淺析揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）的危害治理

劉春暉 高舉成

摘 要：文章介紹VOCs治理的重要性，并對燃燒法、吸收（洗滌）法、冷凝法、吸咐法以及生物法等各種控制VOCs污染的方法進(jìn)行較為詳細(xì)介紹，以便于對揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）的治理方法上進(jìn)行借鑒。

關(guān)鍵詞：揮發(fā)性有機(jī)物;危害;治理方法;工藝

中圖分類號：U472.9? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? 文章編號：1671-7988（2020）15-183-03

Abstract： Abstract： This paper introduces the importance of VOCs treatment， and introduces various methods to control VOCs Pollution， such as combustion method， absorption （washing） method， condensation method， absorption method and biological method， so as to provide reference for VOCs treatment.

Keywords： Volatile organic compounds; Hazard; Treatment method; Process

CLC NO.：U472.9? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）15-183-03

前言

世界衛(wèi)生組織將VOCs定義為：沸點(diǎn)在50℃到250℃的化合物，室溫下飽和蒸汽壓超過133.3Pa，在常溫下以蒸汽形式存在于空氣中的一類有機(jī)物質(zhì)。常見的污染物質(zhì)例如二氧化硫、二氧化氮等等，屬于一次污染物質(zhì)，而VOCs等臭氧揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)屬于二次污染，會對空氣造成非常嚴(yán)重的危害。

1 VOCs治理的重要性

在VOCs的排放源方面有非常多的類別，大致分為自然源和人為源，自然源頭主要包含野生動植物排放、濕地厭氧過程排放、森林大火排放;人為源頭的排放主要是工業(yè)生產(chǎn)排放、生活排放等等，而后一種是造成VOCs排放的主要因素之一。

人為源頭的VOCs排放主要分為移動源頭：包含機(jī)動車、輪船、飛機(jī)等等，以及生活源頭和工業(yè)生產(chǎn)源頭。工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中的表面噴涂、化工儲存、石化、溶劑使用等等，都會造成不同種類的VOCs排放。這些VOCs大部分會排放到大氣當(dāng)中，在工業(yè)生產(chǎn)的治理當(dāng)中，這部分危害集中治理是非常重要的。

2 VOCs的污染的控制方法

2.1 VOCs污染的燃燒法控制

采用燃燒法將蒸汽、煙塵或液體以及CO、NOx、HC有害氣體轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)的過程稱為燃燒法凈化。采用燃燒法控制的特點(diǎn)有以下幾個(gè)方面：

（1）只能適應(yīng)高溫下分解或者進(jìn)行燃燒的有害物質(zhì)。

（2）可以清除惡臭的氣味。

（3）不能回收有用的物質(zhì)。

（4）可以回收熱量。

燃燒法工藝一般采用直接燃燒、催化燃燒和熱力燃燒。

2.1.1 直接燃燒

直接燃燒也稱為直接火焰燃燒，即直接將有害物質(zhì)進(jìn)行燃燒，以消除污染。假如可燃組分的濃度高于燃燒上限，可以加入一部分空氣后再進(jìn)行燃燒;假如可燃組分的濃度低于燃燒下限，可以加入一定數(shù)量的天然氣、煤氣等輔助燃料用來維持燃燒，以使燃燒比較順利。采用直接燃燒的設(shè)備包括各類企業(yè)常見窯、燃燒爐或者通過某種輔助的裝置將廢氣導(dǎo)入鍋爐內(nèi)部進(jìn)行燃燒用來作為燃料氣進(jìn)行燃燒的設(shè)備等等。燃燒溫度一般要控制在1100℃左右，燃燒最終產(chǎn)物為二氧化碳（CO2）、水（H2O）、氮?dú)猓∟2）。直接燃燒法適于處理較高濃度廢氣但不適于處理低濃度廢氣。

2.1.2 催化燃燒法

催化燃燒法在實(shí)質(zhì)上為完全催化氧化，也就是在催化劑作用下，可燃燒物質(zhì)中的有害組分完全氧化為二氧化碳（CO2）和水（H2O）。這種方法已經(jīng)成為凈化碳?xì)浠衔飶U氣的有效手段之一。截止目前催化燃燒法已成功應(yīng)用于煉焦、漆包線、金屬印刷、油漆、絕緣材料、化工等多種行業(yè)。催化燃燒法常用催化劑包括貴金屬Pt、Pd;稀土;以為Al2O3載體的催化劑，以金屬為載體的催化劑。催化燃燒法的特點(diǎn)包括：

（1）對可燃組分濃度和熱值限制較小;

（2）要求的燃燒溫度相對比較低（大部分為300～450℃）輔助燃料消耗少;

（3）采用無火焰燃燒的方式，且安全性好，不會引起火災(zāi);

（4）為使催化劑延長使用壽命，廢氣在相對清潔，不允許廢氣中含有霧滴和塵粒。

2.1.3 熱力燃燒

熱力燃燒多數(shù)情況下用于可燃有機(jī)物含量較低的廢氣進(jìn)行凈化處理，熱力燃燒采用的工藝示意圖如圖1所示。熱力燃燒需要燃燒天然氣、煤氣等常見類型燃料，把廢氣溫度提高到熱力燃燒所需要的溫度，使其中的氣態(tài)污染物進(jìn)行氧化，分解為二氧化碳（CO2）、水（H2O）、氮?dú)猓∟2）等。采用熱力燃燒時(shí)燃燒需要的燃燒溫度要比直接燃燒需要的溫度低，一般在540～820℃即可進(jìn)行。可燃組分含量相對比較低，本身不能進(jìn)行燃燒。

