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1、电话：139190386812016年6月16日挥发性有机污染物（VOCs） 污染控制技术与政策主讲人： 张有贤 教授 兰州大学1一、VOCs污染控制的必要性二、VOCs污染控制的技术三、VOCs污染控制的法规体系四、VOCs污染控制的标准体系讲座提纲2一、必要性-挥发性有机物（VOCs）定义Volatile Organic Compounds ，简称VOCs，对VOCs，目前国际范围内并没有统一的定义。l世界卫生组织(WHO,1989)：熔点低于室温而沸点在50-260之间的挥发性有机物的总称。l美国国家环境保护局（EPA）：除CO、CO2、碳酸、金属碳化物或碳酸盐之外的任何能参加大气光化学
2、反应的含碳化合物 。l欧盟国家排放上限指令2001/81/EC:除甲烷外的，能和氮氧化物在阳光照射作用下发生反应的任何人为源和自然源排放的有机化合物。3一、必要性-挥发性有机物（VOCs）定义4l 沸点：常压下、沸点低于250、有机化合物。l 饱和蒸气压：室温下（25）、饱和蒸气压超过133.32Pa、气态分子形态逸散到空气中、有机化合物。l 总挥发性有机物（TVOCs）、极易挥发性有机物（VVOC）、挥发性有机物（VOC）、半挥发性有机物（SVOC：邻苯二甲酸酯-增塑剂，多溴联苯醚-阻燃剂，多环芳烃-燃烧产物)l 烷烃、芳香烃类、烯烃类、卤烃类、酯类、醛类、酮类和其它化合物等8类。具有挥发性
3、的有机化合物主要包括非甲烷总烃（烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃）、含氧有机化合物（醛、酮、醇、醚等）、卤代烃、含氮化合物、含硫化合物等5类。一、必要性-VOCs的环境污染l VOCs是产生光化学反应产物臭氧的重要前体物;（兰州80年代光化学烟雾）l VOCs是大气中二次有机气溶胶（SOA）的重要前体物 ;l VOCs是PM2.5的重要前体物;l VOCs诱发灰霾污染;l 导致复合型污染形成。5一、必要性-VOCs对人体的危害6l 呼吸系统： 嗅觉、呼吸道、肺部。 几乎全部VOCs；恶 臭类，有机硫化物，含氯有机化合物，含氮有机化合物 等 l 皮肤、眼睛：刺激性。醛类最为突出；有机硫化物，含 氯有机化
4、合物，含氮有机化合物等。l 血液、肝肾脏、神经系统：白血病，肝、肾功能衰竭。 杀虫剂、除草剂- 醛类，烯，烷烃，苯系物，含氯有机 化合物，有机卤化物等。 l 致癌、致畸、致突变： 苯系物最为突出，烯，含氯有机 化合物，含氮有机化合物等。 一、必要性-VOCs组成和特征l 大气中VOCs主要组分是烷烃、烯烃和芳香烃；l 夏、冬季城市大气中挥发性有机物浓度高于春、秋季；l 交通区和混合区大气中VOCs的年平均浓度大于文化区和工业区；l 城市空气中挥发性有机物的日变化呈双峰型，分别出现在早晚交通高峰期，车流量变化是主要原因；l 机动车源、溶剂挥发源、泄漏源、工业源是城市大气中VOCs的主要来源。7一
5、、必要性-VOCs排放源l天然源（占全球排放量90%以上)。（中国北方30年研究）-植物生态功能性排放，基本为不可控源。-自然排放的异戊二烯具有早晚浓度低而白天浓度高的日变化特点，体现了植物的光合作用特征。l 人为源(排放清单的不确定性)- 人类生产生活中的不完全燃烧过程产生。- 有机产品的挥发性散逸过程产生。8辽中辽中京津冀京津冀 山东山东 半岛半岛长三角长三角珠三角珠三角成渝成渝武汉武汉长株潭长株潭海西海西乌鲁木齐乌鲁木齐甘肃甘肃 兰白兰白 关中关中晋北晋北l 重点区域VOCs污染排放高度集中。9兰州VOC与臭氧生成 西固和城关区两个臭氧高浓度日西固和城关区两个臭氧高浓度日 VOC/NOx
