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自《挥发性有机物排污收费试点办法》正式实施以来,我国已有15个省市相继出台VOCs排污收费政策,凹印行业在重视质量、成本、效率的基础上,其新技术、新工艺、新设备和新材料将向着环保(节能、减排、降耗、节材等)、安全、健康的方向快速发展。
节能优化技术
在凹印工序使用节能优化技术以减少能耗。例如,在凹印机烘箱系统使用热泵技术、热管技术等,可大幅降低设备能耗;在熟化室加热中使用热泵技术,也会大幅降低能耗。
广东环葆嘉节能科技公司开发的ESO节能优化技术,可用于印刷机热风干燥系统的改造与优化。ESO节能优化技术运用压力自动平衡技术,通过烘箱送排风的压力自动跟随,使烘箱稳定在设定的微负压状态,同时不受其他单元烘箱及送排风风机的影响,保证稳定的进出风量,以满足干燥所需,配合逐次升高的溶剂挥发工艺,既能达到节能目的,又实现了安全风量控制的目标,并兼顾减少废气排放总量的期望。该技术在凹印机上应用效果显著。
目前,博斯特、陕西北人和广东环葆嘉等已展开对凹印机进行减风节能的一系列行动,其手段都是通过增加烘箱热风的循环利用率,减少排风量,增加废气排放浓度,达到节能的效果并为后续的废气处理打下基础,部分企业的技术已经投入使用。
凹印VOCs减排
当前,凹印VOCs减排是当务之急。凹印VOCs治理措施主要有3个途径,即源头治理、过程控制、末端治理。其中,在源头治理方面,低VOCs含量材料的开发力度日益加强,这些材料的特性和使用方法还需要凹印企业逐步适应;在过程控制方面,也有新技术出现,大多以提高材料循环利用率、减少污染物排放为主;末端治理则是凹印行业目前使用较多的VOCs减排方式。
1.源头治理
随着多地VOCs排污收费标准的相继出台,凹印行业的VOCs治理越来越紧迫。综合对比之下,减少有机溶剂的使用是凹印企业实现VOCs源头治理的必经之路。
(1)凹印油墨的水性化
在凹印行业的绿色化进程中,油墨行业对我国凹印行业的发展起到了极大的促进作用。从含苯油墨到无苯油墨是软包装凹印行业的一次重大技术进步,也是油墨行业环保技术的重要创新,而从无苯油墨到水性油墨则是一场重大的技术革命。高性价比且能适应低中高速印刷的塑料薄膜凹印水墨将是一个重要的发展方向。
由于水墨用水作稀释剂,VOCs排放量极小,因此得到越来越多包装印刷企业的青睐,与此同时,越来越多油墨制造商开始研发生产塑料凹印水墨,并取得了一定的技术进展。但目前水墨依旧存在干燥速度慢、印刷牢度低、颜色与溶剂墨有差别、北方冬季低温适应性差等问题。目前水墨在以纸张为承印物的烟包凹印中的推行还算顺利,但在以薄膜等伸缩性基材上进行印刷时,以上问题是影响印刷质量的主因。
可喜的是,近几个月来,凹印水墨的研发取得了突破性进展,而凹印水墨的推广应用也得到了凹印设备制造商和凹版制造商的重视,结合凹印水墨的特点,也有许多配套设备和产品相继问世。
结合水墨特点,通过优化烘箱设计和循环排风设计,大大提升了凹印机的干燥能力,为水墨的高速印刷奠定了基础。如宁波欣达高速电子轴传动水墨凹版印刷机,特别采用了“热风+红外”相结合的“耦合干燥”方式,同时对设备的烘箱进行了创新优化设计,很好地解决了凹印水墨干燥难的问题。
在制版方面,网穴的形状和深浅都有了相应的改变,且已经解决水墨网点分散的问题。水墨固含量高,采用15~20μm浅版印刷,相对于溶剂墨,上墨量能减少三分之一。也就是说,印刷相同数量和规格的印刷品,水墨的消耗量较溶剂墨减少约30%。
从目前来看,采用水墨从源头治理是最理想的方法。水墨的成功试用是一个良好的开端,但离大面积推广还有一定距离,还需要油墨制造商、凹印机制造商、凹印企业的共同努力。
①实现真正的水墨凹印
部分油墨制造商研制的凹印水墨含有一定比例的醇类物质,在补充水中也必须加入一定量的醇类溶剂,离不含或含微量有机溶剂的真正水墨或水基油墨,还有一定差距。也有油墨制造商声称研制出了不含有机溶剂的水墨,但仍有待于市场的检验。
②水墨的环保性及安全性
并不是所有的水墨都是环保油墨,如果水墨无限制地使用染料(水性金属油墨采用铜锌粉)、氨水等,这样的水墨未必是环保油墨。对必须添加的助剂及表面活性剂,应符合GB 9685-2008《食品容器、包装材料用添加剂使用卫生标准》的要求。
③提高印刷适性
包括油墨初干性、转移性及复溶性等,以及后加工适性,与干式复合、无溶剂复合的匹配性。
(2)采用单一溶剂油墨
为了方便溶剂回收,一些油墨制造商进行了单一溶剂油墨的研发,但目前还处于小试阶段。单一溶剂油墨的回收方法与干式复合工艺的回收方法相同,目前已在欧洲国家得到普遍使用。这是因为欧洲国家的印刷设备生产速度普遍较高,可达300米/分钟,且欧洲国家对印刷质量的要求较低,即使使用单一溶剂油墨在高速印刷下出现了微小的印刷质量瑕疵,也可以被接受。而我国印刷设备的生产速度不仅无法与欧洲国家相比,且国人对印刷质量的高要求也使得单一溶剂油墨在凹印工艺中难以大范围应用。虽然单一溶剂油墨的大范围应用有一定难度,但完全可以采用单一体系溶剂油墨来代替溶剂型油墨,比如油墨溶剂均为酯类,回收时只回收组分大的溶剂,组分小的不回收,也可以解决凹印油墨回收难的问题。
2.过程控制