熱力燃燒的必要條件包括停留時(shí)間、反應(yīng)溫度、湍流混合等。熱力燃燒可以采用普通的燃燒爐，也可用專門的裝置。專門裝置稱為熱力燃燒爐，它的結(jié)構(gòu)應(yīng)該滿足0.5s左右的接觸時(shí)間和保證760℃以上溫度。熱力燃燒爐的主體結(jié)構(gòu)包括燃燒室和燃燒器兩個(gè)部分，燃燒器可以使輔助燃料燃燒生成高溫燃?xì)?燃燒室可以使高溫燃?xì)馀c旁通廢氣湍流混合達(dá)到反應(yīng)溫度，并使廢氣再其中的停留時(shí)間達(dá)到要求。

2.2 VOCs污染的吸收（洗滌）法控制

溶劑吸收法是采用低揮發(fā)或不揮發(fā)液體為吸收劑，利用廢氣中各種組分在吸收劑中溶解度或化學(xué)反應(yīng)特性的差異，使廢氣中的有害組分被吸收劑吸收，從而達(dá)到凈化廢氣的目的。

VOCs吸收工藝見圖2所示相關(guān)內(nèi)容，含VOCs的氣體由吸收塔的底部進(jìn)入吸收塔，在上升過程中與來自吸收塔塔頂?shù)奈談┠媪鹘佑|而被吸收凈化，被凈化后的氣體由吸收塔的塔頂排出。吸收了VOCs的吸收劑通過吸收塔熱交換器以后，進(jìn)入氣提塔頂部，在溫度高于吸收溫度或（和）壓力低于吸收塔吸收壓力時(shí)得以解吸，吸收劑再經(jīng)過溶劑冷凝器冷凝后進(jìn)入吸收塔進(jìn)行循環(huán)使用。吸收技術(shù)是控制大氣污染的重要手段之一，不僅能消除氣態(tài)污染物，而且能將污染物轉(zhuǎn)化為有用產(chǎn)品。

溶劑吸收法是早期使用的方法，此種吸收工藝相對比較老化，凈化效率較低，目前已經(jīng)較少采用，被較多的更先進(jìn)的處理方法所替代。

2.3 VOCs污染的冷凝法控制

VOCs污染的冷凝法控制是利用揮發(fā)情有機(jī)物在不同溫度以及不同壓力下具有不同飽和蒸汽壓的性質(zhì)，可以采用提高系統(tǒng)壓力、降低溫度或者既提高壓力又降低溫度的方法，使處于蒸氣狀態(tài)的污染物冷凝并與廢氣分離。這種方法特別適用于處理廢氣體積分?jǐn)?shù)在10-2以上的有機(jī)蒸氣。

冷凝法在理論上可達(dá)到很高的凈化程度，但是當(dāng)體積分?jǐn)?shù)低于10-6時(shí)，必須采取達(dá)標(biāo)合格的冷卻措施。冷凝法不適宜處理低濃度的有機(jī)氣體，而常常作為其他凈化高濃度廢氣的前處理工序，用來降低負(fù)荷，回收有機(jī)物。冷凝系統(tǒng)流程圖如圖3所示。

冷凝法處理工藝也存在較多的缺點(diǎn)，目前僅在少數(shù)的比較簡單的處理工藝上所采用，隨著技術(shù)的發(fā)展，會有許多更先進(jìn)的方法出現(xiàn)。

2.4 VOCs污染的吸附法控制

吸附法是目前最廣泛使用的VOCs回收法。它屬于干法工藝，是通過具有較大比表面積的吸附劑對廢氣中所含的VOCs進(jìn)行吸附，將凈化后的氣體排入大氣。吸附法主要用于低濃度，高通量的VOCs處理。如圖4所示，含揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）的氣態(tài)混合物與多孔固體接觸時(shí)，利用固體表面存在的未平衡的分子吸收力或化學(xué)鍵力，把混合氣體中揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）組分吸附在固體表面，從而達(dá)到揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）與廢氣分離的目的。由于全過程的復(fù)雜性，費(fèi)用也相對較高。

吸附操作石油化工、有機(jī)化工等生產(chǎn)部門已廣泛應(yīng)用，成為一種重要的操作單元，這種處理方法工藝上也存在諸多的落后，隨著技術(shù)的發(fā)展，會有更先進(jìn)的處理方式出現(xiàn)。

3 總結(jié)

綜上所述，VOCs的治理是工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中不可忽視的重要問題，在下一個(gè)階段，只有對各行業(yè)的VOCs排放進(jìn)行綜合分析，摸清底細(xì)，才能夠制定可行性政策。從本文的分析可知，研究VOCs污染與控制，有利于我們從問題的角度看待目前治理VOCs過程當(dāng)中存在的不足，因而我們要加強(qiáng)系統(tǒng)性分析，探討有效政策方法以及技術(shù)方法，從而提高VOCs治理的全面性與科學(xué)性。

VOCs的治理問題是擺在我們從事相關(guān)行業(yè)人的面前一個(gè)共有的問題，怎樣進(jìn)行這一方面的綜合治理，是一個(gè)長久的課題。對于VOCs的治理，我們要采取綜合治理、分別控制、層層落實(shí)、關(guān)頭核驗(yàn)，只有這樣，才能夠?qū)OCs排放控制達(dá)到一個(gè)有效的控制。

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