典型化工行业大风量、低浓度有机废气污染控制与健康风险评估

来源 :广东工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:pengxiubin
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典型化工行业有机废气排放特点为浓度低、风量大、成份复杂,这些有机废气的排放不仅可以加剧大气二次有机气溶胶形成和近地面臭氧浓度的增加,同时对人体健康产生严重的危害。因此,高效处理典型化工行业有机废气对环境和人体健康具有重要的生态环境意义。然而,由于工业有机废气具有的特点,目前对这类有机废气的处理仍存在技术选择不合理、运行成本高、处理效果低、设备稳定性差等诸多问题。本论文将以典型化工行业有机废气的排放特征分析为切入点,明确有机废气控制对象,指导废气治理工艺和催化剂选择,同时对废气治理设备性能及健康风险消减进行长期跟踪,最终指导设备提标升级改造和核心催化剂性能优化。本文选择了涂料生产和电子制造废气为实验对象,并开展以下研究:(1)通过对涂料行业废气治理工艺各工艺段采样分析发现,以印刷油墨生产为主的工厂排放废气中总挥发性有机化合物(TVOCs)浓度平均为173 mg/m~3,其中芳香烃(AHs)浓度为0.65 mg/m~3,卤代烃(HHs)浓度为0.14 mg/m~3,脂肪烃(AIHs)浓度为129.3 mg/m~3和含氧VOCs(OVOCs)浓度为42.92 mg/m~3。其中AIHs是浓度最大的物种(占比74%),OVOCs为浓度次高的物种(占比25%)。在所有VOCs中,含量最高的物质为甲基环己烷(浓度为116.1 mg/m~3)和2-丁酮(浓度为41.73 mg/m~3)。根据废气的排放特点,选用了对脂肪烃有高效处理效果的转轮吸附浓缩-催化燃烧组合工艺,TVOCs浓度经综合处理后浓度由173 mg/m~3降低至3.98 mg/m~3,去除率(RE)为97.56%。此外,臭氧生成潜势(OFP)削减效果为95.39%,非致癌与致癌健康风险总值分别从3720与2.7×10-3降低至712与1.56×10-3,证明转轮吸附-催化燃烧对涂料生产行业产生的有机废气具有很好的去除效果,可有效降低OFP和消减致癌与非致癌健康风险值。(2)对于电子制造行业进行了四次采样,使用气相色谱质谱联用仪对样品进行了定性与定量分析,共检测到66种VOCs,包括AHs(浓度为:17.69 mg/m~3),HHs(0.57mg/m~3),AIHs(0.91 mg/m~3)和OVOCs(0.85 mg/m~3)四大类别。其中AHs是浓度最大的群体(占VOCs总量的85.0%以上)。根据电子行业有机废气排放特点,选取了对AHs具有优先催化氧化效果的光催化技术,并将其与喷淋技术进行组合。对270天的连续运行效果进行评估,结果发现,组合技术对TVOCs的平均RE为72.39%。这种高效的去除效果可归因于以下几个方面,首先是位于处理前端的喷淋处理将具有轻微水溶性的HHs和低饱和蒸气压的AIHs进行了有效的预处理(去除效率分别为50.16%与54.75%),随后由于光催化技术对于AHs具有的高降解活性,使得废气中的AHs达到61.34%的去除效率。但是,我们也发现该工艺对卤代烃降解效率较低(75%)。此外,OFP削减效果为79.28%,致癌与非致癌健康风险显著下降,证明喷淋-光催化可以有效减少电子制造行业有机废气的排放,以及降低废气对于环境与人体的影响。(3)针对电子行业废气治理过程中遇到的卤代烃降解效率较低以及催化剂抗腐蚀能力较弱的问题,本研究以Mn、Ce掺杂后的P25为催化剂,以玻璃纤维纸为载体,采用电泳法高效快速(电泳时间15 min)制备了玻璃纤维纸负载Mn、Ce掺杂的Ti O2靶向光催化剂。所制得的靶向光催化剂不仅对三氯乙烯的降解率可达90%,同时对苯乙烯和乙酸乙酯的降解效果可达83%和80%,降解效率在反应1600 min后未出现明显下降。相比于未掺杂Ce和Mn的催化剂,掺杂改性后的催化剂对于二氯甲烷的降解效率分别提高了23%与10%,对于混合标气中HHs的降解效率分别提高了25%与20%。其原因一方面在于掺杂处理后抗卤性能提高,另一方面掺杂后的Ti O2具有更强的光电效应,光生载流子的分离效率更高,这一结果证明掺杂处理可以有效提高P25对于HHs的降解效率,为工业废气中HHs的深度处理提供了一定的指导。综上所述,本论文分析了涂料行业与电子制造行业VOCs排放的控制效果,评估了这类废气排放对大气臭氧生成以及人体健康风险的影响,并针对实际VOCs治理过程中催化剂寿命较短、HHs降解效率低等问题进行了催化剂的改进,拓宽了光催化技术的应用前景,为今后各类工厂进行废气治理提供了理论支撑。
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