过程控制即从凹印过程中通过改进烘箱效率和生产现场等措施,从而达到VOCs减排的目的。主要措施是对印刷机的机械设备进行技术革新,减小凹印生产中VOCs的排放量,提高排放浓度,同时增加热能利用等。例如,凹印设备增加LEL控制装置、减少车间现场的溶剂挥发、半封闭墨槽及油墨槽加盖、全封闭挡墨装置及推行清洁生产等。
综合比较来看,凹印企业采用LEL控制装置是实现VOCs治理的有效方法,将凹印机烘箱的一部分废气再次通入烘箱用于印品干燥,不仅可以降低干燥时的能源消耗,而且还能减少废气的排放量,以减少末端治理成本。需要注意的是,使用LEL控制装置时应控制好烘箱内的废气浓度,以防止爆炸。目前,大部分凹印设备已经自带LEL控制装置。对于一些比较陈旧的凹印设备,在加装LEL控制装置前可能还需要对其进行改造,以适应LEL控制装置的运行,从目前的技术手段来看已不是难题。总体来说,LEL控制装置的废气回用方法如果使用得当,能帮助凹印企业大大降低VOCs的排放量。
3.末端治理
凹印企业VOCs末端治理目前主要有两个方向:一为回收,包括吸收法、吸附法和冷凝法等;二为消除,包括燃烧法、光催化法、低温等离子法和生物处理法等。
目前,业内一些大型凹印企业已开始对生产中排放的废气(溶剂)进行回收、燃烧或等离子无害化处理。但就全国凹印企业总量来说,所占比例极少(不到1%)。有机废气处理在凹印行业的推广困难重重,究其原因主要是该行业排放的有机废气成分复杂而且浓度偏低,处理风量幅度变化很大。
(1)回收法
回收法是通过物理方法,改变温度、压力或采用选择性吸附剂和选择性渗透膜等方法来收集分离有机气相污染物,主要有吸附、吸收、冷凝及膜分离技术。回收的挥发性有机物可以直接或经过简单纯化后返回工艺过程再利用,以减少原料消耗,或者用于有机溶剂质量要求较低的生产工艺,或者进行集中分离提纯。
回收法已广泛应用于软包装干式复合工艺的溶剂回收,但在凹印工序中,回收法的应用效果依然不太明朗,主要是由于凹印油墨所含溶剂类型较多,回收后必须经过精馏、提纯,不仅技术要求高,还要求安装精馏塔等设备,大大增加了凹印企业的成本投入,这是小型凹印企业无法承担的。而且,在当前石油价格和溶剂成本均较低的情况下,经过精馏、提纯后所得溶剂的经济价值也会大打折扣。
(2)燃烧法
燃烧法主要分为直接燃烧(TNV)、蓄热式燃烧(RTO)、催化蓄热燃烧(RCO)等。目前燃烧法应用较为成熟,有机废气经过燃烧后产生的热能可以直接回收,并且按需要稳定输出热能,在实现废气治理的同时可以取代燃气锅炉作为供热设备。在我国,应用燃烧法治理VOCs的凹印企业也比较多,与吸附法结合使用效果更佳,废气经吸附、解吸之后,浓度变得更高,这样就能减少燃烧时的能源消耗。类似的方法还有转轮浓缩+焚烧法。建议凹印企业根据自身实际生产中的排气浓度、排风量等情况选择最合适的燃烧工艺。
(3)低温等离子法
低温等离子法通过高压放电,将气体电离分解转变为无害物质,但处理效率低、能力有限,适用于废气量较少的情况,对于印刷生产中产生的大量废气并不适合。当然也有少数凹印企业安装了这种治理装置,并通过了环境影响评价。
一、固体废气物的处理
固体废弃物污染是环境污染的重要形式。在对固体废弃物的处理过程中辐射技术的应用主要体现在两个方面。一是对废塑料的处理。在废塑料中有聚四氟乙烯物质,这种物质用生化法很难将其分解,机械粉碎也十分困难。因此,人们开始试图尝试运用辐射技术来解决这个问题。日本研究人员曾经运用伽马射线来分解聚四氟乙烯,在分解聚四氟乙烯过程中加入伽马射线聚四氟乙烯本身就不会再产生氯乙烯。二是应用在纤维素方面。纤维素是农业废物的主要成分,对于纤维素的处理主要是通过辐照法来进行处理,最终得到了酒精。另外,美国人通过对纤维素加酸而后进行辐照结果得到了葡萄糖。采用这种技术不仅能够有效解决污染问题,同时还能够提升资源利用率。辐射技术的应用范围将会越来越广。
二、降解有机污染物
水污染对于人们的影响非常大,水被污染后淡水资源将会更加紧张,所以在人们对于水污染的防治异常重视。在水污染治理过程中通常会遇到一些难以降解的有机物,对于这些难以降解的有机污染物,人们通常采用辐照技术来进行解决。通过利用辐照技术可以使得水中化合物得到有效分解,水中那些难以分解的有机污染物将能够得到有效处理。当前,辐射废水处理技术已经被世界上多个国家所采用并取得了非常良好的效果。目前,这项技术在美国、意大利、韩国等国家已经得到了规模化应用。在最新的关于辐射技术同废水处理的研究中,美国研究人员发现利用电子束可以有效消除废水中的二甲苯。经过处理后的废水将能够达到正常饮用水的标准。可见辐射技术对于废水处理是非常重要的,在今后的废水处理过程中应该加强辐射技术的应用。
三、结语
关键词:环保工程;生物技术;应用;处理
中图分类号: O434 文献标识码: A
一、在环保工程中运用生物技术的优点
垃圾废弃物是一种较为常见的污染物,我们利用生物技术对其进行处理,能够让其分子结构改变,生物能对发生降解的各种产物和副产物进行重新利用,从而使环境污染程度得到降低,同时也将这些废弃物进行转化,变为可利用资源。
污染物经过发酵工程技术处理后,其最终转化物大部分是甲烷气体、氮气、水、CO2等稳定物质,处理的过程是直接处理的,减少转移的次数,降低重复污染的发生,因此,生物技术能够安全、有效的治理环境污染。
