VOCs危害及其處理技術

梁晶 王世朋 柯冬冬

摘 要：揮發性有機化合物（VOCs）是大氣污染的主要源頭之一，石油化工廢氣、垃圾焚燒發電和汽車尾氣排放等都會產生VOCs，其會對人民身體產生巨大損傷，并導致光化學煙霧、霧霾等的產生。文章綜述了目前國內外各項VOCs處理技術的原理及各自特點，并重點介紹吸附法、吸收法、膜分離法、冷凝法、燃燒法、光催化氧化、生物降解法以及等離子體法等控制技術。

關鍵詞：VOCs；危害；控制技術

中圖分類號：X701 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）27-0148-03

Abstract： Volatile organic compounds （VOCs） is one of the main sources of air pollution. VOCs can be produced by petrochemical waste gas， waste incineration， power generation and vehicle exhaust emissions， which will cause great damage to people's health. And lead to photochemical smog， haze， and so on. The principle and characteristics of various VOCs treatment technologies at home and abroad are reviewed in this paper， and the control technologies such as adsorption， absorption， membrane separation， condensation， combustion， photocatalytic oxidation， biodegradation and plasma are introduced in detail.

Keywords： VOCs； harm； control technology

1 概述

近年來，工業化程度越來越深入，社會經濟的發展也越來越迅速，人類社會的物質文明得到了前所未有的長足進步與發展。但同時，隨之而來的環境污染問題也變得更加嚴重和突出，已悄悄逐漸演變成了阻礙我國各方面發展的主要因素。在紛繁復雜的各類環境污染問題中，易隱蔽和擴散是大氣污染獨有的特點，這使其容易對人民身體健康造成長久侵害，并成為我國環境污染問題中最為嚴重的一種。

揮發性有機化合物英文縮寫一般為VOCs，是一類具有特定沸點與飽和壓力（常溫）的氣體化合物[1]，在常溫常壓就有容易被點燃和發生爆炸的威脅，如脂肪烴、鹵代烴、醇、醛、酮、醚、酯、梭酸類、胺類以及含硫、氯有機化合物等[2]。VOCs是一種主要的大氣污染物，其不僅對環境造成嚴重影響，威脅人民群眾健康，同時也是一種對可用能源的極大浪費與損失，對現代社會各方面的發展起到了很不利的阻礙作用，對孩童身體的健康生長和經濟進一步提升發展都造成了嚴重的威脅和阻礙。于是對VOCs產生的控制和治理VOCs已經造成的污染，已經變成現今氣體污染防治亟待解決的棘手任務。

2 VOCs的產生及危害

VOCs來源廣泛，人們平常生活中排放VOCs的來源主要是包含建材行業、化學涂料以及各類燒油機器乃至平常的洗衣做飯等的排放；工業生產中的一般常見來源主要有石油化工廢氣、電廠鍋爐尾氣、燃料燃燒過程、各種垃圾焚燒、印刷、電子行業清洗、油漆和橡膠等的生產與使用。

VOCs不單是產生途徑多種多樣，它的類型也是各式各樣，并且帶來很大的危害。VOCs絕大多數具有毒害作用，對人的視力、嗅覺造成嚴重損傷，而且對頭發、皮膚和內分泌系統都有很大的潛在威脅，甚至可能造成中毒事故發生；目前一部分VOCs更是被確定為致癌物質，比如甲醛和多環芳烴等；不少的VOCs是屬于容易燃燒和發生爆炸的化合物，給企業的安全運行構成了不小的威脅；而且大多數VOCs會與臭氧反應，導致臭氧層破壞形成空洞，使紫外線輻射危險加劇[3，4]。

隨著社會生產力越來越發達，VOCs造成的污染也愈加嚴重，人們開始一步步意識到其危害，也越來越迫切的尋求對VOCs進行管制的新型控制技術。

3 VOCs控制方法

對VOCs的控制方法包括兩大類，分別是前端的預防性管控和末端的處理性控制。預防控制的指導思路是通過革新工藝流程，改良或更換生產設備，加大研究和開發深度，以減少或消除VOCs的排放。末端控制又按照處置形式分為兩大類，分別是回收性質類技術和處理銷毀性質類技術。預防性管控對生產技術水平的要求很高，目前來說很難達到，大部分企業都多多少少的在生產流程中向環境排放各種VOCs，所以更新和發展以回收法和銷毀法為主的末端控制技術就格外重要。

