臭氧及VOCs污染的治理研究论文

2024-10-09 14:45:26 来源: 作者:liziwei
摘要:臭氧及VOCs污染的生成主要源于挥发性有机物(VOCs)及氮氧化物(NO x)在一定条件下产生光化学反应,在当前城市臭氧污染愈发严重下,需要做好其源头挥发性有机物(VOCs)的治理,降低臭氧污染的影响,提高环境健康性。基于此,本文进行臭氧污染的概述,以UV工艺为例进行VOCs的治理研究,同时对其他治理技术的应用进行简要分析,最后结合污染实际提出VOCs的处理策略,以期提高VOCs的治理效果,有效减少臭氧污染,实现绿色发展。
摘要:臭氧及VOCs污染的生成主要源于挥发性有机物(VOCs)及氮氧化物(NO x)在一定条件下产生光化学反应,在当前城市臭氧污染愈发严重下,需要做好其源头挥发性有机物(VOCs)的治理,降低臭氧污染的影响,提高环境健康性。基于此,本文进行臭氧污染的概述,以UV工艺为例进行VOCs的治理研究,同时对其他治理技术的应用进行简要分析,最后结合污染实际提出VOCs的处理策略,以期提高VOCs的治理效果,有效减少臭氧污染,实现绿色发展。
关键词:臭氧;VOCs;污染治理
0引言
对于臭氧而言,大部分存在于大气的平流层,起到吸收紫外线的作用,不过还有一部分存在于对流层,会刺激人体呼吸道、造成神经中毒和破坏人体免疫机制,因此要求结合《xxxxxx关于深入打好污染防治攻坚战的意见》,加强环境污染的控制。结合当前城市的污染看,PM2.5和臭氧污染的治理形式仍较为严峻,VOCs作为两种污染的主要生产物,来源较为广泛,有工业排放、汽车尾气和家庭用品等方面,一方面需要做好VOCs治理技术的应用,另一方进行相关策略的落实。下面进行具体分析。
1臭氧污染特征及其形成机理
在臭氧污染的形成机理中,臭氧是挥发性有机物(VOCs)和氮氧化物(NOx)在阳光照射的条件下,借助光化学反应而形成的物质。其次,在臭氧污染的特征中,臭氧污染在不同地理位置和不同时间尺度上具有明显差异性,且城市臭氧污染有着显著的季节性、日变化性,气候条件(高温促进臭氧的生成速,低温抑制臭氧的生成速)、风速、风向、大气稳定性(稳定时臭氧向地面层积累,不稳定时向大气层积累)、降水量等各类条件对臭氧污染有着较大影响,以大气稳定性为例。为了更好地治理臭氧,需要对其基本信息进行了解,详情参考表1。
2 UV技术原理及应用
2.1 UV技术原理
在进行VOCs污染的治理中,常用UV技术,该技术也被称作UV光氧化技术,UV光解技术和UV光催化技术,虽然操作上存在细微差别,不过应用原理大体相同。具体在应用UV技术对VOCs进行分解时,一种可以借助光催化氧化,在紫外光照射下,填充的光催化剂会发生电子-空穴分离,会刺激氧气或者VOCs产生氧自由基(O·)、活性氧化剂和羟基自由基(·OH),这时活性氧化剂会跟VOCs分子发生氧化反应,消除VOCs,常用的光催化剂为TiO2;另一种是紫外线直接氧化分解,在紫外线的能量超过有机物键能,UV技术可以对有机物分子实体中的化学键进行部分打断,实现对VOCs的处理。
2.2 UV技术应用讨论
在进行UV工艺的应用中,单一UV工艺不能有效对VOCs进行处理,可以借助技术联用的方式,提高VOCs的治理效果,其单一UV工艺、UV十活性炭工艺、UV十等离子联用工艺的VOCs处理效率/处理均效、臭氧排放速率/排放均速可以参考表2。具体分析:
1)UV十等离子联用工艺有着最高的VOCs处理均效,其技术原理是借助强电场以气体放电的形式,引发并应用高能电子和VOCs分子进行反应,能生成更多的碎片分子,降低VOCs的污染程度。一般该技术是指UV光催化和离子的联用工艺,在等离子工艺降解VOCs也会产生臭氧下,该联用工艺的臭氧平均排放速率也最高。
2)UV十活性炭的联用治理技术中,其影响因素较为复杂,在活性炭填充量越大、更换周期越短下,其臭氧的排放速率就越高。同时,在废气于设施中停留更长时间后,对应处理效率也越高。
