第十二章揮發性有機物污染(wūrǎn)控制2.VOCs（volatileorganiccompounds）污染(wūrǎn)預防第一頁，共49頁。第一節蒸氣(zhēnɡqì)壓與蒸發蒸氣壓是判斷有機物是否(shìfǒu)屬于揮發性有機物的主要依據溫度越高，蒸氣壓越大第二頁，共49頁。蒸氣(zhēnɡqì)壓空氣(kōngqì)中VOCs的含量低，可視為理想氣體，拉烏爾定律第三頁，共49頁。蒸氣(zhēnɡqì)壓氣液平衡(pínghéng)：克勞休斯－克拉佩龍（Clausius－Clapyron）方程第四頁，共49頁。揮發(huīfā)與溶解第五頁，共49頁。VOCs排放(páifànɡ)參見(cānjiàn)P415中表10-1第六頁，共49頁。第二節VOCs污染(wūrǎn)預防VOCs控制技術可分為兩類防止泄漏為主的預防性措施替換原材料改變運行條件更換(gēnhuàn)設備等末端治理為主的控制性措施第七頁，共49頁。VOCs控制技術第八頁，共49頁。VOCs替代(tìdài)第九頁，共49頁。工藝(gōngyì)改革非揮發性溶劑(róngjì)工藝取代揮發性溶劑(róngjì)工藝，如流化床粉劑涂料和紫外平版印刷術石油及石化生產過程：回收利用放空氣體第十頁，共49頁。泄漏損耗(sǔnhào)及控制充入、呼吸和排空(páikōnɡ)損耗第十一頁，共49頁。充入、呼吸(hūxī)和排空損耗充入、呼吸和排空(páikōnɡ)導致的VOCs排放(yi=xipi/P,Vm,g=RT/P)第十二頁，共49頁。充入、呼吸和排空(páikōnɡ)損耗呼吸損耗呼吸損耗——溫度變化使容器產生“吸進和呼出”而導致的有機物損耗白天呼出，夜晚吸進可通過在容器出口(chūkǒu)附加的蒸氣保護閥來控制第十三頁，共49頁。汽油的轉移(zhuǎnyí)和呼吸損耗汽油(qìyóu)50余種碳氫化物和其他痕量物質，C8H17汽油已揮發部分所占的百分比/%第十四頁，共49頁。汽油的轉移(zhuǎnyí)和呼吸損耗第十五頁，共49頁。轉移(zhuǎnyí)損耗控制方法浮頂罐，用于儲存大量的高揮發性的液體。用于密封的浮頂蓋浮在液面上，液面以上沒有空隙。液體注入或流出時頂蓋隨之上下浮動，避免上面所講述的呼吸損耗。但是這種密封方式（一般采用有彈性的橡膠(xiàngjiāo)薄蓋，類似于汽車上的雨刷）并不是完美的，仍然會有密封損失。這張草圖沒有給出防雨雪裝置和其他的細節。第十六頁，共49頁。第三節VOCs控制(kòngzhì)方法和工藝燃燒法吸收（洗滌）法冷凝(lěngníng)法吸附法生物法第十七頁，共49頁。燃燒(ránshāo)法（Combustion）適用于可燃或高溫分解(fēnjiě)的物質不能回收有用物質，但可回收熱量燃燒反應，如第十八頁，共49頁。VOCs燃燒(ránshāo)原理及動力學燃燒動力學單位(dānwèi)時間VOCs減少量第十九頁，共49頁。VOCs燃燒(ránshāo)原理及動力學VOCsA/s-1E/4.18kJ·mol-1k/s-1538oC649oC760oC丙烯醛丙烯腈丙醇3.30E+102.13E+121.75E+0635.952.121.46.992580.019462.99528102.370.9614.83841.4720.3452.07氯丙烷苯1-丁烯氯苯環己胺1，2-二氯乙烷乙烷乙醇乙基丙稀酸酯乙烯甲酸乙酯乙硫醇3.89E+077.43E+213.74E+141.34E+175.13E+124.82E+115.65E+145.37E+112.19E+121.37E+124.39E+115.20E+0529.195.958.276.647.645.663.648.146.050.844.714.70.560340.000110.077600.000310.764670.248510.004110.058690.880940.028040.3956258.863534.930.146.020.0926.847.510.482.1427.441.2511.18170.6427.2138.59183.058.41438.42109.1119.9335.97407.9924.64154.04404.29第二十頁，共49頁。VOCs燃燒(ránshāo)原理及動力學例：試計算燃燒溫度分別為538、649和760oC時，去除(qùchú)廢氣中99.9%的苯所需的時間。解：假設燃燒反應為一級，即n=l，對式（10-8）積分，得

當T=5380C時，由上表得k，代入式（10-9），得

