專利名稱：含烯類廢氣的處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含烯類廢氣的處理方法，特別涉及一種結(jié)合臭氧處理以及生物處理技術(shù)將含烯類廢氣污染物分解為無害物質(zhì)的廢氣處理方法。
上述的生物處理是于處理設(shè)備空間內(nèi)，利用自然界存在的微生物對(duì)廢氣中的污染物進(jìn)行消化代謝，將污染物轉(zhuǎn)化為無害的水、二氧化碳及其他無機(jī)鹽類，是一種低二次污染且能源消耗極低的經(jīng)濟(jì)有效的處理技術(shù)，一般將其稱為“清潔”處理技術(shù)。雖然生物處理法具有低操作成本的優(yōu)點(diǎn)，但其缺點(diǎn)在于廢氣所需停留時(shí)間較長，設(shè)備占地面積大。特別是對(duì)于含生物較難分解的成份(指停留時(shí)間需在1分鐘或以上，方能達(dá)到90％去除率的成份，如酚、丁二烯廢氣)，若是為了符合法規(guī)要求的處理效率，而加長廢氣于生物處理設(shè)備中的停留時(shí)間，則所需的處理設(shè)備將會(huì)相當(dāng)龐大。因此，若能設(shè)法解決生物較難分解成份所需較長停留時(shí)間的問題，將更能廣泛地利用生物技術(shù)處理VOCs或臭味的問題。
當(dāng)然這類廢氣也可以利用其他技術(shù)加以處理，但若單獨(dú)以濕式化學(xué)洗滌或高級(jí)氧化處理技術(shù)(如UV、UV/臭氧、臭氧、H2O2/臭氧、H2O2/Fe2+)處理廢氣，則操作(藥劑)成本將相當(dāng)可觀。焚化也是可以考慮的處理技術(shù)，但利用焚化技術(shù)需將廢氣溫度提高至數(shù)百℃，而低濃度廢氣本身熱值不足，需補(bǔ)充大量輔助燃料用以預(yù)熱廢氣，此時(shí)的操作(燃料)成本與燃料燃燒產(chǎn)生額外二氧化碳對(duì)環(huán)境的影響，都使得焚化技術(shù)不再是處理低濃度廢氣的最佳選擇方案。
目前利用生物技術(shù)處理含揮發(fā)性有機(jī)物的廢氣，遇到烯類等生物難分解的污染物時(shí)，通常皆以增加廢氣于生物反應(yīng)器中停留時(shí)間的方式來解決，但此方式卻造成反應(yīng)器(處理設(shè)備)的體積變得巨大，而使得生物處理變得不可行。在美國第5,861,303號(hào)專利中提到利用化學(xué)前處理以去除廢氣中對(duì)微生物有害的酸堿物質(zhì)、或降低污染物的濃度以避免高濃度廢氣對(duì)微生物產(chǎn)生的毒害，但其所提到的氧化劑(如次氯酸鈉)對(duì)于揮發(fā)性有機(jī)物(特別是含雙鍵的化合物，如烯類)的氧化力有限，無法有效降低揮發(fā)性有機(jī)物濃度，且其利用濕式洗滌方式增加了氣液間質(zhì)傳的阻力。在美國第5,861,303號(hào)專利中為避免化學(xué)前處理后帶入過量的氧化劑而殺死濾床中的微生物，所采用的上流式(upflow)進(jìn)入生物濾床，不利于生物濾床中濾料含水率的分布，造成濾床下方靠近氣體進(jìn)流端容易因氣(廢氣)液(頂端增濕灑水)逆流不易潤濕，以及最初進(jìn)入的高濃度廢氣因生物分解放熱升溫而干燥，使濾床處理揮發(fā)性有機(jī)物的效率降低。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的一種含烯類廢氣的處理方法，其包括下列步驟臭氧處理，使含烯類廢氣與臭氧反應(yīng)，而將含烯類廢氣中的雙鍵完全氧化斷鏈成為較小分子碎片；以及生物處理，使前述臭氧處理后的廢氣中的小分子碎片與生物反應(yīng)而分解。
