揮發(fā)性有機(jī)污染物（VOCs）監(jiān)測(cè)與處理技術(shù)探討

吳 紅

（樂(lè)陵市環(huán)境監(jiān)測(cè)站 山東樂(lè)陵 253600）

引言

近年來(lái)，全球環(huán)境問(wèn)題呈愈發(fā)嚴(yán)重態(tài)勢(shì)，各國(guó)各地區(qū)大氣環(huán)境污染事件頻頻發(fā)生，并呈現(xiàn)出高污染負(fù)荷、多污染物疊加等污染特征，對(duì)人們的生產(chǎn)與生活造成了極大不利影響。尤其是VOCs 的超標(biāo)排放，成為當(dāng)下我國(guó)光化學(xué)煙霧污染濃度不降反升的重要成因之一。因此，要切實(shí)加強(qiáng)VOCs 的監(jiān)測(cè)與管控、處理，進(jìn)而將VOCs 導(dǎo)致的大氣環(huán)境污染降到最低。

1 VOCs 監(jiān)測(cè)技術(shù)

1.1 離線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)

（1）氣相色譜法

氣相色譜法作為當(dāng)前環(huán)境分析的關(guān)鍵方法之一，有著選擇性大、靈敏性強(qiáng)、效率高，應(yīng)用范圍廣以及高監(jiān)測(cè)速率等特點(diǎn)，特別是對(duì)多種成分混合物與異構(gòu)體進(jìn)行定性分析、定量分析方面優(yōu)勢(shì)更加突出。

（2）高效液相色譜法

該法是基于色譜法發(fā)展而來(lái)，其流動(dòng)相為液體，通過(guò)高壓泵的作用，將極性不同的單一溶劑或配比不同的混合溶劑等泵入色譜柱，在色譜柱的作用下使各組分進(jìn)行分離與檢測(cè)。該方法具有較高的靈敏度和選擇性，對(duì)于大氣中醛酮類(lèi)化合物的分析檢測(cè)具有十分理想的效果。

1.2 在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)

離線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)因存在時(shí)間分辨率不高的缺點(diǎn)，因此，在揮發(fā)性有機(jī)污染物隨時(shí)間的變化規(guī)律與變化過(guò)程的分析方面存在一定的弊端，這也是近年來(lái)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)得到迅猛發(fā)展的原因，其中在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)的優(yōu)劣勢(shì)如表1 所示。

表1 在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)的優(yōu)劣勢(shì)對(duì)比

2 VOCs 處理技術(shù)

2.1 回收技術(shù)

（1）液體吸收法

該監(jiān)測(cè)方法是利用有機(jī)物所具備的相似相溶性，將有機(jī)溶劑作為吸收劑，并根據(jù)在吸收劑中VOCs 不同的反應(yīng)特性或溶解度，使其由氣相變?yōu)橐合啵又馕找翰⒒厥誚OCs，使溶劑實(shí)現(xiàn)重復(fù)利用。此法處理效率高達(dá)95%～98%，其運(yùn)作成本小、吸收劑成本低，對(duì)大流量、高濃度、低溫度、高壓力的VOCs 廢氣處理效果較好；劣勢(shì)是設(shè)備易遭受腐蝕、易生成二次污染、處理設(shè)備要求高且吸收劑更換較頻繁。

（2）吸附回收法

該方法是通過(guò)多孔固體吸附劑所具有的吸附特性進(jìn)行VOCs 廢氣的處理，使廢氣通過(guò)時(shí)其中的某種或多種成分被吸附于固體表層，起到分隔的作用。此方法具備去除率高、耗能較小、技術(shù)成熟、工藝簡(jiǎn)便且可以進(jìn)行自動(dòng)控制等優(yōu)勢(shì)；劣勢(shì)是因?yàn)槲搅坑邢蓿瑢?duì)于高濃度的揮發(fā)性有機(jī)氣體適用性差，在含有膠粒等異物及雜質(zhì)的廢氣通過(guò)時(shí)，會(huì)造成吸附劑失去作用，且吸附劑無(wú)法回收利用[1]。

（3）冷凝回收法

該方法是利用降溫或增壓以促使VOCs 由氣態(tài)轉(zhuǎn)換為其他狀態(tài)，利用不同溫度下其他氣體和VOCs 飽和蒸汽壓的差異特性，進(jìn)行分離的回收技術(shù)。該技術(shù)適用于濃度大、沸點(diǎn)高且需回收VOCs 的情況，可用于催化燃燒或吸附法等的輔助處理；劣勢(shì)是在低濃度的情況下，會(huì)使能耗增加，裝置運(yùn)行成本增大，對(duì)于一般揮發(fā)性與強(qiáng)揮發(fā)性的VOCs 廢氣處理成效不夠理想。

