有機廢氣治理技術與應用探討

高 雷

（安徽一二三環?？萍加邢薰?，安徽 宣城 242000）

在工業生產過程中會產生很多有機廢氣，而環保領域將其中能參與大氣光化學反應的有機化合物稱為揮發性有機物（VOC）。常見的有機廢氣包括甲醛、苯、甲苯、二甲苯、乙酸乙酯等。如果這些有機廢氣不經處理被直接排放，其會在大氣環境中參與一系列的光化學反應，產生二次有機氣溶膠，成為霧霾的前體物質；也會參與到二氧化硫、氮氧化物等的氧化還原反應中，且形成一系列的硫酸鹽、硝酸鹽以及銨鹽等，從而會造成酸雨等不良天氣；其還會與氮氧化物反應生成臭氧，會進一步促進各類污染物的轉變。上述這些變化，不僅會形成一系列能腐蝕建筑物、鋼材的大氣附著物，還會降低大氣能見度，提高空氣中細顆粒物的數量，從而誘發呼吸系統疾病，影響人們身體健康。此外，若人體直接吸入或沾染了一定量的揮發性有機物，還有可能誘發癌癥、白血病等惡性疾病，這對人們身體健康造成了極大危害[1]。但隨著科技的發展和人們的廣泛重視，有機廢氣處理技術得到了相應完善和具體優化，從而有效提高了有機廢氣的處理效率。在實際應用中，由于生產過程所使用的原料、加工技術和操作規程不盡一致，企業需要結合自身的實際情況，在保證污染物處理效果的前提下選擇合適的有機廢氣處理技術。

1 有機廢氣處理的重要性

隨著我國經濟的不斷發展，也促進了制造業的成長，但隨著工業化進程的推進，環境污染所造成的負面影響逐漸顯現，造成了諸如霧霾、人群呼吸系統疾病、水源地污染等現象。常見的有機廢氣及其危害主要包括：（1）苯會對人體的中樞神經系統產生損害，且高濃度（高達2%）的苯很容易造成急性中毒以及死亡；（2）當苯甲酸類有機氣體進入人體后，會使蛋白質變性和凝固，人們會出現呼吸困難和窒息問題；（3）硝基苯會對神經系統以及身體器官功能造成損壞；（4）有機磷類的有機廢氣能夠極大降低血液中所含的膽堿酯酶活性，從而會引發人們出現功能性以及神經系統方面的疾病。因此，必須要對有機廢氣進行有效治理。

此外，大氣中的有機廢氣容易產生次生的細顆粒物聚集情況，這是也造成大氣污染問題的原因之一。因此，在企業日常生產過程中，建議使用水性油漆等低揮發性涂料，以此代替高揮發性涂料，并采用更清潔的生產工藝和技術來抑制和預防有機廢氣的污染。而且，應用有效的廢氣處理技術，可以實現有機廢氣的凈化和綜合利用。一般情況下，其處理方法主要包括吸收、冷凝、吸附和熱解，且應用范圍因處理方法而異[2]。

2 常見的有機廢氣治理技術

2.1 吸附法

目前，吸附法是有機廢氣最常見且廉價的處理方式之一，按照其吸附材質不同，可分為固體吸附法與液體吸附法。

2.1.1 固體吸附法

固體吸附法主要是依靠固體吸附材質表面的空穴、孔洞等微觀結構實現對有機物的捕捉，其捕捉過程是一種物理變化?，F階段，為了降低廢氣的處理成本，企業普遍選用價格較為低廉的多孔活性炭作為吸附材質。

2.1.2 液體吸附法

液體吸附法的原理與固體吸附法稍有不同，有些類似于分液萃取的原理，是利用有機物在特定溶劑中的高溶解度將廢氣中的有機物捕捉至溶劑中，其本質是溶解，也是物理過程。由于不同有機物在不同溶劑中的溶解度各有不同，因此，液體吸附法的應用范圍遠遠小于固體吸附法，而且，其應用前需要明確廢氣中的有機物種類，這樣才能有針對性地選擇相應的液體吸附介質。

目前，吸附法在使用過程中主要存在三點問題：一是有機物并沒有被消滅，而僅是被吸附材質捕捉，因此，吸附飽和后的吸附材質反而形成新的固體/液體廢棄物；二是活性炭等吸附材料受到溫度、濕度等環境條件的影響比較大，而且，吸附材質對于部分有機物的處理效果較差，例如，活性炭對于部分苯系物的吸附效果就很不理想；三是隨著使用時間的增加，固體吸附設備的吸附效率下降得十分明顯，所以需要經常更換吸附材質。為了解決上述問題，現在經常采用吸附裝置與吸附介質再生裝置聯用的方法，例如，活性炭吸附-熱空氣再生處理裝置。