在利用酶促反应处理污染物的过程中,用到的酶是一种活性蛋白质,在常温常压和中性条件下进行的,这就使得大多数的生物技术可以快速的在现场进行。它具有一定的优点:第一,操作比较简单;第二,成本比较低;第三,发生反应的条件比较简单;第四,反应过程较为稳定;第五,效果比较好。这些方面的优点使生物技术得以在环保工程中进行普遍应用。
二、生物技术在环保工程中的运用
1、生物膜法处理废气方式
生物膜法的处理原理:在对气体与液体的扩散时,需要将空气中的化学物质进行有效的转换,需要将气化的物质转变成液化的物质,而其中的媒介主要以填料气为主。在固体与液体进行扩散的过程中,需要对其中的化学物质进行改变,将其由液体的方式变成出现在填料表层的物质,这种废气处理法我们称之为生物膜法。之后再生物进行氧化反应的时候,出现在填料表层的生物膜需要将与净化的空气进行化学反应,与此同时还会进行相应的营养物质转化。
具体的处理流程:首先,相关工作人员需要将臭气从通风管中抽进洗塔,在洗塔中对气体进行处理,并且对空气进行加湿处理。之后再将臭气抽入生物过滤塔,借由微生物的净化能力对气体进行进化,微生物所净化的物质就是空气中存在的有害物质。之后再将已经净化的空气使用风机进行排空。
微生物的生长需要一个相对稳定的环境。首先,在洗涤泵中需要提供充足的水源,之后将水从洗涤塔的顶部喷出,使得水与经过洗涤的污染物一同流入到储水箱中,以便对水资源进行循环利用。第二,通过喷淋泵为微生物提供必要的干净水源,在过滤塔中,空气与液体得到了充分的逆时针流动,为微生物提供了必要的生长养分,以促进微生物的更好生长,此外还需要为微生物提供一些必要的养分,这就要求相关工作人员定期在储水池中投入一些营养液。
2、生物修复污染土壤
对土壤造成的污染主要是重金属,我们用生物技术对其修复。主要是利用生物作用将重金属进行净化,降低其毒性。由于生物的作用,在土壤中,重金属的具体化学形态得到了改变,毒性降低,因此不能在土壤中进行移动扩散,生物的吸收以及代谢使重金属得到了消减以及净化和固定。同时在污染土壤的生物修复过程中,使得土壤有机质的含量增加,微生物变得更有活性,土壤的生态结构得到改善,能够抵抗外部因素的侵蚀,防止水土流失,沙漠化的发生。
3、废水的生物净化
生物技术处理废水具体方法是利用微生物的生命活动过程对废水中的污染物进行转移和转化,从而使废水达到净化的目的。根据水体自净的原则,利用微生物的催化作用和代谢活性,好氧或厌氧分解和转化污水中的污染物后,配合物理、化学方法使污水得到净化。研究证实,活性污泥法与生物膜法是目前应用最广的污水处理技术。自活性污泥于1912年在英国试验成功并投入使用以来,废水生物处理方法已经走过了百年历程。而随着水污染状况的不断恶化,随着高新技术的不断发展,环境对我们提出了更高的要求。而生物-生态修复技术是一种新兴的废水处理生物技术。
所谓生物膜法,它是一种借助某些固体物表面的生物膜(或附着的微生物)来实现有机污水处理的生物技术。污水处理生物膜法的工作原理为:生物膜把附着在水层的有机物吸附牢固有机物经好气层的好气菌被分解有机物流入厌气层有机物经厌气被分解流动水层冲掉老化的生物膜新的生物膜生长出来污水净化完成。总体而言,污水处理生物膜法具备如下优越性:对水质变动、水量变动、水温变动具有极强的适应性;污水处理效果相当理想,同时具备极强的硝化功能;污泥量较活性污泥法小25%,同时极易实现固液分离;动力费用较低。所谓生物-生态修复技术,它是一种以植物与微生物等生命活动为载体,以转移转化降解水中污染物为实现过程,以净化水体、创造满足生物生息的环境、重建和恢复水生生态系统为最终目的的生物技术。总体而言,生物-生态修复技术具备诸多优越性,比如工程造价低廉、运行成本低、处理效果好、耗能低、无需向水体投放药剂、可与景观及绿化环境有效结合等,其目前已被认定为水体富营养化治理与水体污染治理的发展方向。
4、消除化学农药污染
使用化学农药进行杀虫,农药杀虫剂大部分会残留在土壤中,经生态系统的循环会积累毒害。近年来,使用生物技术降解农药残留,消除农药对环境的污染受到了人们的广泛的关注。基因工程技术的运用原理是:一些微生物能够对农药进行降解,这项技术对这些微生物做改造,将它们的生化反应途径进行改变,从而实现较好的降解以及消毒的效果,从而避免各种负面效应的产生。所以,要对生物农药进行推广。生物体自身经过代谢活动之后,会产生一些物质,这些物质不仅能除杂草,还能避免各种病虫害的发生。
5、有机固体废弃物的生物处理
有机固体废弃物是一种含水率
6、消除白色污染
废弃塑料长时间化解不了,严重污染了环境。就目前情况来看,我国有着比较多的废弃塑料,它们在土壤中残存,会对作物产量造成极大的影响,同时也影响了我国的生态环境。因此,要采取各种有效措施对白色污染进行治理。利用生物技术降解塑料的研究得到了人们的广泛认可。主要的原理是:挑选出能够对塑料进行降解的相关微生物,对它们进行改造,将其制作成相应的降解菌,另外还能将克隆降解基因分离出来,这样之后,在微生物中导入这种基因,从而在一定条件作用下使废弃塑料得到快速的降解。
结束语
众所周知,生态环境是实现人类生存与发展的必要条件,但因受到社会经济与人口压力的影响,我国生态环境呈现出急剧恶化的趋势,其中“废气、废水、固体废弃物”污染已经成为制约人类社会进步的致命因素。由此可见,把生物技术引入环保工程领域,切实提高我国环境保护与环境治理力度意义重大。
参考文献
[1]米红霞.试析生物技术在环保工程中的运用[J].资源节约与环保,2014,09:139.
