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三苯類廢氣處理進展

文檔作者：周大順王志良李國平陳建秋文檔來源： 1．中國藥科大學分析化學教研室 2．江蘇省環(huán)境科學研究院汀蘇省環(huán)境工程重點實驗室		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年05月10日
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化 T 環(huán) 保
ENVIRONMENTAL PROTECTION OF CHEMICAL INDUSTRY 201 1年第3l卷第2期
三苯類廢氣處理進展
周大順 ，王志良 ，李國平 ，陳建秋
(1．中國藥科大學分析化學教研室，江蘇南京210009；
2．江蘇省環(huán)境科學研究院汀蘇省環(huán)境工程重點實驗室，江蘇南京210036)
[摘要]綜述了近年來三苯類廢氣處理所采fL}』的方法，如吸收法、吸附法、催化氧化法、生物法、光催化法和低溫等
離子體法等，對各種方法的處理機理、處理效果以及優(yōu)缺點進行了概括和分析，并指出聯(lián)用技術(shù)將是未來的發(fā)展
方向。
[關(guān)鍵詞]苯；甲苯；二甲苯；廢氣處理；
[中圖分類號]X70 [文獻標識碼]A [文章編號]1006—1878(2011)02—0134—06
Progresses in Treatment of W aste Gas Containing
Benzene，Toluene and Xylene
Zhou Dashun ，Wang Zhiliang ，Li Guoping ，Chen Jianqiu
(1．Department of Analytical Chemistry，China Pharmaceutical University．NaNing Jiangsu 210009，China；
2．Jiangsu Key Lab of Environmental Engineering，Jiangsu Academy of Environmental Science，Nanjing Jiangsu 210036，China)
Abstract：Several processes used in the treatment of waste gas containing benzene，toluene and
xylene in recent years are reviewed，such as absorbtion process，adsoption process，catalytic oxidation
process，biological process，photocatalytic oxidation process and low temperature plasma process and
SO on．The treatment mechanisms，treatment effects and characteristics of each process are summ arized
and analyzed．It is pointed out that the combination of several processes is the development direction in
the future．
Key words：benzene；toluene；xylene；waste gas treatment
苯、甲苯、二甲苯，工業(yè)上俗稱“ 苯”，作為化
工原料或溶劑廣泛應(yīng)用于染料、農(nóng)藥、香料生產(chǎn)、造
漆、噴漆、制藥、制鞋、家具制造等行業(yè)。它們均為