臭氧對(duì)于一般VOCs氧化力并不突出，但臭氧極易攻擊化合物中的碳碳雙鍵，利用臭氧對(duì)碳碳雙鍵的特殊反應(yīng)性，以臭氧將含碳碳雙鍵的物質(zhì)(如烯類污染物)反應(yīng)或分解成生物易分解的小碎片，將可解決利用生物技術(shù)處理難分解成份時(shí)，生物處理設(shè)備需占用較大空間的問題。實(shí)際應(yīng)用面將可涵蓋石化業(yè)及塑膠業(yè)廢氣的處理，如ABS制程中含有的丁二烯、苯乙烯廢氣，或m-COC制程中含有的降冰片烯(norbornene)廢氣。
因此，對(duì)于含碳碳雙鍵的化合物(主要為烯類)以及一般認(rèn)知的臭味成份，例如硫化氫、甲硫醇、乙硫醇或二甲基硫化物等的廢氣，本發(fā)明提出了一種利用臭氧與碳碳雙鍵高反應(yīng)性的特性，于常溫廢氣中以臭氧的高氧化能力對(duì)碳碳雙鍵直接予以攻擊破壞，或完全氧化成最終產(chǎn)物CO2與H2O，或?qū)⑾╊惢衔锊糠盅趸癁槠渌妆簧锓纸獾闹虚g產(chǎn)物，尾氣再通過生物處理設(shè)備(如生物濾床)做進(jìn)一步的處理，同時(shí)因生物濾料中所含大量動(dòng)物堆肥屬還原性物質(zhì)，可氧化破壞前段殘余的未完全反應(yīng)的臭氧，節(jié)省一般利用臭氧處理揮發(fā)性有機(jī)物需于反應(yīng)器尾端加裝昂貴的用于破壞臭氧的催化劑的費(fèi)用。如此，本發(fā)明的結(jié)合臭氧與生物技術(shù)處理廢氣的方法主要是以臭氧將廢氣中生物較難分解的成份(如丁二烯等烯類)，分解、斷鏈成較小、生物易分解的分子，而接下來易分解的成份則以生物處理，如生物濾床、生物滴濾塔、生物洗滌塔等處理，如此可有效地減少原先為處理生物較難分解污染物成份時(shí)，生物處理設(shè)備(如生物濾床)所需占用的較大空間。然而，上述臭氧處理與生物處理設(shè)備并不限于結(jié)合為一體的設(shè)備，亦可分開為兩個(gè)獨(dú)立的設(shè)備。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于可提高處理含生物難分解成份(特別是碳碳雙鍵化合物)的有機(jī)廢氣的效率、并可有效地減小生物處理設(shè)備體積。同時(shí)不受限于濾床的進(jìn)氣方式，可利用處理效能更穩(wěn)定的下流式進(jìn)氣方式進(jìn)入生物濾床。即使是以生物前處理將易分解的污染物微生物代謝分解后，再以臭氧處理含烯類等生物難分解的污染物，亦可收到提高整體總的碳?xì)浠衔锏娜コ⒓皽p少生物處理設(shè)備體積的效果。


圖1為本發(fā)明的實(shí)施例中，含烯類廢氣處理方法的流程圖；圖2為臭氧處理前降冰片烯廢氣的圖譜；圖3為臭氧處理后降冰片烯廢氣的圖譜；圖4為臭氧處理前mCOC制程廢氣的圖譜；圖5為臭氧處理后mCOC制程廢氣的圖譜；圖6為臭氧處理前苯乙烯廢氣的圖譜；圖7為臭氧處理后苯乙烯廢氣的圖譜。
