等离子光氧一体机的技术原理,其实光化学及光催化氧化法是目前研究较多的一项专业氧化技术。所谓光催化反应,就是在光的作用下进行的化学反应。光化学反应需要分子吸收特定波长的电磁辐射,受激产生分子激发态,然后会发生化学反应生成新的物质,或者变成引发热反应的中间化学产物。光化学反应的活化能来源于光子的能量,在太阳能的利用中光电转化以及光化学转化一直是十分活跃的研究领域。光催化氧化技术利用光激发氧化将O2、H2O2等氧化剂与光辐射相结合。所用光主要为紫外光,包括uv-H2O2、uv-O2等工艺,可以用于处理污水中CCl4、多氯联苯等难降解物质。另外,在有紫外光的Fenton体系中,紫外光与铁离子之间存在着协同效应,使H2O2分解产生羟基自由基的速率大大加快,推动有机物的氧化去除。

国内外挥发性有机物排放管控现状石油化工起源于美国,上世纪20年代兴起并形成了工业体系,在二战后发展迅速,50年代在欧洲兴起,60年代后发展到日本等发达国家。石油化工的出现,促使化学工业的发展出现了重大变革,石油和天然气逐渐代替煤炭成为了化学产品生产的主要原料,石油化工成为各国的重要支柱产业。在上世纪60年代,石化工业区在美国兴起,石化企业开始向油气资源丰富,运输条件便利的区域聚集,并不断发展壮大。例如,依托墨西哥湾油田和港口形成的的美国休斯顿化学工业园,同时具备油气资源、淡水和港口等优势条件,不仅是美国石油行业的起源地,也逐渐发展成为了世界第一大化工生产中心,美国排名前200的能源公司中有45家在该工业园,包括美国液化空气公司、杜邦公司、贝克石油集团等,销售收入占全美石化行业收入的25%。
随后,欧洲和日本等国家也在资源集中,交通便利的港口等地区兴起了众多大型石化工业区。例如,依托路德维希港建立的路德维希化工园区,由巴斯夫公司所有,拥有优势铁路、公路和水运运输条件,年销售收入达到150亿美元以上。新加坡裕廊岛石化园,依托东南亚海港新加坡港建立,凭借海上交通优势、亚洲地区的原油供应和市场需求等优势,目前,己经逐渐发展成为世界第三大石油炼制与石油进出贸易中心,固定资产投资和产业产出分别达11亿和168亿美元。
大气中的挥发性有机物,在复杂的光化学反应作用下,能够引起大气的物化特性发生显著变化,并通过长距离传输对区域环境产生重大影响。PM2.5源解析表明,挥发性有机物是形成PM2.5的主要前体物之一,在紫外光线照射下,与大气中的氮氧化合物发生反应,产生臭氧等二次污染物,可以加剧大气光化学反应程度、造成大气中臭氧浓度上升、引起空气质量恶化等环境问题。苯和甲苯等部分挥发性有机物达到一定浓度后,可以令人体中有害甚者引发癌症,严重伤害人体健康。因此,研究挥发性有机物的排放特征及治理技术,己成为世界性的热点课题。美国、欧盟等国家和地区,较早地认识到挥发性有机物污染的严重性和治理的必要性,己针对如何有效控制挥发性有机物的排放和污染开展了大量的研究工作,并制订了一系列专门的法律、法规和排放标准。
美国早在上世纪70年代就开始了挥发性有机物的管控,先后出台了《清洁空气法案》(GAA)、《环境空气质量标准》(NAAQS)等法案和标准,并不断进行修订和完善。例如,在1990的出台的《清洁空气法修正案》中增加了关于事故性有有害大气污染物排放、空气臭氧消耗等方面的规定,对污染源挥发性有机物的排放限值进行了明确要求,并要求开始应用泄漏检测与修复技术(LDAR)。美国对挥发性有机物的管控是多层次,多方位的,以《清洁空气法》中控制名录和重点污染源清单为基础,对源头的排放总量进行削减,对生产过程中无组织排放进行控制,对末端排放的污染物进行治理;同时,增大违法成本,针对污染物排放情况实施处罚,在经济惩罚的同时,还要追究相关民事与刑事责任。据统计,美国1970年挥发性有机物排放总量约为30632万吨,2010年约为15132万吨,降幅高达50.6%。
欧盟通过通用指令和行业指令结合的方式进行污染管控,如汽油存储与配送指令94/63/EC,其中关于挥发性有机物的排放标准都是按照行业、工艺特点分别详细具体的确定的。同时,针对挥发性有机物中不同化合物的组成及排放特点,英国、德国等部分国家建立了污染物排放分级管理制度,按照不同化合物的健康、环境危害大小进行分级分类管理,并根据相应危害级别确定不同的排放标准限值,有效提高了污染物管控和治理效率。
在挥发性有机物的分解处理方式中,VOC的分解处理技术包括燃烧法和非燃烧法。
1、燃烧法
所谓燃烧法,就是指通过燃烧的方式来将VOC中的碳氧化物分为为CO2的处理技术,该技术又可以被进一步细分为直接燃烧法、蓄热燃烧法和催化燃烧法。因为绝大多数VOC都是由碳、氢、氧等构成的化合物,所以使用直接燃烧法就可以将VOC分解为CO2和H2O等物质。直接燃烧法的优点是装置便宜,而且对很多VOC种类都适用,缺点是低浓度下需要添加助燃剂,而且产生的CO2对环境照样存在一定程度的危害。直接燃烧法主要被用于印刷、涂装等行业。蓄热燃烧法是利用陶瓷等蓄热体蓄热燃烧分解VOC,优点是热效率很高,缺点是催化燃烧设备成本很高,而且不能间断运转。蓄热燃烧法通常被用于涂装、印刷、化学成套设备等行业。催化燃烧法是通过加入催化剂的方式来降低氧化分解VOC时所需要的温度,优点是可以实现低温燃烧,而且产生的NO量较少,缺点是催化剂的使用成本较高,主要被用于印刷和化学成套设备等行业。
2、非燃烧法
非燃烧法主要包括以下几类:第一,生物处理法。该方法主要利用微生物填充层来实现对通过VOC的转化和处理,能够将有机挥发性物质转换为简单的无机物;第二,光催化剂法。该方法是光氧净化器通过借助光催化剂在紫外光辐射下具有较强氧化能力的空穴,进而实现对VOC的分解目的。第三,放电等离子体法。这种方法可以利用高能电子辐射来破坏VOC的结构,进而将其转化成易回收或无害的物质。
近四十年来,我国的工业取得了突飞猛进式的发展和进步,这有力地促进了国民经济的发展,但同时也带来了一些消极问题,比如工业VOC给大气环境带来了严重危害,进而给经济社会的持续发展形成了阻碍。现实中,VOC具有种类繁多、分布面广的特点,所以给其治理工作增加了难度。但随着我国对VOC污染问题的重视度不断提升以及各种环保法规不断严格VOC的排放标准,VOC治理技术也在不断改进和完善。
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