論揮發(fā)性有機物的危害和控制

張佩芳

（上海威正測試技術有限公司， 上海 201602）

0 引言

揮發(fā)性有機物指能夠參與大氣光化學反應的有機化合物。可以用總揮發(fā)性有機物（以TVOC 表示）或非甲烷總烴（以NMHC 表示）作為污染物控制指標。總揮發(fā)性有機物（TVOC）指采用規(guī)定的監(jiān)測方法，對廢氣中的單項揮發(fā)性有機物進行測量，加和得到揮發(fā)性有機物的總量，以單項物質的揮發(fā)性有機物質量濃度之和計。非甲烷總烴指在采用規(guī)定的監(jiān)測方法下，氫火焰離子化檢測器有響應的氣態(tài)有機化合物（不包括甲烷）的總合，以碳的質量濃度計。揮發(fā)性有機物被認為是PM2.5 的前置物，近幾年大氣污染天氣頻發(fā)，因此揮發(fā)性有機物的控制意義重大。[1]

1 揮發(fā)性有機物的成因與危害

揮發(fā)性有機物與氮氧化物等在紫外光的照射下發(fā)生一系列的光化學反應，產生臭氧和二次氣溶膠等污染物，引起臭氧和氣溶膠增加。這些二次氣溶膠和硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽、黑炭和有機化合物等共同組成了PM2.5。也就是說揮發(fā)性有機物一方面會導致細粒子的產生，形成PM2.5；另一方面揮發(fā)性有機物也會導致近地面臭氧濃度增高。

低濃度臭氧有殺菌消毒的作用，但超標臭氧是無形殺手。超標臭氧對人體的呼吸道有著嚴重的刺激作用，會引起咳嗽、胸悶、喉嚨腫痛等不適癥狀，增加肺氣腫和支氣管炎發(fā)病率；[2]它會引起神經中毒，造成頭疼、頭疼、視力下降或記憶力衰退；會破壞人體皮膚中的維生素E，使皮膚起皺、出現(xiàn)黑斑，加速皮膚老化和損傷；同時還會使人體的免疫機能下降，增加淋巴細胞染色體病變率，加速衰老過程。

二次氣溶膠和硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽、黑炭和有機化合物等共同組成了PM2.5，PM2.5 為霾的形成提供了晶核，成為霾形成的最大貢獻者。霾是指空氣中的大量極細微的塵粒子均勻地懸浮在空中，使空氣渾濁，能見度降低并導致水平能見度小于10 千米的自然天氣現(xiàn)象。霾污染主要源于人為污染，罪魁禍首就是PM2.5。

2 揮發(fā)性有機物的治理

工業(yè)企業(yè)揮發(fā)性有機物的治理主要包括源頭減排、過程控制和末端治理。工業(yè)企業(yè)揮發(fā)性有機物主要來自于揮發(fā)性原輔材料的使用，工藝過程中產生的揮發(fā)性有機物。通過替代原輔材料中高揮發(fā)性物質，使用水性材料和高固份材料來取代高揮發(fā)性材料，從而可以大大降低揮發(fā)性物質的使用量和產生量。源頭替代是減少揮發(fā)性有機物排放最有效的方法，但是存在企業(yè)運行成本提高，部分水性材料或者高固份材料性能不能滿足現(xiàn)有工藝的生產要求等情況。同時可以通過改進生產工藝來控制生產和輸送過程中產生的揮發(fā)性物質。改進生產工藝，減少揮發(fā)性原輔材料的使用量、產污工序或者產污工序的時間，從而降低生產過程中產生的揮發(fā)性污染物。例如控制揮發(fā)性物質儲罐方式，采用浮頂罐及設置廢氣收集裝置，采用輸送時廢氣循環(huán)系統(tǒng)。嚴格控制管道輸送時的揮發(fā)性廢氣的泄露，更換泄露閥門及密封件，嚴格控制跑冒滴漏現(xiàn)象。使用UV 技術和UV 油墨進行印刷，更新了傳統(tǒng)印刷技術，減少了有機廢氣的產生。

末端治理技術主要是通過改變廢氣收集和處理方式，提高廢氣收集效率和處理效率，從而減少有機廢氣的排放。揮發(fā)性有機廢氣一般要求全密閉收集或設置集氣罩，全密閉空間的通風換氣次數一般為8～30 次，局部設置集氣罩，集氣罩應覆蓋產生有機廢氣的投影面積，有些影響設備操作的則可設置側向集氣罩，也可設置軟簾，提高集氣效率。對于大型的帶式生產線，廢氣產生點均勻分散且現(xiàn)場層高不允許或者有行車運行的生產車間，只能采用全密閉收集，整體通風換氣的廢氣收集方式，通風換氣次數一般不能低于8次/小時。