6、 比值和臭氧浓度的日变化比值和臭氧浓度的日变化兰州西固区（石化工业兰州西固区（石化工业 区）和城关区（市区）区）和城关区（市区） NMHCs (非甲烷烃类非甲烷烃类) 观测浓度，显示西固区观测浓度，显示西固区 VOC 浓度和排放远大于城关区浓度和排放远大于城关区控制臭氧生成措施：控制臭氧生成措施： 西固：控制西固：控制NOx 城区：控制城区：控制VOC Jia et al., Atmos. Res., 2016Jia et al., Atmos. Res., 201610中国北方和三北防护林异戊二烯生物排放（1982-2010） 的长期变化及其对华北臭氧增长趋势的潜在影响 我国北方异戊二烯年生
7、物排放（我国北方异戊二烯年生物排放（ micro-moles m-2 h-1 ，2000年，年，a） 和长期排放趋势（和长期排放趋势（1982-2010，b），显），显 示我国华北地区的异戊二烯排放增长最示我国华北地区的异戊二烯排放增长最 明显明显我国华北地区区域平均异戊二烯年排放我国华北地区区域平均异戊二烯年排放 通量在通量在1982-2010年间的长期变化年间的长期变化 (micro-moles m-2 h-1)，显示增长趋势。，显示增长趋势。Zhang et al., Atmos. Chem. Phys., 2016Zhang et al., Atmos. Chem. Phys., 20
8、16排放增长排放增长讲座提纲11一、VOCs污染控制的必要性二、VOCs污染控制的技术三、VOCs污染控制的法规体系四、VOCs污染控制的标准体系12VOCVOC 控制控制 技术技术吸附浓缩技术吸附浓缩技术吸收技术吸收技术冷凝技术冷凝技术膜分离技术膜分离技术催化燃烧技术催化燃烧技术热力焚烧技术热力焚烧技术生物技术生物技术等离子体技术等离子体技术光催化技术光催化技术光氧化技术光氧化技术吸附浓缩吸附浓缩+ +燃烧技术燃烧技术吸附吸附+ +等离子体技术等离子体技术等离子体等离子体+ +吸收技术吸收技术等离子体等离子体+ +光催化技术光催化技术低温冷凝低温冷凝+ +吸附技术吸附技术 回收技术回收技术末
9、端控制末端控制 技术技术工艺替代、设备改进工艺替代、设备改进原料替代技术原料替代技术泄漏控制技术泄漏控制技术二、VOCs污染控制的技术清洁技术清洁技术二、VOCs污染控制的技术-常用治理技术13u 泄漏控制技术注重生产全过程的物料利用、再利用，防止和减少跑冒滴漏；u 原料替代生产过程中采用低VOCs含量的原料，如汽车涂装过程中使用低VOCs涂料等；u 工艺、设备改进采用先进的工艺技术和生产设备，减少VOCs排放量。清洁生产（源头控制技术） 二、VOCs污染控制的技术-常用治理技术14回收利用技术末端控制技术热力焚烧法催化燃烧法生物降解法光催化降解法等离子体技术冷凝法吸收法吸附法膜分离法传统技术
10、新型技术沸石转轮+热力焚烧燃烧组合技术沸石浓缩转轮+蓄热式燃烧吸收洗涤+高级氧化 滤筒除尘器+蓄热式燃烧技术. . . . . .VOCs治理技术二、VOCs污染控制的技术-吸附技术15废气干净气体低压蒸汽风机冷凝器废水VOC回收吸附塔活性碳床活性碳床p工艺p适用范围适用于：中低浓度的VOCs的净化。优点：去除效率高，易于自动化控制。缺点：不适用于高浓度、高温的有机废气，且吸附材料需定期更换 。 p原理 利用吸附剂与污染物质(VOCs)进行物理结合将污染成份去除 。二、VOCs污染控制的技术-吸收技术16填充式洗涤塔p适用范围适用于高水溶性VOCs，不连续、不稳 定浓度气体。技术成熟、可去除气
11、态和 颗粒物、投资成本低传质 效率高、对酸性气体高效 去除，能防火风险优点缺点有后续废水处理问题p原理由废气和洗涤液接触将VOCs从废 气中移走，之后再将VOCs处理。二、VOCs污染控制的技术-冷凝技术17p适用范围多用于高浓度、单一组分有回收 价值的VOCs的处理。 处理成本较高，故通常VOCs浓度 5000 ppm ，适用冷凝处 理，其效率介于50 85 %之间；浓度 1 %以上时，则回收 效率可达90 %以上。p原理冷凝将废气降温至VOCs成份的露点以下，使其凝结为液态后加以回收的方法。冷凝法也经常搭配其它控制技术，例如:焚化、吸附、洗涤等作为前或后处理步骤。p特点二、VOCs污染控制
