田野 張曉琳 王志成 李井斌

摘 要：隨著社會各領(lǐng)域?qū)σ苯甬a(chǎn)品需求量的持續(xù)增長，冶金行業(yè)的經(jīng)營生產(chǎn)規(guī)模也不斷擴大，而冶金生產(chǎn)過程產(chǎn)生的VOCs（揮發(fā)性有機物）廢氣量也越來越多，如果這些廢氣濃度嚴重超標(biāo)，不僅污染自然生態(tài)環(huán)境，同時，也危及人民群眾的身體健康。因此，本文將圍繞冶金行業(yè)在治理VOCs廢氣時所遵循的基本原則，以及VOCs廢氣治理技術(shù)的實際應(yīng)用效果予以闡述。

關(guān)鍵詞：冶金行業(yè);VOCs廢氣;治理技術(shù);應(yīng)用

冶金行業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模不同，產(chǎn)生的VOCs廢氣量也存在較大差異，一旦這些廢氣排放到大氣當(dāng)中，將與大氣中的氣體成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而產(chǎn)生有機氣溶膠，這種揮發(fā)性有機物將直接造成大氣污染，甚至給人民群眾的身體健康帶來諸多不利影響。因此，近年來，冶金行業(yè)在治理VOCs廢氣時，不斷對現(xiàn)有治理技術(shù)進行創(chuàng)新改良，引入了納米凈化、微波催化氧化等新型技術(shù)，并收到了理想的治理效果。

1.冶金行業(yè)治理VOCs廢氣時遵循的基本原則

1.1 安全性原則

與其它氣體不同，VOCs廢氣多數(shù)屬于易燃易爆氣體，比如甲苯、二甲苯、苯乙烯、三氯乙烯、三氯甲烷等，因此，對VOCs廢氣凈化裝置的安全性提出嚴格要求。技術(shù)人員在治理VOCs廢氣時，首先需要考慮的是制訂針對性的關(guān)于VOCs混合氣體爆炸性問題的處理方案，以防患于未然，在前期準(zhǔn)備工作階段，應(yīng)當(dāng)及時獲取和收集大量的與VOCs廢氣相關(guān)的數(shù)據(jù)，并對凈化裝置以及周邊環(huán)境進行深入細致調(diào)研，同時，需要了解和掌握每一種VOCs廢氣的物理與化學(xué)性質(zhì)。比如以苯為例，這種揮發(fā)性氣體的爆炸極限值介于1.5%～9.5%之間，如果低于爆炸下限，既不會燃燒也不會爆炸，如果高于爆炸上限，只能燃燒，卻不會產(chǎn)生爆炸現(xiàn)象。這主要是由于苯與冷空氣接觸后，空氣的冷卻作用遏制了火焰的蔓延。而高于爆炸上限，則是由于空氣量不足，火焰也不會蔓延。由此可見，只有熟練掌握VOCs廢氣的基本性質(zhì)與反應(yīng)原理，將會大幅減少安全事故的發(fā)生[1]。

1.2 經(jīng)濟性原則

由于冶金行業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的VOCs廢氣成分呈現(xiàn)出多樣化特征，因此，在治理VOCs廢氣時，需要投入大量的治理成本，才能收到理想的效果。但是，如果將多數(shù)經(jīng)費投入到治理工序當(dāng)中，無疑會給企業(yè)的經(jīng)濟效益造成重創(chuàng)。為了降低VOCs廢氣的治理成本，冶金行業(yè)應(yīng)當(dāng)建立一個事前經(jīng)濟性評估體系，借助于大數(shù)據(jù)技術(shù)的分析、篩選與計算功能，得到最為優(yōu)化的治理成本數(shù)據(jù)，進而促進企業(yè)經(jīng)濟效益的提升。另外，也可以運用新技術(shù)或者資源能源二次利用技術(shù)對廢氣進行無害化處理。比如近年來，冶金化工行業(yè)引進的H2S脫硫塔余熱回收系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)⑸a(chǎn)過程中產(chǎn)生的有害煙氣轉(zhuǎn)化為二次能源，以供給加熱爐足夠的熱量，相比于第一種方法，這種方法的應(yīng)用效果更為明顯。

2. VOCs廢氣治理技術(shù)在冶金行業(yè)生產(chǎn)過程中的實際應(yīng)用

2.1 直接燃燒法

過去，冶金行業(yè)在治理VOCs廢氣時，常常直接燃燒的方法，即將生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的VOCs廢氣導(dǎo)入燃燒爐當(dāng)中，通過燃燒，來消除廢氣中的有害氣體，燃燒過程將產(chǎn)生大量的二氧化碳氣體與水，但是，如果氣體燃燒不充分，VOCs廢氣反而會轉(zhuǎn)化為一氧化碳、硫化氫等有毒有害氣體，進而造成二次污染。因此，直接燃燒法需要借助于輔助性燃料，才能促使VOCs廢氣得到充分燃燒。由于這種方法經(jīng)濟性好，操作便捷，許多中小型冶金企業(yè)仍在沿用這種VOCs廢氣治理技術(shù)。

