揮發性有機物處理新技術的研究

曹燦

摘要：揮發性有機化合物與空氣中的其他物質（如氮氧化物和碳氫化合物）發生光化學反應，造成二次污染物O3產生，導致大氣臭氧污染。大多數揮發性有機化合物具有難聞的氣味、毒性、致畸性和致癌性，尤其是苯、甲苯和芳烴。這些物質不僅會危害人體，還會危害農作物的生長。為了有效控制VOCs污染，監測是一個重要環節。做好VOCs監測工作，就能掌握其污染特點和實際情況，及時采取有針對性的措施。

關鍵詞：揮發性有機物;處理;新技術

在空氣中常常會有揮發性有機物（VOCs）伴隨其中，揮發性有機物其實就是在空氣中的化合物成分，這些化合物的沸點是在50℃到250℃之間，在常溫的情況下，空氣中的揮發物種類甚至多達幾十種，這些揮發物中多會含有環芳烴成分，當空氣中的揮發性有機物超過一定的數值會對人體帶來傷害，致癌的可能性也會增加，揮發性有機物的源頭其實就是兩大類的組成，其一是自然因素，自然因素顧名思義就是指動植物、微生物;再則就是人為因素，主要就是日常人們生活中的是汽車尾氣排放，還有工業生產中工業污染源排放。現在，我們生存的環境中空氣中常常會有O3污染現象產生，這種現象出現的原因就是揮發性有機物所引起的。

1 揮發性有機物的定義

揮發性有機化合物（Volatile OrganicCompounds，以下簡稱VOCs）在全球范圍內都沒有一致的定義，目前，在各個種類的檢測方式中人們對于目標化合物的檢測也越來越重視。接下來將目前全球范圍內針對揮發性有機物的定義方式進行分析：

例如，首先在世界衛生組織（WHO）的定義中認為：當某類有機物化合物大于標準大氣壓的時候，并且在室溫以下以氣態的狀態保留于空氣中、并且其沸點的范圍50攝氏度到260攝氏度之間的化合物的總稱視為揮發性有機物。其次是美國聯邦環保署（EPA）、美國ASTMD3960-98標準等將揮發性有機物的定義是某種有機化合物能與大氣光化合產生作用的稱為揮發性有機物。最后現在我們國家對于揮發性有機物的定義是沒有具體的準則，在我國環保部門公布的《十三五揮發性有機物污染防治工作方案》里對于揮發性有機物的定義延用了美國EPA的具體定義，揮發性有機物是根據能否與大氣光化學產生反應的有機化合物，其中主要是成分中含有硫的有機化合物，例如烷烴、烯烴、炔烴、芳香烴等、含氧有機物、揮發性鹵代烴、甲硫醇、甲硫醚等，這些化合物都是形成臭氧（O3）污染的重要前體物。

2 VOCs分析儀選型、設計原則

由于VOCs是多種有機物的混合物，在線VOCs分析儀選型，首先需要考慮的因素是儀器對待測氣體的響應系數應能滿足監測要求。按照環保行業標準HJ733-2014《泄漏和敞開液面排放的揮發性有機物檢測技術導則》對響應系數的定義：“指已知濃度的VOCs化合物的濃度值，與經相同濃度值的參考化合物校準的儀器讀數的比值”。

現有數據表明，基于NDIR測量原理的VOCs分析儀，對于一般的碳氫化合物和含氧、含氯有機物的響應系數基本能達到較為理想的0.9～1.1這個范圍;基于GC-FID原理的儀器也能滿足一般碳氫化合物和含氯以及大多數含氯有機物的響應系數要求。

（1）如果在線VOCs分析儀的數據用于排放監測，測量數據需要上傳至生態環境監測業務管理系統部分，需要選擇滿足當地環保部門要求的儀器。

（2）如果要求監測非甲烷總烴以外的特定揮發性有機物參數，如甲苯、二甲苯等單一成分，應選擇能分離檢測該化合物的氣相色譜分析儀。

（3）用于企業內部VOCs回收和處理工藝的VOCs分析儀，根據工藝和成本控制要求選擇需要的儀器。

（4）應用于危險區的在線VOCs分析儀，必須滿足現場防爆區域的安全要求。當分析儀不能完全滿足防爆要求時，應將分析儀安裝在達到ⅡC級要求的正壓通風的分析小屋里，保證安全運行。

