VOCs 廢氣來源、危害及處理技術(shù)研究

任成浩

（山東科麥爾熱能工程有限公司，山東 淄博 255000）

VOCs 廢氣本身所含有酸類、酮類、苯類、有機(jī)氮、有機(jī)磷、含氧有機(jī)化合物等眾多污染物，使其成為阻礙我國可持續(xù)發(fā)展以及國民身體素質(zhì)健康的重要威脅之一[1]。因此需要有關(guān)企業(yè)以及廢氣處理有關(guān)領(lǐng)域的專家學(xué)者，能夠進(jìn)一步優(yōu)化我國傳統(tǒng)VOCs 廢氣處理技術(shù)的同時(shí)，不斷的創(chuàng)新新型VOCs 廢氣處理技術(shù)來實(shí)現(xiàn)將有害氣體阻斷在生產(chǎn)過程中，避免進(jìn)入大氣而對(duì)人體健康以及人們賴以生存的地球環(huán)境造成破壞。

1 VOCs 廢氣的來源

VOCs 廢氣是指飽和蒸汽壓在常溫下＞133.32pa 和沸點(diǎn)常壓下在50～260℃之間具備揮發(fā)性的有機(jī)化合物（也可稱是在常溫常壓狀態(tài)下可以任意揮發(fā)的有機(jī)固體或液體）。作為自然界中分布范圍較廣的一種廢氣類型，VOCs 廢氣的排放源主要來自于自然源（植被排放、森林火災(zāi)、濕地厭氧過程、野生動(dòng)物排放等）和人為源（工業(yè)、生活、交通源等），其中VOCs 廢氣排放主要的“貢獻(xiàn)者”或是“源頭”來自于人類活動(dòng)。在人們的日常生活（廚房油煙、農(nóng)田秸稈焚燒、建筑裝修）、交通工具（飛機(jī)、火車、汽車等）發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行、石油化工產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中都會(huì)對(duì)周圍環(huán)境排放一定的VOCs 廢氣。

2 VOCs 廢氣的危害

VOCs 廢氣含有酸類、酮類、苯類、有機(jī)氮、有機(jī)磷、含氧有機(jī)化合物等可在常溫常壓環(huán)境下大量揮發(fā)的有機(jī)化合物，因此這些易揮發(fā)的有機(jī)化合物對(duì)人體以及周圍環(huán)境會(huì)造成極大的危害。其中VOCs 廢氣危害性最大的源頭來自于工業(yè)生產(chǎn)所排放出的有機(jī)化合物：芳胺類有機(jī)物進(jìn)入人體后會(huì)造成人體產(chǎn)生缺氧現(xiàn)象或是細(xì)胞癌變；苯類有機(jī)物廢氣進(jìn)入人體后會(huì)對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重的損壞，當(dāng)人體吸收苯類有機(jī)物廢氣超過2%濃度時(shí)，輕者會(huì)造成神經(jīng)系統(tǒng)障礙，嚴(yán)重者則會(huì)造成休克乃至生命危險(xiǎn)；苯酸類有機(jī)廢氣進(jìn)入人體后會(huì)損害人體細(xì)胞蛋白質(zhì)而出現(xiàn)全身器官中毒現(xiàn)象；有機(jī)磷化合物進(jìn)入人體后會(huì)出現(xiàn)因?yàn)檠茨憠A酯酶活性下降而引起的神經(jīng)系統(tǒng)障礙；含氧有機(jī)化合物進(jìn)入人體后嚴(yán)重會(huì)造成生命危險(xiǎn)；戊醇有機(jī)廢氣進(jìn)入人體后未出現(xiàn)嘔吐、腹瀉、頭疼等狀態(tài)的中毒現(xiàn)象；多環(huán)烴有機(jī)物廢氣進(jìn)入人體短期內(nèi)不會(huì)發(fā)生急性癥狀，但是如果長(zhǎng)時(shí)間吸入該種有機(jī)廢氣會(huì)造成器官癌變；有機(jī)物硝基苯進(jìn)入人體后會(huì)對(duì)肝臟功能、神經(jīng)系統(tǒng)等人功能系統(tǒng)造成破壞，如果人的皮膚表面大面積接觸有機(jī)物硝基苯會(huì)造成生命危險(xiǎn)；有機(jī)氮化合物進(jìn)入人體后會(huì)出現(xiàn)器官癌變；有機(jī)硫化物進(jìn)入人體后會(huì)根據(jù)氣體的濃度來對(duì)人體造成損害（濃度過低和濃度過高分別會(huì)造成中毒現(xiàn)象或是人體死亡）；丙烯醛有機(jī)物廢氣進(jìn)入人體后會(huì)對(duì)人體器官粘膜組織造成嚴(yán)重?fù)p害。

