工業VOC的危害及處置技術

解志陽(池州市東至縣生態環境保護綜合行政執法大隊，安徽 池州 247200)

1 工業VOC危害分析

工業VOC即揮發性有機化合物，按其化學結構可將VOC細分為八大類，主要包括：芳烴類、鹵烴類、烷類、烯類、酯類、醛類、酮類以及其他等，這些常溫下沸點在50～260 ℃的各種有機化合物統稱為VOC。工業VOC污染種類多、排放數量大，如若排放前不進行處理，將會直接對廠區及周邊環境造成嚴重污染，且對人體也有著十分大的傷害[1]。

(1)對生態環境的危害。在工業生產中，VOC化學物質多用作溶劑，如鹵代烴、芳香族化合物，此類溶劑揮發性極強，在陽光的照射下，能夠與空氣中的NOx、烴類及氧化劑發生反應，不僅會造成空氣污染，引發霧霾與光化學煙霧，而且還會導致PM2.5與O3濃度變大，從而影響氣候環境變化。

(2)對人體健康的危害。一是，多數VOC氣體有刺激性氣味，長期生活在這種環境下，通常會導致出現惡心、頭痛等不良癥狀，甚至會造成昏迷和抽搐，嚴重危害著人體的內臟及神經系統。二是，大多數VOC廢氣有毒性，部分具有致癌性，如大氣中的苯、多環芳烴、鹵代烴、芳香胺等化學物質，對機體往往有一定的致癌作用或真性瘤作用。三是，對于苯類VOC氣體，如若不慎吸入或觸及，就會對人體中樞神經、造血器官造成損傷，甚至還有可能會引發敗血癥、血小板減少、肝功能異常等癥狀。

(3)對安全生產的危害。在功能性膜材料生產中，往往會用到苯、甲苯、丙酮、醚等化合物，這類VOC化合物通常具有易燃性、易爆性，尤其是近年來化工企業發生的火災，多起爆炸事故都與VOC存在一定關聯，且一旦發生爆炸、燃爆等安全事故，將會造成巨大的人員傷亡與經濟損失。

2 工業VOC處置技術

2.1 VOC物理回收技術

2.1.1 吸收法

吸收法是基于有機相似相溶的原理，利用低揮發性溶劑對揮發性有機化合物進行吸收以實現VOC的治理。此類方法通常是采用柴油、煤油等揮發性較低的溶劑，通過物理吸收的方式吸收VOC，然后再利用溶劑與VOC分子間物理性差異，對兩者進行分離回收。在實際VOC的回收處理時，只要VOC能夠溶解于吸收劑，則理論上就能夠采用吸收法進行VOC的處理，然后再對吸收劑進行分離、處理，便能夠實現VOC回收的目的。應用此方法的優勢在于能夠對有用的VOC成分進行回收，但缺點是吸收劑的吸收范圍較小，且所需成本往往較高，如若處理不當還會造成二次污染。實際工業VOC的處理時，吸收法通常用于排氣量較大且中等濃度的VOC處理[2]。

2.1.2 吸附法

吸附法是利用多孔物質材料的吸附性，吸附捕捉來實現對VOC的回收治理，較為常用的吸附材料包括活性炭以及無機吸附材料兩類。其中，活性炭材料的主要成分是以碳為主的多孔物質，例如普通活性炭、纖維蜂窩等，這類多孔物質能夠將比其孔徑小的粒狀有機物吸附起來，且在溫度升高、壓力降低的環境下，還能夠提高材料吸附效果。采用活性炭吸附處理VOC，整個過程無需提供能源便能夠實現VOC的回收再利用，但劣勢在于吸附不夠徹底，會有一部分殘留的VOC無法吸附干凈，且隨著吸附的逐漸進行，吸附材料的吸附效果也會慢慢變差，回收再利用成本變大，活性炭材料吸附處理VOC多用于大型空調機化學成套設備的清洗。其次，無機吸附材料主要有硅石、沸石兩類，沸石是利用具有較大孔隙的結晶結構實現對小粒徑VOC的吸附，且在提供適宜溫度及壓力條件下，能夠有效促使沸石吸附效果。采用無機吸附材料不僅具有活性炭的眾多優勢，而且相對活性炭而言具有不可燃性，使用更加安全，但是無機吸附材料成本較高，多用于加油站及化學成套設備等的清理[3]。