2.2 冷凝法

近年來，冷凝處理技術得到了廣泛應用，其原理是通過降溫或升壓使廢氣中的有機組分液化，并與空氣分離，進而可以進行收集。在實際應用中，由于不同有機物在不同壓力下的液化溫度不同，所以此類處理設備并不適用于多組分有機廢氣的處理，同時在應用處理設備前，還需明確廢氣中的有機物種類、廢氣量與濃度，以此來確定設備的耐壓范圍與有效容積。相比于吸附法，冷凝處理法處理效率較高，也無需更換耗材，更不用擔心處理效率下降的問題，但其在使用過程中的能源消耗較大。若企業可以將冷凝收集的有機組分進行二次利用，則可以極大地降低企業的運營成本，因此，這也是一種有價值的處理方式。

2.3 氧化/燃燒法

氧化/燃燒法是使廢氣中的有機組分與空氣中的氧氣發生完全氧化反應，轉變為水、二氧化碳等小分子物質的方法。根據氧化條件不同，可分為熱燃燒法與催化燃燒法。

2.3.1 熱燃燒法

熱燃燒法是通過直接升溫的方式增加分子內能，從而使有機物發生氧化的方式。該方法對于不同的有機物，其發生完全氧化的溫度以及反應時間會有所不同。而對于大部分有機物，當溫度升至800 ℃左右時即可完全分解，但對于二噁英等少部分物質，在需要大量破壞的情況下，需將反應溫度提升至1 000 ℃以上。

2.3.2 催化燃燒法

催化燃燒法是通過催化劑降低反應活化能，從而增加有機物氧化的速率。在實際應用中，為了盡量增加有機物、氧氣與催化劑的接觸面積，需要優化設備內的風道設置，一般情況下可使用多孔陶瓷作為催化劑的負載基質。目前，常見的有機催化劑大部分為鉑（Pt）、鈀（Pd）和銠（Rh）等貴金屬催化劑。由于使用了催化劑，反應活化能會大幅降低。對于大部分催化劑來說，其反應溫度可以控制在350 ℃以下，而對于部分優秀催化劑，其反應溫度更可以降低至200～250 ℃左右。

總體而言，氧化/燃燒法具有處理效率高、工藝簡單、無附加污染物的特點。但也會因為有機物氧化放熱的熱量不足難以維持設備消耗，所以，需要采用天然氣或電加熱的方式進行額外熱量補充。因此，為了減少設備運行成本，此類設備常與陶瓷蓄熱裝置、尾氣換熱裝置聯用。需要注意的是，為了保障安全性，此類設備中有機物的濃度不得超過其爆炸極限的25%。

2.4 化學吸收法

從形式上而言，化學吸收法和液體吸附法較為類似，均是使有機廢氣通過液體并截留有機組分的方式，但它們的原理并不相同?；瘜W吸收法的原理是有機物與溶液中的活性成分發生化學反應，并會留在溶液中，其本質是化學反應而非物理變化。其處理效果不僅受有機廢氣在溶液中溶解度的影響，還會受到溫度、濕度、活性成分等多方面的影響，所以，此類方法的應用范圍相比于液體吸附法更小。

3 有機廢氣處理的新技術

3.1 低溫等離子體技術

低溫等離子體技術是通過高壓電弧放電，使廢氣中遍布電離后的氧自由基與臭氧分子，并與有機組分發生氧化反應而成為無害小分子的過程。此種方法原理的本質和氧化燃燒法類似，都是通過人工方法為有機物的氧化提供能量。與氧化燃燒法相比，低溫等離子法的優勢是運行功耗更低，設備更簡單，也更安全。但也存在著電離濃度不易控制、處理效果難以保證、會產生臭氧副產物等缺點。一般來說，在處理低濃度、低風量的有機廢氣時，低溫等離子法是一種見效較快的簡易技術[3]。

3.2 變壓吸附技術

變壓吸附的原理主要是運用不同吸收器對廢氣進行轉化。變壓吸附是對廢氣進行氣體分離以及凈化，并能充分考量吸收容量壓力的整體變化。變壓吸附是以壓力波動為特征，實現吸附劑組分在低壓狀態下的解吸和吸附劑的再生。該技術由于周期短，吸附熱不會隨著時間的推移而降低，因此，可以用于解吸。而吸附層吸附解吸溫度的變化一般較小，波動較大。在實際應用變壓吸附技術處理有機廢氣時，需要與吸附劑適當結合，如硅膠、分子篩、活性炭等。該技術具有成本投入低、功耗低、加工效果好的優點。

3.3 膜生物反應器

近年來，隨著我國膜生物反應器的迅速發展，該反應器已逐漸應用于有機氣體的處理。在膜生物反應器的實際應用中，膜技術可以與現有廢氣微生物處理技術有效結合，從而有效提高了有機廢氣處理的效果，也保持了良好的分解效果。該方法的原理與化學吸收法類似，只不過由于生物膜的作用，水中的“化學吸收劑”可以不斷地再生。該方法與化學吸收法相同，也同樣會受到有機物在水中溶解度的影響，而且，由于涉及到使用微生物，其廢氣和環境的溫度變化也會極大地影響設備的處理效果[4]。