（4）膜分離回收法

該處理方法是利用其他氣體污染物與VOCs 在人工合成膜和天然膜中過(guò)濾、穿透及其余物理屬性的差異，進(jìn)一步將VOCs從混合物中進(jìn)行分離。該技術(shù)對(duì)于濃度較高的VOCs 處理效果顯著，通常需VOCs 在混合物中的體積占比大于0.1%，并配合其他處理技術(shù)共同使用。該方法的優(yōu)勢(shì)為適用性好、回收高效、無(wú)二次污染，且對(duì)于沸點(diǎn)低、難回收的VOCs 也同樣適用。劣勢(shì)是需配備優(yōu)質(zhì)的處理裝置，相關(guān)用具消耗品成本較大。

（5）膜基吸收回收法

相比傳統(tǒng)的膜分離回收法，吸收劑是關(guān)系膜基吸收選擇性的先決條件，且膜基吸收法僅低壓條件便可促使兩相實(shí)現(xiàn)流動(dòng)，并能使接觸界面保持穩(wěn)定。此方法優(yōu)勢(shì)是操作簡(jiǎn)便、回收高效、能耗較小，不會(huì)造成二次污染，且能同時(shí)去除極性、非極性以及小流量、大流量等不同類(lèi)型的VOCs，且對(duì)有機(jī)物能夠?qū)崿F(xiàn)回收再利用。

2.2 銷(xiāo)毀技術(shù)

（1）催化燃燒法

該方法是利用催化劑和低溫環(huán)境，將廢氣里的可燃物質(zhì)充分反應(yīng)氧化。其優(yōu)勢(shì)在于危險(xiǎn)性低、能量耗小、操作容易且不會(huì)造成二次污染，對(duì)可燃成分熱值與濃度限制較小，多數(shù)VOCs 在200～400℃的條件下便可完成反應(yīng)，所需消耗的輔助燃料少，整個(gè)過(guò)程N(yùn)Ox的產(chǎn)生少，對(duì)于氣態(tài)、氣溶膠態(tài)污染物的治理均適用；劣勢(shì)是處理前提較為嚴(yán)苛，所處理的廢氣內(nèi)不得含有導(dǎo)致催化劑中毒及對(duì)催化劑處理效率有影響的物質(zhì)，且對(duì)燃燒過(guò)程中會(huì)生成氮氧化物及硫氧化物的VOCs 廢氣處理不得應(yīng)用此方法。

（2）高溫焚燒法

高溫焚燒法通常適用于治理大濃度、復(fù)雜的有機(jī)廢氣。當(dāng)前，較多應(yīng)用的有蓄熱式、直接式、對(duì)流換熱式三種焚燒爐。在實(shí)際使用過(guò)程中，應(yīng)結(jié)合待治理氣體成分等多種物理特性及化學(xué)特性采用恰當(dāng)?shù)姆贌齾?shù)和爐型。此方法多數(shù)情況下用于制藥廠(chǎng)廢氣治理與漆料廠(chǎng)廢氣治理等情況。

（3）生物氧化法

此處理技術(shù)是利用微生物的氧化分解作用，把有機(jī)廢氣降解轉(zhuǎn)變?yōu)镃O2、水等。此方法優(yōu)勢(shì)為裝置統(tǒng)一、成本小、操作簡(jiǎn)單、二次污染小；劣勢(shì)是耗費(fèi)時(shí)間久、處理速度慢，且對(duì)VOCs 的單一性要求高，僅對(duì)其目標(biāo)有機(jī)物起效，混合VOCs 廢氣處理難度大，部分生物菌落還對(duì)培養(yǎng)液有需求，需要將生物菌落在降解時(shí)的外部pH 值和溫度環(huán)境控制到合理數(shù)值。

（4）光催化氧化法

光催化氧化法即是在光照下（一定波長(zhǎng)），通過(guò)催化作用將表層附著的有機(jī)廢氣進(jìn)行氧化還原，將有機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)樗⒍趸己蜔o(wú)機(jī)物。此方法的優(yōu)勢(shì)是可選性大、能耗小、成本小、催化劑無(wú)害且可重復(fù)利用，常壓、常溫即可反應(yīng)，可用于大部分VOCs 的凈化處理。