2.1.3 冷凝法

冷凝法是利用不同溫度條件下不同物質飽和蒸汽壓存在差異這一特點，通過對系統進行降溫或加壓，使處于蒸汽狀態的VOC物質發生冷凝，并從排放的廢氣中分離出來。冷凝法回收主要用于濃度及沸點較高的VOC，冷凝裝置如圖1所示。為多級連續冷卻，VOC廢氣首先在預冷段降溫2～4 ℃，將廢氣中烴類高沸點組分與水冷凝出來，然后再通過重復冷卻，逐級降溫以促使烴類實現液化，并將未凝結的廢氣排出。冷凝法能夠實現較高純度的回收，且對于液態油品也能夠進行處理，因此應用較為廣泛。但單一冷凝往往需要較大冷量與壓縮功才能降至較低溫度，設備運行成本及能耗相對較高，因此，通常與其他方法聯合回收高濃度油氣。

圖1 冷凝法工藝

2.2 VOC氧化分解技術

2.2.1 燃燒處理

燃燒法即是通過燃燒將VOC廢氣中的碳氧化物分解成為CO2的技術，該處理方法又可分為直接燃燒、蓄熱燃燒與催化燃燒三種。

(1)直接燃燒。大多數VOC廢氣均是由C、H、O所構成的化合物，因此，采用直接燃燒就能夠將有機廢氣分解成為二氧化碳和水。該燃燒法設備成本較低，對多數VOC都適用，但對于濃度較低的有機廢氣需要添加助燃料，且燃燒生成的CO2仍存在不同程度的污染，因而逐漸被其他燃燒法所取代。

(2)蓄熱燃燒。利用蓄熱體蓄熱進行VOC燃燒分解，該處理技術熱回收效率高達95%，去除率高達99%，且有機廢氣通過自供熱進行氧化分解，有效減小了運行成本與能源消耗，但缺點是前期設備投入成本較高。

(3)催化燃燒。在燃燒裝置中，VOC廢氣被預熱后，在催化床層的作用下，能夠在低溫及短時間內完成反應。當前，應用較多的貴金屬催化劑有Pt、Pd，其活性高且技術較為成熟，但在處理含NSP的鹵素化合物時，易發生氧化作用而導致催化劑失活。催化燃燒優勢在于裝置較為簡單、成本低，但處理時的廢氣排放量應保持穩定，且應嚴加把控硫化物、鹵代烴等濃度，以免濃度過大導致催化劑“中毒”。

2.2.2 生物處理

生物處理主要是利用微生物降解VOC廢氣中的有害成分來實現廢氣治理，該方法通過將具有降解作用的微生物附著于多孔介質填料表面，廢氣通過填料被吸附于細孔內進行生物降解，并產生CO2、H2O和中性鹽。該處理技術是將降解微生物與其營養基配制于吸收液體內，然后將有機物廢氣通過吸收液體后，廢氣內的有害VOC成分被降解和過濾。生物處理法的優勢在于設備簡單，運行成本及能耗較低，但缺點是氧化分解效率較低，需定期添加營養基，且設備占地面積大，對水量、溫度、pH以及氣體流速等有較高的要求，多用于石化行業有機廢氣的處理[4]。

2.2.3 光催化法

光催化法是利用紫外光輻射下光催化劑會激發具有較強氧化能力的電子-空穴對，來實現對VOC廢氣的氧化分解，該處理方法又可分為UV光催化與復合光催化兩種[5]。

(1) UV光催化。該催化法是利用催化活性及紫外光吸收率均較高的TiO2作為光催化劑，然后通過光催化將VOC廢氣降解成為CO2與H2O。但在實際光催化過程中，反應效率低、催化劑失活等均會對反應產生影響，導致反應過程會生成具有二次污染的酮、酯、醛等中間產物，這也使得光催化在實際工業生產中應用較少。

(2)復合光催化。該處理技術對含有苯、硫化氫的VOC廢氣均有較好的處理效果，且在光催化劑TiO2的作用下，能夠促使有機廢氣無機化，整個光催化過程基本無污染性中間產物，多用于汽車尾氣以及工業VOC廢氣中有機高分子的處理，同時，嵌有TiO2催化劑的三維網能夠攔截VOC廢氣中的粉塵，并通過光催化作用將粉塵中的有害化合物氧化分解為無害物質，由此來實現對大氣環境污染的改善。

3 結語

工業VOC的超標排放不僅會對周邊區域的生態環境造成極大影響，而且還會危及人身健康與安全生產，因此，抓好VOC處置極其關鍵。對此，應切合實際，針對VOC的排放形式、排放量等，切實采取妥當應對處置措施，以控制好VOC排放，將其危害控制于允許范圍之內。