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光解光催化技术在VOCs治理工程中的应用及详解

2020-07-10 14:16:18 东莞市中科新蓝科技有限公司 阅读

挥发性有机物(VOCs)是大气PM2.5和O3污染的主要前体物,对我国目前大气污染的问题和变化态势具有重要影响,VOCs减排已成为当务之急。

VOCs治理始于1997年颁布的《大气污染综合排放标准》,其限定了33种污染物的排放限值。随后,国务院、国家发展改革委员会、工业及信息部、财政部、住房城乡建设部、能源局及国家生态环境部等颁布了一系列的法律、法规要求和规范VOCs治理工作,包括:2010年5月国务院颁布的《推进大气污染联防联控工作改善区域空气质量的指导意见》,2012年9月颁布的《重点区域大气污染防治十二五规划》,2013年5月颁布的《挥发性有机物污染防治技术政策》,2013年9月颁布的《重污染过程预警应对工作开展》和《大气污染防治行动计划,即大气国十条》, 2014年4月颁布的新《环境保护法》,2015年8月颁布的新《大气污染防治法》,2016年7月颁布的《重点行业挥发性有机物削减行动计划》以及2017年9月颁布的《十三五挥发性有机物污染防治工作方案》等。此外,多行业、多省份以及部分地市级城市也颁布了多个行业标准和地方标准,对VOCs 收集、VOCs治理技术及VOCs排放标准均做了规定和规范。

一、多维考察VOCs治理

VOCs治理应该包括两部分: 一部分是从源头上控制,也就是减少在生产过程中少使用挥发性的原材料;二是不可以避免的,要从排放标准上来控制。

在VOCs治理技术上,选择应该遵循三个层面:一是目标层面,二是准则层面,三是方案层面,即在最终目标的基础上,考虑实现目标的各个中间环节,选择解决最终问题的方案、措施及实现途径等。

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图1 VOCs治理技术的选择

以国家大气综合排放标准或行业大气排放标准(以及地方大气排放标准或地方行业标准)为处理目标,考虑多因素(包括技术因素和经济因素)的情况,根据具体应用环境选择合适的治理技术(包括复合治理技术)。

二、光解光催化使用时的注意事项

光解光催化技术因具有占地面积小、应用范围广、运行成本低、设计投资少、不产生二次污染等优势已被广泛应用在低浓度VOCs废气治理中,特别是化工废气、制药废气、养殖业废气以及生物法废水治理过程中产生的臭气等。利用光解光催化技术治理VOCs废气时,把握好核心技术关键因素,其在实际工程应用中是切实可行并且长久有效的。

1、工程案例一

某化纤厂的现场实验数据,如图2所示:

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图2 进口和出口的史册浓度

通过对进口和出口的数据,得出采用光解光催化设备进行含硫废气处理后,其处理效率均在90%以上。

2、工程案例二

江西某农药厂测试数据,如图3所示:

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图3 光解光催化设备的处理效率

通过图3中的黑线可以看出:处理效率稳定在75%以上。

三、我们是怎么做到的?

1、材料是核心

使用前驱体原位烧结技术,制备得到的纳米催化材料具有多级复合纳米颗粒釉状结构,颗粒的表面裸露,比表面很大(可达100m2/g),催化活性高;颗粒之间以共价键结合,颗粒之间结合力强,与基底的附着力很强,可超声清洗,使用寿命长。其中光催化材料的催化性能是市场同类产品的8-10倍,并且已经通过日本神奈川科学技术研究院的权威认证;臭氧分解催化剂的性能是市场同类产品的4.5倍,已通过上海第二工业大学的评测,可将光解产生的臭氧分解并且协同氧化分解VOCs废气。

2、光解光催化降解模型

建立光解光催化VOCs降解模型,模拟数千风量、数百ppm浓度、不同湿度、不同VOCs气体、不同紫外灯阵列的降解性能,形成了丰富的工艺数据库,为VOCs处理系统设计提供了工艺包和解决方案。

3、光解光催化箱体设计

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图4对称面速度云图

采用Ansys Fluent 6.0软件对VOCs降解模型流场进行空气动力学模拟,确定空气动力学的合理性,并且确定空气停留的时间。

4、湿度很重要

适宜的环境湿度对光催化有着巨大的影响,因为湿度对吸附-光催化的协同净化能力既有促进作用又有负面作用,高湿度有利于吸附态有机物的光催化去除,但与此同时也抑制了有机物在光催化剂表面的富集吸附。

5、紫外灯功率很重要

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图5光功率密度与灯管中心距离的关系

紫外灯管的光功率密度与灯管中心间距有很大的关系,随着中心间距的增加,光功率密度快速降低,对降解VOCs有很大的关系。也可以从图6看出:

图6光功率密度与降出口浓度的关系

6、前处理影响光解光催化性能

除尘、除油、控湿对提高光解光催化氧化降解能力有很大的关系。

7、减少臭氧的二次污染

使用臭氧分解催化材料使臭氧分解成氧气,减少二次污染,同时协同臭氧氧化降解VOCs气体。

来源:北极星VOCs在线



标签:   光解光催化技术


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