VOCs治理技術(shù)分析及研究進(jìn)展

雷潔瓊

（西安道特石化工程有限公司，陜西西安 710077）

社會(huì)在工業(yè)化過程中取得的進(jìn)一步發(fā)展中已導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境破壞，并且隨著環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，這已成為企業(yè)發(fā)展的一個(gè)問題，需要優(yōu)先考慮并提出解決方案。VOCs（包括未排放到大氣中的VOCs）在某些條件下會(huì)形成輕微的化學(xué)污染，對(duì)動(dòng)物和人類健康都有影響。某些有毒煙霧會(huì)致癌，并會(huì)對(duì)您的身體造成長(zhǎng)期嚴(yán)重?fù)p害。

揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）是形成O3及PM2.5的重要前體物；加強(qiáng)VOCs治理是控制O3及PM2.5污染的有效途徑，也是幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)約資源、提高效益、減少安全隱患的有力手段。本文簡(jiǎn)要介紹了VOC廢物處理技術(shù)。

1 VOCs規(guī)范處理的重要性

隨著環(huán)保政策的出臺(tái)和技術(shù)的飛速發(fā)展，我國(guó)揮發(fā)性有機(jī)化合物管理技術(shù)得到了極大的發(fā)展。VOCs是揮發(fā)性有機(jī)化合物，大多數(shù)VOCs對(duì)身體造成危險(xiǎn)。工業(yè)生產(chǎn)對(duì)空氣質(zhì)量產(chǎn)生強(qiáng)烈、持續(xù)和深遠(yuǎn)的影響。VOCs排放清單顯示，排放量最高的城市主要是由人為工業(yè)排放造成的，不同來源的VOCs成分、濃度和毒性性質(zhì)也有所不同。揮發(fā)性有機(jī)化合物，特別是無組織的排放，與公司主要使用的生物熔膠溶劑和成分密切相關(guān)。當(dāng)前的VOCs排放研究著眼于將公司作為整體的排放控制和一般分析，而較少研究著重于VOCs的生物以及細(xì)污染物的變化和形成。

2 VOCs的來源和危害

2.1 VOCs的來源

VOCs的來源有兩種，分別是天然源和人為源。天然源主要與植物和自然資源有關(guān)，例如植物釋放，火山內(nèi)爆和森林大火，森林和森林中的主要排放物，以及主要的賴硒化合物是多珠和單萜。人為源主要是工業(yè)排放和生活排放。其中生活排放途徑主要是廚房油煙、秸稈燃燒、家居裝潢以及汽車尾氣等；而大部分來源還是工業(yè)排放。在煩瑣復(fù)雜的石油化工工藝過程中，會(huì)產(chǎn)生烴類、醛類、醇類及酸類物質(zhì)。如鍋爐、焚燒爐及加熱爐加熱過程中會(huì)產(chǎn)生燃燒煙霧廢氣；催化、裂化會(huì)產(chǎn)生二氧化硫、二氧化碳、一氧化碳等廢氣；瀝青氧化過程中會(huì)產(chǎn)生有毒氧化瀝青廢氣等。其中，油氣存儲(chǔ)及運(yùn)輸是最大得排放源；而使用溶劑是人類第二大最常見的排放源。例如輕工業(yè)行業(yè)，主要是指鋁箔紙、膠、油墨等，以及清洗設(shè)備中的溶劑洗滌劑。作為傳統(tǒng)汽車涂裝工藝的一部分，工廠都會(huì)排放揮發(fā)性有機(jī)化合物。

2.2 VOCs的危害

VOCs充滿了各種有害化學(xué)物質(zhì)，其中大多數(shù)有毒，并導(dǎo)致長(zhǎng)期居住在這種環(huán)境中的人們面臨多種并發(fā)癥，尤其是對(duì)大腦和神經(jīng)系統(tǒng)造成的最嚴(yán)重后果，反過來又助長(zhǎng)了白血病、血液中毒和癌癥的爆發(fā)。在世界范圍內(nèi)，估計(jì)每年有160萬人死于因VOCs污染直接或間接引起的疾病；同時(shí)是對(duì)人類健康的威脅和限制社會(huì)進(jìn)步的原因。VOCs還與許多空氣污染原因直接相關(guān)：它們能夠增加PM2.5和O3濃度，以及增加霧霾天氣、煙霧等。考慮到迄今為止可用的生產(chǎn)條件，這些污染物（VOCs）的排放是不可避免的；因此，用于處理它們的技術(shù)尤為重要。