12、的技术-等离子体技术18活性物种和臭氧，触 发催化剂，降低活化能。 催化剂选择性地与等离 子体产生的产物再反应。CatalystPollutantCO2H2OEnergyActive speciesp适用范围适用于低浓度VOCs，室内空气净化。 实现VOCs低温去除 适用于低浓度、大风量的VOCs 处理效率高，能耗低 净化并清新空气p特点p原理等离子体场富集大量活性物种，如离子、电子、激发态的原子、 分子及自由基等；活性物种将污染物分子离解为小分子物质。二、VOCs污染控制的技术-光催化技术19p优点p缺点 条件温和，常温常压 设备简单、维护方便 减少甚至无二次污染 占地面积大 气候影响大 工
13、况变化影响大p原理光催化剂纳米粒子在一定波长的光线照射下受激生产电子空穴对，空穴分解催化剂表面吸附的水产生氢氧自由基，电子使其周围的氧还原成活性离子氧，从而具备极强的氧化还原能力，将光催化剂表面的各种污染物摧毁。二、VOCs污染控制的技术-燃烧技术20p 原理 当不需要对废气中的有机物进 行回收利用时，通常采用燃烧法进 行治理。催化燃烧技术和热力焚烧 技术是较为普遍的VOCs燃烧治理 技术，也是目前VOCs治理较为有 效和彻底的治理技术。p适用浓度 一般用于中高浓度且无回 收利用价值的工业废气。 实现VOCs彻底去除 适用于中、高浓度的VOCs 处理效率高，可将热能回收 控制焚烧温度，减少NO
14、X产生p特点挥发性有机污染物污染控制技术与装备国家工程实验室挥发性有机污染物污染控制技术与装备国家工程实验室挥发性有机污染物污染控制实验室小试技术方案挥发性有机污染物污染控制实验室小试技术方案（I） 新型高效吸附新型高效吸附Wei Wang* et al J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 13567.兰州大学王为教授兰州大学王为教授（杰出青年基金获得者杰出青年基金获得者，功能有功能有机分子化学国家重点实验室主任机分子化学国家重点实验室主任）课题组的最近研究成果表明课题组的最近研究成果表明，某些多孔材料能有效吸附并催化转化某些多孔材料能有效吸附并催化转化VOCs.研究开发
15、高效的选择性研究开发高效的选择性吸附材料吸附材料（有机有机、无无机多孔材料机多孔材料、分子筛分子筛、活性炭等活性炭等）、）、高效高效吸吸附剂附剂、高效高效吸附复合膜吸附复合膜、吸附网吸附网、吸附床吸附床等等，对对VOCs进行有效的源头污染控制进行有效的源头污染控制。（II） 高效催化高效催化研发高效的催化剂研发高效的催化剂，将将VOCs有效地有效地转化成有用的化工原料转化成有用的化工原料、清洁能源等清洁能源等。Chao-Jun Li* et al Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 14106.兰州大学李朝军教授兰州大学李朝军教授（加拿大皇家科学院院士加拿大皇家科学
16、院院士）课题组的最课题组的最近研究成果表明近研究成果表明，某些无机材料能有效吸附并催化转化某些无机材料能有效吸附并催化转化VOCs.22（III） 低浓度低浓度VOCs吸附浓缩吸附浓缩针对低浓度针对低浓度VOCs,采取采取吸附净化吸附净化、脱附再生脱附再生、浓缩浓缩、催化燃烧催化燃烧的组合模式的组合模式，对对VOCs进行进行有效的净化处理有效的净化处理。（IV） 高效蓄热式燃烧高效蓄热式燃烧将吸附将吸附、脱附脱附、压缩后的压缩后的VOCs进行进行蓄热式燃烧蓄热式燃烧，净化净化VOCs的同时的同时，对对燃烧的热量进行合理的再利用燃烧的热量进行合理的再利用。Jiantai Ma* et al Chem. Commun., 2007, 386.兰州大学马建泰教授兰州大学马建泰教授课题组的最近研究成果表明课题组的最近研究成果表明，某些有机功某些有机