同理可求得T=649、7600C時所需的燃燒時間分別為49s、。第二十一頁，共49頁。VOCs燃燒(ránshāo)原理及動力學燃燒與爆炸燃燒極限濃度范圍＝爆炸極限濃度范圍空氣中含有的可燃組分濃度低于爆炸下限或高于上限時，因發熱量不夠或氧氣不足(bùzú)，都不能引起燃燒。多種可燃氣體與空氣混合，爆炸極限范圍第二十二頁，共49頁。燃燒(ránshāo)工藝直接燃燒適用于可燃有害組分濃度較高或熱值較高的廢氣設備(shèbèi)：燃燒爐、窯、鍋爐溫度1100oC左右火炬燃燒：產生大量有害氣體、煙塵和熱輻射，應盡量避免第二十三頁，共49頁。燃燒(ránshāo)工藝熱力燃燒（ThermalCombustion)適于低濃度廢氣的凈化,作為助燃氣體或燃燒的對象溫度低，540～820oC必要條件：溫度、停留時間、湍流(tuānliú)混合(三T條件)第二十四頁，共49頁。燃燒(ránshāo)工藝熱力(rèlì)燃燒表10-11燃燒爐停留時間/s第二十五頁，共49頁。燃燒(ránshāo)工藝催化(cuīhuà)燃燒（CatalyticCombustion）第二十六頁，共49頁。燃燒(ránshāo)工藝具有熱回收裝置的催化燃燒器催化(cuīhuà)燃燒裝置第二十七頁，共49頁。燃燒(ránshāo)工藝催化燃燒優點：無火焰燃燒，安全性好；溫度低：300～450oC，輔助燃料消耗少；對可燃組分濃度和熱值限制少。缺點：投資高；催化劑較貴且需要(xūyào)再生；不能用于使催化劑中毒的廢氣。第二十八頁，共49頁。燃燒(ránshāo)工藝表10-13第二十九頁，共49頁。吸收(xīshōu)（洗滌）法（Absorption）吸收(xīshōu)工藝第三十頁，共49頁。吸收(xīshōu)工藝吸收劑的要求對被去除的VOCs有較大的溶解性蒸氣(zhēnɡqì)壓低易解吸化學穩定性和無毒無害性分子量低第三十一頁，共49頁。吸收(xīshōu)設備主要設計(shèjì)指標液氣比塔徑塔高第三十二頁，共49頁。冷凝(lěngníng)法（Condensation）適于廢氣(fèiqì)體積分數10-2以上的有機蒸氣，若濃度太低，則需采取進一步的冷凍措施，運行成本很高，故常作為其它方法的前處理過程，以降低有機負荷，回收有機物。第三十三頁，共49頁。冷凝(lěngníng)原理冷凝溫度處于(chǔyú)露點和泡點溫度之間越接近泡點，凈化程度越高第三十四頁，共49頁。冷凝(lěngníng)計算壓力P，溫度t，進料中i組分的摩爾分率(fēnlǜ)zi，計算液化率f、冷凝后氣液組成xi、yi第三十五頁，共49頁。冷凝類型(lèixíng)和設備接觸冷凝被冷凝氣體與冷卻介質直接接觸噴射(pēnshè)塔、噴淋塔、填料塔、篩板塔第三十六頁，共49頁。吸附法控制VOCs：利用多孔固體表面(biǎomiàn)存在的未平衡的分子吸引力或化學鍵作用力，把混合氣體中的VOCs組分吸附在固體表面(biǎomiàn)的過程。通入蒸汽進行脫附；脫附后用熱空氣干燥活性炭。不飽和化合物比飽和化合物吸附更完全；環狀化合物比直鏈結構的物質更容易被吸附。吸附(xīfù)法（Adsorption）第三十七頁，共49頁。活性炭吸附工藝流程第三十八頁，共49頁。吸附(xīfù)工藝活性炭吸附VOCs的性能最佳(為什么？)對具有極性的吸附劑，在水蒸氣共存的條件下，水分子與吸附劑極性分子結合，降低了吸附劑的吸附性能。而活性炭則不易與極性分子結合。亦有部分VOCs不易解吸(jiěxī)，不宜用活性炭吸附，參見下表。表10-14第三十九頁，共49頁。吸附(xīfù)工藝吸附容量利用波拉尼曲線估算華氏溫標(wēnbiāo)：F＝(C×9／5)＋32冉肯氏溫標(wēnbiāo)(Rankinescale)：ooR，中間分成180等分，每一等分為1oR。（參見教材P451）第四十頁，共49頁。多組分吸附(xīfù)多組分吸附過程化合物的被吸附性與其相對揮發性近似呈負相關開始階段各組分均等(jūnděng)吸附于活性炭上隨著床內流量的增加，相對揮發性大的物質重新汽化，沸點高的組分置換沸點低的組分，據此可實現輕組分與重組分的分離。第四十一頁，共49頁。活性炭的吸附(xīfù)熱（略）物理吸附吸附熱＝凝縮熱+潤濕熱(shīrè)估算式第四十二頁，共49頁。生物(shēngwù)法（BiologicalOxidation）原理微生物將有機成分作為碳源和能源(néngyuán)，并將其分解為CO2和H2O。工藝表10-19生物法處理工藝系統分類第四十三頁，共49頁。懸浮生長系統(xìtǒng)：微生物及其營養物存在于液體中，氣相中的有機物傳質轉移至液相，被微生物降解。附著生長系統(xìtǒng)：微生物附著生長于固體表面，廢氣通過床層時，被吸附、吸收、降解。第四十四頁，共49頁。生物洗滌塔（懸浮生長(shēngzhǎng)系統）適用(shìyòng)于氣相傳質速率大于生化反應速率的有機物降解。第四十五頁，共49頁。生物(shēngwù)滴濾塔生物濾料已接種掛膜。微生物利用溶解于液相中的有機物，進行代謝繁殖，并附于填料表面。氣相主體(zhǔtǐ)中的有機物和氧氣經過傳輸進入微生物膜，被微生物利用。代謝產物通過擴散進入氣相主體(zhǔtǐ)中后外排。集廢氣的吸收與液相再生于一體。第四十六頁，共49頁。生物過濾塔（附著(fùzhuó)生長系統）圖10-22傳遞到液/固相的揮發性有機物通過微生物降解，生成二氧化碳、水和生物機體(jītǐ)，生成的二氧化碳傳遞到氣相主體外排。定期(dìngqī)在塔頂噴淋營養液，營養液呈非連續相。第四十七頁，共49頁。生物法工藝(gōngyì)比較表