1、第十章第十章 挥发性有机污染物控制挥发性有机污染物控制v定义与排放源定义与排放源v蒸气压及蒸发蒸气压及蒸发vVOCs污染预防污染预防v燃烧法控制燃烧法控制VOCs污染污染v吸收（洗涤）法控制吸收（洗涤）法控制VOCs污染污染v冷凝法控制冷凝法控制VOCs污染污染v吸附法控制吸附法控制VOCs污染污染v生物法控制生物法控制VOCs污染污染一、定义一、定义第一、二节第一、二节 有关概念有关概念是一类重要的空气污染物是一类重要的空气污染物（volatile organic compounds,简称简称VOCs）,通常指沸点通常指沸点50260、室温下饱和蒸气压超、室温下饱和蒸气压超过过133.32P
2、a的有机化合物的有机化合物,其其为烃类、为烃类、卤代烃、氮烃、含氧烃、硫烃及低沸点的多环卤代烃、氮烃、含氧烃、硫烃及低沸点的多环香烃等。香烃等。二、来源二、来源 VOCs排放排放三、危害三、危害四、蒸气压及蒸发四、蒸气压及蒸发v克劳休斯克拉佩龙（克劳休斯克拉佩龙（ClausiusClapyron）方程）方程lgBpAT平平衡衡蒸蒸气气压压，mmHg系系统统温温度度，K经经验验常常数数pTAB、平平衡衡蒸蒸气气压压，mmHg系系统统温温度度，K经经验验常常数数pTAB、lgBpAtC温度，温度，oC经验常数，参见表经验常数，参见表10-2ABC、tv安托万（安托万（Antoine）方程方程lgB
3、pAtC温度，温度，oC经验常数，参见表经验常数，参见表10-2ABC、t温度，温度，oC经验常数，参见表经验常数，参见表10-2ABC、tv安托万（安托万（Antoine）方程方程BBBAAAxppxpp00pA，pB 溶液上方溶液上方A、B组分的分压，组分的分压，Pa；pA0，pB0 溶液温度下纯溶液温度下纯组分的饱和蒸汽压，组分的饱和蒸汽压，Pa；xA，xB 液相中液相中A、B组分的摩尔分率。组分的摩尔分率。对于理想溶液：对于理想溶液：拉乌尔定律（拉乌尔定律（Raoults Law）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
4、分纯组分i的蒸气压的蒸气压总压总压ixipPiy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ixipPv挥发的后果挥发的后果I.容易发生汽化，进入大气环境，引起污染；容易发生汽化，进入大气环境，引起污染；II.部分有机物在室温时的蒸气压大于大气压，会剧烈沸腾（乙部分有机物在室温时的蒸气压大于大气压，会剧烈沸腾（乙烷、丙烷、丁烷）；烷、丙烷、丁烷）；III.作为燃料用的有机物如汽油，液化气等，在装卸、运输过程作为燃料用的有机物如汽油，液化气等，在装卸、运输过程中都会因挥发排出大量的中都会因挥发排出大量的VOCsv溶解度
5、与排放的关系溶解度与排放的关系I.大部分大部分VOCs微溶于水，通过相分离或滗析法去除；微溶于水，通过相分离或滗析法去除；II.去除的水中含有少量的溶解性碳氢化合物，需进一步处理；去除的水中含有少量的溶解性碳氢化合物，需进一步处理；III.溶解性的差异，使得极性溶解性的差异，使得极性VOCs容易通过洗涤去除；容易通过洗涤去除；第三节第三节 VOCs污染预防污染预防一、概述一、概述二、二、VOCs控制技术控制技术非挥发性溶剂工艺取代挥发性溶剂工艺非挥发性溶剂工艺取代挥发性溶剂工艺，如流化床粉剂涂料和紫外平版印刷术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：回收利用放空气体石油及石化生产过
