挥发性有机物废气的膜法处理工艺研究

宋宗南

摘 要：尼龙化工是促进我国经济发展的重要产业，已深入到我国市场的各个领域，发挥着至关重要的作用。伴随人们环境意识的不断增强，作为大气污染的主要源头之一，化工企业已成为当前国家环保部门的重点调查对象。为响应国家节能环保的发展策略，化工企业应做好废气污染治理工作。基于此，本文提出了膜法处理工艺，在对比分析常用的三种不同膜法工艺特点的基础上，以气体膜分离法为例，结合具体案例对挥发性有机物废气处理技术进行了探讨，并由此得出气体膜分离法在处理VOCs废气时具有良好的使用效果。

关键词：化工行业;挥发性有机物废气;膜法处理

在工业发展持续深化的今天，大量工业与生活废气向大气源源不断地排入，不仅会破坏生态环境，还会对人体健康造成严重威胁。挥发性有机化合物（VOCs）是众多大气污染物中最难处理的一种。VOCs可经呼吸、皮肤表面向人体侵入，从而造成人体肝脏等病害。为了有效控制VOCs排放量及改善空气质量，必须重视VOCs废气处置方法的合理选择。膜分离技术作为一项高效、科学的废气处理技术，在挥发性有机物废气污染治理中发挥着至关重要的作用，为此，必须重视此项技术的应用，减少废气排放，降低环境污染。

1 膜分離法基本原理

作为一种经常出现的污染物，挥发性有机化合物无论是对于生态环境、还是动植物生长以及人员自身健康均有着很大的伤害。当前VOCs多来源于有机化工业、涂刷印染业、汽车尾气等，已成为我国大气污染的主要成分。VOCs的成分比较复杂，属于易燃易爆类型，往往会产生严重的光污染，对人体健康威胁很大。因此，控制VOCs废气污染以及不断改善环境质量已成为人类急需解决的难题。近年来，在国外的许多发达国家都相继颁布了新的法律制度，以此来限制挥发性有机化合物的排放，减少大气污染现象。膜法处理工艺是VOCs废气处理常见方法，其基本原理为在特定压力条件下，通过新型选择性渗透膜有效分离或富集VOCs废气内的有害物质，伴随科学技术水平的不断提升，大量新型膜材料不断用于大气污染治理工作。相比其他处理方法，其具有工艺简单、能耗低、去除率高等优势。但在废气温度控制方面具有很高要求。

2 膜材料选择及特点

以新型膜材料材质划分，可分为无机膜与有机膜。其中，无机膜主要包括耐高温、耐酸碱的纳米级无机微孔膜，及无机材料制作的联合无机膜。在石油化工、食品加工等多领域，无机膜过滤技术已得到了广泛应用。无机膜过滤技术的应用，可增强膜材料的稳定性。而有机膜则主要包括高分子橡胶态膜，如PDMS、POMS等，其结构特点为无机、有机掺半，目前是应用效果最好的一种高分子膜材料。在实验研究中，通过POMS分离常见的几种含VOCs的单组份混合气体，经研究表明，原料气内挥发性有机物的浓度、POMS膜材料内的活性涂层厚度等，均不会对分离效果造成太大影响，同时在1000～5000mg/m?浓度下，不同厚度的膜材料对于VOCs分离具有良好的回收效果。在具体应用中，为了满足需求，往往将膜分离工艺与其他废气处治技术结合共同使用，如膜分离+冷凝、膜分离+吸附，从而获取更好的应用效果。

3 挥发性有机物废气膜分离技术分析

在对挥发性有机废气进行处理过程中，吸附—吸收法不仅能够产生良好的效果，而且自身的去除率也比较高，但对挥发性有机物浓度有着较低的要求，因此造成脱附工艺和吸收剂的成本大幅增加;氧气法虽然能够将挥发性有机物彻底清除，但是存在二次污染的风险;膜分离技术因其工艺简单、能耗低、去除率高等特点受到化工行业的一致好评。

