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范江峰:用标准来规范光催化行业健康发展

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5月5日上午,在“第五届重点行业有机废气(VOCs)污染治理及监测技术交流会”的开放讨论日活动中,北京华钛高科科技有限公司总经理范江峰参与了“光催化氧化技术的适用性及效果探讨”环节的活动。

以下内容根据范江峰发言整理:

今年国内的VOCs治理市场已经进入调整阶段。随着监测系统普及,监控力度加大,低端的样子货设备和工程逐步被淘汰,但昂贵的浓缩转轮和燃烧技术在大部分场合业主还无法承受,市场迫切需要“有效性高、经济性好、安全简便”的VOCs治理技术。

北京华钛高科认为现有的VOCs治理技术还不能很好满足大多数企业的实际需求,要么有效性差,要么成本太高,要么安全性差,要么维护非常复杂。北京华钛高科认为需要做好两方面的工作,一方面积极推动VOCs治理设备性能评价标准的制订,另一方面努力进行材料创新和技术升级提供高性价比的解决方案。

为什么迫切需要制订标准?


光解光催化VOCs治理技术在近两年市场情况比较好,但是也有一些质疑声,让这一技术的发展比较困难。我们认为,建立相应的标准十分的必要。没有标准,无序竞争会导致行业信誉度丧失;没有标准,无法维护行业利润率;没有标准,会留下安全隐患。因此北京华钛高科积极参与了《工业有机废气净化装置性能评测方法》的国标制订工作,希望通过该标准的制订,规范VOCs治理市场,为光解光催化治理技术的广泛应用奠定基础。

如何制订标准?


根据国标组的专家讨论结果,决定从以下三方面入手:

有效性评价

1


专家们特别对VOCs处理设备的净化效率,即有效性进行了定义。

3;

3/h。

此公式针对采用FID、PID在线监测或现场取样测得的数据进行计算。

目前市场上VOCs治理效果的评价主要由第三方对尾气浓度取样评测,而不是对VOCs处理装置的进出口长期在线取样测去除率,存在一定的监管漏洞,导致“样子货”装置泛滥成灾。

通过上述定义,对现有各种VOCs处理装置进行有效性评价,相关标准检测单位即可对VOCs处理装置进行分级和认证。随着高精度PID或低成本GC-FID连续在线监测系统的逐步成熟,VOCs治理设备上将逐步普及连续在线监测系统,样子货将被淘汰。

经济性评价

2


目前市场上的VOCs治理设备,要实现达标排放的初装成本和运行成本都比较高,很多企业难以接受。因此有必要对VOCs治理设备的经济性进行对比和评价。

初装成本可以定义为处理每单位风量单位当量VOCs达到排放标准所需的处理系统的总体成本。

运维成本可以定义为上述VOCs处理系统全生命周期平摊到每年的耗材、动力、水、人工等附加成本。

VOCs治理企业必须根据客户的实际工况条件,推荐适合的处理技术和设计方案,而不是企图靠一种方法“打遍天下”。

要想在达标的前提下,降低VOCs治理系统的成本,就需要提高系统的单元处理效率。对于光解光催化技术而言,就是提高光解单元和光催化单元的处理效率。

其中,光解单元的处理效率决定于以下几点:

1)光解空间的光功率密度(mW/cm2)。由于光解的主要消解机理是靠185nm紫外光,而且紫外光随着发散距离功率密度迅速衰减,因此光解单元需要进行较为密集的排布才能获得足够高的光功率密度(至少应在2mW/cm2以上)。

紫外灯的光功率密度随发散距离增大迅速衰减

优化光解单元的紫外灯排布,确保足够光功率密度和分散的气流

2)光解所用紫外灯的质量。目前市场上紫外灯价格差别较大,从上千元一套到几十元一套不等,质量差别也很大。因此必须认清品牌,采购贺利氏、佑威光电等正规厂家的产品。

3)采用高185输出或带光触媒涂层的紫外灯。通过选用纯度更高的石英管,可以大幅度提高紫外灯185纳米波长的输出,提高光解降解效率。通过在双波段紫外灯管壁制备上纳米厚度的二氧化钛涂层,一方面可以防止紫外灯积油结垢,另一方面可以提供光催化效果,减少臭氧产生。

提高紫外灯185nm波长强度输出

通过纳米二氧化钛涂层提高紫外灯管降解效率

而光催化单元的处理效率决定于以下几点:

1)光催化板的光催化效率。目前市场上的光催化板也比较多,效率差别很大。用户可以要求厂家提供GB/T 23761/63-2009(光催化空气净化材料性能测定方法)标准评测报告,或日本JIS R 1701:2016标准评测报告。

根据 日本JIS R 1701:2016标准评测的光触媒性能对比

不同制备方法导致光催化板的微观结构不同,光催化性能和寿命也差别很大

2)光催化结合其他技术复合应用。形象的说,光解单元消解速度快,但容易停留在中间产物(打断),光催化单元降解能力强,消解彻底,但速度慢(矿化)。因此光解-光催化复合可大幅度提高消解效率。

甲苯光解-光催化复合提高降解效率

光解-光催化的很多中间产物都是水溶性很强的羧酸和醇类,因此后段复合淋洗技术可以大幅度提高去除率。

以苯酚为例的光催化降解机理

通过提高每个单元的降解效率,华钛的光解-光催化设备已经可以稳定的实现60%以上的VOCs去除率,配合淋洗、等离子等技术还可以进一步提高。

安全性评价

3


因为VOCs治理设备是一种化工处理装置,因此其安全性必须高度重视。在设计时要特别考虑防爆、防腐、防火的要求,防止出现安全事故。

另外,光解-光催化设备还需要解决产生的臭氧污染问题。可以通过在后面增加臭氧分解网,减少产生的臭氧。

结语:随着VOCs治理标准的逐步提高,光解-光催化治理技术也需要不断提高技术水平。华钛高科愿与合作伙伴一起,致力于提供“有效、经济、安全”的VOCs治理解决方案。

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