VOCs廢氣危害及處理技術淺析

姜 琳 丁 艷

青島市生態環境局市北分局

1 引言

大氣污染已經成為全球性問題，污染物來源主要為工業廢氣。工業廢氣的種類比較多，包含酸霧、粉塵、燃料和有機廢氣等。工業廢氣按照排風量、理化性質、濃度和溫度不同，需要采用不同的治理方法。VOCs廢氣是工業廢氣中所常見的類型，在常壓條件下，該廢氣沸點小于260℃；在室溫條件下，廢氣的飽和蒸汽壓超過71Pa，屬于一種有機化合物。在工業生產中，揮發性有機化合物為應用頻率比較高的溶劑，多應用于醫療行業、印刷領域以及化工企業中。在使用期間會揮發大量物質，嚴重污染大氣環境，還會危害人體健康。

2 VOCs 廢氣的危害

VOCs 廢氣含有大量揮發性有機化合物，包括酸類、醛類、烴類、酮類以及氨類等，對人體和環境的危害非常大。其中，工業生產中釋放的VOCs 廢氣危害性最大，具體的表現如下：VOCs廢氣如果含有較高的苯蒸氣濃度，能夠產生直接引發人體致死性的急性中毒；VOCs 廢氣中的多環芳烴有機物、有機氮化合物、芳香胺類化合物等致癌率都非常高；VOCs 廢氣中的苯酸類有機物進入人體后會直接導致細胞中的蛋白質凝固或者變形，使人體產生不良反應。部分VOCs 廢氣還含有腈類化合物和硝基苯，可直接入侵人體神經系統和呼吸系統，導致人體呼吸困難、窒息以及神經系統障礙，最終致人死亡。除對人體構成損害之外，部分VOCs 廢氣排放入大氣后，會對臭氧層造成破壞，加劇溫室效應，引發全球性氣候災害。

3 常用的VOCs廢氣治理處理工藝

3.1 冷凝處理工藝

在不同溫度下，廢氣中的VOCs 廢氣飽和蒸汽壓性質不同，采用降低溫度或者加壓方式，從廢氣中分離氣態污染物冷凝。在一定溫度條件下，VOCs 廢氣的初始濃度越大，則可以提升脫除率。

冷凝處理工藝等優勢分析：第一，當廢氣中含有大量水蒸氣，且溫度比較高時，采用此種工藝的處理效果顯著；第二，如果有機物的沸點高，且部分組分可回收利用，通過該處理技術可以增加回收物純度。第三，當廢氣濃度比較高，并且處于常溫小風量條件下，可以應用此種工藝。第四，聯合其他處理方法，可以有效緩解裝置的運行負荷，還可以降低運行成本，處理效率與效益均比較高。

冷凝處理工藝的缺點分析：第一，設備要求高，投資成本大，運行能耗比較高。第二，對于廢氣濃度，溫度以及結露溫度的要求比較嚴格。第三，當溶劑蒸汽壓與冷凝溫度差異比較大時，且溶劑處于飽和蒸汽壓狀態時，也不能應用冷凝處理工藝。第四，對于可回收價值低且濃度低的有機廢氣，也不能使用冷凝處理工藝。

3.2 吸附處理工藝

此種處理方法屬于氣固結合法，是一種質量傳遞過程，吸附過程包括物理過程、化學過程。通過分析可知，物理吸附屬于物理過程，無選擇性，在吸附時不存在電子轉移，主要借助范德華引力作用。從本質上看，化學吸附屬于化學反應，具備高選擇性，在吸附期間，氣體與固體會出現化學反應。

吸附法的優勢分析：第一，設備結構組成簡單，可以實現自動化運行與控制。第二，前期處理效率高，可以應用于大風量、小濃度有機廢氣處理中。第三，通過脫附處理，可以實現吸附劑重復使用，同時可回收有用組分。

吸附法的不足分析：第一，吸附容量不足，設備占地面積大。需要頻繁進行吸附劑更換和脫附處理，且脫附劑存在二次污染問題。第二，隨著溫度的升高，吸附量會下降。第三，使用活性炭作為吸附劑，無法有效處理含有活性物質的有機廢氣。第四，如果有機廢氣的濃度比較高，且處于高濕高溫狀態，則不能采用吸附劑處理方法。

3.3 吸收處理工藝

此種處理方法是將溶劑從氣相傳遞到液相的過程，通過氣體混合物中的不同組分，在不同吸附劑中的不同溶解度，可以從氣流中分離有害組分。吸附法控制VOCs廢氣是一種濕法工藝，通過VOCs 廢氣的物化性質，使液體修復劑直接接觸廢氣，從而將VOCs廢氣轉移到吸收劑中。

吸收法的優勢分析：第一，吸收法可以有效處理和回收氣體污染物，可以應用于低濃度，低溫度且大風量的廢氣處理中。第二吸收劑價格成本低，且運行費用低廉。第三，吸收法可以應用于廢氣預處理中。

吸收處理工藝的不足分析：第一，整體工藝比較復雜，吸收液可能會吸取毒害物質。第二，吸收液的使用劑量比較多，需要進行二次處理，降低污染。第三，不能對高穩定性、不溶水的廢氣進行處理。第四，整體吸收效率不高。