有毒的有機化合物。急性成骨細胞白血病是與苯
中毒有關(guān)的最常見的惡性腫瘤；甲苯的深度中毒主
要表現(xiàn)為對中樞神經(jīng)的影響，出現(xiàn)神經(jīng)的強烈興奮
或抑制表現(xiàn)，如躁動、發(fā)呆、嗜睡等；二甲苯的毒性
效應(yīng)主要分為腎毒性、胚胎或生殖毒性和神經(jīng)
毒性 ¨。
本文對近年來三苯類廢氣處理技術(shù)的研究進
展進行了綜述，對各種方法的處理機理、處理效果
以及優(yōu)缺點進行了概括和分析。
l 吸收法和吸附法
吸收法即利用“三苯”類氣體在某些溶劑中的
高溶解性，用高沸點、低蒸汽壓的油性溶劑吸收凈
化“i苯”污染的一種方法。這種方法投資少，費用
低。李湘凌等 以水和無苯柴油作為主要吸收劑，
添加脂肪醇聚氧乙烯醚乳化劑(MOA)及磷苯二甲
酸二丁酯，并調(diào)節(jié)吸收液pH至弱堿性。研制開發(fā)了
復(fù)方吸收液，對桂林市某包裝廠生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的
以甲苯為主的廢氣去除率達87．5％ ，且日處理成本
僅為45元。此外吳麗華 和許錦翔 分別采用廢
機油和1，4一丁二醇(BDO)吸收劑處理含甲苯和含
苯廢氣，也取得了達標的效果。
[收稿日期]2010—09—12；[修訂日期]2010—11—15。
[作者簡介]周大順(1973一)，男，江蘇省南京市人，碩士，
講師，從事藥物環(huán)境研究。電話13913017447，電郵chow—
dashun@ sohu．com 。
[基金項目]國家環(huán)保公益性行業(yè)科研專項(200809016)；
江蘇省環(huán)境工程重點實驗室開放基金資助項目
(KF2009008)。
第2期 周大順等．三苯類廢氣處理進展
吸附法常用活性炭做吸附劑?；钚蕴祭w維
(ACF)是繼粉末狀和顆粒狀活性炭之后的第3代
活性炭產(chǎn)品。與顆粒狀活性炭相比，活性碳纖維具
有比表面積大、孑L徑小且分布窄，吸附量大、吸附速
度快、過濾阻力小、吸附能力較一般活性炭高1～10
倍、再生容易和不會造成二次污染等特點，因此被
廣泛應(yīng)用于工業(yè)廢氣治理等方面 J。
吸附工藝通常采用循環(huán)再生法，常用同定床吸
附器或轉(zhuǎn)輪吸附器，用高溫水蒸氣進行解吸。許業(yè)
偉等‘ 采用太原新華活性炭廠生產(chǎn)的8 活性炭，控
制溫度在102。C，可使苯的回收率達到70％ 。
通過輻射和超聲波等物理方法或氧化、還原、
酸堿處理以及負載雜原子、金屬離子等手段，可以
提高活性炭吸附能力。如張麗丹等 發(fā)現(xiàn)，將煤質(zhì)
活性炭經(jīng)酸堿交替改性后，其比表面積從737．80
m ／g提高到1 395．48 m ／g，苯飽和吸附量從0．166
g／g提高到1．270 g／g。Tsai等 將H3PO4和CO2
聯(lián)用于木質(zhì)材料的活化，先用H PO 在85℃下浸
泡木質(zhì)原料2 h，然后在450 oC下炭化4 h，再用CO，
存825 oC下部分氣化，獲得了比表面積達3 700 m ／
g的超級活性炭。
吸收法和吸附法由于不是最終處理技術(shù)，會引
起二次污染，常和冷凝及催化燃燒T藝聯(lián)用。
2 催化氧化法
催化氧化法是有機廢氣凈化的一種比較傳統(tǒng)
和成熟的處理工藝，能耗小，適用性廣，無二次污染。
2．1 催化劑
催化氧化技術(shù)常用的催化劑按其活性組分可
分為貴金屬催化劑、過渡金屬氧化物催化劑和復(fù)合
氧化物催化劑。
Pt，Pd，Ru等貴金屬催化活性較高，然而價格昂
貴，活性組分容易揮發(fā)和燒結(jié)，易發(fā)生催化劑中毒
而失活，也不適于含氯的有機廢氣的處理 。
有關(guān)貴金屬催化燃燒催化劑的研究，一方面在