3.4 微波吸收解吸技術

這種技術主要是在固體吸附-解吸再生技術的基礎上實現的。該技術是使用微波解吸代替熱解吸，能有效地減少能耗，同時也能使解吸時間更少。此外，該方法解吸效率高，對環境溫度影響小，完全可以滿足有機廢氣預處理的各種要求。目前，微波吸收解吸技術的主要研究方向是如何減少電磁波對外環境的影響。

3.5 綜合處理技術

綜合處理技術主要是對各種處理技術進行有效結合，然后再對有機廢氣進行處理，這樣可以實現更好的處理效果?，F階段，工業廢氣處理技術主要是使用催化吸附、組合吸附、降壓振蕩解吸、吸附劑濃度變化等。其中，吸附催化吸附技術可以吸附廢氣中的有害物質，降低廢氣中污染物的濃度，符合國家處理標準。

4 有機廢氣處理的管理方向

4.1 強化源頭管理

在對有機廢氣進行處理的過程中，很多企業只重視對有機廢氣進行處理，而沒有重視對生產過程的有效管理。因此，為了能夠從源頭上對有機廢氣進行處理，企業需要高度重視生產過程的管理。首先，要詳細分析有機廢氣的成分，對其生產過程進行優化，以此有效減少有機廢氣的產生。在實際管理工作中，要合理規劃工業生產，做好對揮發性化學品貯藏的有效管理，以減少因材料儲存引起的問題。同時，企業還應設立相應的管理機構，制定工業生產過程和原材料儲運控制方案，以此有效控制污染源有機廢氣的排放。同時，在工業生產過程中，如汽車和家具生產企業，要督促其優化生產用原材料，盡量使用VOC含量低的涂料、染料等[5]。

4.2 縮短傳輸路徑

因有機廢氣與生產物料的性質、儲存條件、密封條件等因素有關，所以，為了減少生產過程中有機廢氣的排放，應盡量優化生產工藝，簡化工藝流程，減少有機原料的傳輸次數，并盡可能使用密封式儲存，且原材料在輸送過程盡量使用真空泵送手段。此外，企業還需要嚴格監控生產過程，確保各類容器、管道的密封性，盡量采用耐腐蝕的容器、管道材質，以此做到無泄漏、無破損。

4.3 提升收集效率

對于生產過程中產生的有機廢氣，若無法做到有效收集，即使末端處理設備的凈化效率再高也無濟于事。目前，提升廢氣收集效率最有效的手段是密閉和負壓排風。密閉就是，使產生有機廢氣的工段盡量減少與外界空氣交換的次數，從而形成一個密閉的空間，以減少廢氣的逸散。例如，可以給集氣罩設置軟簾，在排風柜、密閉式噴漆房內進行噴漆操作，而噴漆房的人員進出通道應設置停留室與內外兩道門等。負壓排風是指通過管道向外抽風的方式將廢氣送至處理設備中，這樣可以最大程度避免封閉空間內的有機污染物逸散至外界。

4.4 加強末端處理

在從源頭、傳輸路徑、廢氣收集方面強化有機廢氣的治理后，則需對末端處理方面進行強化。在實際處理過程中，企業要根據自身的實際情況，并結合廢氣的溫度、濕度、含塵量、有機廢氣種類、濃度等多方面因素，從廢氣處理效果、一次性投入成本、持續運營成本、附加污染物的產生和安全性等多角度進行綜合考量，在多種有機廢氣的處理方式中選擇最適合企業實際情況的處理方式。

4.5 保障日常管理

除了“硬件”層面，企業也需要在“軟件”管理方面輔助控制有機廢氣。一是需要根據排污許可證、環境影響評價文件等的要求，積極主動地完成自行監測要求，并判斷污染防治設施的運行效果。如果有條件，最好能安裝有機廢氣在線監測裝置。二是需要對原輔材料、生產設備、污染防治設施等運行情況進行記錄，且要做好臺賬，便于分析問題，以此為進一步強化管理、提升污染治理效率奠定良好基礎。同時，企業還要總結以往的管理工作，便于及時發現管理中存在的問題，以此為后續管理過程提供科學依據。為了跟上時代的步伐，企業還需要定期學習新的污染防治技術與運行管理經驗，進一步不斷優化有機廢氣的處理系統。

5 結語

綜上所述，在選擇有機廢氣的處理方式時，應通過對不同處理方案的對比，來確定目前工業生產條件下最合適的方案。在實際處理有機廢氣時，企業需要在有機廢氣處理的質量和成本之間取得平衡，爭取實現經濟效益、社會效益和環境效益的統一。同時，為了確保有機廢氣的管理與治理，不僅要做好末端治理設施的選擇，還要強化源頭管控、縮短傳輸路徑、提升收集效率以及加強日常管理等多方面的工作。此外，在處理有機廢氣時，必須要保證處理過程安全。