3 VOCs 廢氣的處理技術(shù)探討

3.1 傳統(tǒng)VOCs 廢氣處理技術(shù)

我國對(duì)于VOCs 廢氣的傳統(tǒng)處理技術(shù)主要包括吸附法和燃燒法。

3.1.1 吸附法

吸附法主要是利用各種固體吸附劑（活性炭、分子篩等）的吸附功能將低濃度、高凈化要求的惡臭氣體從氣相轉(zhuǎn)化為固體相[2]。

吸附法的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在對(duì)于不同類型和組合的惡臭氣體能夠具備較高的凈化效率。但是吸附法的缺點(diǎn)主要表現(xiàn)為所必備的吸附劑價(jià)格昂貴，吸附劑的再生能力有限，而且只能對(duì)較低溫度和含塵量的惡臭氣體進(jìn)行處理。其中，活性炭吸附法是較好的處理VOCs廢氣的主要方式。顆粒和粉塵是VOCs 廢氣的主要成分，通過活性炭可以進(jìn)行有效的吸附進(jìn)而凈化氣體。但是，要確保活性炭功能發(fā)揮，需要對(duì)活性炭的結(jié)構(gòu)形狀進(jìn)行設(shè)計(jì)才能實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體的凈化。要對(duì)活性炭進(jìn)行結(jié)構(gòu)處理，確保活性炭在結(jié)構(gòu)上具有豐富的微孔。這些微孔肉眼無法識(shí)別但是吸附作用主要依賴于這些微孔，同時(shí)微孔也具有較好的凈化能力。VOCs 廢氣經(jīng)過活性炭微孔就會(huì)被吸附，有害氣體就能得到有效的減少。

活性炭吸附處理法主要有兩個(gè)方面的作用：一是較好的實(shí)現(xiàn)吸附凈化空氣；二是通過熱脫實(shí)現(xiàn)活性炭吸附能力再生。活性炭吸附凈化的過程就是利用風(fēng)機(jī)把VOCs 廢氣送至包含大量的活性炭的吸附裝置，大量的VOCs 廢氣被吸附在活性炭中從而較好的實(shí)現(xiàn)了對(duì)氣體的凈化，將經(jīng)過凈化的氣體排放到周圍空氣中整個(gè)凈化工作完成。其次是對(duì)活性炭進(jìn)行熱脫處理，實(shí)現(xiàn)活性炭功能的恢復(fù)。吸附大量的有毒氣體后，活性炭吸附能力飽和不能再吸附更多VOCs 廢氣，這時(shí)就要需要將活性炭進(jìn)行熱脫處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)活性炭的再循環(huán)利用。

3.1.2 燃燒法

燃燒法將廢氣中的污染物直接轉(zhuǎn)化為水和二氧化碳主要是借助直接、催化、熱力三種燃燒方式來實(shí)現(xiàn)。

熱力燃燒通過借助天然氣等輔助原料，對(duì)低濃度的有機(jī)廢氣采取燃燒方式處理；催化燃燒主要是借助催化劑，來與廢氣中的有機(jī)氣體完成化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氧化后，向外界釋放熱量，并排出無害氣體；直接燃燒是通過將廢氣中高濃度、熱值高的氣體直接高溫加熱實(shí)現(xiàn)惡臭氣體凈化。[3]燃燒法的優(yōu)缺點(diǎn)分別為惡臭氣體在燃燒法的作用下被氧化分解的凈化效率高、設(shè)備耗能且容易造成二次污染。