[2]韩涛.农业种植中生物技术的推广及应用[J].农民致富之友,2014,18:160.
[关键词] 恶臭 治理 进展
任何一个项目的建设,必然会对其周围的环境或多或少地产生一些影响,而这些影响的程度大小,依赖于所采取的污染防治措施是否有效和经济[1]。恶臭广泛地产生于工农业生产,市政污水,污泥处理以及垃圾处置过程,化工行业的恶臭甚至还含有有毒污染物。恶臭污染防治措施必须在技术可行性和经济可行性上高度统一,在建设项目环评的恶臭污染防治措施评述章节中应充分体现这一点。而要做到这一点,就必须充分了解恶臭的特点及当前恶臭治理的技术发展水平。
1 恶臭污染的特点
1.1 恶臭污染物指一切能刺激嗅觉器官引起人们不愉快及损害人的健康和生活环境的有害恶臭物质及挥发性有机污染物(VOCS)气体物质。恶臭物质来源广泛,对人体呼吸、消化、心血管、内分泌及神经系统都会造成不同程度的毒害,其中芳香族化合物如苯、甲苯、苯乙烯等还能使人体产生畸变、癌变。
1.2 恶臭污染物的种类繁多,目前能为人们所感知的有4000多种,其中被公认的主要恶臭物质是:硫化氢、氨、有机胺、苯乙烯、酚等。恶臭物质中只有少数的气味物质是无机化合物,如:氨(NH3)和硫化氢(H2S);绝大多数恶臭气体为挥发性有机物,如:低分子脂肪酸、胺类、醛类、酮类、醚类、卤代烃以及脂肪族的、芳香族的、杂环的氮或硫化物。
恶臭从其组成可分为五类[2]:① 含硫的化合物,如H2S、硫醇类、硫醚类;② 含氮的化合物,如胺类、酰胺、吲哚类;③ 卤素及衍生物,如氯气、卤代烃;④ 烃类,如烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃;⑤ 含氧的有机物,如醇、酚、醛、酮、有机酸等。
石化行业排放的恶臭污染物种类多,常见的恶臭污染物有:① 醇、酮类:戊醇、二异基酮、二异基甲酮、甲硫醇、糠醇等。② 醛类:甲醛、乙醛、丙烯醛、辛烯醛、巴豆醛等。③ 酸、酯类:丙烯酸、丙烯酸丁脂、丙酸、甲基丙烯酸丁酯、马来酸酐、二异氰酸甲苯酯等。④ 胺类:苯胺、硝基苯胺、二苯胺、二甲胺、甲胺、乙二胺等。⑤ 苯系物及杂环类:吡啶、苯甲醛、苯磺酰氯、苯醌、六氯苯等。
这些物质都带有活性基团,容易发生化学反应,易被氧化。当活性基团被氧化后,气味就消失,各种除臭工艺就是基于这一原理。
2 恶臭的主要来源
恶臭气体来源于工业有毒有害气体和城市生活恶臭气体,产生于污水处理、冶金、石油、制药、化工、塑料、屠宰、食品和海产品加工、城市垃圾处理等各种行业,具有广泛性。瓦德麦克分类法依据气味物质的结构及人体对气味物质的感觉特征将气味物分为9类:醚类、芳香类、花类或香脂类、琥珀类、韭菜或大蒜类、焦臭、山羊臭、不快臭、催吐臭等。可将恶臭来源大致归纳为表1所示[3]。
3 国内外除臭技术的现状
目前,对恶臭气体的控制大体上可分为物理法、化学法和生物法三大类。物理法不改变恶臭物质的化学性质,只是通过掩蔽、稀释、吸附、冷凝、膜分离等物理手段降低臭味浓度达到人的嗅觉能接受的地步。化学法则是使用另外一种物质与恶臭物质起化学反应,使恶臭物质转变成无臭物质或减轻臭味。而生物法主要是利用微生物的代谢活动降解恶臭物质,使之氧化为最终产物从而达到无臭无害化。
3.1 物理法
物理法有掩蔽法、稀释扩散法、物理吸附法、冷凝法和膜分离法等。
3.1.1掩蔽法。掩蔽法通常是采用更强烈的芳香气味或其他令人愉快的气味与臭气掺合,以掩蔽臭气或改变臭气的性质,使气味变得能够为人们所接受,或采用一种能够抵消或中和恶臭的添加剂,以减轻恶臭。
3.1.2稀释扩散法。稀释扩散法是将有臭味的气体由烟囱排向高空扩散,或者以无臭的空气将其稀释,以保证在烟囱的下风向和臭气发生源附近工作和生活人们不受恶臭的侵扰,不妨碍人们的正常生活。
3.1.3物理吸附法。物理吸附法是用活性炭或分子筛做吸附剂,在常温下进行吸附,将废气浓集后再脱附,适用于能回收利用废气物质的场合。进行处理VOCs恶臭废气的吸附剂以活性炭居多[4]。
3.1.4冷凝法。冷凝法是指降低饱和VOCs气体的温度,使VOCs恶臭气体冷凝后从气体中分离出来。冷凝过程可在恒定温度的条例下用提高压力的办法来实现,也可在恒定压力的条例下用降低温度的办法来实现,一般多采用后者。利用冷凝的办法,能使废气得到很高程度的净化,但是高的净化要求,往往所需的温度很低,而压力较高,会增加处理成本与费用。
3.1.5膜分离法。膜分离法是利用膜对废气和空气的选择透过性使废气净化。根据膜构成的不同,分为固膜和液膜分离两种。液膜分离技术可净化H2S、CO2等气体;固膜分离技术可用来回收氨,浓缩甲烷气。从C5和C5以下烷烃中分离乙烯、丙烯等。该法节能,效率高。已成功应用于化工、医药、环境保护等领域内。
3.2 化学法
化学法有燃烧法、化学氧化法、光催化降解法、液体吸收法、化学吸附法等等
3.2.1燃烧法
对于有毒、有害且不需回收的VOCs的处理,燃烧法是一种较普遍使用的方法。燃烧法又有直接燃烧法、热力燃烧法和催化燃烧法。直接燃烧法,主要用于高浓度的VOCs废气的处理。这种方法除造成浪费外,还把大量的污染物排入大气,近年来采用较少。热力燃烧法是将臭气与油或燃料混合后在高温下完全燃烧,以达到脱臭的目的。其热回收率非常高,运行成本低,一般有2-3个陶瓷床热回收室,有机废气和燃烧尾气交替进入热回收室,实现供热和蓄热过程。其缺点是设备体积较大,燃料费用高,NOX生成量大,已逐渐被催化燃烧法代替。