于非常見的催化劑載體的研制，著重于通過制備技
術(shù)有效提高貴金屬在載體上的分散狀態(tài)，從而提高
負載催化劑的催化燃燒性能。
用過渡金屬氧化物材料催化氧化揮發(fā)性有機
物(VOCs)的研究一直是環(huán)境催化領(lǐng)域的研究熱
點，其中Cu，Mn，Cr，V，Ce，Zr等金屬氧化物對
VOCs的催化氧化都具有很好的活性，一些催化劑
的活性甚至超過了貴金屬催化劑。但Cr的毒性限
制了它的工業(yè)應(yīng)用。
Mu等 將co負載在介孑L材料氧化硅SBA一
15上，采用共沉淀法制得co O ／SBA一15催化劑，
在260 oC下即可將苯完全氧化。Yang等¨ 用廉價
CuO負載在SBA～15上，發(fā)現(xiàn)當CuO質(zhì)量分數(shù)從
1％增大到10％ 時，催化劑的孔隙度和比表面積均
明顯增大，活性增強；該催化劑的活性組分在330 oC
就可將苯完全氧化。
Wang等 朋MnO 一CeO，為催化劑處理氯
苯，236 oC時氯苯轉(zhuǎn)化率可達90％ 。Li等¨ 使用
zr、Fe、Co和Cu氧化物摻雜的氧化錳制備的催化劑
最低在220 oC就可將甲苯100％氧化。
復(fù)合氧化物類催化劑又可分為鈣鈦礦型復(fù)合
氧化物和尖晶石型復(fù)合氧化物兩大類。鈣鈦礦型
復(fù)合氧化物因具有天然鈣鈦礦(CaTiO )結(jié)構(gòu)而命
名，是一類對VOCs催化氧化有很好活性的催化材
料，其典型結(jié)構(gòu)式為ABO ，屬于立方品型，其結(jié)構(gòu)
中一般A為四面體型結(jié)構(gòu)，多為稀土離子和堿土金
屬；B為八面體型結(jié)構(gòu)，多為過渡元素離子。Deng
等 制備的La0 Sr MnO 一 催化劑在255 oC可將
甲苯100％ 轉(zhuǎn)化。尖晶石型復(fù)合氧化物通式為
AB O ，其中CuMn O 尖晶石對芳烴的催化氧化活
性很好。余鳳江等 采用溶膠一凝膠法制備的
CuMn O 將甲苯完全燃燒只需260 oC。
2．2 影響催化劑活性的因素
在長期使用過程中，碳沉積是導(dǎo)致催化劑活性
下降的一個重要原因。Antunes等¨ 發(fā)現(xiàn)，對于
CuNaHY 沸石催化劑，銅含量增加有利于碳沉積物
的去除。Li等 報道Cu—Mn催化劑使用大孔徑
的載體有利于降低碳沉積物的形成。廢氣中的水
分是催化氧化反應(yīng)中要考慮的另一個問題。一般
來說，水分對催化氧化反應(yīng)不利，但是對于含氯化
合物來說，水可提供氫，抑制了副產(chǎn)物的生成 。
提高催化劑的疏水性可減少對催化劑活性的
影響 。
2．3 催化劑的國產(chǎn)化
WSH一1催化劑是一種以具有涂層的蜂窩陶瓷
載體和擔載其上的貴金屬活性組分鉑組成的含
TiO ，CeO ，ZrO 的催化劑。陳玉香等 報道了中
國石化廣州分公司煉油廠污水處理場催化氧化處
理裝置采用WSH一1催化劑處理隔油池廢氣，在廢
氣量3 000～4 000 1TI ／h(標準狀態(tài))、空速18 000～
24 000 h～、反應(yīng)器進口非甲烷總烴含量1 350～
4 900 L／L、總硫質(zhì)量濃度不大于10 mg／113 、反應(yīng)
器進口溫度250～280 oC的條件下，非甲烷總烴平均
化 工： 環(huán) 保
ENVIRONMENTAL PROTECTION OF CHEMICAL INDUSTRY 201 1年第31卷
去除率為96．9％ ；兩年的運行結(jié)果表明，WSH一1
催化劑的活性和穩(wěn)定性與國外進口催化劑相當。
3 生物處理法
3．1 菌種
生物處理法在處理工業(yè)惡臭上已經(jīng)得到廣泛
應(yīng)用，但是罕有處理疏水性氣體如三苯氣體的]二業(yè)
