揮發(fā)性有機物(VOCs)治理措施現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

馮正敢，姚 麗，洪嘉陽，溫雨欣，李 會

(中國礦業(yè)大學(xué) 徐海學(xué)院，江蘇 徐州 2210008)

1 引言

揮發(fā)性有機物(VOCs)一詞在中國第一次被官方提及是在1994年10月由生態(tài)環(huán)境保護(hù)部發(fā)布的《廣東環(huán)境數(shù)據(jù)報告》中，在此之后，有越來越多的專家學(xué)者對其進(jìn)行研究。隨著專家學(xué)者對揮發(fā)性有機物(VOCs)研究的逐步深入，他們逐漸發(fā)現(xiàn)揮發(fā)性有機物(VOCs)對人類健康及環(huán)境質(zhì)量有著難以估量的危害。因此近幾年來，關(guān)于防治揮發(fā)性有機物(VOCs)等氣體污染物的方案、政策相繼出臺，其中《“十三五”關(guān)于揮發(fā)性有機物污染防治工作方案》(征求意見稿)、《“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案》等文件的提出，適時的減緩了揮發(fā)性有機物(VOCs)的污染進(jìn)程，并對其提出了新的的排放與治理要求。面對這些排放與治理要求，大量針對揮發(fā)性有機物(VOCs)的處理方式被提出并投入實際生產(chǎn)過程中。

2 VOCs簡介

2.1 定義

中華人民共和國生態(tài)環(huán)境部于2013年出臺的《揮發(fā)性有機物(VOCs)污染防治技術(shù)政策》中提到，VOCs(volatile organic compounds)揮發(fā)性有機物，是指常溫下飽和蒸汽壓大于133.32 Pa、常壓下沸點在50～260 ℃之間的有機化合物，或在常溫常壓下任何能揮發(fā)的有機固體或液體。

2.2 揮發(fā)性有機物(VOCs)的種類、來源及危害

揮發(fā)性有機物(VOCs)包括酸類、醛類、烴類、酮類、氨類等。揮發(fā)性有機物(VOCs)按其化學(xué)結(jié)構(gòu)，可以分為：烷類、芳烴類、酯類、醛類和其他等，目前已鑒定出的有300多種。最常見的有苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、三氯乙烯、三氯甲烷、三氯乙烷、二異氰酸酯(TDI)、二異氰甲苯酯等。

其主要的來源有工業(yè)廢氣，汽車尾氣，光化學(xué)煙霧，建筑、裝飾材料，生活及辦公用品等，這其中，工業(yè)生產(chǎn)的廢氣所攜帶的揮發(fā)性有機物(VOCs)危害性最大。當(dāng)工業(yè)廢氣中苯蒸氣濃度較高時，能夠產(chǎn)生直接引發(fā)人體致死性的急性中毒現(xiàn)象；通過有機廢氣檢測得到的多環(huán)芳烴有機物、有機氮化合物、芳香胺類化合物等都有較高的致癌率；苯酸類有機物進(jìn)入人體后會直接導(dǎo)致細(xì)胞中的蛋白質(zhì)凝固或者變形；腈類化合物和硝基苯，可直接入侵人體神經(jīng)系統(tǒng)和呼吸系統(tǒng)，導(dǎo)致人體呼吸困難、窒息以及神經(jīng)系統(tǒng)障礙，最終致人死亡[2]。除對人體構(gòu)成損害之外，部分揮發(fā)性有機物(VOCs)廢氣排放入大氣后，還會對臭氧層造成破壞，加劇溫室效應(yīng)，引發(fā)全球性氣候災(zāi)害。

3 VOCs處理方式

3.1 傳統(tǒng)處理方式

生產(chǎn)企業(yè)對于揮發(fā)性有機物(VOCs)污染的治理方法，根據(jù)處理產(chǎn)物是否含有揮發(fā)性有機物(VOCs)可以分為回收式與銷毀式兩類。回收式處理方法有吸附法、吸收法、冷凝技術(shù)、膜技術(shù)、水噴淋法等；銷毀式處理方法有燃燒技術(shù)(直接燃燒、催化燃燒)、光催化法、生物降解法、等離子體技術(shù)等。

3.1.1 不同處理方式的原理及優(yōu)缺點

(1)回收式處理方法。回收式方法脫除揮發(fā)性有機物(VOCs)的思路是利用揮發(fā)性有機物(VOCs)的物化性質(zhì)，將揮發(fā)性有機物(VOCs)通過特有裝置，使其各組分分離，繼而起到凈化的作用。具體方法及特點見表1。