3.1 回收方法

VOCs回收方法是指一類非破壞性的技術，是采用具有特殊性質的吸附劑或者滲透膜，在特定的物理化學條件下將VOCs分離出來，幾種常用的回收方法如下。

3.1.1 吸附技術

該方法脫除VOCs的思路是利用具有特定性質的吸附劑對VOCs微粒進行處理，隨后把截留下來的有機物分子在特定狀態下脫附，繼而起到凈化的作用，這是當前一種使用比較多的VOCs回收方法[5，6]。

吸附法重中之重是吸附劑，探究如何改變其比表面積、表面化學性質、孔徑分布和孔容等可以使吸附劑對VOCs的選擇性以及吸附容量得到優化，這也是當前一個重要的研究方向[7]。這個方法的優勢是去除效率相對比較高且凈化比較完全，但是它初期投資成本較高，且生產運行費用高、更換費用昂貴，另外吸附劑易失去活性，再生起來困難較多，同時無法避免二次污染的問題，以上問題都阻礙了這個技術得到較為普及的應用。

3.1.2 吸收技術

相似相容原理是吸收法的主旨理論，它是用不易揮發的吸收劑將VOCs回收，然后再根據VOCs與吸收劑性質上的不同，使VOCs從混合氣體中剝離出來。多種因素都會對吸收效果產生影響，吸收劑也不能隨便選取，其主要選用原則是要對被處理污染氣體的溶解度要大，且吸收劑本身的蒸氣壓低，不具有毒性，而且應該市場價格便宜且相對比較容易獲得等[8]。這個方法的優點是可利用的市場廣泛，可以處理所有能溶解在吸附劑里的污染氣體，而且能回收到有價值的副產品；弊端是相比較而言，工藝流程繁雜，無法保證吸收效率；另外還有一個大問題是必須對吸收液進行二次處理，否則又會造成污染。

3.1.3 冷凝技術

該方法的指導原理是，不同溫度下不同的氣體飽和蒸汽壓也不同，由此可以利用這個性質，運用冷卻劑將廢氣冷卻，當溫度低到VOCs的露點溫度時，就可以分離出已經變成液體的VOCs廢氣[9]。幾種經常見到的冷卻劑有冷水和液氨等。這個方法是全部VOCs控制技術里最簡單的，但同時也有不少弊端：只能用于具有較高的沸點和較高濃度的VOCs，如果處理對象很容易揮發，則處理效果會大打折扣。又因為為數眾多的VOCs具有容易點燃甚至爆炸的特點，受到爆炸極限的掣肘，廢氣里的VOCs含量不能太高，可是為了盡可能的提升回收效果，就需要采用加大壓力或降低溫度的措施，這又勢必會相應的加大設備成本和運行維護的支出。因而為了不使成本太高，這個方法一般不會獨自運用，而是將它與其他相應的技術結合起來聯合使用。

3.1.4 膜技術

該方法的指導思想是，應用能讓分子甄別性通過的特性薄膜，在膜兩端加上不同的壓力作為推力，由于VOCs與其他廢氣成分對所用分子膜穿透率的差異，最終將VOCs分離出來[10]。利用膜實施分離的方法對于具有較高濃度的氣體處理效果較好，這在化工行業里會經常用到，具有回收效率高的優點，但伴隨的弊端就是需要的設備初投資成本也很高。

3.2 銷毀方法

VOCs銷毀方法是在一定技術手段和條件下，將VOCs降解為無毒、無味的氣體，即是一類破壞性的方法。幾種經常能看到的技術如下。

3.2.1 燃燒技術

這個方法主要分下面所列的兩種。

直接燃燒法的指導思想是，利用VOCs氣體容易燃燒的性質，直接將VOCs氣體點燃，其對溫度的要求很高，需要很大的能量[11]。該方法可以去除氣相污染物，處理方式簡略容易實行，但其也具有明顯的缺點，即能耗巨大且操作溫度高，有較大的爆炸風險并可能產生有毒廢氣，同時其適用范圍狹窄，只能用于高濃度氣體，因而已逐步被替代。

催化燃燒的指導思想是，首先是挑選出一種適宜的催化劑，在遠遠低于直接點燃燃燒溫度的情況下，使廢氣里的有機廢棄物質與氧結合反應產生無污染的H2O及CO2等。它所應用的原理是利用催化劑使化學反應要求的活化能大幅度減少，另外在催化劑的作用下，使整體的反應進程加速，使氧化分解在低溫情況就可實現。此方法具有耗能較少、起燃溫度低、處理范圍廣泛、安全性相對穩定、去除效率較高、無二次污染問題等很多優點，是當前VOCs污染治理技術中極具應用前景的方法[12]。

