结构特征。VOCs吸收工艺吸收工艺大气污染大气污染挥发性有机物污染控制挥发性有机物污染控制35该工艺适用于该工艺适用于VOCs浓度比较高，温度较低和压力较高的场合。浓度比较高，温度较低和压力较高的场合。吸收装置多为气液相反应器。吸收装置多为气液相反应器。吸收工艺吸收工艺大气污染大气污染挥发性有机物污染控制挥发性有机物污染控制36吸收工艺吸收工艺v 吸收剂的要求吸收剂的要求 对被去除的VOCs有较大的溶解性 蒸气压低 易解吸 化学稳定性和无毒无害性 分子量低大气污染大气污染挥发性有机物污染控制挥发性
15、有机物污染控制37吸收设备吸收设备v 主要设计指标主要设计指标 液气比 塔径 塔高大气污染大气污染挥发性有机物污染控制挥发性有机物污染控制383.3.冷凝法冷凝法（Condensation）v 适于废气体积分数适于废气体积分数10-2以上的有机蒸气以上的有机蒸气v 常作为其它方法的前处理常作为其它方法的前处理冷凝法是利用物质在不同温度下具有不同饱和蒸汽压这一物理性质，采用降低系统温度或提高系统压力的方法，使处于蒸汽状态的污染物冷凝并从废气中分离出来的过程。大气污染大气污染挥发性有机物污染控制挥发性有机物污染控制39冷凝系统流程图冷凝系统流程图冷凝原理冷凝原理大气污染大气污染挥发性有机物污染控制
16、挥发性有机物污染控制40冷凝类型和设备冷凝类型和设备v 接触冷凝接触冷凝 被冷凝气体与冷却介质直接接触 喷射塔、喷淋塔、填料塔、筛板塔v 表面冷凝（间接冷却）表面冷凝（间接冷却） 冷凝气体与冷却壁接触 列管式、翅管空冷、喷洒式、螺旋板 传热方程mQKA t大气污染大气污染挥发性有机物污染控制挥发性有机物污染控制414.4.吸附法吸附法（Adsorption）大气污染大气污染挥发性有机物污染控制挥发性有机物污染控制42吸附吸附工艺工艺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气污染大气污染挥发性有机物污染
17、控制挥发性有机物污染控制43吸附工艺吸附工艺v 吸附容量吸附容量利用波拉尼曲线估算v 多组分吸附多组分吸附 过程 各组分均匀吸附 于活性炭上 挥发性强的物质 被弱的物质取代大气污染大气污染挥发性有机物污染控制挥发性有机物污染控制44活性炭的吸附热活性炭的吸附热v 物理吸附物理吸附 吸附热凝缩热+润湿热 估算式nqma吸附热，吸附热，kJ/kg吸附蒸气量吸附蒸气量,m3/kg常数，表常数，表10-16qa,m n大气污染大气污染挥发性有机物污染控制挥发性有机物污染控制455.5.生物法生物法（Biological Oxidation）v 原理原理微生物将有机成分作为碳源和能源，并将其分解为CO2
18、和H2Ov 工艺工艺大气污染大气污染挥发性有机物污染控制挥发性有机物污染控制46生物法生物法大气污染大气污染挥发性有机物污染控制挥发性有机物污染控制47生物洗涤塔（悬浮生长系统）生物洗涤塔（悬浮生长系统）大气污染大气污染挥发性有机物污染控制挥发性有机物污染控制48生物滴滤塔生物滴滤塔大气污染大气污染挥发性有机物污染控制挥发性有机物污染控制49生物过滤塔生物过滤塔大气污染大气污染挥发性有机物污染控制挥发性有机物污染控制50生物法工艺性能比较生物法工艺性能比较大气污染大气污染挥发性有机物污染控制挥发性有机物污染控制51 光催化氧化法光催化氧化法 低温等离子体净化法低温等离子体净化法 气体放电光催化
19、法气体放电光催化法（低温等离子体与光催化结合）（低温等离子体与光催化结合） 低温等离子体协同吸附低温等离子体协同吸附 低温等离子体协同催化（低温等离子体协同催化（Mn，Ag等金属催化剂）等金属催化剂）VOCs处理的新方法处理的新方法大气污染大气污染THANK YOU !大气污染大气污染人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。大气污染大气污染