催化燃烧法是利用催化剂使有害气体在250-500℃时氧化分解,从而除去恶臭的方法。催化燃烧具有装置容积小,装置材料及热膨胀问题易解决,可处理低浓度可燃物,所需外加能量较小等优点。缺点是催化剂的价格较高,且要求废气中不得含有导致催化剂中毒失效的成分。
3.2.2化学氧化法。化学氧化法是采用强氧化剂如臭氧、高锰酸盐、次氯酸盐、氯气、二氧化氯、过氧化氢等氧化恶臭物质,将其转变成无臭或弱臭物的方法。而英国原子能管理局(AEA)开发出的电化学氧化技术,是采用一种内装专利膜和AgNO3-HNO3溶液的化学电池,在温度为50-100℃和常压的条例下进行氧化,在阳极,VOCs恶臭气体转化为CO2 和H2O;在阴极,生成亚硝酸,经处理后可循环使用。该法的典型特点是:VOCs恶臭物质在除率高,可达99%以上,但运转费用亦高,为焚烧法的2-3倍[5]。
3.2.3光催化降解法。光催化降解法始于20世纪60年代,90年代得到广泛应用。目前世界上光催化降解法研究最好的是日本,其次是美国和中国[6,7]。其原理是在紫外线照射下光催化剂TiO2被活化,使H2O生成羟基(-OH),然后-OH将VOCs恶臭污染物氧化成CO2 和H2O。
3.2.4液体吸收法。吸收法是利用物质溶解度的不同来分离气态污染物的方法。当恶臭气体在水中或其它溶液中溶解度较大,或恶臭物质能与之发生化学反应时,可用液体吸收法治理。恶臭气体常见吸收剂有苛性钠、次氯酸钠、硫酸、盐酸、亚硫酸钠等。这种方法高效、设备简单、一次性投资费用低,广泛应用于气态污染控制中,吸收净化的主要缺点是需对吸收后的液体进行处理,设备易受腐蚀。
3.2.5化学吸附法。浸渍吸附剂法多属于化学吸附法。如浸渍碱(NaOH、氨气)可提高对H2S和甲硫醇的吸附能力;浸渍磷酸CO2则可提高对氨和三甲胺的吸附效果[8]。浸渍K2CO3的活性炭法除H2S效果明显提高[9]。由于吸附剂往往具有高的吸附选择性,因而具有高的分离效果,能脱除痕量物质(达ppm级),但吸附容量一般不高(约40%左右,甚至更低)。吸附分离过程适宜于低浓度高要求的混合物的分离。苏建华[10]等采用自制的高效液体吸收剂和活性炭吸附实现了对苯乙烯废气的净化效率达74%以上。该法的缺点是处理设备大,流程复杂,当废气中含有胶粒物质或其它杂质时,吸附剂易失效。
3.2.6等离子分解法。近年来,国内外对等离子体净化废气的研究相当活跃,等离子体净化废气有独特的优点,净化效率高,可处理低浓度的污染物,通过气速可高达10m/s,所需停留时间短等。依低温等离子体产生的方法不同又可分为介质阻挡放电、脉冲电晕放电、滑动弧光放电等方法[11]。许小红、吴春笃[12]等用低温等离子体进行了分解特征恶臭气体氨气的试验,试验表明,增加电源电压、电源频率和停留时间可提高降解效率,但提高到一定程度后降解效率不明显;该技术在污水处理厂的运行结果表明,H2S、NH3、CH3-SH这类恶臭气体的去除率分别达到81.3%、88.1%、84.4%,可消除恶臭气体对周围环境的影响。日本的植松性行[13]利用等离子体的化学作用分解氯氟烃等难分解气体。这种技术能在较短时间内完成,并且可在小型装置内进行大量废气的处理。
3.3 生物法
废气生物处理法是利用微生物将废气中污染物降解或转化为无害或低害物质的过程。目前有生物吸收法(悬浮生长系统)、生物过滤法(附着生长系统)、生物滴滤法(填料塔式生物脱臭法)三种脱臭方式。其中生物过滤法又有土壤脱臭法,堆肥脱臭法,生物滤池脱臭法,这些方法的共同点是:① 微生物是生物脱臭工艺的核心;② 生物脱臭工艺的效能也是极为重要的一个方面。
生物滤池、生物洗涤塔和生物滴滤池是3种主要的废气生物处理技术。在众多VOCs的净化方法中,生物法具有良好的净化效果,优越的经济性、可靠的安全性、天然的环境相容性。据有关资料报道,利用生物技术能够降解挥发性有机污染物和恶臭物质,包括有:烷烃类、醛类、醇类、酮类、羧酸类、酯类、醚类、烯烃类、多环芳烃类、卤素类化学以及H2S、NH3等。
3.3.1生物滤池
早在1920年,在德国,人们就对废水处理厂的废气进行处理,当时将恶臭气体通过简单的生物过滤器,发现气体经过生物过滤器后,臭气的臭味可以得到降低。60年代,在欧美的一些研究表明,废气中臭味的物质主要是由于微生物降解气体中的污染物,后来生物过滤器成功用于清洁一些废气。在国外,在利用生物过滤技术处理低浓度、大流量的有机废气和臭味的工作中已经取得相当成功,技术成熟,例如:废气中硫化氢浓度一般在1000mg/m3。如今对挥发性有机物质(VOC)气体,传统的生物过滤器的效率比较低,容易形成较大的压差。在70年代后,废气生物过滤在欧洲,特别是德国,开始比较广泛地应用于一些低浓度的工业废气,特别是含有VOCs的气体。
