揮發性有機化合物的控制技術

張艷君

（上海格林曼環境技術有限公司上海200001）

揮發性有機化合物的控制技術

張艷君

（上海格林曼環境技術有限公司上海200001）

隨著我國環境問題的日益突出和相關法律法規的逐步完善，揮發性有機化合物(Volatile Organic Compounds,VOCs)已經成為大氣污染治理中的一項重要內容，對VOCs的控制技術和方法也提出更高的要求。VOCs從源頭控制到末端處理，需環環把關，全過程控制。目前單一的傳統處理技術已難以滿足需求，而技術間的耦合和協同處理又展現出了新的活力。部分新技術的發展開辟了新的思路，但仍需不斷的完善和提高。VOCs治理方法本身沒有好壞之分，只要針對不同VOCs廢氣的特點，確定最合適的方法，就能取得好的處理效果。

揮發性有機物；控制政策；控制技術

1　引言

伴隨國家工業的發展，各類環境問題日益突出，其中隨著大家對霧霾現象的重視，VOCs的污染控制已經成為重點關注對象。我國在2015年新發布的《石油煉制工業污染物排放標準》《石油化學工業污染物排放標準》和《合成樹脂工業污染物排放標準》中對揮發性有機物的定義為：參與大氣光化學反應的有機化合物，或者根據規定的方法測量或核算的有機化合物。VOCs的種類繁多，成分復雜，是臭氧和二次有機顆粒物的重要前體物，部分組分還具有毒性、刺激性及致癌作用。

2　VOCs的控制政策

國家環保部近年來大力推進VOCs相關行業標準的制定（包括，石化、涂裝、醫藥、印刷，農藥等），其中煉油化學工業、石油化學工業及合成樹脂工業排放控制標準已于2015年4月發布，其他行業標準也在加緊編制中。因VOCs種類多，來源廣泛且分散，各地及重點行業正在進行VOCs源核查工作，VOCs管控的法規標準和采樣監測等監督監控技術手段也正在研發中，如上海市已針對印刷、涂料油墨及其類似產品、汽車制造業（涂裝）等重點VOCs排放行業制定了地方標準。目前對VOCs的控制和治理可分為三個目標階段，第一個階段為以末端治理為主，治理與預防相結合；第二階段為以預防為主，預防與末端治理相結合；最終目標為逐步完成行業轉型升級，提高行業清潔生產水平。

3　VOCs的控制技術

VOCs的控制路線為清潔生產路線，主要包括改進工藝，更換設備和防止泄漏為主的預防性措施，如泄漏檢測與修復（LDAR）技術；另外是末端控制為主的技術路線，目前常用或已有實際應用的方法包括熱力氧化法RTO、催化氧化法RCO、工業鍋爐或加熱器燃燒法、吸附法、冷凝法、生物法、吸收法、膜分離法等，其他正在開發的方法有光催化氧化法、等離子法等[1-3]。末端控制技術又可細分為回收技術和處理技術。以下章節對目前VOCs的主要回收和處理技術及其分別的適用性進行了簡單介紹。需要說明的是，VOCs治理方法本身沒有好壞之分，只要針對不同VOCs廢氣的特點，確定最合適的方法，就能取得好的處理效果。

3.1VOCs回收技術

3.1.1冷凝法

冷凝是利用污染物與載氣二者沸點不同進行分離的方法，主要用于含高濃度有機蒸氣和高沸點無機氣體的凈化回收或預處理[4]。該方法所需設備和操作條件都比較簡單，所回收的VOC純度比較高，其回收率與VOC初始濃度、沸點有關，VOC的初始濃度越大、沸點越高，回收率越高，一般情況下對有機物的凈化回收率在30%～70%，當VOCs組分比較單一且具有回收價值時，用冷凝法回收VOCs有明顯經濟優勢。冷凝在實際應用中常與其它濃縮工藝組合使用，例如冷凝法與壓縮、吸附、吸收等過程聯合使用，以吸收或吸附手段濃縮VOCs，然后以冷凝法回收有機物，從而達到經濟且高回收率的目的。

3.1.2吸收法

液體吸收是利用氣體溶解度的不同，通過廢氣與液體接觸，使氣態污染物轉入液相。本質是濃縮過程，結合吸收液的解吸或精餾可分離回收有機物，如二甲基甲酰胺（DMF）的吸收回收。但對于非極性有機物通常無法采用水溶液進行吸收，需采用一些大分子的有機物（如柴油、白油等），但此方法會存在吸收劑排放和分離產品的純度等問題。吸收法主要適于大氣量和中等濃度的有機廢氣處理[5]。

3.1.3吸附法

吸附原理為讓廢氣與多孔固體接觸，其中的氣態污染物分子被微孔表面捕集。吸附本質上也是一個富集濃縮過程。吸附與各種脫附技術組合后可實現連續可靠的凈化和回收。常見的吸附劑有活性炭和疏水性沸石等[6-7]。

吸附劑吸附VOCs的效果除與吸附劑本身性質有關外,還與VOCs的種類、濃度、特點以及操作系統的溫度和壓力有關。通常吸附劑對VOCs的吸附能力隨著氣體分子量的增加而提高，低分壓氣體比高分壓的氣體更易吸附。吸附法主要適用于中低濃度和高通量VOCs的回收，它具有高去除效率、低能耗和工藝成熟等優點。缺點是吸附劑的容量較小，吸附劑消耗大，設備龐大，費用較高。