3.2.2 光催化技術

該方法依據的指導思想是，在具有特定波長的光照情況下光催化劑與在其表面附著的水反應產生強氧化自由基，隨后通過一系列反應將VOCs最終轉化成二氧化碳和水[13]。該方法的生產工藝簡略，在日常條件下就可進行，但也存在一個較大弊端是，其只對部分VOCs脫除效果較好，對其它VOCs則效率很低，同時其催化劑容易失去活性，并且由于對太陽能利用的手段方法技術工藝還不夠完善等問題，使其未能在VOCs治理方面實現大規模的應用。

3.2.3 生物降解技術

該方法所依據的指導思想是，在特定的條件下，利用微小形生物自身特性，把VOCs氣體轉化為其生長所需要的營養物質和無機物[14]。影響該方法使用效率的主要因素是PH值、濕度、溫度、營養物質等。這個方法的設備相對比較簡單，運行容易，而且不會產生二次污染，存在的弊端是對其處理效果的影響因素太多，而且一般比較復雜，其處理速率不高，不容易進行批量生產，當前只對低濃度污染物脫除處理使用。

3.2.4 等離子體技術

這個方法所依據的指導思想是，在常溫常壓情況下運用高壓脈沖放電激發高能電子，隨后激發出的電子不停歇的運動撞擊空間別處的分子，最后在一系列化學反應后生成二氧化碳和水等[15]。這個方法所要求的設備比較簡單，具有生產運行和維護的費用不高的優點，同時很少產生再污染，但遺憾的是目前大部分工作仍停留在實驗狀態，實際工業生產中還沒有得到使用。

4 結束語

VOCs是主要的大氣污染物，對各方面都有很大的危害，對VOCs排放的控制和處理辦法有很多形式，但又都有不同的局限與缺點。因此治理VOCs污染問題，還要繼續更新與優化控制技術，以不斷提高VOCs脫除率、減少二次污染和降低生產運營成本。隨著國家、社會對環境保護的認識越來越深入，VOCs排放限制也將越來越嚴格，今后更先進、全面的處理技術一定會不斷涌現。

參考文獻：

[1]江梅，鄒蘭，李曉倩.我國揮發性有機物定義和控制指標的探討[J].環境科學，2015，9：3522-3532.

[2]李紅，李雷，許伶紅.大氣揮發性有機化合物環境基準研究進展與展望[J].生態毒理學報，2015，1：40-57.

[3]張林，陳歡林，柴紅.揮發性有機物廢棄的膜法處理工藝研究進展[J].化工環保，2002，22（2）：75-80.

[4]王健禮.催化燃燒去除揮發性有機物的整體式催化劑[M].四川：四川大學出版社，2007.

[5]任海軍.活性炭吸附法油氣回收技術及其應用[J].石油庫與加站，2011，04：17-18.

[6]Lillo-Ródenas M A， Cazorla-Amorós D， Linares-Solano A. Behaviour of activated carbons with different pore size distributions and surface oxygen groups for benzene and toluene adsorption at low concentrations[J]. Carbon，2005，43（8）：1758-1767.

[7]Kim H J， Nah S S， Min B R. A new technique for preparation of PDMS pervaporation membrane for VOC removal[J]. Advances in Environmental Research，2002，6（3）：255-264.

[8]Bhaumik D， Majumdar S， Sirkar K K. Pilot-plant and laboratory studies on vapor permeation removal of VOCs from waste gas using silicone-coated hollow fibers[J]. Journal of Membrane Science，2000，167（1）：107-122.

[9]Arulneyam D， Swaminathan T. Biodegradation of mixture of VOC's in a biofilter[J]. Journal of Environmental Sciences-Amsterdam，2004，16（1）：30-33.

[10]李國文，樊青娟，劉強，等.揮發性有機廢氣（VOCs）的污染控制技術[J].西安建筑科技大學學報（自然科學版），1998，04：95-98.

[11]劉亞敏，付智娟.可揮發性有機化合物治理技術及研究進展[J].江西化工，2006，01：23-26.

[12]左滿宏，呂宏安.催化燃燒與催化劑材料在VOCs治理方面研究進展[J].天津化工，2007，04：8-10.

[13]Tidahy H L， Siffert S， Lamonier J F， et al. Influence of the exchanged cation in Pd/BEA and Pd/FAU zeolites for catalytic oxidation of VOCs[J]. Applied Catalysis B： Environmental，2007，70（1）：377-383.

[14]李琳，劉俊新.揮發性有機污染物與惡臭的生物處理技術及其工藝選擇[J].環境污染治理技術與設備，2001，05：41-47.

[15]王艷芳，沙昊雷，於建明.低濃度VOCs廢氣處理技術進展[J].能源環境保護，2007，03：8-12.