如圖1所示，含有烯類(碳碳雙鍵)有機(jī)物的VOCs廢氣11于進(jìn)入生物濾床3(或其他生物處理設(shè)備)前先通入臭氧12，經(jīng)過臭氧反應(yīng)器1，利用臭氧易攻擊碳碳雙鍵的特性將含碳碳雙鍵的有機(jī)物先行破壞，完全氧化或分解成較小的分子碎片，此時(shí)可經(jīng)由采樣口13抽取氣體測試經(jīng)過臭氧反應(yīng)后的氣體成份。接著，再將臭氧處理后的尾氣22導(dǎo)入后續(xù)生物濾床3(或其他生物處理設(shè)備)以微生物將其分解，而得到生物濾床處理后的尾氣31，并由21測試口抽取尾氣進(jìn)行氣體色譜儀(GasChromatography；GC)測試。本發(fā)明的臭氧添加量優(yōu)選為污染物濃度的0.1-10倍，更優(yōu)選為0.5-5倍。
此外，本發(fā)明的方法在進(jìn)入生物濾床3之前，可再經(jīng)過一濾料堆肥段2，用以處理殘余的臭氧，此時(shí)亦可從測試口21抽取氣體檢驗(yàn)其成份。
根據(jù)本發(fā)明的處理方式可避免生物處理系統(tǒng)因需處理廢氣中微生物難分解的烯類化合物，而必須設(shè)計(jì)較長的停留時(shí)間，或是被迫采取其他高操作成本的技術(shù)。同時(shí)對(duì)于含烯類的廢氣，臭氧通常無法對(duì)其他非烯類的化合物進(jìn)行有效地處理，因此將二者結(jié)合恰好可吸取兩者的長處，而避免二者的缺點(diǎn)。
至于臭氧通入廢氣的方式選自多孔曝氣石、曝氣盤、或其他適合的方式中的一種。廢氣與臭氧的接觸則可借助管線的設(shè)計(jì)[如文氏管、靜態(tài)混合器(static mixer)]造成紊流，或者通過填充床以增加接觸的效果。上述填充床所用的填料可以有組織(structure)或隨機(jī)(random)的形式裝填，其材質(zhì)為一種選自不銹鋼、鐵材、金屬類或塑膠類的材質(zhì)。上述填充填料的處理裝置選自填充塔或篩板塔。而上述填充塔使用的填料、篩板塔的篩板由選自不銹鋼或其他耐臭氧的材料制成。此外，上述增加臭氧或含烯類廢氣接觸效果的填料、篩板塔的篩板、文氏管、靜態(tài)混合器還包括加速臭氧分解的催化劑物質(zhì)。
經(jīng)過臭氧處理后的廢氣進(jìn)入生物處理設(shè)備的方式可為上流式(upflow，氣液逆向流)、下流式(downflow，氣液同向流)或交流式(crossflow)，其不受限于臭氧可能對(duì)生物濾床中微生物的影響。而前述圖1中破壞臭氧處理尾氣中殘余臭氧的濾料堆肥段2為含濕度的有機(jī)物質(zhì)，或者其它可分解臭氧的物質(zhì)，例如活性炭。
上述本發(fā)明的處理含烯類廢氣的方法還包括一廢氣處理監(jiān)控系統(tǒng)，用以監(jiān)測處理前后污染物濃度的變化，借以調(diào)整臭氧的供應(yīng)量。該廢氣處理監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測的項(xiàng)目為廢氣中總碳?xì)浠衔餄舛然蚩膳c臭氧反應(yīng)的主要化合物的濃度。此外，該臭氧供應(yīng)量的調(diào)整可借助供應(yīng)臭氧氣流中臭氧濃度的高低，或供應(yīng)臭氧氣流流量而調(diào)整。
下表1即列出了各成份含量以及臭氧前處理及生物處理的濃度、反應(yīng)時(shí)間及處理效率。
表1
實(shí)施例2以與實(shí)施例1同樣的臭氧處理設(shè)備及條件處理降冰片烯單一污染物，處理前后的分析結(jié)果是臭氧處理前的濃度如圖2所示，而臭氧處理后的濃度如圖3所示。