6、程：回收利用放空气体液体进入容器，液体进入容器，从容器中抽取液体，从容器中抽取液体，空气进入空气进入v操作损耗操作损耗-当当VOCs溶液在充入容器或从容器中导溶液在充入容器或从容器中导出时，由于温度和气压的变化，出时，由于温度和气压的变化，VOCs气体逸出。气体逸出。呼吸损耗呼吸损耗-温度变化使容器产生温度变化使容器产生“吸进和呼出吸进和呼出”而导致的有机物损耗而导致的有机物损耗白天呼出，夜晚吸进白天呼出，夜晚吸进可通过在容器出口附加的蒸气保护阀来控制可通过在容器出口附加的蒸气保护阀来控制用于储存大量的高挥发性的液体。用于密用于储存大量的高挥发性的液体。用于密封的浮顶盖浮在液面上，液面以上没有
7、空隙。液体注封的浮顶盖浮在液面上，液面以上没有空隙。液体注入或流出时顶盖随之上下浮动，避免上面所讲述的呼入或流出时顶盖随之上下浮动，避免上面所讲述的呼吸损耗。吸损耗。蒸气回收系统：蒸气回收系统：第四第四八节八节 VOCs控制方法和工艺控制方法和工艺817222662222222C H12.25O8CO8.5H OC H7.5O6CO3H OH S 1.5OSOH OQQQ燃烧时放出的热量燃烧时放出的热量Q燃烧时放出的热量燃烧时放出的热量Qv燃烧动力学单位时间VOCs减少量2VOCsVOCsOddnmcvk cctVOCsVOCsddncvkct 氧气浓度远高于VOCs浓度(10-8)VOCsV
8、OCsddncvkct 氧气浓度远高于VOCs浓度VOCsVOCsddncvkct 氧气浓度远高于VOCs浓度(10-8)exp()EkART多数化学反应，遵循阿累尼乌斯方程exp()EkART多数化学反应，遵循阿累尼乌斯方程燃烧极限浓度范围爆炸极限浓度范围燃烧极限浓度范围爆炸极限浓度范围多种可燃气体与空气混合，爆炸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
9、分含量mcic,a b m适用于可燃有害组分浓度较高或热值较高适用于可燃有害组分浓度较高或热值较高的废气的废气设备：设备：燃烧炉、窑、锅炉燃烧炉、窑、锅炉温度温度1100oC左右左右 废气中可燃组分低，不能维持燃烧，废气中可燃组分低，不能维持燃烧，作为助燃气体，作为助燃气体，作作为燃烧对象；为燃烧对象；，如煤气、天然气、，如煤气、天然气、油等，把废气温度提高到油等，把废气温度提高到，使气态污染物进行使气态污染物进行等；等；适于低浓度废气的净化适于低浓度废气的净化温度低，温度低，540820oC必要条件：温度、停留时间、湍流混合必要条件：温度、停留时间、湍流混合热力燃烧炉热力燃烧炉燃烧器、燃烧室
10、燃烧器、燃烧室配焰燃烧系统、离焰燃烧系统配焰燃烧系统、离焰燃烧系统v燃烧器将火焰配布成为许多布点成线的小火燃烧器将火焰配布成为许多布点成线的小火焰，废气从火焰周围流过去，迅速达到湍流焰，废气从火焰周围流过去，迅速达到湍流混合。混合。v燃烧火焰分散、混合程度高、燃烧净化效率燃烧火焰分散、混合程度高、燃烧净化效率高等特点。高等特点。v但当废气贫氧，废气中含有易沉积的油焦或但当废气贫氧，废气中含有易沉积的油焦或颗粒物。辅助燃料为油料时，这种系统都不颗粒物。辅助燃料为油料时，这种系统都不适用。适用。v高温燃气与废气的混合是分离开的；高温燃气与废气的混合是分离开的；v混合效果来讲，不如配焰系统混合效果来
11、讲，不如配焰系统；v由于火焰较长，不易熄火由于火焰较长，不易熄火v辅助燃料既可以使用燃料油，又可使用燃料辅助燃料既可以使用燃料油，又可使用燃料气，气，v燃料气与助燃气体的流速可调幅度大，工作燃料气与助燃气体的流速可调幅度大，工作压力范围宽压力范围宽优点：优点：无火焰燃烧，安全性好无火焰燃烧，安全性好温度低：温度低：300450oC，辅助燃料消耗，辅助燃料消耗少少对可燃组分浓度和热值限制少对可燃组分浓度和热值限制少缺点：缺点：不允许废气中含有尘粒和雾滴不允许废气中含有尘粒和雾滴对被去除的对被去除的VOCs有较大的溶解性有较大的溶解性蒸气压低蒸气压低易解吸易解吸化学稳定性和无毒无害性化学稳定性和无