實例_’4 。生物反應(yīng)器常采用細菌和真菌作為微生
物的主體。
戀臭假單胞菌對有機物有高效降解能力。Kim
等_2 將A1型戀臭假單胞菌負載到疏水性聚乙烯
中空纖維膜上，聚乙烯中空纖維膜巨大的界面面積
可提高氣相到液相的氧傳遞能力，在甲苯負荷0．85～
4．30 kg／(m ·d)、氣體停留時間0．46～1．20 min
時，甲苯去除率是86％ ～97％ 。
使用細菌作為微生物主體需要較濕潤的環(huán)境；
適宜細菌生長的最佳pH為7～8；水溶性較好的有
機物去除率較高，而對于水溶性差的有機物去除率
偏低。真菌不僅降解有機污染物的能力遠強于細
菌，還能在低濕度和偏酸性的環(huán)境下生存。真菌菌
絲伸人空氣中，可直接與VOCs接觸并將其降解。
Kennes等 認為真菌濾塔可以承受相當于傳統(tǒng)細
菌濾塔5倍的去除負荷。真菌能適應(yīng)干燥環(huán)境并不
說明濕度對真菌活性沒影響，當填料層含水率降低
時，真菌濾塔的凈化效率明顯降低。
3．2 生物處理設(shè)備
目前開發(fā)和應(yīng)用的生物處理設(shè)備有生物過濾
塔、生物滴濾塔、生物洗滌器和膜生物反應(yīng)器。
生物過濾塔可以獲得較大的氣／液接觸面積，
因此可處理難溶于水的污染物。該設(shè)備簡單，用水
量少，投資和運行成本較低。
生物滴濾塔單位體積填料層中微生物濃度較
高，處理高負荷有機廢氣效果要好于生物過濾池，
而且由于方便調(diào)節(jié)pH和濕度，適宜于降解過程中
產(chǎn)生酸性物質(zhì)的情況。但是生物滴濾塔操作比較
復(fù)雜，容易產(chǎn)生污泥，容易發(fā)生生物體的過量積
累 。解決生物體的聚集可采用機械的、化學的和
生物的方法，其中水反洗最有效，對床體破壞最小。
Kim等 在實驗中采用反沖洗并結(jié)合兩個非使用
期控制生物濾池中微生物過量積累，沖洗后甲苯的
去除率達到99％ 。李國文等 研究表明在總有機
負荷低于40 g／(m ·h)、停留時問小于90 s的實驗
條件下，生物過濾塔比滴濾塔具有更強的抗沖擊
能力。
生物洗滌器中的液相是循環(huán)流動的，便于添加
營養(yǎng)液、緩沖劑和更換液體并除去多余產(chǎn)物，但只
適宜處理對于Henry系數(shù)(小于0．O1)比較小的氣
體如醇類和酮類化合物 ，處理廢氣質(zhì)量濃度小于
5 g／m 。
相比前面幾種反應(yīng)器，膜生物反應(yīng)器的處理負
荷最大。Kumar等 用越南伯克氏菌膜生物反應(yīng)
器進行了165 d的實驗，在甲苯進樣負荷為17．4
kg／(133 ·d)情況下，去除能力達到14．4 kg／(m ·
d)。但膜反應(yīng)器還沒有經(jīng)工業(yè)實踐考驗，且按膜的
使用壽命3 a計算，則膜反應(yīng)器的成本是其他幾種
方法的10倍，生物物質(zhì)積累也過多。
3．3 生物反應(yīng)器填料
真菌生物反應(yīng)器內(nèi)的填料有有機填料(木片、
稻草、堆肥材料等)和惰性填料(珍珠巖、陶粒 、
聚合物、碎石、活性炭等)。有機填料系統(tǒng)由于存在
酸化、干燥、難于再生等缺點，正逐漸被惰性填料所
取代。
同是惰性填料，造成的氣體壓力損失不同。
Van等 用真菌凈化甲苯廢氣時發(fā)現(xiàn)，填料為火山
巖時，反應(yīng)器中氣體壓力損失遠大于用珍珠巖為填
料。侯晨龍 使用混合填料濾塔，當陶粒與活性炭
體積比為1：2時，濾塔的凈化效率相對于單純活性
炭濾塔降低并不明顯，而塔壓降得到改善。
Singh等 采用大豆秸稈作濾料，利用經(jīng)過馴
化的活性污泥來研究生物濾池處理甲苯的效率，當
甲苯負荷達到300 g／(m ·h)時，去除率達到
90％ 。Garcia—Pena 用一種真菌降解甲苯，在甲
