VOC凈化研究進展

張紅陽 李林威 聶蓉蓉 張鵬錫 榮俊鋒

摘要：揮發性有機物（VOC），是目前廢氣治理領域的難點，本文綜述了VOC凈化方法：燃燒法，光催化氧化法，低溫等離子體技術，超聲波解析技術，吸附法，吸收法，冷凝法，膜分離法，生物法，重點介紹了旋轉超重力法，并對未來發展趨勢進行了展望。

關鍵詞：揮發性有機物，等離子體，旋轉超重力

一、VOCs的凈化方法：

1.燃燒法

燃燒法是將噴漆廢氣中的有機物燃燒氧化，轉換成CO2和H2O無害物質達到廢氣凈化目的。燃燒法可分為直接燃燒法、熱力燃燒法、催化燃燒法、蓄熱燃燒法等類型。

（1）直接燃燒法高濃度可燃有機廢氣宜采用直接燃燒法。直接燃燒法需要足夠高溫度，并保證燃燒空間內擁有足夠氧氣。若氧氣量不足則燃燒不完全;若氧氣量過多，會使可燃物濃度不在著火界限范圍內導致不完全燃燒。為防止氣體爆炸，一般在鍋爐或敞開的燃燒器中燃燒廢氣，燃燒溫度大于1100℃;但當燃燒不完全時，會導致一些污染物和煙塵排放到大氣中，同時燃燒的熱能無法回收，

造成燃料能量損失。

（2）熱力燃燒法―低濃度可燃有機廢氣可采用熱力燃燒法處理。濃度低可燃性物質導致在燃燒過程中不足以釋放支持整個燃燒過程所需的能量，因此需加輔助燃料作為助燃氣體，通過燃燒助燃氣體提高熱量，使廢氣達到反應溫度并充分燃燒。熱力燃燒法溫度一般在500～900℃范圍內，低于直接燃燒法溫度。

（3）催化燃燒法―催化燃燒法被視為處理VOCs的一種高效技術，在催化劑作用下VOCs可在較低溫度下（通常為200～400℃）氧化生成無污染的CO2和H2O。催化燃燒法無二次污染，工藝操作簡單，安全性高，起燃溫度低;但催化劑性能優劣決定VOCs凈化效果，因此高性能催化劑選擇和研究開發是高效新型催化燃燒法的核心問題。處理高濃度、小風量有機廢氣可采用催化燃燒法，但噴漆廢氣風量大、VOCs濃度一般低于300mg/m3，不太適合處理噴漆廢氣。

（4）蓄熱燃燒法當有機廢氣濃度不高時，常規的熱力燃燒和催化燃燒不足以維持自燃，需要額外補充大量熱能，因此宜采用蓄熱燃燒。蓄熱燃燒技術優勢在于凈化效率高、無二次污染，同時實現能量回收，節約燃料，具有良好應用前景。

在眾多的揮發性有機物治理技術當中，燃燒法是最為常見且應用最為廣泛的技術之一，它主要由催化燃燒和直接燃燒兩種方法組合構成。其工作的原理為：利用催化燃燒和直接燃燒時產生的化學反應對大氣中的揮發性有機物進行破壞和摧毀，然后使其產生反應，降低大氣中有機物的含量，也使得其危害性得到控制。這種方法對于低濃度的揮發性有機物處理效果較好，但燃燒法需要在特定的條件下才能進行，這也就使得它的治理成本較高，在未來還需對其進行優化和改進。

2.光催化氧化法

光催化氧化法主要是利用特定波長的光（通常為紫外光）照射光催化劑，激發出“電子–空穴”對，產生具有極強氧化能力的自由基活性物質，將吸附在催化劑表面上的VOCs氧化成為CO2和H2O等無毒無害物質。光催化氧化技術反應條件溫和、設備簡單，但存在光子效率低、催化劑易失活等缺點。

3.低溫等離子體技術

低溫等離子體技術是近年來發展起來的廢氣治理新技術。等離子體中存在大量電子、離子、活性基和激發態分子等有極高化學活性的粒子，使很多需要很高活化能的化學反應能夠發生，轉化或分解有機物。低溫等離子體技術適用于低濃度VOCs凈化，具有裝置簡單、阻力低等優點。在工業VOCs凈化過程中，存在能耗高、降解產物不完全等缺點。

4.超聲波解析技術

超聲波解析技術主要是采用超聲波發射過程中所產生的熱量來對大氣中的揮發性有機物進行治理，同時，這種熱量還可以增加吸附劑的吸附能力，使得治理的效果達到最大化。經過科研人員無數次的研究和實驗表明，超聲波解析技術針對活性炭等污染物能夠發揮最大的效果。其治理的速度相對較快，同時還具有治理成本較低等一系列優點。在實際的揮發性有機物的治理過程中，超聲波解析技術也可以看做是傳統的吸附技術與焚燒技術相結合的技術，但其治理效果又遠遠高于二者中任意一項治理技術。

二、未來發展趨勢：

VOCs處理技術正逐漸由單一化向集成化和高新化轉型，各種VOCs治理技術都有各自的適用性和局限性。以上的諸多方法中不乏凈化效率高的方法，但這僅僅停留在實驗室階段。

就工業化技術推廣而言，燃燒法和超重力場技術是性價比較好的方法。燃燒法應用面廣，但儀器設備不夠靈活，就未來具有更廣的產品推廣意義而言，筆者認為超重力場技術憑借其靈活、能耗低等符合國家節能環保的政策更具優勢。旋轉超重力場高效除塵器由轉子、轉軸、液體分布器、氣體分布器和外機殼組成。 轉子上布置填料，由電動機和轉軸帶動高速旋轉，利用旋轉產生的離心力產生穩定可調的超重力場，強化傳質和混合過程。含塵氣體和液體分別通過氣體分布器和液體分布器切向進入。 含塵氣體進入超重力場后，其運動方向改變為旋轉方向和徑向方向， 一部分顆粒物在巨大的離心力作用下，向機殼內壁運動，被機殼內壁上的液膜捕集，從氣相脫除; 另一部分顆粒物會隨氣流穿越高速旋轉的填料轉子，同時液體被噴灑在轉子上，在巨大剪切力的作用下，被切割成液滴、液絲、液膜等微元，這些微元 存在極大的氣液接觸面積，能有效捕捉穿過的氣流中含有的粉塵顆粒，達到除塵的目的。 所以，旋轉超重力場高效除塵器是一種集慣性碰撞、正面攔截、離心沉降、機械旋轉碰撞和水膜捕集機制于一體的新型除塵技術。

旋轉超重力場技術可代替傳統濕法除塵水洗塔，縮小其體積，顯著提高除塵效率;適用于高溫、高濕、高含塵、易結塊含塵廢氣凈化處理;可適用于振動較大的環境。

參考文獻

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[2]高素蓮，侯魯健，閆學軍，劉光輝，夏志勇，王琛.濟南市夏季臭氧重污染時段VOCs污染特征及來源解析[J/OL].生態環境學報

作者簡介：榮俊鋒（1987-），男，碩士，實驗師，從事有機廢水處理，可降解材料研究工作。

基金項目：2020年國家級大學生創新創業訓練計劃項目（項目編號：202010361078）。2020年國家級大學生創新創業訓練計劃項目（項目編號：202010361079）。