(2)銷毀式處理方法。銷毀式方法是在一定技術(shù)手段和條件下，將揮發(fā)性有機物(VOCs)降解為無毒、無味的氣體，是一類破壞性的方法。具體方法及特點見表2。

3.2 現(xiàn)行處理方式

3.2.1 綜合處理技術(shù)

目前，各種關(guān)于揮發(fā)性有機物(VOCs)處理的傳統(tǒng)方式均有著各種缺點或不足，總結(jié)起來主要有成本過高、處理局限性大、易產(chǎn)生二次污染等。面對現(xiàn)狀，傳統(tǒng)處理方式的改良必不可少，將多種傳統(tǒng)處理方式進(jìn)行組合，使組合后的綜合處理技術(shù)能夠應(yīng)對各類工業(yè)生產(chǎn)中復(fù)雜的污染問題，例如吸附—催化氧化技術(shù)、吸附—蒸汽脫附—冷凝回收等組合工藝。這些綜合處理技術(shù)具有極強的針對性和互補性，處理效果優(yōu)于單一方法。

表1 不同處理方法的特點

表2 銷毀式處理方法及特點

3.2.2 新興技術(shù)

(1)生物法。生物法處理揮發(fā)性有機物(VOCs)的原理是在相應(yīng)環(huán)境條件下馴化篩選出相應(yīng)的微生物菌種，利用培養(yǎng)馴化的特定微生物菌種處理揮發(fā)性有機物(VOCs)，在處理過程中將污染物轉(zhuǎn)化為二氧化碳、水等對環(huán)境無害的物質(zhì)，從而凈化揮發(fā)性有機物(VOCs)。

生物法與傳統(tǒng)的有機廢氣處理方法相比，具有可在室溫下操作、成本較低、凈化效果好等優(yōu)點，并且安全性較高，尤其在處理氣量大、濃度低于3 mg/L的有機廢氣時更顯其優(yōu)越性。

目前，生物法處理揮發(fā)性有機物(VOCs)的工藝主要為生物過濾池、生物滴濾塔和生物洗滌塔[8]。這3 種處理工藝的特點具體細(xì)節(jié)如表3[4]。

(2)納米技術(shù)。納米材料由于結(jié)構(gòu)上的特殊性和處于熱力學(xué)上極不穩(wěn)定的狀態(tài)，導(dǎo)致了它具有小尺寸、表面與界面、量子尺寸、宏觀量子隧道、介電限域等效應(yīng)，這些效應(yīng)使得納米材料具有輻射、吸收、催化、吸附等奇特的性能，從而在許多方面有著廣闊的應(yīng)用前景[5]。其中前兩種效應(yīng)是納米材料在VOCs 處理凈化方面應(yīng)用的主要依據(jù)。方法、原理及應(yīng)用見表4。

表3 生物法的特點

表4 納米技術(shù)應(yīng)用方法舉例

綜上，綜合處理系統(tǒng)以及新興科技，在一定程度上彌補傳統(tǒng)工藝的缺陷，改善了傳統(tǒng)處理方式高成本、局限性大、易產(chǎn)生二次污染等的現(xiàn)象，但各類技術(shù)的應(yīng)用還不夠成熟完善，實際應(yīng)用效果并沒有完全發(fā)揮出理論上應(yīng)達(dá)到的效果，因此需要各行業(yè)、企業(yè)在實際應(yīng)用VOCs治理技術(shù)的過程中不斷摸索各類治理技術(shù)的適用條件及運維方式，使各類治理技術(shù)盡可能完善成熟，達(dá)到最優(yōu)的處理效果。

4 未來關(guān)于VOCs處理方式的展望

2018年9月30日，江蘇省人民政府辦公廳發(fā)布了《省政府關(guān)于印發(fā)江蘇省打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動計劃實施方案的通知》，第六章第二十四條提出:深化揮發(fā)性有機物(VOCs)治理專項行動。并做出具體要求，完善省重點行業(yè)揮發(fā)性有機物(VOCs)排放量核算與綜合管理系統(tǒng)；建成能夠統(tǒng)一管理揮發(fā)性有機物(VOCs)主要污染源排放、治理、監(jiān)測、第三方治理單位等信息的綜合平臺。