3.1.4膜分離

膜分離基本原理是根據混合氣體中各組分在壓力的推動下透過膜的傳遞速率不同，從而達到分離目的。它與傳統的冷凝和吸附法相比，具有高效、節能、易操作、不產生二次污染且可回收有機溶劑等優點。膜分離法的運轉費用與物流流速成正比，與濃度關系不大，適合于處理較高濃度的VOCs。并且大多數間歇過程的溫度、壓力、流量和VOCs濃度都會隨時間的變化而變化，故要求回收設備有較強的適應性，而膜分離系統能滿足此要求[8]。目前，能夠采用膜系統處理回收的揮發性有機物有氯烴類(如氯乙烯、三氯乙烯、四氯乙烯)、氟里昂類和烯烴類(如乙烯、丁烯；烴類及苯)等。由于有機蒸汽分子與高分子膜有很強的交互作用，所以要求用于分離揮發性有機物的膜材料對于有機蒸汽需具有一定的耐受性，以防在使用過程中因有機蒸汽的溶脹而致使膜的性能下降。

3.2VOCs處理技術

3.2.1燃燒法

燃燒法可分為直接燃燒和催化燃燒。直接燃燒是把VOCs中可燃的有機物組分當作燃料在氣流中直接燃燒，溫度一般在1100℃左右。該方法只適用于處理有機物組分燃燒時熱值較高的VOCs，因為只有燃燒時釋放的熱量能夠彌補向環境中的散失的熱量時，才能維持燃燒區的溫度，維持燃燒的過程，否則需要消耗大量的輔助燃料，提高處理成本。催化燃燒是以Pt、Pd、CuO和NiO等作為催化劑，在較低的溫度下(150℃～600℃)使VOCs中的有機物可燃組分氧化分解成CO2和H2O。催化劑的存在使VOCs在燃燒時比直接燃燒法需要更少的停留時間和更低的溫度[9]。但由于VOCs中含較多雜質，易引起催化劑中毒，而且催化劑常只針對特定類型的化合物起作用，因此催化燃燒的應用在一定程度上受制。

3.2.2低溫等離子體凈化

等離子凈化技術系利用高能電子射線激活、電離、裂解工業廢氣中各組分，從而發生氧化等一系列復雜化學反應，將有害物轉化為無害物或有用的副產物并加以回收的方法。低溫等離子體(Non-Thermal Plasma，NTP)化學活性高，反應速度快[10]，對高、低濃度的有機物均有良好的去除效果。在NTP中加入催化劑，可進一步降低能耗，不僅大大減少了單采用NTP技術造成的二次污染問題，同時克服了單一催化法的去除效率低、污染物濃度受限制的問題。低溫等離子體凈化技術具有工藝簡單、適用性強、易于操作和能耗低等優點，已成為VOCs廢氣處理的前沿技術。這種方法主要適合低負荷的應用場合，同時需考慮采取措施，防止出現因氧化不完全形成的中間產物外排造成二次污染。

3.2.3微生物凈化

微生物凈化氣態污染物主要是利用微生物的生命活動將廢氣中的污染物轉化為CO2、H2O和細胞物質等。它與廢水生物處理工藝最大的區別在于氣態污染物首先要經歷由氣相轉移到液相或固相表面液膜中的傳質過程，然后才能在液相或固相表面被微生物吸收降解。微生物凈化工藝可分為生物過濾、生物洗滌和生物滴慮等，其中生物過濾法適合于處理亨利系數＜10、濃度＜l000mg/m3的廢氣。滴慮法則適宜處理亨利系數＜1、濃度＜500mg/m3的廢氣，同時對可能產生酸性代謝產物的VOCs也有具有良好的去除效果[11]。生物洗滌法適合于處理較低濃度的可溶性有機廢氣，如乙醇、乙醚等，對難溶性的VOCs處理效果不佳。

4　結論與展望

VOCs的控制與生產工藝、操作管理、氣體收集和凈化工藝等環節密切相關，需要全過程進行控制。現有VOCs排放源在清潔生產方面仍有較大潛力，但由于涉及到工藝裝備和管理水平的升級，工作難度較大。在末端控制方面，由于企業排放的廢氣特征復雜，單一的處理方法難以有效降解VOCs，因此傳統技術間的耦合和新技術的提高，將是VOCs控制的一個發展方向。

[1]RaoN N.Emerging Control Technologies for Volatile Organic Compounds[J].Critical Reviews in Environmental Science and Technology, 2009,39(1):41-78.

[2]陳平,陳俊.揮發性有機化合物的污染控制[J].石油化工環境保護,2006,29(3):20-21.

[3]張宇峰,邵春燕,張雪英,等.揮發性有機化合物的污染控制技術[J].南京工業大學學報,2003,23(3):89-92.

[4]李守信,宋劍飛,李立清,等.揮發性有機化合物處理技術的研究進展[J].化工環保,2008,28(1).

[5]盧辛成,蔣劍春.揮發性有機物的治理及活性炭的應用研究進展[J].生物質化學工程,2009.

[6]DAS D,GAUR V,VERMA N.Removal of volatile organic compound byactivated carbon fiber[J].Carbon,2004,42(14):2949-2962.

[7]DWIVEDI P,GAUR V,SHARMA A,et a1.Comparative study of removal of volatile organic compounds by cryogenic condensation and adsorption by activated carbon fiber[J].Separation and Purification Technology,2004,39(1):23-37.

[8]閏勇.有機廢氣中VOC的回收方法[J].化工環保,1997,17(6): 332-335.

[9]黎維彬,龔浩.催化燃燒去除VOCs污染物的最新進展[J].物理化學學報,2010,26(4):885-894.

[10]菅井秀郎.等離子體電子工程學[M].北京:科學出版社,2002:6-7.

[11]劉玉紅,羌寧,都基峻,等.生物洗滌法治理含苯酚廢氣研究[J].環境科學研究,2004,17.

張艷君（1987—），女，碩士，工程師，主要從事環境影響評價工作。