淺談?dòng)袡C(jī)廢氣的危害及治理方法

白燁 毛鶴群

（上海環(huán)境節(jié)能工程有限公司 上海 200060）

1 引言

揮發(fā)性有機(jī)化合物（volatileorganiccompounds，簡稱VOCs）通常是指在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（101.3kPa）下沸點(diǎn)低于260℃，室溫（20℃）下飽和蒸汽壓超過133.322Pa的易揮發(fā)性有機(jī)化合物。VOCs的種類有很多，如脂肪烴、芳香烴、鹵代烴、醇、醛、酮、酯等。主要來源于石油化工、制藥、印刷、噴漆等行業(yè)生產(chǎn)過程中所排放的廢氣。這些廢氣污染物會(huì)危害人體健康、引發(fā)各種環(huán)境問題。因此，各國越來越重視VOCs的控制和治理，開展了大量的研究和應(yīng)用。

2 VOCs的危害[1、2]

VOCs對(duì)環(huán)境和人體健康主要會(huì)產(chǎn)生以下幾個(gè)方面的危害：

2.1 大部分的VOCs具有毒性和異味，對(duì)人的眼睛及呼吸系統(tǒng)具有刺激作用，累積吸收VOCs還會(huì)破壞人的神經(jīng)系統(tǒng)，導(dǎo)致人體麻痹、中毒甚至死亡。許多VOCs已被確認(rèn)是致癌物，如甲醛、多環(huán)芳烴、芳香胺類等；

2.2 VOCs多半具有光化學(xué)反應(yīng)性。在陽光照射下，VOCs可與大氣中的碳?xì)浠衔铩OX反應(yīng)形成光化學(xué)煙霧，主要成分為臭氧、過氧乙酰硝酸酯（PAN）、醛類、酮類等，造成二次污染，危害人體健康和植物生長；

2.3 部分鹵代烴類的VOCs，如氯氟烴（CFCs）可進(jìn)入中、高空氣層，在紫外線的照射下，大量消耗臭氧，破壞臭氧層，削弱其對(duì)紫外線的吸收和屏蔽作用。

3 VOCs常用治理技術(shù)及研究進(jìn)展

目前，針對(duì)不同性質(zhì)、不同濃度的VOCs的治理方法有很多，主要可以分為兩大類：回收法和消除法。回收法是通過物理方法改變溫度、壓力或者采用選擇性吸附劑等方法回收VOCs，主要包括：吸附法、吸收法、冷凝法等。消除法是通過化學(xué)或生物反應(yīng)等在光、熱、催化劑和微生物等的作用下將VOCs氧化分解為無毒或低毒產(chǎn)物，主要包括：燃燒法、生物法、等離子體分解法等。

3.1 吸附法[3]

吸附法是利用各種固體吸附劑如活性炭、硅膠、分子篩等把廢氣中的VOCs組分吸附留在固體表面，以凈化廢氣。吸附法的應(yīng)用極為廣泛，主要用于處理大風(fēng)量、低濃度的有機(jī)廢氣。與其他方法相比，吸附法具有工藝成熟、凈化效率高、操作簡便、系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定、能耗低等優(yōu)點(diǎn)。不足之處是吸附容量受限、設(shè)備龐大、當(dāng)廢氣中有膠粒物質(zhì)或其他雜質(zhì)時(shí)，吸附劑容易失效。

吸附效果取決于有機(jī)廢氣的組分與濃度、吸附劑的性質(zhì)、操作條件（如溫度、壓力、濕度）等因素。目前，市場上應(yīng)用最多的活性炭吸附劑的凈化效率可達(dá)90%。

3.2 吸收法

吸收法采用低揮發(fā)或不揮發(fā)的溶劑作為吸收劑，利用廢氣中各組分在吸收劑中的溶解度的差異，使廢氣中的有害組分被吸收劑吸收，從而達(dá)到處理有機(jī)廢氣的目的[4]。吸收法適用于濃度較高、溫度較低、壓力較高情況下廢氣污染物的處理，選擇了合適的吸收劑的情況下，去除率可達(dá)95%～98%[5]。該方法的優(yōu)點(diǎn)是投資費(fèi)用較少、運(yùn)行費(fèi)用低、工藝流程簡單、吸收劑價(jià)格便宜、占地面積小等。但該法存在吸收劑后處理過程復(fù)雜且費(fèi)用大、對(duì)有機(jī)成分的選擇性大、容易產(chǎn)生二次污染等缺點(diǎn)，所以，吸收法的應(yīng)用范圍受到很大限制。

3.3 冷凝法

物質(zhì)在不同的溫度和壓力下具有不同的飽和蒸汽壓，冷凝法就是利用物質(zhì)的這一性質(zhì)通過降低系統(tǒng)溫度或者提高系統(tǒng)壓力方法，使氣態(tài)污染物從廢氣中冷凝分離出來。由于加壓所需要的設(shè)備較多且比較昂貴，所以一般采用降低溫度的方法來達(dá)到冷凝的目的。冷凝法適用于高濃度、高沸點(diǎn)的VOCs。在實(shí)際應(yīng)用中，常作為吸附法、燃燒法等的前處理，降低有機(jī)負(fù)荷，冷凝液還可分離回收VOCs中有價(jià)值的組分，實(shí)現(xiàn)資源利用。