（5）低溫等離子體法

該方法是通過(guò)外部電場(chǎng)的作用，使介質(zhì)放電形成較多高能粒子，在高能粒子的能量大于VOCs 化學(xué)鍵能的情況下，可以持續(xù)破壞VOCs 的化學(xué)鍵，導(dǎo)致VOCs 分子結(jié)構(gòu)受損，并生成低毒、無(wú)毒的小分子物質(zhì)，進(jìn)而完成VOCs 的處理。此方法操作簡(jiǎn)便，能耗小，催化劑在常溫環(huán)境中便可與待處理污染物完成反應(yīng)，不用加熱；可用于多種VOCs 的處理，處理效率高，尤其適用于濃度較小、高風(fēng)量及有氣味的有機(jī)廢氣處理；無(wú)二次污染及副產(chǎn)物生成。

2.3 組合技術(shù)

（1）吸附濃縮—催化燃燒法

該方法是利用活性炭的吸附作用予以廢氣處理，再通過(guò)脫附使活性炭進(jìn)行再利用，處理后的濃縮有機(jī)物經(jīng)催化燃燒轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)毒的水與二氧化碳，熱廢氣經(jīng)熱交換器加熱冷空氣，氣體降溫后外排，部分通過(guò)活性炭再生，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)廢熱循環(huán)再利用。此方法的優(yōu)勢(shì)是操作成本較小、清潔速度快、處理風(fēng)量選擇廣，不會(huì)造成二次污染，且運(yùn)行后無(wú)需加熱，燃燒過(guò)程中的熱廢氣可用于脫附，實(shí)現(xiàn)了廢熱的再利用。

（2）吸附濃縮—蓄熱燃燒法

該方法是當(dāng)前最常用，也是治理最有效、最徹底的一種處理方法。為提升熱利用程度，減小裝置使用成本，近年來(lái)大力采用了蓄熱式催化燃燒方法與蓄熱式熱力焚燒方法。其中，蓄熱系統(tǒng)采用熱容量較高的陶瓷蓄熱體，通過(guò)直接換熱將尾氣熱量積蓄在蓄熱體內(nèi)，然后利用蓄熱體對(duì)VOCs 廢氣進(jìn)行加熱，熱交換率高達(dá)90%[2]。

（3）吸附濃縮—液體吸收法

該方法是利用活性炭的吸附作用，對(duì)濃度較低、風(fēng)量較大的有機(jī)廢氣進(jìn)行凈化，并通過(guò)脫附使活性炭實(shí)現(xiàn)循環(huán)再利用，經(jīng)脫附得到的濃縮有機(jī)物在吸收劑的作用下，因在吸收劑中的溶解度及反應(yīng)特點(diǎn)不同，使有機(jī)廢氣由氣相轉(zhuǎn)為液相，并通過(guò)解吸凈化處理，將其中的VOCs 進(jìn)行回收，將溶劑進(jìn)行循環(huán)再利用。該處理方法的優(yōu)勢(shì)是操作花費(fèi)少、運(yùn)行成本低、吸收劑價(jià)優(yōu)，針對(duì)高濃度、大流量、高壓力與低溫度情況下的VOCs 廢氣處理較為適用；劣勢(shì)是處理設(shè)備要求高、易造成二次污染且吸收劑須及時(shí)換新。

（4）低溫等離子體—吸收法

該方法是在外電場(chǎng)的作用下，使介質(zhì)放電生成高能粒子，如若高能粒子能量大于分子結(jié)構(gòu)的化學(xué)鍵能時(shí)，就會(huì)破壞VOCs 的化學(xué)鍵，使VOCs 的分子構(gòu)造造成破壞，并生成無(wú)毒害的小分子結(jié)構(gòu)的有機(jī)物，然后以有機(jī)溶劑為吸收劑，利用有機(jī)廢氣在吸收劑中的溶解度及反應(yīng)情況不同，使VOCs 由氣相變?yōu)橐合啵⑼ㄟ^(guò)解吸凈化回收VOCs，使有機(jī)溶劑得以再利用。該方法的優(yōu)勢(shì)是處理高效、操作便捷、吸收劑成本低，適合處理風(fēng)量較高、濃度較小的VOCs 廢氣；劣勢(shì)是易造成二次污染、設(shè)備要求高且吸收劑須及時(shí)換新。

結(jié)語(yǔ)

作為當(dāng)前協(xié)同治理PM2.5 與O3污染的關(guān)鍵所在，加強(qiáng)對(duì)VOCs 的監(jiān)控與處治對(duì)于改善大氣環(huán)境質(zhì)量、防止因此而造成的大氣環(huán)境污染有著極大的現(xiàn)實(shí)意義，功于當(dāng)代與千秋。對(duì)此，廣大科研與環(huán)保工作者要不斷加大對(duì)VOCs 監(jiān)測(cè)與處理技術(shù)的研究力度，勤于研究總結(jié)，準(zhǔn)確了解大氣中VOCs 廢氣的濃度水平與變化規(guī)律，進(jìn)而為VOCs 的有效控制提供必要支持。