實(shí)施例3以與實(shí)施例1同樣的臭氧處理設(shè)備及條件處理mCOC制程模擬廢氣，處理前后的分析結(jié)果是臭氧處理前的濃度如圖4所示，而臭氧處理后的濃度如圖5所示。本實(shí)施例的臭氧進(jìn)流濃度為50ppmv，反應(yīng)時(shí)間為1秒。
實(shí)施例4以與實(shí)施例1同樣的臭氧處理設(shè)備及條件處理苯乙烯廢氣，處理前后的分析結(jié)果是臭氧處理前的濃度如圖6所示，而臭氧處理后的濃度如圖7所示。本實(shí)施例的臭氧進(jìn)流濃度為106ppmv，反應(yīng)時(shí)間為1秒。
由上述各經(jīng)臭氧處理的廢氣濃度變化圖顯示，本發(fā)明的處理含烯類廢氣的方法確實(shí)可大幅度地降低廢氣中含烯類氣體成份，處理效率高達(dá)99％以上，因此本發(fā)明的含烯類廢氣的處理方法可提高處理含生物難分解成份(特別是碳碳雙鍵化合物)有機(jī)廢氣的效率。此外，生物處理的反應(yīng)時(shí)間亦控制在60秒左右，不需要設(shè)計(jì)長的停留時(shí)間，因此可有效地減小生物處理設(shè)備體積，因而達(dá)到本發(fā)明的目的。
雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例公開如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，所作的任何更動(dòng)與潤飾，皆應(yīng)包含在隨附的本發(fā)明的權(quán)利要求書中范圍之中。
權(quán)利要求
1.一種含烯類廢氣的處理方法，其包括下列步驟臭氧處理，使含烯類廢氣與臭氧反應(yīng)，而將含烯類廢氣中的雙鍵完全氧化斷鏈成為較小分子碎片，以及生物處理，使前述臭氧處理后的廢氣中的小分子碎片與生物反應(yīng)而分解。
2.如權(quán)利要求1所述的處理方法，其中所述的臭氧處理是在一般廢氣或氣體輸送管道、填充填料的處理裝置、及任何可增加氣體混合均勻，增加氣體接觸效果的裝置中進(jìn)行。
3.如權(quán)利要求2所述的處理方法，其中所述的增加氣體接觸效果的裝置選自文氏管或靜態(tài)混合器。
4.如權(quán)利要求3所述的處理方法，其中所述的文氏管、靜態(tài)混合器由選自不銹鋼或其他耐臭氧的材料制成。
5.如權(quán)利要求2所述的處理方法，其中所述的填充填料的處理裝置選自填充塔或篩板塔。
6.如權(quán)利要求5所述的處理方法，其中所述的填充塔使用的填料、篩板塔的篩板由選自不銹鋼或其他耐臭氧的材料制成。
7.如權(quán)利要求4或6所述的處理方法，其中所述的增加臭氧或含烯類廢氣接觸效果的填料、篩板塔的篩板、文氏管、靜態(tài)混合器還包括加速臭氧分解的催化劑物質(zhì)。
8.如權(quán)利要求1所述的處理方法，其中所述的經(jīng)臭氧處理后的廢氣，于進(jìn)入生物處理步驟前還包括一分解殘余臭氧的步驟。
9.如權(quán)利要求8所述的處理方法，其中所述的分解殘余臭氧的步驟在一濾料堆肥段中進(jìn)行。
10.如權(quán)利要求9所述的處理方法，其中所述的濾料堆肥段是含有選自有濕度的有機(jī)物質(zhì)及其它可分解臭氧的物質(zhì)。
11.如權(quán)利要求10所述的處理方法，其中所述的可分解臭氧的物質(zhì)為活性炭。