苯負荷258 g／(1TI ·h)時，去除率達98％ 。Woertz
等 ” 更是得到了對甲苯285 g／(m ·h)的去除能
力。Aitor等 采用以陶瓷環(huán)為填料的生物過濾
塔，考察了一種真菌對甲苯的去除性能，經(jīng)過76 d
的運行，甲苯進口負荷為270～330 g／(m。·h)時去
除能力達245 g／(m ·h)，去除率達90％ 。
4 其他方法
4．1 光催化氧化技術(shù)
光催化氧化技術(shù)是近年來揮發(fā)性有機污染物
處理技術(shù)研究的一個熱點，優(yōu)點是清潔高效、能耗
較低等。該法常用的催化劑是無毒無害且來源廣
泛的TiO 。國內(nèi)已有使用TiO 在紫外光照射下成
功凈化“三苯”廢氣方面的報道 加。。但是大量研
究發(fā)現(xiàn)，與其他有機污染物如三氯乙烯、甲醛等相
比，芳烴在TiO 上的光催化反應(yīng)速率很慢，反應(yīng)過
第2期 周大順等． 苯類廢氣處理進展
程中催化劑失活嚴重一卜 。
陳旬等 研究了8種光催化材料，其中 一
Ga，O 活性最高，苯去除率達60％ 且礦化率接近
100％ ；其次是Cd2Ge2O6和ZnGa2O 納米晶體，苯
去除率為50％ ～60％ ，礦化率較高；對兩種礬酸鹽
敏化的TiO 材料InVO ／TiO 和LaVO ／TiO，的研
究發(fā)現(xiàn)，它們在可見光下對苯表現(xiàn)出很高的光催化
降解活性。
陳江耀等 報道了用光催化與生物技術(shù)聯(lián)用
工藝處理油漆生產(chǎn)過程的苯系物廢氣(27～55 rag／
m )，去除率可達99．12％ ，遠高于單獨的光催化技
術(shù)和生物滴濾床技術(shù)。
4．2 等離子體技術(shù)
放電等離子體技術(shù)治理有機廢氣被認為是很
有前途的方法。與常規(guī)技術(shù)相比，該法具有工藝簡
單、流程短、可操作性好的特點，特別是在節(jié)能方面
有很大的潛力。
Nifuku等 利用脈沖電暈反應(yīng)器對苯、甲苯和
二甲苯等多種單環(huán)芳香烴進行了降解研究，實驗結(jié)
果表明：當脈沖上升時問大約100 ns、峰值電壓25
kV、頻率為60 Hz、停留時間小于2 S時，芳烴去除率
接近100％ 。但脈沖電暈技術(shù)能耗比較大。
大量研究表明，催化型低溫等離子體反應(yīng)器比
傳統(tǒng)低溫等離子體反應(yīng)器具有更好的廢氣凈化效
果。Futamura等 對有害大氣污染物在低溫等離
子體化學處理中金屬氧化物的催化活性進行了研
究，在沒有MnO，作催化劑時，苯的去除率為30％ ，
而在有MnO，作催化劑時，苯的去除率可高
達94％ 。
Kim等 指出Ag／TiO，等離子體技術(shù)對處理
低質(zhì)量濃度有機廢氣非常有前景。當人口苯質(zhì)量
濃度為110 mg／m 、輸人能量密度為130 J／L時，用
Ag／TiO (1％質(zhì)量分數(shù))等離子體光催化技術(shù)，可使
苯去除率達到100％ 。
低溫等離子體系統(tǒng)中加入光催化劑能夠提高
污染物的去除率，大大降低能耗和副產(chǎn)物的產(chǎn)生。
Kim等 引還通過對比等離子體光催化反應(yīng)器和傳
統(tǒng)的等離子體反應(yīng)器降解氣相苯的效果，發(fā)現(xiàn)等離
子體光催化反應(yīng)器的去除效率、能量效率均最高，
而且產(chǎn)生的氣溶膠最少 。
5 結(jié)語和展望
目前，三苯類廢氣處理技術(shù)正朝著高效、經(jīng)濟、
低二次污染的方向發(fā)展。多種方法聯(lián)用是以后發(fā)
展的趨勢。對于低濃度的三苯類廢氣，首選吸附濃
縮一催化技術(shù)。生物法和等離子體法也是很有前
途的方法，但是還需要T業(yè)實踐的證明。
