1.燃燒法
光氧催化設備燃燒法是利用有機廢氣可以燃燒的性質,通過充分燃燒而將揮發性有機物轉化為水和二氧化碳,主要包括直接燃燒法、熱力燃燒法和催化燃燒法。
直接燃燒法是將廢氣當作燃料進行直接燃燒,所需溫度較高(一般在1100℃左右),適用于高濃度有機廢氣的處理。直接火焰燃燒的應用范圍比較廣,投資成本低,設備簡單,處理效果比較徹底,在保證時間和適當溫度條件下,處理效率最高能達到99%以上,但高溫燃燒容易產生二次污染。
熱力燃燒法是利用熱力交換器對有機廢氣進行升溫加熱,使其在700℃~800℃以上的高溫條件下進行燃燒,廢氣處理效率可高達95%~99%。相比直接燃燒法,熱力燃燒法降低了部分能源消耗。
催化燃燒法是利用催化劑在較低溫度下(200℃~500℃)加熱有機廢氣,使其發生氧化分解反應,從而實現凈化。常用的催化劑包括非貴金屬類和貴金屬類的催化劑、過渡金屬氧化物和復氧化物催化劑。催化燃燒法具有安全性好、能耗少、無二次污染、凈化效率高等優點,但該法在應用過程中容易出現催化劑中毒現象,因此,對于使用條件和操作工藝要很高,此外,貴金屬類催化劑成本較高,經濟效益較差。
2.脈沖電暈法
脈沖電暈法通過前沿陡峭、脈沖窄的高壓脈沖電暈放電,在常溫、常壓下產生大量高能電子或O、OH、N等活性粒子以及臭氧,與有機物分子發生化學氧化反應,破壞其C-C、C-O及C-H等化學鍵,最終使污染物降解為CO2和H2O等無害物質。丁德玲等對脈沖電暈法去除二甲苯廢氣進行了實驗研究,發現二甲苯去除率隨脈沖峰值電壓、脈沖頻率的增大而升高,隨氣體流量、氣體進口質量濃度的增大而降低。實驗結果表明,脈沖電暈法適用于低濃度、大流量二甲苯廢氣的處理,去除率最高可達87.4%。然而該方法在實際應用中存在能耗較大,大功率脈沖電源制造技術復雜、成本較高,火花開關壽命較短等問題,限制了該技術的進一步推廣。
3.低溫等離子技術
低溫等離子技術通過高壓脈沖放電獲得大量高能電子和自由基等活性粒子,經低溫處理后變為固態、液態或氣態。這些粒子通過破壞有機物的部分化學鍵,如C-H和C-C鍵等,從而對有機污染物進行降解,將其轉化為無害或低害物質,適用于大風量、低濃度有機廢氣的處理。研究表明,單獨使用低溫等離子技術處理有機廢氣時,去除率雖高但會有副產物產生,而光氧凈化器在等離子體反應器中加入吸附劑或催化劑時,不僅可以提高污染物的去除率,同時還可減少副產物的生成。低溫等離子技術具有工藝簡單、能耗較低、處理速度快等優點,尤其適用于處理惡臭氣體,但該法運行費用相對較高。
4.光催化氧化法
光催化氧化法利用WO3、CdS、ZnO、TiO2等催化材料的光催化活性,在特定波長的光(一般是紫外線)照下,激發其產生氧化性極強的自由基活性物質,最終將吸附在其表面的有機物氧化為二氧化碳、水等無害物質。該法反應效率高、處理效果好、能耗低且無二次污染,可有效轉化苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、乙酸乙酯、甲醇、乙醛等物質。
5.臭氧催化氧化法
臭氧催化氧化法以金屬、金屬氧化物和金屬鹽作為催化劑,催化臭氧產生更多的具有強氧化性的物質以提高其氧化能力,使臭氧在室溫下即可催化有機廢氣氧化為二氧化碳和水。采用臭氧催化氧化法能明顯降低反應活化能及反應溫度,然而該方法在應用時容易出現催化劑失活,反應溫度過低時還易生成副產物。臭氧催化氧化法多用于廢水中有機污染物的去除,而目前國內外對于該項技術在廢氣處理方面的研究也取得了一定進展,是比較好的有機廢氣處理技術。
6.微波催化氧化技術
微波催化氧化技術由傳統的填料吸附一解吸技術發展而來。利用吸附劑吸附污染物后,采用微波將污染物從吸附劑上解吸出來,隨后在催化劑的作用下將污染物氧化降解。其中,非氯代有機物將被氧化為水和二氧化碳,可直接排入大氣,而氯代有機物經催化氧化還會生成HCl,需用堿性吸收劑進行吸收。微波催化氧化技術將傳統解吸方式轉變為微波解析,在降低能耗的同時縮短了解吸時間,且微波再生效果好,吸附劑解吸20次后仍能基本保持原有的吸附能力。微波催化氧化技術具有較高的催化效率、啟動時間較短且對溫度要求不高,應用該技術時應針對不同的有機廢氣選擇合適的吸附劑,同時注重微波功率、加熱時間、載氣流量等因素對催化效率的影響。
7.生物處理法
生物處理法利用微生物的新陳代謝作用,將有機廢氣中的某些成分作為碳源和氮源進行氧化分解,最終將有機污染物轉化為無機物、水、二氧化碳等無害物質,適用于大氣量、低濃度有機廢氣的處理。目前生物處理設備主要包括生物濾池、生物滴濾塔、生物洗滌器等該法具有凈化效果好,運行費用少,無二次污染,安全性、環保性好等優點,但微生物的代謝速率較慢,因此,凈化速度不高。應用該法時細菌的篩選是關鍵,因此,應加大對細菌種類的分析和研究,同時在運行過程中應注意控制體系的溫度和pH值,保證微生物的活性。
UV光氧凈化器在實際應用中,為降低處理成本、提高處理效率,常將上述處理方法中的兩種或幾種進行聯合使用。劉松華等采用光催化氧化和活性炭吸附聯用的方式對含有酮、醛、酯、烴等有機物的惡臭廢氣進行處理,不僅彌補了單獨使用光催化氧化時有機廢氣去除率不高的問題,同時也有效增加了活性炭的更換時間,降低了處理成本。韓姚其等研究了低溫等離子體結合光催化氧化技術在降解有機廢氣二甲苯方面的應用,實驗結果表明,在光催化劑的作用下,等離子體對于二甲苯的去除率得到顯著提升,通過二者的協同作用,可更加快速有效地分解空氣中的有害物質。
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