其中，催化燃燒法是處理廢氣的一種有效的方法，應(yīng)用這種方法的前提條件是氣體的濃度集中。催化燃燒法工作要借助于催化劑將VOCs 廢氣進(jìn)行分解生成無害氣體，同時(shí)釋放能量。這種方法的使用有利于節(jié)約能源，同時(shí)釋放的能源還可以被直接的應(yīng)用到催化反應(yīng)中。因此在催化燃燒反應(yīng)中就不需要進(jìn)行另外的加熱，可以使用釋放的熱量實(shí)現(xiàn)自給自足，這些熱量還可以有效的供應(yīng)活性炭吸附劑的熱脫再生。另外，焚燒溫度要高于燃燒溫度。低溫催化燃燒法的使用有利于燃燒的充分干凈化，不會(huì)產(chǎn)生一氧化碳等有毒氣體，也不會(huì)造成高溫燃燒二次出現(xiàn)有毒氣體。催化燃燒技術(shù)的實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵在于借助于有效的催化劑。

因此，要做好研究，探索性能穩(wěn)定且性價(jià)比高的催化劑。經(jīng)過近幾年的研究，納米粒子催化劑被廣泛的使用，它具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，性能高、催化性強(qiáng)，比較實(shí)用。

3.2 新型VOCs 廢氣處理技術(shù)

3.2.1 吸收法

吸收法主要包括水吸收法和藥液吸收法兩種。其中水吸收法主要是利用VOCs 廢氣易溶于水的特性，通過將水與這些物質(zhì)進(jìn)行結(jié)合來達(dá)到脫臭目的。該方法主要適用于水溶性強(qiáng)且有組織排放源的VOCs 廢氣[4]。水吸收法其工藝、操作、管理簡(jiǎn)單快捷，而且水吸收法設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)和維修費(fèi)用較低。但是水吸收法需要借助洗滌液來完成廢氣處理，所以使用洗滌液也會(huì)造成二次污染，而且水吸收法對(duì)于硫醇、脂肪酸等物質(zhì)處理能力有限。

藥液吸收法主要是利用藥液與廢氣中的某些物質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)來達(dá)到除去臭氣成分的目的。藥液吸收法針對(duì)于大氣量、高中濃度的臭氣有著較強(qiáng)的功效，但是藥液吸收法與水吸收法一樣，使用吸收劑過程中易造成二次污染。

3.2.2 生物法

生物法主要包括生物濾池式脫臭法、洗滌式活性污泥法、生物滴濾池式、爆氣式活性污泥法四種方法。

生物濾池式脫臭法因?yàn)槠涮幚碣M(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)成為現(xiàn)階段生物法當(dāng)中研究最多、工藝最成熟的常用生物脫臭方法。該方法通過靈活使用土壤脫臭法、堆肥脫臭法、泥炭脫臭法來將惡臭氣體進(jìn)行去塵增濕氣或降溫等處理后，通過將惡臭氣體從濾床底部向上穿過濾料床，從原有的氣象轉(zhuǎn)化為水與微生物混合相[5]。但是生物濾池式除臭法需要占據(jù)大量的面積來建設(shè)濾床，同時(shí)濾床的填料需要定時(shí)更換，特別是對(duì)于疏水性和難降解生物物質(zhì)的惡臭氣體處理效果較差。

洗滌式活性污泥法通過在吸收器中含有懸浮物泥漿的混合液與惡臭氣體充分接觸后將之去除，在反應(yīng)器中加入洗滌液來實(shí)現(xiàn)惡臭物質(zhì)被懸浮生長(zhǎng)的微生物代謝活動(dòng)所降解溶解。洗滌式活性污泥法設(shè)備的占地面積小，而且具備操作環(huán)境易控制、可以處理大氣量的臭氣、適用范圍較廣的優(yōu)勢(shì)。但是該方法具有吸收器、反應(yīng)器等設(shè)備購買費(fèi)用較高、操作復(fù)雜、需要添加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等缺陷。

無論是生物滴濾池式還是生物濾池式脫臭法，濾床都是兩種方法必不可少的必備載體。同時(shí)兩種方法使用的濾床濾料也存在一定的差距。生物滴濾池式主要是使用不提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的惰性材料，例如木炭、塑料等都是惰性材料的極佳選擇。該方法的污染負(fù)荷承載量和微生物數(shù)量高于生物濾池式脫臭法，而且濾床上的惰性濾料可以不用進(jìn)行定期更換，但是該種方法必須要不斷添加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來維持池內(nèi)微生物數(shù)量。