生物滤池是最早被研究和使用的废气生物处理技术。生物滤池的填料是具有吸附性的滤料,多为土壤、堆肥、木屑、活性炭或几种滤料混合而成,滤料要具有良好的透气性和适度的通水和持水性。含污染物的废气经加压预湿(有的还需要温度调节、去除颗粒物等)预处理过程后,从反应器的底部经气体分布器进入生物处理装置,生物处理装置的填料表面生长着各种微生物处理装置,利用附着在填料上微生物的新陈代谢作用,废气中有害成分被氧化分解,处理过的气体从生物滤池的顶部排出。
生物滤池处理技术的工艺特点是生物相和液相都不是流动的,而且只有一个反应器,气液接触面积大、运行和启动容易。
在国内,有不少人对此进行了相应的研究。例如:苑宏英、郭静等人采用陶粒为填料的生物滤池降解甲苯废气,并对清水试验和生物膜试验的结果进行分析,发现生物膜法降解甲苯这样的挥发性有机物具有良好的效果,已不再是清水试验中单纯的物理吸收过程,而是伴有生化反应的吸收过程,是以气膜控制为主的传质过程[14],他们在采用焦炭为填料的生物滤床降解苯乙烯废气的试验中也发现,对焦炭进行循环挂膜,焦炭对苯乙烯这样的挥发性有机物初期以吸附作用为主,随着生物膜的长成生物降解作用逐渐占有优势,表现为对苯乙烯的去除效率稳定在35%-55%左右[15]。黄兵等人用生物膜填料塔净化低浓度硫化氢恶臭气体,实验结果表明:用城市污水处理厂污水驯化培养的脱硫菌对硫化物具有较好的降解性。用该菌液挂膜的生物膜填料塔对低浓度硫化氢恶臭气体具有较好的去除效果,最大生化去除量为190mg/1•h,控制适宜的液体喷淋量和增加气体在塔内的停留时间可提高生物膜填料塔对硫化氢的生化去除量和净化效率,同时,该塔对二氧化硫废气也有较好的净化效率[16]。
3.3.2生物洗涤塔
生物洗涤塔通常是一个装有填料的洗涤器和一个具有活性污泥的生物反应器构成。洗涤器里的喷淋柱将微小的水珠逆着气流喷洒,使废气中的污染物与填料表面的水接触,被水吸收而转入液相,从而实现质量传递过程。
生物洗涤塔的优点是反应条件易控制,压降小,但设备多,须外加营养,成本较高,为了防止活性污泥沉积且更好地降解有机物,活性污泥反应器需要曝气设备。
生物洗涤塔适于处理工业产生的污染物浓度介于1-5g/m3的废气,污水处理厂散发的含VOC和恶臭物质的废气也能利用生物洗涤塔处理。吴学龙、蒋建国、王伟[17]等人对粪便污泥处理处置过程恶臭气体的控制进行了研究,认为采用沼气锅炉焚烧和洗涤塔相结合的除臭工艺可以有效地减少处理成本,洗涤塔除臭只有在系统启动、调试和沼气锅炉发生故障的情况下使用。
3.3.3生物滴滤池
生物滴滤净化挥发性有机污染物技术是近年来发展起来的一项新技术。生物滴滤池被认为是介于生物滤池和生物洗涤塔之间的处理技术。废气中污染物的吸收和生物降解同时发生在一个反应装置内。滴滤池内填充粗碎石、塑料、陶瓷、聚丙烯小球、木炭、颗粒活性炭等比表面积大的惰性填料,填料只起生物生长载体的作用,其空隙率比生物滤池的要高,使用寿命长、阻力小。含可溶性无机营养液的液体从塔上方均匀地喷洒在填料上,液体自上向下流动,然后由塔底排出并循环利用。废气由塔底进入生物滴滤塔,在上升的过程中与润湿的生物膜接触而被净化,净化后的气体由塔顶排出。与生物过滤不同的是,生物滴滤器通常由不含生物质的惰性填料床构成,其顶部设有喷淋装置用以控制过滤床层的湿度,同时还能通过向喷淋液中加入营养盐和缓冲物质创造适宜微生物生长繁殖的环境。因此生物滴滤器具有净化效率高、操作弹性较强等特点,适合处理污染负荷相对较高的非亲水性VOCs污染物,也适合处理卤代烃类降解过程产酸的污染物。通常生物滴滤设备的启动一般是用活性污泥等进行接种,然后逐步驯化适宜的混合菌种;而对于那些难降解物质,则需要接种专门的菌种。
生物滴滤池适于处理工农业生产及市政设施产生的污染物浓度低于0.5g/m3的废气。
杨虹[18]等人报道了采用以沸石为填料的生物滴滤器净化处理味精厂内挥发性恶臭废气的试验结果。研究表明,在净化氨氮臭气取得良好效果的生物膜基础之上,加入特定菌液能较快地培养出适宜处理味精厂内恶臭废气的微生物种群,且能获得满意的净化效果。羌宁[19]等人采用不锈钢丝网作为生物滴滤器的载体材料,用经以苯为唯一碳源驯化而得的微生物菌种,进行苯废气的净化实验。结果表明,在实验的负荷范围内,生物滴滤器的消除能力随负荷的增加而增加,但净化效率总体上随负荷的升高而下降。在相同的进气苯浓度下,随着停留时间的增加,消除能力和净化效率迅速提高,停留时间为33.9 s时,净化效率达98%。进口浓度对生物滴滤器的净化效率和所需的填料层高度有较大的影响。
3.3.4 三种废气生物处理法的比较
生物滤池技术的工艺特点是生物相和液相都不是流动的,只有一个反应器,气液接触面积大,运行和启动容易。由于投资少、运行费用低,广泛适用于处理工农业生产中产生的挥发性有机污染物。废气污染物浓度介于0.5-1.0g/m3之间。
生物洗涤塔技术通常由一个装有填料的洗涤器和一个具有活性污泥的生物反应器构成,其反应条件易于控制、压降小,适于处理污染物浓度较高的工农业生产中的废气。但设备多、须外加营养、成本较高,另外在活性污泥反应器中需要曝气设备,并控制有关条件。如温度、pH、氮磷碳之间的比率等,因其不容易调控,在应用上有局限性。
生物滴滤池吸取了以上两种技术的优点。它只有一个反应器,压降低,填料不易堵塞,使用寿命长,营养物质和pH容易控制,承受污染负荷大,并具备特有的缓冲能力。适用于处理污染物浓度在0.5 g/m3以下的废气。