12、毒无害性分子量低分子量低v主要设计指标主要设计指标液气比液气比塔径塔径塔高塔高三、冷凝法（三、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v接触冷凝接触冷凝被冷凝气体与冷却介质直接接触被冷凝气体与冷却介质直接接触喷射塔、喷淋塔、填料塔、筛板塔喷射塔、喷淋塔、填料塔、筛板塔mQKA tv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、淋洒式、螺旋板传热方程mQKA tv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、淋洒式、螺旋板传
13、热方程v含含VOCs的气态混合物通过多孔固体接触时，的气态混合物通过多孔固体接触时，利用固体表面存在的利用固体表面存在的未平衡的分子吸引力或未平衡的分子吸引力或化学键力化学键力，把混合气体中，把混合气体中VOCs组分吸附留组分吸附留在固体表面。在固体表面。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，不宜用活性炭吸附五、生物法（五、生物法（Biological Oxidation）微生物将有机成分作为碳源和能源，并微生物将有机成分作为碳源和能源，并将其分解为将其分解为CO2和和H2O生物洗涤塔（生物洗涤塔（bioscrubber
14、）生物洗涤塔生物洗涤塔v特点：特点：水相和生物相均循环流动，生物为水相和生物相均循环流动，生物为悬浮状态，洗涤器中有一定生物量和生物降悬浮状态，洗涤器中有一定生物量和生物降解作用。解作用。v优点：优点：反应条件易控制，压降低，填料不反应条件易控制，压降低，填料不易堵塞；但设备多。易堵塞；但设备多。v缺点：缺点：需外加营养物，成本较高，填料比需外加营养物，成本较高，填料比表面积小，限制了微溶化合物的应用范围。表面积小，限制了微溶化合物的应用范围。生物滴滤塔（生物滴滤塔（biotrickilng filter)生物滴滤塔生物滴滤塔 1、填料采用炉渣、碎石、陶粒、珍珠岩、聚丙烯小填料采用炉渣、碎石、
15、陶粒、珍珠岩、聚丙烯小球等不能提供营养物质的惰性材料，该填料只起球等不能提供营养物质的惰性材料，该填料只起生物生长载体的作用，空隙率比生物滤池高。生物生长载体的作用，空隙率比生物滤池高。2、设有循环液装置，可调节池内的湿度、设有循环液装置，可调节池内的湿度、pH值及值及营养元素的供给，故在处理卤代烃、含硫、含氮营养元素的供给，故在处理卤代烃、含硫、含氮等通过微生物降解会产生酸性代谢产物的污染物等通过微生物降解会产生酸性代谢产物的污染物时，生物滴滤池较生物滤池更有效。时，生物滴滤池较生物滤池更有效。生物滴滤塔生物滴滤塔v优点：设备少、操作简单，液相和生物相均优点：设备少、操作简单，液相和生物相均
16、循环流动，生物膜附着在惰性填料上，压降循环流动，生物膜附着在惰性填料上，压降低，填料不易堵塞，去除效率高；低，填料不易堵塞，去除效率高；v缺点：需外加营养物，填料比表面积小，运缺点：需外加营养物，填料比表面积小，运行成本较高，不适合处理水溶性差的化合物。行成本较高，不适合处理水溶性差的化合物。生物过滤塔（生物过滤塔（biofilter）生物过滤塔生物过滤塔生物过滤塔生物过滤塔特点：特点：生物滤池的填料层不仅要充当微生物的载体，还生物滤池的填料层不仅要充当微生物的载体，还要能向微生物提供营养物质，通常采用土壤、堆肥、要能向微生物提供营养物质，通常采用土壤、堆肥、泥炭、木屑及植物枝等混合形成，近年来也逐渐研究泥炭、木屑及植物枝等混合形成，近年来也逐渐研究用活性炭作为填料。用活性炭作为填料。优点：优点：生物滤池具有设备少、操作简单、不需外加营养生物滤池具有设备少、操作简单、不需外加营养物、投资运行费用低及去除效率高等优点物、投资运行费用低及去除效率高等优点缺点：缺点：反应条件控制较难，占地面积大，基质浓度高时，反应条件控制较难，占地面积大，基质浓度高时，因生物量增长快而易堵塞滤料，影响传质效果。因生物量增长快而易堵塞滤料，影响传质效果。
