揮發性有機廢氣治理技術進展

羅俊斌

摘 要：揮發性有機廢氣（VOCs）是包含多種化學成分的物質，由于活性強，在溫度高、強光照射下，極易與氮氧化物發生光化學反應，并對周邊環境及人類健康造成不利影響。本文作者結合實際情況，就未來揮發性有機廢氣治理技術的發展進行綜述，并就如何提高揮發性有機廢氣的治理效率提出相應建議。以供同行借鑒。

關鍵詞：揮發性有機氣體;污染;治理技術;發展

近年來，隨著我國經濟的快速增長，不僅推動了我國的工業化的發展，更加大了對揮發性有機廢氣的治理。所謂揮發性有機廢氣（VOCs）就是從某些固體或液體中以氣體形式排放在空氣中，包含多種化學成分的物質。由于活性強，在溫度高、強光照射下，極易與氮氧化物發生光化學反應，讓細小粒子污染漸趨嚴重，是霧霾天氣頻發的“元兇”之一，其中一些可能對短期和長期的健康產生不利影響。長期接觸VOCs可引起慢性中毒，損害肝臟和神經系統、血液系統、引起全身無力、瞌睡、皮膚瘙癢等;有的還可能引起內分泌失調、影響性功能;苯和二甲苯還能引發白血病。

1 揮發性高有機廢氣（VOCs）的來源

工業生產排放以及現在有機化學物質被廣泛的用作家用產品、建筑材料和辦公設備等的成分，包括：油漆、清漆、脫漆劑，其他溶劑，木材防腐劑，噴霧劑，清潔劑和消毒劑，防蛀劑，空氣清新劑，汽車產品用品，汽車尾氣，光化學煙霧，干洗劑，農藥、化妝品，除油劑，人造板，泡沫隔熱材料，塑料板材，壁紙，其他裝飾品，復印機和打印機，涂改液和無碳復寫紙，膠水和粘合劑，永久性標記和照相溶液等等產品，燃料也是由有機化學物質組成，所有這些產品在使用時以及存儲時都會釋放VOCs，都是VOCs的來源途徑。

2 揮發性有機廢氣的治理方法

生物技術被廣泛應用于環境治理和廢物處理，生物技術進行有機廢氣的處理是根據生物膜理論的原理，這關于有機廢氣跟生物膜之間的吸收、吸附、傳質基生物降解等過程，流程主要分為四步：

①傳質，從液相到固相，有機廢氣通過氣體擴散進入到液膜;②吸附，因為濃度差產生的壓力，會將污染物吸附到生物膜的表面，生物膜表覆蓋著微生物，可以吸收污染物;③微生物的生命活動可以依靠有機廢氣作為營養物質，并附著在生物膜表面的微生物在新陳代謝過程中將營養物質即有機廢氣物質分解成二氧化碳、水、無機物和生物質;④分解形成的生物質和水可以進入液相被重復利用，而二氧化碳會從生物膜表面脫離擴散到大氣中。

當前生物處理方法的工藝主要有以下幾種：生物過濾器，生物洗滌器，生物滴濾器。幾種方法各有優缺點，需要根據實際工況進行合理選擇。生物過濾器，能夠有效地去除有刺激性氣味的氣體，適用于單環芳烴、醇、酮等有機廢氣，并且投資小、成本低、操作簡單，同時也存在缺陷，因為生物過濾器體形大，需要占用較大的土地面積，因為微生物的新陳代謝，長時間不進行處理，就會使得填料出現礦化的現象，最終因為微生物的大量繁殖封堵填料，降低傳質的效果，所以需要高頻率的更換填料。生物洗滌器，一般由洗滌器和生物反應器構成，兩者形成活性污泥處理系統，生物洗滌器在運行過程中易于調節，不容易出現堵塞的問題，但是操作要求高，難以處理濃度高和其量波動大的廢氣，無二次污染。但是這種設備洗滌塔系統壓降較大，一次性投資大、維護也需要昂貴的維護費。

3 吸附法

3.1 活性炭吸附

對于吸附法而言，活性炭屬于最為常用的吸附劑之一，能夠有效吸附VOCs，使得氣體能夠滿足排放標準。活性炭的主要優勢為價格低、吸附效果良好。而活性炭纖維則是高新科學技術創新的優良結果，其與傳統的活性炭對比，在VOCs的治理上，活性炭纖維的吸附效果更為突出，其原理為：活性炭纖維內外表面都分布著較多碳原子，通過這些碳原子的作用而構成了吸附效果極強的表面性結構。而正因該結構的特殊性，使得活性炭纖維吸附性能有著較大優勢，不論是在吸附速度上，還是吸附容量上，抑或是表面積大、再生簡單等方面，都表明了活性炭纖維十分適合廣泛應用于VOCs的治理工作中。