3.4 物理、化学及生物脱臭的主要方法及比较
物理、化学及生物脱臭各有其特点,表2列出了物理、化学及生物法的原理、特点及适用范围,在实践中应根据不同情况予以选用。
4 恶臭治理的方法选择
由于恶臭物质成分复杂,且嗅觉阈值较低,对净化学系统的要求极高,所以就感官无味的要求而言,恶臭的治理难度较大,大多数的情况下需采用多级净化。这样将加大治理工程的投资,同时几种方法的配合,也存在系统优化等问题。
4.1 洗涤――吸附法
如,日本净化污水处理场或粪便处理场排出成分复杂的臭气,采用了“日辉式除臭系统”对其进行处理[20]。该臭气先经过稀硫酸洗涤,再经过稀碱液及次氯酸钠液洗涤,然后通过活性炭吸附床吸附后排空。
4.2 吸附――氧化法
如,吸附与催化燃烧技术结合起来,通过吸附、解吸提高废气中恶臭物质的浓度,减少废气量,然后再经过催化燃烧而达到除臭的目的。
对目前采用的恶臭处理技术,表3在适用范围、所需费用等几个方面作了简要的比较。
选择治理方法时应从治理性能与治理费用两方面来分析,即达到消除恶臭气体,又要尽量减少治理费用。对于恶臭污染的治理,高浓度的恶臭污染,通常可以采用直接燃烧、催化氧化及臭氧氧化等方法进行治理,中等浓度的恶臭物质可采用吸收法治理,而对于低浓度的恶臭污染、特别是50×10-6(体积分数)以下恶臭物,如硫化氢、甲硫醇等,在用上述方法的处理中,通常存在反应难进行、催化剂易中毒和脱除成本高等缺点。吸附法适用于中、低浓度的排气处理[21]。由于大多数恶臭物质都具有可吸附性,采用吸附法可以方便地将这些恶臭物质进行收集。活性炭是种优良的吸附剂。对于石化企业如污水处理厂等逸散型低浓度多组分且具有可吸附性的恶臭污染源,应用活性炭吸附技术治理,具有设备简单、脱除效率高、运行管理容易、维护费用低和无二次污染等优点。如日本很多污水处理厂都采用活性炭吸附法治理恶臭。纽约一家污水处理厂采用4个串联的活性炭吸附塔处理恶臭污染,使排放达标。另外,从炼油厂、化工厂一些装置中排放的有机溶剂废气,采用活性炭吸附法脱除,不仅能有效地消除有害气体对环境的污染,而且还可以回收能够再利用的有机溶剂[22]。有些情况下采用两种方法以上的净化装置组成净化系统较为有利。如经喷淋吸收后再用吸附剂进一步吸附;既可用物理法吸附也可用化学法进行中和、氧化等反应;如果吸附器的吸附剂用不同的化学品浸渍,可以适合于消除多种组分的恶臭物质的需要,以达到更好的除臭效果。但再生更新难度较大。
5 前景与展望
生物处理恶臭是目前较为热门的研究课题。与传统的物理、化学处理有机废气技术相比,生物处理技术具有效果好,投资省、运行费用低、污染物不会转移到其他地方,无二次污染、易于管理等优点,尤其在处理低浓度(
近年来,有学者[23-25]认为生物净化器内存在微生物生态系统,含有降解污染物的微生物和大量的其它非直接降解污染物的微生物种群构成,并提出构筑食物链来维持净化器内生物生态平衡的观点。
目前国内的VOCs研究主要集中在对于一些单一化合物的处理,受研究设备和实验手段的限制,这些研究还有局限。应用方面还处于模仿阶段,对国外技术的理解,消化以及生物过滤的机理和核心技术了解、掌握还需要一定时间,所以在有毒有臭(VOCs)废气处理方面,我国尚处于起步阶段。
此外,从环境保护的角度出发,生物吸附法的应用还必须解决二次污染问题,应加强吸附的后处理研究。如吸附剂洗脱再生时流出液和处理问题,废渣的处理问题等,这些问题解决了,生物吸附才能真正发挥更大的作用。
总之,恶臭污染及污染源的治理技术研究是一个重要内容,随着科技的发展及新合成的物质不断出现,治理企业恶臭的工艺也将不断更新。及时了解当前恶臭治理的技术发展水平,为企业治理污染和环境管理部门科学评价恶臭的影响都将起到积极的作用。
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【关键词】环境工程;大气污染;处理措施
一、环境工程中大气污染
1.1大气污染的危害
近年来,随着我国社会经济的快速发展,我国的经济发展水平得到了快速的提升,我国工业企业的废气排放量也在不断增大,机动车的数量也在不断增加,这些因素都加剧了环境污染的程度根据相关部门的统计,北京的环境污染程度在不断加重,酸雨和雾霭的严重程度已经远远超过了法国在工业发展时期最为严重的阶段我国的火力发电厂、塑料处理厂会严生大量的有害气体,这些气体都会造成环境污染加重,也会对周边的居民和植被造成严重的影响。工业的发展进步推动着我国国民经济的发展,只有发展工业才能使我国的经济发展水平得到提高,重型工业是我国经济发展不可或缺的重要方面但是,我国在发展重型工业的过程中忽略了对废气排放量的限制,相关的法律法规也不够健全,导致废气排放长期处于无人监管的状态,废气的排放量居高不下,给我国的大气环境造成了严重的负面影响。
1.2污染程度