3.4 燃燒法

燃燒法是利用廢氣中VOCs可以燃燒氧化的性質(zhì)，通過充分燃燒將廢氣中可氧化的組分轉(zhuǎn)化為CO2和H2O。目前使用的燃燒凈化方法主要有直接燃燒和催化燃燒。

直接燃燒法又稱為火焰燃燒法，它是把廢氣中可燃的組分當(dāng)作燃料直接燃燒。該方法適用于處理可燃組分濃度較高的廢氣，不適于處理大風(fēng)量、低濃度的有機(jī)廢氣。直接燃燒法的燃燒溫度一般在1100℃左右。

催化燃燒法是指利用催化劑在較低溫度（一般為200℃~500℃）下進(jìn)行燃燒，使廢氣中可燃組分完全氧化分解，從而使氣體得到凈化的一種方法。常用的催化劑種類主要包括貴金屬催化劑、過渡金屬氧化物催化劑和復(fù)氧化物催化劑[6]。

催化燃燒法具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)為無火焰燃燒，安全性好；(2)起燃溫度低（200℃～400℃），大部分的VOCs在300℃～500℃之間即可完成反應(yīng)[6]，大大減少NOX的產(chǎn)生，無二次污染；(3)對(duì)可燃組分濃度和熱值限制較小。其缺點(diǎn)是工藝條件要求嚴(yán)格，不允許廢氣中含有塵粒和霧滴，也不允許含有使催化劑中毒的物質(zhì)。所以，通常需要對(duì)廢氣進(jìn)行前處理后再進(jìn)行催化燃燒。

3.5 生物法

生物法是利用微生物的新城代謝作用將廢氣中的有機(jī)物作為碳源和能源降解為無害的無機(jī)物和細(xì)胞質(zhì)，以達(dá)到凈化廢氣的目的。該方法是一項(xiàng)較新的大氣污染控制技術(shù)，最早應(yīng)用于脫臭。近年來隨著對(duì)VOCs治理技術(shù)的不斷深入，該方法也被應(yīng)用于有機(jī)奇想污染物的治理中。與傳統(tǒng)的處理法相比，生物處理技術(shù)具有設(shè)備簡單、投資及運(yùn)行費(fèi)用低、無二次污染、安全性好等優(yōu)點(diǎn)。然而，由于微生物對(duì)有機(jī)污染物的降解速率較低，所以該方法只在處理低濃度、生物降解性好的有機(jī)廢氣時(shí)才具經(jīng)濟(jì)性。

3.6 低溫等離子體分解法

低溫等離子體分解法是近年來新興發(fā)展起來的廢氣治理技術(shù)。該技術(shù)的基本原理是通過高壓脈沖放電獲得大量高能電子、離子和自由基等活性粒子，這些高能粒子與破壞有機(jī)物的C-C、C-H、C-O等化學(xué)鍵，將有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為CO2、H2O、N2、S、SO2等無害或低害物質(zhì)，從而使廢氣得到凈化[7]。研究表明，該方法尤其適用于惡臭氣體，在橡膠廢氣、食品加工廢氣等的除臭中得到了應(yīng)用。

低溫等離子體分解法具有裝置簡單、易操作、能耗低、抗顆粒物干擾能力強(qiáng)、無二次污染物等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于處理有異味、大風(fēng)量、低濃度的有機(jī)廢氣。但對(duì)于低溫等離子體治理技術(shù)作用機(jī)制的研究不夠充分，對(duì)有機(jī)化合物的凈化效率還比較低，一般低于70%[8]。

4 結(jié)論和展望

傳統(tǒng)的VOCs治理方法如吸附法、吸收法、冷凝法等具有一定的局限性，而近年來新興發(fā)展起來的催化燃燒法、生物處理法、低溫等離子體分解法等不僅能夠有效解決傳統(tǒng)技術(shù)對(duì)處理低濃度、大風(fēng)量有機(jī)廢氣不適用的難題，而且具有投資及運(yùn)行費(fèi)用低、流程簡單、能耗小、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)，相信在今后的有機(jī)廢氣治理領(lǐng)域會(huì)有更大的發(fā)展。

[1]張曉勇,王振紅.淺析有機(jī)廢氣的治理[J]．環(huán)境科學(xué)與管理,2007,32（11）：87-88.

[2]劉嬡,王鴦鴦，揚(yáng)威．淺析揮發(fā)性有機(jī)廢氣治理技術(shù)[J]．中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2012，12：40-41．

[3]曲茉莉．大氣中VOCs的污染現(xiàn)狀及治理技術(shù)研究進(jìn)展[J]．環(huán)境科學(xué)與管理,2012,37（6）：102-103．

[4]何毅,王華,李光明,等．有機(jī)廢氣催化燃燒技術(shù)［J］.江蘇環(huán)境科技,2004,17(1):35-38．

[5]蔣卉.揮發(fā)性有機(jī)物的控制技術(shù)及其發(fā)展[J].資源開發(fā)與市場,2006，22(4):316-317.

[6]趙永才,鄭重.VOCs催化燃燒技術(shù)及其應(yīng)用[J].絕緣材料,2007,40（5）:70-74.

[7]欒志強(qiáng),郝鄭平,王喜芹．工業(yè)固定源VOCs治理技術(shù)分析評(píng)估[J]．環(huán)境科學(xué),2011,32（12）：3476-3486．

[8]中國環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)廢氣凈化委員會(huì)．我國有機(jī)廢氣治理行業(yè)2013年發(fā)展綜述[J]．中國環(huán)保產(chǎn)業(yè),2014,10：4-9．