1）VP工艺。VP工艺作为一种气相分离工，产生于上世纪八十年代，工艺原理是借助膜材料进料组分的选择性来实现分离的目标。VP工艺不会出现相变现象和高温情况，相比渗透气化方式而言，VP工艺更加合理和有效，能够有效减少化学结构变化的出现，有利于循环利用。通常情况下，VP过程是和冷凝集合形成的，通过冷凝或压缩反应器内产生的挥发性有机物废气，对部分有机物进行回收，并将剩余气体引入膜组件内。VP工艺一般利用膜材硅橡胶模对废气中的VOCs进行回收，工作人员在聚丙烯中空纤维底膜通过等离子体接枝聚硅氧烷活性层的装置，彻底清除甲苯和甲醇等废气成分。与此同时，空气中的VOCs还能够利用聚二甲基硅氧烷内的空纤维半渗透膜进行分离。从上述内容了解到，二甲苯、甲苯和丙烯酸等通量是空气的100倍以上，不过相比于涂抹硅橡胶皮层的膜二而言，很大程度上降低了VOCs的选择性。通过分析可知，相比传统工艺，VP工艺在VOCs浓度较高或通量较低的情况下具有良好的效果和较高的经济性。

2）气体膜分离方式。所谓的膜法气体分离法，其原理就是从混合气体中的各项组分入手，透过膜的传递速率不同，通过压力作用实现目标分离。通过长期实践可知，在空气浓氮以及天然气分离等环节中，气体膜分离受到了非常广泛的应用，很多化工企业已经开始对多种VOCs回收气体分离膜进行开发。在应用气体膜分离方式中 ，经过压缩的包含VOCs的废气进入冷凝器内，诸多的VOCs进入到冷凝器中，气体进入膜组件，随后将不含VOCs的气体排放到大气中。工作人员可以将包含VOCs的渗透气运输到压缩机的进口中。由于系统中的VOCs不断循环，回路内的VOCs浓度持续变大，进入的压缩气在冷凝器中达到凝结浓度后使VOCs出现冷凝现象。该工艺能够回收甲苯、三氯乙烯等包含VOCs的废气。

3）膜基吸收方式。在传统操作中，主要是通过塔、柱以及混合澄清器来实现气、液接触，这种方法经常和两相相互接触，从而导致泡沫化、乳化等情况的出现。膜基吸收是通过中空纤维微孔膜使得需要出现接触的两相分别在膜孔内和膜表面中，从而避免了出现乳化现象。膜基吸收与传统膜分离技术相比，其选择性与吸收剂的联系较为密切，并且低压为基本的推动力就能够实现膜基吸收，这种情况下可以使两相流体之间的流动性得到提升，从而确保接触界面的稳定性。

4 案例分析

某化工企业废气排放中存有挥发性有机物，同时在有机废气中还含乙烯、丙烯等中间产物，为了有效消除和控制挥发性有机物废气的排放，决定采用高分子复合膜进行膜分离法处理，基膜为聚偏氟乙烯（PVDF）平板膜，功能层为改性聚二甲基硅氧烷（PDMS），200～500nm为膜功能层的厚度范围。为了处置高浓度VOCs废气及含苯系物废气，决定与活性炭吸附、冷凝工艺结合，采用二级膜分离—冷凝—吸附工艺进行处理。本工艺包括三个单元，即二级膜分离单位、冷凝单元及变压吸附单元。废气进入装置之后，待其满足设定压力便可启动装置，废气将向缓冲罐内进入，并利用压缩机增加压力，此时换热器温度将随之下降，便可进入一级膜分离单元。有机物将先透过膜，并形成透过侧浓气，随后经真空泵等装置不断增加其压力，并进入制冷机。待其冷凝之后，此时饱和有机物呈液化状态。气液分离器内，将实现气、液体分离情况。经二级膜分离器，可大幅降低回流废气的VOCs浓度，这样有利于吸附剂的长期使用及做好深度处理工作。同时，通过冷凝处理，大量有机物则会经液化后被回收利用。

5 结束语

综上所述，随着大气污染现象日益明显，工业废气成为各地政府治理的重点。挥发性有机物废气作为处理难度最高的一种，需要将多项膜法处理工艺相互结合到一起，在不影响生产的情况下有效回收废气中的挥发性有机物，保护生态环境，保障人身健康，为企业创造良好的环保效益。

参考文献

[1]浦李霞.生物技术在有机废气处理中的运用实践[J].建筑工程技术与设计，2016（36）：20.