3.2.3 低溫等離子體廢氣凈化法

該方法主要適用于化工、醫(yī)療、塑料、橡膠廠等行業(yè)領(lǐng)域中難以進(jìn)行處理的多組分惡臭氣體的凈化。VOCs 廢氣中的污染物與介質(zhì)阻擋放電過程中產(chǎn)生的富含極高化學(xué)活性的粒子(電子、自由基、離子、激發(fā)態(tài)分子等)發(fā)生反應(yīng)，通過轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水等物質(zhì)來實(shí)現(xiàn)凈化廢氣的目的[6]。低溫等離子技術(shù)由于其電子能量高、運(yùn)輸費(fèi)用低、設(shè)備啟動(dòng)停止快等優(yōu)勢(shì)，所以在面對(duì)大部分的多組分惡臭氣體有較強(qiáng)的凈化效果。但是低溫等離子體廢氣凈化法所需要的設(shè)備以及配套設(shè)施需要一次性進(jìn)行大量的資金投入。

3.2.4 光催化氧化法

光催化氧化法主要是將VOCs 廢氣中的有害物質(zhì)在光合作用下進(jìn)行處理，是VOCs 廢氣較為新型的處理技術(shù)。該種處理技術(shù)，主要在光作用之下形成一定化學(xué)反應(yīng)，把廢氣當(dāng)中有害性物質(zhì)有效轉(zhuǎn)化成無害性化合物，將VOCs 廢氣污染性降低。目前，國內(nèi)光催化的氧化處理技術(shù)還處于進(jìn)一步研究階段[7]。據(jù)悉，通過光催化的氧化處理技術(shù)來進(jìn)行VOCs 廢氣處理，VOCs 廢氣當(dāng)中污染物實(shí)際去除率在80%左右，應(yīng)用效果較為理想。光催化氧化法由于具備設(shè)備面積占地小、運(yùn)行成本低等特點(diǎn)，所以主要適用于煉油廠、化工廠、污水處理廠、制藥廠等惡臭氣體的脫臭凈化處理工作。通過在光催化氧化法領(lǐng)域的專家學(xué)者的共同探究下，采用合適的催化劑能夠達(dá)到70%～80%的VOCs 廢氣污染物去除率。

3.2.5 冷凝法處理

冷凝法也是一種能較好的處理VOCs 廢氣的有效方法。其是根據(jù)不同的物質(zhì)在不同的溫度下飽和蒸汽壓不同的工作原理，因此借助于這一物理性質(zhì)可以較好的實(shí)現(xiàn)通過系統(tǒng)溫度的降低或者是系統(tǒng)壓力的提高，實(shí)現(xiàn)冷凝分離在污染物處于整體狀態(tài)下的VOCs 廢氣。這種方法使用范圍也較為廣泛，適合于常溫高濕狀態(tài)下的VOCs 廢氣，特別適合處理濃度高的VOCs 廢氣。優(yōu)點(diǎn)也比較明顯，實(shí)現(xiàn)了對(duì)氣體的高度凈化，同時(shí)也可以做到高回收。缺點(diǎn)是要想實(shí)現(xiàn)凈化效果的保障，必須對(duì)于溫度進(jìn)行嚴(yán)格控制，通過降低冷卻溫度提高凈化效果。

此外，為了實(shí)現(xiàn)冷卻效果的提升，還要不斷增大壓力，這樣勢(shì)必會(huì)增加廢氣處理的成本和難度。

4 結(jié)語

自然源和人為源是VOCs 廢氣排放的主要奉獻(xiàn)者和生產(chǎn)者，如果排放VOCs 廢氣的行業(yè)企業(yè)、移動(dòng)源等隨意將有機(jī)廢氣排放至大氣中，最終VOCs 廢氣會(huì)隨著雨水、生物鏈、人類皮膚等危及到人們的身體健康。因此，必須要積極探索新型VOCs 廢氣處理技術(shù)來應(yīng)對(duì)日益增長(zhǎng)的VOCs 廢氣排放量。