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· 專利文摘·
一種處理三元復(fù)合驅(qū)油田回注水的方法
該發(fā)明公開了一種處理三元復(fù)合驅(qū)油田回注
水的方法，該發(fā)明涉及油田廢水的處理領(lǐng)域。該發(fā)
明先調(diào)節(jié)三元復(fù)合驅(qū)油田回注水pH到4．0～6．5，
將調(diào)節(jié)pH后的油田回注水放人容器中；在所述的
容器中放入至少3塊極板，3塊極板分別連接穩(wěn)壓
直流電源的正負極；調(diào)節(jié)穩(wěn)壓直流電源的電流強度
到3～10 A，處理10～15 min，所使用的極板是鋁極
板或不銹鋼極板；處理后出水調(diào)節(jié)pH到7．5～9．5，
然后按加人量0．2～1．0 g／L投加復(fù)合水處理劑，攪
拌，靜置沉降1 h；其中使用的復(fù)合水處理劑為硅藻
土分別與聚合氯化鋁、七水合硫酸亞鐵、十八水合
硫酸鋁或聚合硫酸鋁鐵按質(zhì)量比為6：(1～9)：1
復(fù)配的水處理劑。該發(fā)明是有效去除三元復(fù)合驅(qū)
回注水中油分、COD、SS以及有害細菌等污染物質(zhì)
的方法，工藝簡便成本低。／CN101935125A，2011
— 01—05
一種麥草化機漿制漿廢液的
資源化利用方法
該發(fā)明提供了一種麥草化機漿制漿廢液的資
源化利用方法，包括如下步驟：(1)將麥草化機漿制
漿廢液濃縮至質(zhì)量分數(shù)為10％ ～30％，靜置直至分
層；(2)調(diào)節(jié)上層澄清液為堿性后，使其在25～55
℃水浴中攪拌5～20 rnin；(3)升高水浴溫度至60～
85℃后，于1 h內(nèi)添加完功能單體和催化劑的混合
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發(fā)性有機化合物廢氣的研究進展[J]．化工環(huán)保，
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(編輯張艷霞)
物，攪拌均勻后，調(diào)節(jié)pH為中性，制得瓦楞原紙的
添加劑，其中，上層澄清液和功能單體與催化劑的
質(zhì)量比為100：(20～45)：(5～10)；(4)取下層沉
淀物，與黏合劑x在25～45℃ 混合后添加功能助
劑，制得瓦楞原紙的層合劑。該發(fā)明將廢液處理后
分別用作瓦楞原紙的添加劑和層合劑，從而使得廢
液充分利用，節(jié)省資源，且操作容易，成本低廉。／
CN101935120A ．201 1—01—05
一種皮革廢水的處理方法
該發(fā)明公開一種皮革廢水的處理方法。生物
處理系統(tǒng)由厭氧池和好氧池組成，所述皮革廢水的
處理方法包括以下步驟：(1)將所需處理的皮革廢
水通過進水管道進人厭氧池內(nèi)進行厭氧處理；(2)
經(jīng)過厭氧處理后的廢水通過管道進入好氧池，同時
在好氧池中投加占好氧池處理容積1．5％ ～5．0％
的復(fù)合微生物；(3)然后在好氧池中投加占池容積
l％ ～6％ 的活性炭；(4)利用好氧池內(nèi)的曝氣管道
進行曝氣；(5)將好氧池的部分上清液回流至兼氧
池，部分混合液進入二沉池進行泥水分離，污泥回
流至兼氧池，清液排放。該發(fā)明直接向生化反應(yīng)系
統(tǒng)中一次性投加復(fù)合型微生物和活性炭填料，從而
使好氧池中硝化細菌成為優(yōu)勢菌，并顯著促進微生
物菌種對水中COD 的利用，以實現(xiàn)皮革廢水中
COD與氨氮的高效削減。／CN101941782A，2011
— 01—1 2

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