2.2 低溫等離子治理技術(shù)

該技術(shù)主要利用除固、液、氣三種常見物質(zhì)形態(tài)以外的第四種物質(zhì)形態(tài)，即帶有中性離子與正負帶電離子的準(zhǔn)中性氣體作為介質(zhì)，對VOCs廢氣進行處理。準(zhǔn)中性氣體在低溫作用下，能夠電離出VOCs廢氣中的異味氣體，進而將其轉(zhuǎn)化無害氣體化合物。相比于直接燃燒法，低溫等離子治理技術(shù)具有處理裝置簡單、操作便捷、空間占用小、能耗低等優(yōu)點，比如利用該技術(shù)處理VOCs廢氣，單位時間內(nèi)的耗電量僅為0.003KW/m3。而低溫等離子技術(shù)的缺點是在處理VOCs廢氣過程中，極易生成一些小分子化合物，而給自然生態(tài)環(huán)境帶來二次污染[2]。

2.3 微波催化氧化技術(shù)

微波催化氧化技術(shù)的反應(yīng)式為：CmHn+O2→CO2+H2O+Q，從反應(yīng)式可以看出，有機污染物與氧氣結(jié)合發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成無害、無污染的二氧化碳與水，進而達到凈化VOCs廢氣的目的。利用微波催化氧化技術(shù)能夠有效縮減VOCs廢氣的吸附時間，使工作效率得到大幅提升，而且處理成本較低，一般可以重復(fù)處理20次以上，也不會影響吸附能力。同時，該技術(shù)去除VOCs廢氣中有害成分的去除率高達95%以上，與直接燃燒技術(shù)相比，其優(yōu)勢顯而易見。微波催化氧化技術(shù)與直接燃燒技術(shù)數(shù)據(jù)比對如表1所示。

2.4 納米凈化技術(shù)

與微波催化氧化技術(shù)類似，納米材料凈化技術(shù)也是近年來，冶金行業(yè)治理VOCs廢氣的一種新型技術(shù)，該技術(shù)應(yīng)用超細的納米材料，借助于這種材料的高強吸附力，在光照條件下，能夠?qū)OCs廢氣中的有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無污染、無公害的二氧化碳氣體以及有機酸，可以說，這種納米材料是VOCs廢氣治理過程中一種高效催化劑，能夠加快VOCs廢氣的分解速度，甚至一些大分子粒徑的有害物質(zhì)也能夠被同時分解。

比如TiO2屬于納米光凈材料，在日光的照射下，材料本身并不會發(fā)生任何反應(yīng)，但是，它可以起到催化劑的加快物質(zhì)反應(yīng)速度的作用。其治理VOCs廢氣的基本原理是，TiO2 材料內(nèi)部的電子在太陽光或者紫外線的照射下被激發(fā)出來，產(chǎn)生電子—空穴對，進而形成電子（e-）和空穴（h+）兩種載流體，這兩種載流體快速遷移到材料表面，吸附材料表面的水分與氧氣，而產(chǎn)生氧化能力強的自由氫氧基（·OH）和活性氧（O2 ）， 并與VOCs廢氣中的有害成分發(fā)生氧化反應(yīng)，最終分解有害物質(zhì)，達到凈化的目的。但是，相比于前幾種VOCs廢氣治理技術(shù)，納米凈化技術(shù)在廢氣處理后期，需要使用配套的活性炭再生系統(tǒng)，來處理多余的尾氣，要想實現(xiàn)VOCs廢氣的達標(biāo)排放，冶金企業(yè)需要投入巨大的成本。因此，這種方法在處理VOCs廢氣時，如果沒有特殊要求，則很少應(yīng)用于實際生產(chǎn)過程。

結(jié)束語：

為了積極響應(yīng)國家關(guān)于“節(jié)能降耗、綠色環(huán)保”的號召，近年來，冶金生產(chǎn)企業(yè)著力從VOCs廢氣的產(chǎn)生源頭抓起，在現(xiàn)有治理技術(shù)的基礎(chǔ)，不斷引進行一些先進的、成功的VOCs廢氣處理技術(shù)，在提升廢氣治理效果的同時，為企業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展注入了生機與活力。

參考文獻：

[1]雷海森.冶金化工行業(yè)VOCs廢氣治理技術(shù)應(yīng)用[J].中國金屬通報，2020（9）：295-296.

[2]李慶輝.基于VOCs有機廢氣處理技術(shù)研究進展[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2020（22）：3524.

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