3)单一UV工艺在处理VOCs时,也会产生臭氧,总体上在每万风量紫外灯管的功率越大下,对于臭氧的排放速率就越高,且处理效率和停留时间相关。
2.3其他治理技术
在进行VOCs污染的治理中,除了上述分析的UV技术,其他治理技术也较多,可以参考图1。在实际应用中,需要结合具体污染浓度进行治理。首先,在>10 000×10-6的高浓度VOCs污染中,热力燃烧法可以处理不具备回收价值的VOCs,冷凝-吸附回收法可以处理有回收价值的VOCs;其次,在1 000~10 000×10-6的中浓度VOCs污染中,高温燃烧法可以处理不具备回收价值的VOCs,吸附回收法或吸附法(水溶性高)可以处理有回收价值的VOCs;最后,在<1 000×10-6的低浓度VOCs污染中,吸附浓缩-燃烧法、生物法或吸收法可以处理不具备回收价值的VOCs,吸附浓缩-回收法可以处理有回收价值的VOCs。
3 VOCs治理策略讨论
3.1源头控制
对于VOCs污染防治技术而言,可以构建污染防治体系,从源头管控、控制过程、末端治理和精细管控四个方面,实现VOCs污染的处理。以源头管控措施进行分析:第一,目前我国在涉及到VOCs的行业生产中,其低VOCs含量的原辅材料使用比例小于20%,而发达国家部分已经到达40%~60%的水平,需要从源头降低VOCs的应用;第二,需要企业加强污染排放的管理,一方面升级生产设备和工艺,降低污染排放量,另一方面严格遵守政策法规,加强对VOCs及臭氧污染的治理。
3.2强化监管
在进行VOCs的处理中,需要相关部门和企业做好监管工作,降低VOCs的排放和提高VOCs的排放监管效果。具体而言:第一,要求相关部门落实好环境治理的相关工作要求,从实际出发进行区域内需要的监督管理和防治,同时对污染严重企业进行整改,例如包装印刷,工业涂装等行业;第二,要完善VOCs治理的相关法律法规,为工业行业的生产提供VOCs含量标准。
3.3臭氧监测
常用的臭氧监测方法可以参考图2。结合其中的比色法而言,会将不同的化学物质跟臭氧进行混合,结合混合后颜色的差异,实现对臭氧含量的判断。需要注意的是,比色法在应用中一方面可以选择人工进行颜色的对比,另一方面也可以应用比色计进行颜色显示。一般应用碘化钾溶液作为混合的化学物质。当做好臭氧实时浓度的监测后,可以为相关的治理工作提供数据支持,且及时、精准地监测,也能有效控制臭氧浓度,监测价值较高。
3.4跨区治理
结合臭氧污染所具有的集中性特征,在工业发达的城市中,臭氧污染更加严重,需要加强污染区域的治理和周边跨区域的治理,在双重治理中构建污染联防联控制度。具体在跨区治理中:第一,要对污染区域的重点污染单位进行污染监测,同时做好排污台账及在线监测数据的共享,为污染边界及跨区治理奠定数据基础;第二,需要组织春秋两季的重点治理,同时开展污染专项治理和污染应急联动的联合执法,提高处理效果。
3.5做好宣传
在城市化进程的加快建设和乡村振兴战略的落实下,人们的生活水平不断提高,同时环保意识也在不断提高,不过大多数人缺乏对臭氧污染的了解,需要做好一定的宣传和教育工作。具体而言,要结合实际对臭氧污染的机理、影响、防控措施进行宣传,结合线上+线下的方式,提高宣传广度与深度。一般线上有抖音视频、微信公众号和微博等形式,线下有演讲、环保活动和宣传单页发放等,借助良好的宣传,可以提高人民对臭氧污染防治的意识,促进美好家园的构建。
4结语
结合臭氧及VOCs的污染性,需要在污染治理中做好VOCs的排放管控及处理,提高臭氧污染治理效果。具体而言:结合xxx关于“十四五”节能减排的要求,分析了UV工艺在VOCs治理中的应用,其单一UV工艺、UV+活性炭、UV+等离子三种方法应用下,其VOCs平均处理效率分别为38%、35%、42%,臭氧平均排放速率为60、71、88 g/h;对常用的VOCs治理策略进行了讨论,有源头控制、加强监管、危害宣传和臭氧监测等。最后,在有效落实各类污染处理策略后,能降低城市的臭氧污染,构建绿色城市。
参考文献:
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