（5）在線VOCs分析儀，為了實現安全、準確、長時間連續可靠運行，需要配置粉塵過濾裝置、除水裝置、溫度調節裝置等附屬設備。

（6）VOCs檢測儀正規廠家都有完整的研發、生產設備，檢測儀器出廠前須在校準倉完成校準，確保產品的準確性。并且電化學檢測儀完成一次校準即可，不需要頻繁校準。校準倉是一個特定環境的實驗艙，在校準倉完成儀器的校準，校準倉的搭建動輒幾十萬，甚至上百萬，一般企業是不會耗費這個費用的。

3 揮發性有機物處理新技術

3.1 膜分離回收

隨著膜技術的成熟，膜分離也成為揮發性有機物回收處理中較為常見的一種技術形式。生物膜具有選擇透過性，回收方式與上文的吸附回收類似，將吸附劑替換為生物膜，當含有揮發性有機物的空氣經過生物膜時，揮發性有機物被攔截下來，并附著在生物膜的表面，達到了分離、回收的目的。膜分離回收是一種較為成熟的技術，早在20世紀40年代，美國已經開始使用這一技術回收揮發到空氣中的汽油分子。之后隨著膜技術的發展，逐漸在芳香族化合物、含氧有機化合物的分離中得到了推廣使用。根據空氣中揮發性有機物濃度的不同，膜分離回收效果也有較大差異。在一些濃度較高的情況下，揮發性有機物的回收率可以達到90%以上。

3.2 生物分解

利用微生物活動可以將成分復雜的揮發性有機物，轉化為比較簡單的無機物，例如H2O、CO2等。生物降解的基本流程為：首先選擇溶解度較強的溶劑，將待處理的廢氣通入溶劑中;當廢氣中的揮發性有機物溶于溶劑后，使溶劑緩慢地流過生物膜;在流動過程中，附著在生物膜上的微生物，會對揮發性有機物進行降解、轉化。例如：某些微生物以揮發性有機物作為食物，經過消化后產生無毒無害的排泄物，從而降低了揮發性有機物的危害。影響生物分解揮發性有機物效果的因素主要有溫度（影響微生物生命活動）、菌種（影響分解速率）等。生物分解技術的應用優勢在于易于操作、不產生二次污染。但是缺點也比較明顯，例如：溫度過高或過低，都會影響微生物的活動，分解效果不穩定。

3.3 噴淋洗滌+催化氧化組合技術

部分揮發性有機物可溶于水，根據這一特性，可以設置一處噴淋室，讓含有揮發性有機物的廢氣通過噴淋室。噴淋出來的水可以與廢氣充分接觸，可以吸收其中的揮發性有機物。經過水洗處理后，將含有揮發性有機物的廢水，倒入相應的反應裝置中，在特定條件下，加入催化劑，發生催化氧化反應，將廢水中的揮發性有機物轉化為溶于水的無機物（如H2O、CO2等）。經過處理后的廢水，還可以重新進入到噴淋系統中，循環利用。既可以降低處理成本，又符合當前提倡的綠色環保理念。

3.4 在線監測

與離線監測相比，在線監測能夠反映污染物的動態變化。上海、天津等地相繼發布了固定污染源揮發性有機物在線監測相關技術規范。2018年，生態環境部發布了《環境空氣揮發性有機物氣相色譜連續監測系統技術要求及檢測方法》（HJ1010-2018），對在線監測系統提出了技術要求。在線監測系統采用采樣泵進行自動循環采樣，采集的樣品進入分析單元進行富集、分離、定性和定量;最后，還有用于數據處理和監測數據傳輸的數據傳輸單元。該系統還包括一個可以校準和驗證儀器的命令和控制單元，空氣源單元提供用于分析的載氣、燃料氣和輔助燃料氣。標準的發布可以更好地約束和引導制造商控制在線監測系統的技術，從而更好地確保監測數據的可靠性。

結論

綜上所述，選擇恰當的技術方法，能夠以較低的成本、簡單的設備，提高揮發性有機物的去除率，從而達到凈化環境、保護生態的目的。現階段，在使用冷凝回收、吸附回收、燃燒分解、生物分解等技術的基礎上，采用多種方法的組合式技術，可以進一步提高處理效果，具有推廣使用價值。

參考文獻

[1]高寒，董艷春，周術元.貴金屬催化劑催化燃燒揮發性有機物（VOCs）的研究進展[J].環境工程，2019（3）：136-141.