3 VOCs廢氣治理技術(shù)

實(shí)用的VOCs末端治理技術(shù)眾多，主要包括吸附、燃燒（高溫焚燒和催化燃燒）、吸收、冷凝、生物處理及其組合技術(shù)。各類技術(shù)都有其一定的適用范圍，其對(duì)廢氣組分及濃度、溫度、濕度、風(fēng)量等因素有不同要求，因此企業(yè)在選用治理技術(shù)時(shí)，應(yīng)從技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)性多方面進(jìn)行考慮。在選擇廢氣治理技術(shù)時(shí)，可根據(jù)VOCs濃度的不同選擇合適的處理技術(shù)，詳見圖1。

圖1 VOCs 治理技術(shù)適用范圍（濃度）

亦可根據(jù)處理的風(fēng)量及濃度綜合選擇，圖2直觀地給出了不同單元治理技術(shù)所適用的有機(jī)物濃度和廢氣流量的大致范圍。

圖2 VOCs 治理技術(shù)適用范圍（濃度、風(fēng)量）

3.1 吸附法

吸附法一般針對(duì)濃度較低的廢氣；采用吸附濃縮技術(shù)（固定床或沸石轉(zhuǎn)輪吸附），此法近年來在低濃度VOCs的治理中得到了廣泛應(yīng)用，視情況既可以對(duì)廢氣中價(jià)值較高的有機(jī)物進(jìn)行冷凝回收，也可以采用催化燃燒或高溫焚燒工藝進(jìn)行銷毀。但關(guān)鍵點(diǎn)在于廢氣溫度，吸附法要求氣體溫度一般低于40℃，如果廢氣溫度比較高，吸附效果會(huì)顯著降低，因此應(yīng)該首先對(duì)廢氣進(jìn)行降溫處理或不采用此技術(shù)。采用活性炭吸附時(shí)VOCs消除率高達(dá)90%。活性炭可以多次吸收解吸，能源消耗小，簡(jiǎn)單，效率高。采用活性炭吸附一般會(huì)結(jié)合催化燃燒，以達(dá)到徹底凈化的目的。

3.2 燃燒法

對(duì)于中小風(fēng)量中高濃度VOCs廢氣的（達(dá)10-3數(shù)量級(jí)），當(dāng)無回收價(jià)值時(shí)，一般采用催化燃燒（CO/RCO）和高溫燃燒（TO/TNV/RTO）技術(shù)進(jìn)行治理。在該濃度范圍內(nèi)，催化燃燒和高溫燃燒技術(shù)的安全性和經(jīng)濟(jì)性是較為合理的，因此是目前應(yīng)用最為廣泛的治理技術(shù)。蓄熱式催化燃燒（RCO）和蓄熱式高溫燃燒技術(shù)（RTO）近年來得到了廣泛的應(yīng)用，提高了催化燃燒和高溫燃燒技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性，使得催化燃燒和高溫燃燒技術(shù)可以在更低的濃度下使用。

燃燒法中當(dāng)氣體溫度比較高，接近或達(dá)到催化劑的起燃溫度時(shí)，由于不再需要對(duì)廢氣進(jìn)行加熱，即使有機(jī)物濃度較低，采用催化燃燒技術(shù)是最為經(jīng)濟(jì)的（當(dāng)廢氣溫度達(dá)到或超過催化劑的起燃溫度時(shí)，可以采用直接催化燃燒技術(shù)進(jìn)行治理，如漆包線生產(chǎn)尾氣的治理等），處理過程安全，不產(chǎn)生二次污染，能耗低，有機(jī)物去除率高達(dá)99%。

3.3 吸收法

吸收過程利用非揮發(fā)性溶劑對(duì)VOCs廢氣中的有機(jī)碳?xì)浠衔锏挠H和力，從廢氣中吸收有機(jī)碳?xì)浠衔铮缓蟾鶕?jù)有機(jī)碳?xì)浠衔锓肿雍臀談┑牟煌锢硇再|(zhì)將二者分離。該技術(shù)被廣泛應(yīng)用于石化產(chǎn)品的生產(chǎn)，儲(chǔ)存和運(yùn)輸，適用于在高壓、高濃度、大氣壓和低溫條件下處理石化VOC廢氣，處理率可以在95%～98%。效率主要取決于吸收劑的性能和吸收劑處理設(shè)備的水平。當(dāng)前，常用的吸收劑包括煤油和柴油。吸收過程要求在施加過程中頻繁更換吸收劑，導(dǎo)致操作復(fù)雜和成本高。因此，新型吸收劑的研發(fā)和制造以及吸收處理裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)和制造是該技術(shù)的研究方向。