3.2 分子篩轉輪吸附

此種吸附方法比較適合用來處理大風量、濃度低的VOCs，去除率可高達90%以上，具有高效率、運行穩定的優點。其運作原理為現將有機廢氣從大風量轉化為小風量，而在小風量的狀態下，VOCs到達旋轉轉輪的處理區域會被轉輪之上的吸附劑吸附，從而使得氣體中的VOCs得到有效去除。

3.3 等離子處理方法

等離子法是通過施加外電場使離子放電，形成大量的活化粒子，粒子具有能量與污染物分子劇烈碰撞從而發生哈化學反應，然后污染物分子被分解成為二氧化碳、水等小分子化合物或氧化成低毒或無毒物質。等離子體屬于高化學活性粒子，但是它對廢氣組成沒有選擇性，它可以與大多數廢氣中的成分發生反應破壞其化學鍵，使其斷裂，從而分解污染物分子，將常規方法無法處理的污染物分解成簡單的化合物，比起其他的化合物，有著流程短、去除率高、能耗低、適用性強、發展空間大等有點。但是其缺點也很明顯，需要高電源、利用能量的效率較比低，不能完全降解有害物質導致有二次污染。

4 燃燒處理方法

4.1 直接燃燒法（TO）

直接燃燒法即將VOCs直接通往能夠焚燒的鍋爐內，當VOCs夠高時，能夠在爐中充分燃燒;若VOCs濃度不高或是燃燒熱不高時，僅僅憑借自身燃燒產生的熱量是無法實現持續燃燒的，這是便需要加入輔助燃料，使廢氣燃燒完全。此種方法的優點在于，投入費用不高、所需設備簡單。是應用這種方法處理VOCs需要始終保持較高的燃燒穩定，并且在此種高溫下可能會生產氮化物，會對空氣造成二次污染。

4.2 催化燃燒法（CO）

催化燃燒方法利用催化劑進行氣--固相催化反應，降低廢氣進行燃燒反應的活化能，使其在250℃左右進行污染燃燒，最后能夠將有機物分成無毒、無污染的CO2和H2O。這種方法只能處理氣體量小的有毒廢氣。催化燃燒需要用到催化劑，催化劑的種類比較多，每一種催化劑的活性也不一樣，常見的催化劑主要有貴金屬催化劑和非貴金屬催化劑，一般貴金屬催化劑的活性比較高，也有很好的耐高溫性，但是這類催化劑價格高，并且其催化效果還會受到介入的第二金屬成分、預處理方式的影響，所以很少進行產業化。而非貴金屬氧化物催化劑有銅、錳、鈰等非貴金屬氧化物，比貴金屬氧化劑的價格低很多，也有不錯的催化活性，所以常常被用作貴金屬催化劑的替代品，是這幾年來環境催化燃燒的研究熱點之一。

4.3 蓄熱燃燒法（RTO）

直接燃燒法所產生的熱量大部分會被浪費掉，熱量利用率不高。為了降低成本，蓄熱燃燒法的原理是利用蓄熱室將VOCs燃燒產生的熱量儲存起來，然后再用這些熱量對燃燒室的VOCs廢氣進行預熱，對VOCs廢氣的燃燒起到了輔助作用，減少了輔助燃料的使用，減少了燃燒成本。這種方法有操作簡單、設備使用壽命長的優點，能夠大量的處理中低濃度的VOCs廢氣，但是這種設備體積大，一次性投資費用高。

5 組合處理工藝

很多情況下針對有機廢氣處理單一處理方法不一定能滿足處理需要，需要幾種處理方法組合使用，特別是針對低濃度有機廢氣，一般使用“活性炭+燃燒”，“活性炭+冷凝”或“分子篩轉輪+燃燒法”進行處理。

6 結語

揮發性有機氣體成分復雜，其處理方法也各種各樣，每種方法也有不同的優缺點。要使廢氣處理結果達標，那么對有機廢氣進行處理時要充分考慮廢氣含有的成分和凈化要求選用適合的處理技術。

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