3.4 光催化氧化工藝

此種處理工藝需要借助光作用，從而產生化學反應。分子在吸收電磁輻射后，會使其達到激發狀態，相應產生化學產應，衍生出新物質。同時，應用該項技術可以將大分子物質轉化為小分子。

光催化氧化法的優勢分析：第一，整個反應過程比較溫和，可以在常溫、常壓狀態下進行分解。第二，具備較高的自動化水平。第三，對于惡臭氣體和高分子污染物的處理效果顯著，具備較高的除臭效率。

光催化氧化處理工藝的不足：第一，設備投資成本和運行成本比較高，并且裝置內部對于光、強度的要求均比較高，對于光線不充足的區域，可能會對處理效果造成影響。第二，在對易燃易爆物質進行處理時，具有一定的安全隱患。催化劑使用時極易引發失活問題。

3.5 低溫等離子處理工藝

該種處理工藝主要通過自由基、高能電子等粒子，可以有效作用于廢氣污染物中，在較短時間內，可以促使污染物分子分解，從而引發后續反應，對VOCs污染物的降解效果比較明顯。

低溫等離子處理工藝的優勢：第一，整個分解反應可以在常溫、常壓狀態開展，對于外部環境的要求不高。第二，自動化水平高，反映流程比較短，不會受到風阻力影響。第三，裝置設備的結構比較簡單，整個反應器應用模塊結構，便于安裝和搬遷。第四，可以有效處理惡臭氣體和高分子污染物，除臭效率比較高。

低溫等離子工藝的處理缺點：第一，整體設備的投資成本比較高，會相應提升設備構件的制造精度，并且對設備設計、嚴密性要求比較高。第二，選擇3mm 直徑填充材料，電場強度為每厘米4kV。由于產生火花和擊穿問題，無法徹底分解對苯有機物。

3.6 燃燒工藝

應用燃燒工藝，能夠借助VOCs 毒害物質的燃燒性能，將其轉化為無害物質。燃燒處理方法主要為直接法和催化法。所謂直接燃燒法，指的是將VOCs直接通入焚燒爐內，當VOCs濃度足夠高時，可以實現充分燃燒；如果VOCs濃度較低，那么就需要增加其他的輔助燃料使VOCs 實現充分燃燒。催化燃燒方法是利用催化劑進行氣-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。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。

燃燒法的工藝優勢：第一，實現全自動控制效果，具備較高的處理效率，可以回收利用余熱，從而增加經濟效益。第二，可以應用于熱度高、濃度高的有機廢氣處理中。

燃燒法的不足分析：第一，投資成本比較高，對于設備嚴密性和構造要求比較高。第二，不能應用到低濃度廢氣處理中。第三，如果使用催化劑，則必須注重廢氣成分中是否含有催化劑中毒物質。

4 加強VOCs治理的措施

4.1 提高VOCs回收率

VOCs 廢氣的治理面臨著非常大的挑戰，包括高排放量、大范圍的污染物排放、更多的污染點散布以及更復雜的污染物成分。從目前的廢氣處理狀態來看，許多公司的廢氣收集仍然不完善，VOCs 排放沒有得到有效控制，一些油漆制造商以及油墨生產和使用單位沒有完善的VOCs 處理措施。為了提高揮發性有機化合物廢氣的最終處理效率，有必要提高揮發性有機化合物廢氣的收集能力，從源頭上對其進行控制，強化對污染企業的監督管理。廢氣收集系統應盡可能靠近VOCs排放源。

4.2 提高VOCs處理效率

VOCs 的最終處理技術在工程中最廣泛使用的是燃燒、吸附、光催化和低溫等離子體電離。低溫等離子體法、活性炭吸附法和光分解催化劑法被廣泛使用，因為這些工藝的裝置簡單且成本低。同時也存在許多問題，例如光催化和低溫等離子體方法在實際操作中不是很有效；使用活性炭吸附時，必須定期更換活性炭，這是一個管理起來很困難的過程，而且所使用過的活性炭也非常難處理，處理成本較高。

4.3 科學運用組合處理工藝

VOCs實際處理過程中影響因素是非常復雜的，僅僅依靠單一的處理方法不一定能夠完全滿足處理需求。因此，組合處理工藝就成為當前VOCs處理中的常見方法，尤其是對于低濃度的VOCs，在對其進行處理時，通常都會選擇使用“活性炭+燃燒”，“活性炭+冷凝”或“分子篩轉輪+燃燒法”的組合處理工藝對其進行處理。組合處理工藝的科學設計與運用，極大的提升了VOCs的處理效率。

5 結束語

綜上所述，我國現代工業化的發展給環保工作的開展帶來了巨大的壓力，工業廢氣中的VOCs 排放到空氣中之后，在強光照射下，會與氮氧化物發生光化學反應，使細小粒子污染漸趨嚴重，同時，人類如果長期接觸VOCs，會引發一系列的疾病，如全身無力、瞌睡、皮膚瘙癢，嚴重的還可能導致肝臟與神經系統病變，因此，必須要采取合適的工藝和技術對VOCs 進行處理。文章對冷凝、吸附、吸收、光催化氧化、低溫等離子以及燃燒工藝在VOCs 處理中的應用進行了分析，指出在工業生產中，可以結合實際情況，將多種工藝進行組合來共同對VOCs 進行處理，提升VOCs處理效率，降低工業廢氣對環境的污染。