3.4 光催化氧化

光催氧化幾乎對(duì)所有的細(xì)菌、病毒和有機(jī)物起到強(qiáng)效分解作用；裂解惡臭氣體如氨、三甲胺、硫化氫、甲硫氫、甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫、二硫化碳和苯乙烯，VOC類，苯、甲苯、二甲苯等的分子鏈結(jié)構(gòu)，使有機(jī)或無機(jī)高分子惡臭化合物分子鏈打斷，在紫外線光束照射下，降解轉(zhuǎn)變低分子化合物，如CO2、H2O等，從而減少了其生產(chǎn)過程中對(duì)環(huán)境的污染。它可以將VOCs中的有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為相對(duì)安全的特性，因此不會(huì)產(chǎn)生任何粉塵。然而，缺點(diǎn)是催化劑的發(fā)展趨于引起活性下降和影響污染物處置的困難。另外，這些方法不適合大規(guī)模處理，因?yàn)樗鼈儠?huì)大幅降低質(zhì)量。

3.5 生物學(xué)技術(shù)

如今，處理VOC最常見的生物技術(shù)工藝是生物濾池，生物洗滌塔和生物濾池。優(yōu)點(diǎn)是用于處理耐受性差和水溶性差的氣體的過濾器，這些氣體需要很少的外部養(yǎng)分吸收，并且運(yùn)行成本低；不利的一面是內(nèi)部水分含量和酸堿度的危害。生物燃燒塔的優(yōu)點(diǎn)是易于控制，污染物的運(yùn)輸速度更快，并且保持穩(wěn)定。缺點(diǎn)是操作成本高，并且該方法只能使用水溶性VOCs進(jìn)行操作，并且有必要在急速反應(yīng)堆中吸收定量的氧氣并增加能量需求。

3.6 膜分離

膜分離法是利用VOCs廢氣中的各種氣體成分在壓力下通過滲透膜，使膜兩側(cè)的VOCs廢氣中的各種成分的氣體富集，最終實(shí)現(xiàn)VOCs廢氣的分離的方法。這個(gè)過程非常適合于天然氣的分離和提純。目前，常用的隔膜材料是硅橡膠。常用的膜分離技術(shù)包括蒸汽滲透，氣膜分離和膜接觸器。膜分離技術(shù)具有許多優(yōu)勢(shì)，尤其是在低流速下分離和回收高濃度VOCs廢氣的過程中。膜分離技術(shù)具有高設(shè)備成本，高膜元件和復(fù)雜的膜維護(hù)。新型膜材料和分離系統(tǒng)的開發(fā)是技術(shù)研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

4 VOCs技術(shù)治理趨勢(shì)及未來

出于健康和環(huán)境的考慮，應(yīng)找到并致力于治理VOCs的更有效的方法。在石化工業(yè)中，使用現(xiàn)代、更清潔的工藝不僅可以提高原油的轉(zhuǎn)化率和使用率，還可以減少污染物；工廠的廢氣應(yīng)優(yōu)先進(jìn)行再燃，有效和及時(shí)地控制由VOCs引起的氣體形成在建筑業(yè)和石油化工行業(yè)中也很重要。未來的技術(shù)進(jìn)步取決于科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，國(guó)家將支持和鼓勵(lì)對(duì)揮發(fā)性有機(jī)化合物進(jìn)行更好的治理。通過揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)的處理和綜合應(yīng)用，對(duì)處理這些材料的過程進(jìn)行優(yōu)化，從而獲得更好的結(jié)果。VOCs治理應(yīng)從源頭削減、過程控制、末端治理、排放限值、監(jiān)測(cè)監(jiān)控和臺(tái)賬記錄這6個(gè)方面開展排放全面控制。

5 結(jié)束語

除了上述的治理方法外，近年來，各種組合凈化VOCs技術(shù)也在實(shí)踐中得到了廣泛應(yīng)用。如低溫等離子體+催化技術(shù)、低溫等離子體+吸收技術(shù)、吸附濃縮+高溫焚燒技術(shù)、吸附濃縮+催化燃燒技術(shù)、吸附濃縮+吸收技術(shù)。根據(jù)待處理尾氣的處理量、組分濃度、溫度等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，可組合凈化技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用，通過兩種及以上技術(shù)組合達(dá)到最佳治理效果。