末端處理裝置一般有催化燃燒（RCO）、蓄熱燃燒（RTO）、吸附、冷凝、光解和生物法等。

2.1 燃燒法

燃燒法一般用于處理可燃、在高溫下可分解和在目前技術條件下還不能回收的揮發(fā)性有機廢氣，燃燒法可回收燃燒反應熱量，提高經濟效益，燃燒法的處理效率一般在95%以上，是目前最為高效的廢氣處理方式，但是前期投資費用較高，且運行和維護要求高。

催化燃燒法（RCO）凈化氣態(tài)污染物是利用固體催化劑在較低溫度下將廢氣中的污染物通過燃燒，氧化分解轉化為二氧化碳和水等化合物的方法。催化燃燒法可以有效凈化連續(xù)、穩(wěn)定的生產工藝產生的固定源氣態(tài)及氣溶膠態(tài)有機化合物。今年來隨著燃燒催化劑性能的不斷提高，特別是抗中毒、抗燒結能力的提高，使用壽命的延長，催化燃燒技術的應用范圍不斷擴大，目前在國內外噴涂和涂裝作業(yè)、汽車制造等行業(yè)應用廣泛，適用于氣態(tài)及氣溶膠態(tài)烴類化合物、醇類化合物等揮發(fā)性有機物化合物的凈化。

蓄熱燃燒法（RTO）是利用輔助燃料燃燒產生的熱能、廢氣本身的燃燒熱能，或者利用蓄熱裝置所貯存的反應熱能，將廢氣加熱到燃燒溫度，進行氧化（燃燒）反應，廢氣中的有害組分通過充分燃燒，氧化分解成為二氧化碳和水，從而實現(xiàn)污染物的去除。蓄熱燃燒工藝適用于處理連續(xù)、穩(wěn)定生產工藝產生的有機廢氣。蓄熱燃燒工藝通常使用氣體或液體燃料進行輔助燃燒加熱，在蓄熱燃燒系統(tǒng)使用合適的蓄熱材料和工藝，以便系統(tǒng)達到處理廢氣所必需的反應溫度、停留時間、湍流混合度的三個條件。該技術的特點是系統(tǒng)運行能夠適合多種難處理的有機廢氣的凈化處理要求，處理效率高，工藝技術可靠，沒有二次污染，管理方便。

2.2 吸附法

吸附法凈化氣態(tài)污染物主要適用于低濃度有毒有害氣體凈化，是利用固體吸附劑對氣體混合物中各組分吸附選擇性不同而分離氣體混合物的方法。常用吸附劑包括活性炭、活性氧化鋁、分子篩和硅膠等。吸附劑應當滿足比表面積大、吸附選擇性強、孔隙率高、吸附容量大、化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性等特點。脫附操作可采用升溫、降壓、置換、吹掃和化學轉化當脫附方式或幾種方式的組合。有機溶劑的脫附宜選用水蒸氣和熱空氣，對于不溶于水的有機溶劑冷凝后直接回收，對溶于水的有機溶劑應進一步分離回收，分離后的廢氣中仍含有少量的揮發(fā)性物質，應循環(huán)利用或處理達標后排放。

活性炭吸附適用于有效分離與去除低濃度有機廢氣，是目前使用最為廣泛的VOCs 處理法，吸附材料可以是顆粒活性炭或活性炭纖維，該法投資費用低，但是活性炭與有機廢氣的吸附量比值為10：1，活性炭利用率不高，產生大量的廢活性炭，且需妥善保存及時處理，否則廢活性炭中的有機廢氣將再次釋出。

2.3 其他方法

冷凝法屬于高效處理工藝，適用于回收和處理高濃度揮發(fā)性有機廢氣，用于預處理高濃度有機廢氣，回收有價值的產品，降低廢氣負荷，與吸附法、燃燒法等其他方法聯(lián)合使用。揮發(fā)性有機廢氣占總體積分數0.5%以上時優(yōu)先采用。

光解法適用于可光解的揮發(fā)性有機廢氣的處理，將可光解的揮發(fā)性有機物分解成二氧化碳和水或將揮發(fā)性有機廢氣中的大分子光解為小分子，一般用于預處理階段。單獨處理有機廢氣的效率約10%～20%。

生物法對于常溫、低濃度、生物降解性好的揮發(fā)性有機廢氣有良好的處理效果，常用于惡臭物質的處理。廢水處理站加蓋收集的廢氣和污泥處理站產生的廢氣都可以采用生物法來處理。

3 結束語

通過源頭減排、過程控制和末端治理，揮發(fā)性有機物可以得到有效的控制，可以有效減少工業(yè)企業(yè)揮發(fā)性有機物產生量和排放量，減少環(huán)境中臭氧和PM2.5 的形成，從而有效降低環(huán)境中臭氧濃度和減少霧霾天氣的形成。