随着时间的推移,经济的快速发展,我国人们的生活水平以及质量都得到了显著的提升,与此同时,伴随着人们对机动车的拥有和使用也随着时间的增长不断地提升,机动车尾气排放成为了大气污染中一个比较致命的问题。虽说机动车为人们的生活带来了方便,为区域之间缩短了距离,但是汽车制造商以及相应的监管部门并没有针对尾气的污染现象做出具有明显成效的治理措施。全国各处的酸雨与近来覆盖极广雾霾天气频繁出现,这是极为严重的问题,目前我国的大气污染程度,甚至已经极大超越了西方发达国家在其工业化时期污染所达到的最高程度。火电厂以及塑料厂等工业企业昼夜不息的产生这大量的工业废气。这不仅是度当地环境的破坏,而且会在气流的影响下,对相邻大片区域造成危害,有些严重的污染甚至会走出国界,造成国际性的大气污染。中国发展正处于上升期,重工业对发展的支撑无疑是至关重要的,也是无法取代的。作为人口大国,原本细微的东西,在与庞大的基数相乘之后就会成为极为严重的问题,大气污染正是如此。但是缺乏有效处理在人口作用下形成问题的手段,成为了治理环境问题的掣肘,同时也成为了经济可持续发展的掣肘,因此,当务之急我们最需要解决环境问题。
二、大气污染的处理措施
2.1建立健全环境保护的相关法律法规
针对我国环境污染加重的现状,必项更加重视环境污染的治理,制定出更加完善的环境保护方面的法律法规我国相关的法律法规主要有《大气污染防治法》和《空气质量标准》等,但这些法律法规在很多方面的规定还不够细致,不能适应新时期我国的环境污染处理的要求。为此,必项要根据我国现阶段的环境污染治理要求,提出更加有针对性的法律法规,针对各种具体问题列出相应的条款,并有效地监督这些法律法规的实施过程另外,在法律法规的制定方面,我国还可以充分参照国外其他发达国家的经验,摒弃“先污染后治理”的传统观念,严格遵循环境保护的各项标准,提高我国大气污染治理的能力与水平。
2.2加强大气污染监测体系的建立,强化污染预警应急体系
由于我国的大气环境的承载条件和承载能力有限,伴随着城市化进程的不断加快,城市化规模越来越大,人们的日常生活和经济发展都需要燃烧大量的能源,造成污染物的集中大量排放,如果遇上大雾等不利的天气条件,污染物不容易扩散会导致严重的大气污染,严重损害人们的身体健康。所以有必要提高大气污染的监测能力,形成完善的、覆盖全国范围的空气质量检测体系。面对极端不利的天气条件,特别是严重的雾霾天气,要做好污染物类型、污染范围和污染趋势变化的研究和分析,及时向市民空气污染监测预警信息,并启动空气质量严重污染的应急预案,提醒市民做好污染防范工作,将空气严重污染造成的损害降到最小。
2.3增强工业企业和居民的环保意识
我国居民每天的生产生活都会排放出大量的废气,这也是我国环境污染加重的重要因素之一为了有效治理大气污染,必项不断增强居民的环保意识,使他们都能够认识到环境保护的重要性,意识到保护环境就是保护自己生存的家园环保部门应当切实负起责任,加强对环境保护的宣传与教育工作,通过形式多样的学习和宣传活动,使更多的居民树立起环境保护意识,自觉自律地参与到环境保护的过程中来,不断改善环境质量。
2.4加大环境保护的资金投入
除了要增强企业和居民的环保意识外,国家也应当从整体的角度出发,制定出详细的大气污染防治计划,并加快完善废气处理的相关配套设施政府相关部门应当加大资金投入力度,并不断推行新的经济发展模式,改善我国的经济结构,从严治理落后的、污染量大的工业企业,大力推广新型环保能源,减少废气的排放量,遏制环境污染加重的趋势。
2.5要加大对交通污染源和生活污染源的控制力度和治理力度
随着城市中的汽车数量越来越多,尾气污染成为了一种新的空气污染源,控制尾气污染要控制城市中的汽车数量,或者控制城市的人口规模,另外还可以推广新能源汽车,推广无铅汽油等对空气污染较小的汽车燃料,从根本上解决汽车尾气污染造成的大气质量下降问题。对于生活污染源,可采用集中供热的方法,这能在一定程度上减轻因为煤炭的大量燃烧造成的污染问题。
2.6环保部门应做好大气质量的监测与控制工作
大气污染防治是一项长期性的工作,需要制定出切实可行的处理措施,并长期有效地贯彻执行下去我们必顶摒弃先污染后治理的发展模式,积极寻求大气污染的处理措施针对大气污染严重的问题,环保部门应当切实负起责任,做好大气环境质量的监测与控制,提供出更加详实、准确的数据,为环境污染防治提供支持,提高大气污染处理的针对件、科学件和有效性。
2.7积极倡导高效除尘设备的应用
大气中颗粒污染物主要是由于煤等固体燃料燃烧产生的,要想降低这种污染物对于大气的污染程度,可以利用干湿法、静电法或则会是过滤法进行处理。利用干法去除污染物,一般常用的设备有重力沉降室、旋风除尘器以及惯性除尘器,而湿法去除这种污染物的设备通常是喷雾塔或者是泡沫除尘器。静电法则是利用干式静电除尘器和湿式静电除尘器设备对大气中的颗粒污染物进行去除。过滤法则是利用袋式过滤器或者是含有颗粒层的过滤器进行去除。积极提倡高校除尘设备的应用,能够有效的降低空气中颗粒污染物的含量,进而提升空气的质量,达到大气污染防治的目的。而对于各种废气的去除来讲,则需要严格的控制机动车尾气的排放以及集中供热中烟气等的排放。
三、结语
大气污染不仅影响了我国社会经济的可持续发展,也对居民的日常生活造成了严重的影啊,降低了环境质量为此,必项充分重视大气污染的处理工作,加大政策、技术和资金投入力度,制定出一系列的大气污染处理的详细规划,并积极推广和发展新型能源,不断提高环境质量。
参考文献:
[1]本报记者郭娟.守护蓝天白云[N].晋中日报,2015-02-16002.