結(jié)合《通知》的相關(guān)要求可知，揮發(fā)性有機物(VOCs)防治的最佳途徑是從源頭到末端的全程管控，即從源頭遏制、過程控制、末端治理3個方面入手，并加強對行業(yè)內(nèi)揮發(fā)性有機物(VOCs)排放的監(jiān)控力度，最終實現(xiàn)《通知》中的相關(guān)目標(biāo)。

4．1 源頭遏制

采用無揮發(fā)性有機物(VOCs)的原材料進(jìn)行生產(chǎn)，避免生產(chǎn)過程中揮發(fā)性有機物(VOCs)的產(chǎn)生，做到從源頭進(jìn)行控制，最終達(dá)到揮發(fā)性有機物(VOCs)排放與治理標(biāo)準(zhǔn)。例如《中共江蘇省委 江蘇省人民政府 關(guān)于印發(fā)<“兩減六治三提升”專項行動方案>的通知》提出：強制使用水性涂料，全面使用低揮發(fā)性有機物(VOCs)含量的水性涂料、膠黏劑替代原有的有機溶劑、清洗劑、膠黏劑等。但該做法不僅會縮小原材料的選擇范圍，還將使生產(chǎn)成本大幅度提高。

4．2 過程控制

對現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝進(jìn)行改良。采用管道輸送加料，提高加料過程的密閉性，減少溶劑的揮發(fā)量；生產(chǎn)過程采用自動化控制系統(tǒng)，確保生產(chǎn)設(shè)備除投料和采樣外均保持密閉狀態(tài)。針對現(xiàn)有生產(chǎn)過程中產(chǎn)生揮發(fā)性有機物(VOCs)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行改良，在生產(chǎn)過程中減少揮發(fā)性有機物(VOCs)的排放量，從而達(dá)到揮發(fā)性有機物(VOCs)的排放與治理標(biāo)準(zhǔn)。但是，該做法將在一定程度上增加生產(chǎn)人員的工作量，提高生產(chǎn)成本。

4．3 開發(fā)新型治理技術(shù)

通過對環(huán)境污染治理的重視和揮發(fā)性有機物(VOCs)處理過程中的經(jīng)驗總結(jié)，近年來我國在廢氣治理技術(shù)上取得了新的突破和進(jìn)展——生物分子轉(zhuǎn)化法可以直接將廢氣中的有害物質(zhì)運用生物分子進(jìn)行轉(zhuǎn)換，變廢為寶，轉(zhuǎn)變成可利用的無害物質(zhì)。該做法不僅成本低廉，上手快，操作簡單，而且適用范圍和面積較大，是未來應(yīng)重點扶持和推廣的技術(shù)；將新型納米材料與光催化分解法相結(jié)合，使苯系物迅速講解，基本不產(chǎn)生二次污染，效率相比單一技術(shù)有明顯提高，且納米材料的取材和用料更加的環(huán)保和安全，是化學(xué)科技在揮發(fā)性有機物(VOCs)治理技術(shù)上取得的新進(jìn)展和新突破。

4．4 整改無組織排放源

揮發(fā)性有機物(VOCs)排放源中有很大一部分為無組織排放源。將各類無組織排放的揮發(fā)性有機物(VOCs)廢氣采取收集措施進(jìn)行有效收集，并經(jīng)過末端治理后有組織的排放，也是揮發(fā)性有機物(VOCs)減排的一大方式。化工行業(yè)全面應(yīng)用“泄漏檢測與修復(fù)”(LDAR)技術(shù)，建立LDAR管理平臺，定期調(diào)度企業(yè)LDAR實施情況。與此同時，要加強降塵量監(jiān)測，并及時完善相關(guān)法律法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)體系，讓執(zhí)法者在執(zhí)法過程中有法可依。

5 結(jié)語

本文通過對揮發(fā)性有機物的概念及其對環(huán)境的危害進(jìn)行分析，進(jìn)而對不同的處理方法在揮發(fā)性有機物(VOCs)治理中的應(yīng)用進(jìn)行了對比。結(jié)果表明，不同方法對VOCs的治理均存在相應(yīng)的優(yōu)勢和劣勢，想要做成一套高效低成本的處理系統(tǒng)，就必須博采眾長，合理設(shè)計，多種處理方式進(jìn)行組合，各種技術(shù)的組合工藝將是未來VOCs處理技術(shù)的主要發(fā)展方向。