12.如權(quán)利要求1所述的處理方法，其中所述的生物處理在一種選自生物濾床、生物滴濾塔或生物洗滌塔的裝置中進(jìn)行。
13.如權(quán)利要求12所述的處理方法，其中所述的經(jīng)臭氧處理后的廢氣進(jìn)入生物濾床的方式選自上流式或下流式。
14.如權(quán)利要求12所述的處理方法，其中所述的經(jīng)臭氧處理后的廢氣進(jìn)入生物滴濾塔或生物洗滌塔的方式選自氣液同向、氣液逆向、或交流方式之一。
15.如權(quán)利要求1所述的處理方法，其中所述的臭氧處理與生物處理的設(shè)備為整合為一體的設(shè)備。
16.如權(quán)利要求1所述的處理方法，其中所述的臭氧處理與生物處理的設(shè)備為分開建造的兩獨(dú)立設(shè)備。
17.如權(quán)利要求1所述的處理方法，其中所述的含烯類廢氣為包含有苯乙烯、丁二烯、降冰片烯、丙烯酸酯類的有機(jī)化合物。
18.如權(quán)利要求17所述的處理方法，其中所述的丙烯酸酯類為丙烯酸乙酯以及丙烯酸丁酯。
19.如權(quán)利要求1所述的處理方法，其中所述的含烯類廢氣中包含有臭味成份，該臭味成份為硫化氫、甲硫醇、乙硫醇及二甲基硫化物。
20.如權(quán)利要求1所述的處理方法，其中所述的臭氧添加量為污染物濃度的0.1-10倍。
21.如權(quán)利要求1所述的處理方法，其中所述的臭氧添加量為污染物濃度的0.5-5倍。
22.如權(quán)利要求1所述的處理方法，其中該處理方法還包括一廢氣處理監(jiān)控步驟，該廢氣處理監(jiān)控步驟通過一廢氣處理監(jiān)控步驟系統(tǒng)來進(jìn)行，其通過監(jiān)測處理前后污染物濃度的變化，調(diào)整臭氧的供應(yīng)量。
23.如權(quán)利要求22所述的處理方法，其中所述的廢氣處理監(jiān)控步驟監(jiān)測的項(xiàng)目為廢氣中總碳?xì)浠衔餄舛然蚩膳c臭氧反應(yīng)的主要化合物濃度。
24.如權(quán)利要求22所述的處理方法，其中所述的臭氧供應(yīng)量的調(diào)整借助供應(yīng)臭氧氣流中臭氧濃度高低，或供應(yīng)臭氧氣流流量而調(diào)整。
全文摘要
一種處理含烯類廢氣的方法，該方法主要是結(jié)合臭氧處理以及生物處理的技術(shù)，其處理對(duì)象為含烯類(碳碳雙鍵)有機(jī)廢氣(如烯類、丙烯酸酯類)及其他揮發(fā)性有機(jī)化合物(如酮類、醇類、苯、甲苯、乙苯、二甲苯等)的混合廢氣。本發(fā)明的處理方法利用臭氧處理將廢氣中生物難以分解的含碳碳雙鍵的有機(jī)污染物完全破壞，或?qū)⑵滢D(zhuǎn)化成其他生物易分解的中間產(chǎn)物，使后續(xù)的用于生物處理步驟的設(shè)備的體積得以縮小，同時(shí)剩余臭氧可由生物濾床進(jìn)氣端的過濾材料予以分解破壞，經(jīng)臭氧反應(yīng)器后的殘余有機(jī)污染物再由生物予以分解，轉(zhuǎn)化成無害的物質(zhì)。
文檔編號(hào)B01D53/72GK1400037SQ0112372
公開日2003年3月5日 申請(qǐng)日期2001年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月30日
發(fā)明者沈克鵬, 徐樹剛, 賴慶智 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院