關于揮發性有機物治理技術的研究探討

沈世總，鐘卉卉，俞勇涯

(1.瑞安市生態環境保護綜合行政執法隊，浙江省 溫州市 325200；2.杭州一潔環保科技有限公司，浙江省 杭州市 310000）

近年來，我國空氣污染狀況嚴重，很多城市都把發展重心放在經濟增長上，忽視了對生態環境的保護，這種經濟增長與環境持續惡劣之間的矛盾產生了不可逆轉的后果，例如現在很多城市的空氣質量狀況堪憂，城市空氣質量平均優良天數比例僅占全年天數的不到兩成，在這種情況之下，人們的生產生活甚至生命健康都受到了嚴重地威脅。為了建設更加美好的未來，我們有義務和責任加大對大氣污染的研究力度及重視程度，深入研究揮發性有機物的產生以及治理途徑和方法，盡可能降低其在大氣環境中出現的概率，消除其對人類健康造成的危害。

1 概述

揮發性有機物主要是指常溫條件下，沸點在50～260 ℃，飽和蒸氣壓大于133.3 Pa的有機化合物。該類有機化合物對人體健康的危害極強，甚至會同其他化合物反應生成毒性更強的物質，如果不能對其進行很好地處理，將會成為危害生態環境以及人類生命健康的罪魁禍首之一。很多空氣高度污染的地區，其生態環境已經遭到了嚴重破壞，而在這種環境中生活的人們也被更多地誘發出身體疾病，因此，必須要對相關污染成分進行有效處理[1]。

一般來說，這種揮發性有機物主要來源于化工生產，并且由于生產性質不同，所產生的揮發性有機物的物理及化學性質也存在著各種差異，例如不同化工企業所產生的揮發性有機物，往往存在于混合物之中，需要對其進行分離提純的預處理步驟才能夠更好地消除大氣環境污染物，如果只采取單一的治理技術則無法滿足要求，多種處理工藝和手段相互融合才是解決復合型揮發性有機物的關鍵。對于很多已經擁有揮發性有機物處理設備和技術的企業，還能夠節約處理成本，提升處理效率，因為該技術只需要在工藝末端添加控制技術。

2 VOCs治理技術

2.1 吸附法

利用吸附法實現對揮發性有機物的治理，主要原理是由于氣體混合物對于吸附劑的選擇存在差異，可以利用某些物理手段以及化學手段將復合污染物氣體進行分離并提純，這種方法的主要優勢在于可以回收部分有價值的揮發性有機物氣體。大多數吸附法所選取的吸附揮發性有機物氣體的材料是經氧化處理后的活性炭，并且這種物質對于揮發性有機物氣體的吸附能力會隨著工作環境的溫度及濕度的差異而產生變化，因此處理效率比較高。但是這種方法存在著一定的弊端，首先該種方法運行操作的環境必須嚴格控制；其次就是要對揮發性有機物吸附劑進行更換，否則可能會降低治理的質量[2]。對于這種治理技術的改進，重點在于減少有機物吸附劑的更換次數以及二次污染的頻率。一般所采用的方法就是加設吸附脫水裝置以及催化燃燒處理等環節。

2.2 吸收法

這種方法的主要原理是利用揮發性有機物可溶于油類物質的特性，選擇合適的吸收劑對揮發性有機物進行吸收，再將吸收后的物質進行二次利用，從而可以產生一定的經濟價值。同吸附法一樣，這種方法在吸收劑的選擇上也有一定難度，所以，如何實現低成本、高效率、低危害的吸收效果已經成為研究的主要目標之一，例如有些情況下可以利用水作為吸收劑，雖然吸收效率有限，但是相比其他材料，水的價格比較低并且危害性小。除此之外，增加氣液的接觸面積也是提高吸收效果的方法之一。

2.3 冷凝法

冷凝法主要是利用特殊的氣體冷卻回收裝置，按照氣體飽和度不同的特點，分別液化回收不同類型的有機氣體。當工業廢氣中揮發性有機物凝固點過低時，可以采取的有效提高冷凝效率和質量的方式就是增大壓力。其實冷凝法也可以根據接觸形式的不同，分為表面冷凝以及接觸冷凝兩種類型。前者主要是廢氣與冷卻液間壁式接觸或列管式接觸，而后者則是利用噴淋塔接觸實現廢氣與冷卻液的接觸，兩種方法各有利弊，第2種與第1種相比，其運行成本比較高。

雖然這種方法適用于較小的揮發性有機物處理空間，但是實際操作的要求卻不低，需要足夠的成本去支持低溫以及高壓的運行環境。該種方法的研究重點是降低冷凝法能耗的措施，對于利用所液化收集的氣體方面，研究不是特別深入。

2.4 膜分離法

在高分子膜的作用下，摻雜了不同氣體成分的混合性氣體會被溶解擴散，可以利用這一原理對其進行分離提純。例如較為常見的蒸汽滲透就是把有機物蒸汽通過高分子模直接進行分離。

膜分離法的優勢是操作難度較小、污染程度較低，且氣體回收率高。但是，這種方法由于需要高分子膜的反復使用和更換，會造成很大的成本問題。在膜分離方法的研究中，如何開發和利用具有較強耐受性強的膜是一個重要的課題。

2.5 生物處理法

生物處理法的主要原理就是利用微生物自身的吸收處理作用實現對有機廢氣中物質的分離與提純，相較于其他揮發性有機物治理技術，生物處理法的操作過程比較簡單，并且出現二次污染的幾率不大。但是由于微生物對于生存環境較為敏感，并且該種方法是新興的治理技術，其可操作性及實用性還需要進一步加強。根據相關研究資料表明，生物處理法的處理效果以及效率比較依賴于填料以及菌種這兩個因素。因此如何能夠找出合適的、處理能力強的菌種以及填料是該方法需要突破困境的關 鍵[3]。

2.6 低溫等離子法

在處理較多揮發性有機物時，除了上述幾種典型的辦法，還可以采取低溫等離子的方法，影響該種處理方法的主要因素是吸附性能以及等離子體介電常數，且該種方法的使用往往會受到污染物氣體中其他雜質的影響，例如臭氧。但是由于現代科學技術發展水平的不斷提高，通過對各種反映環境及條件的限定與控制，該種方法的實施范圍以及準確度有了顯著提高。掌握低溫等離子治理技術的關鍵就是要繼續研究開發穩定性及吸附能力強的催化劑，并配合功能更加完善的反應設備，以最大程度地提高低溫等離子法的準確性。

2.7 光催化降解法

光催化降解法，顧名思義就是利用光能以及催化劑來實現對揮發性有機物的綜合治理，使揮發性有機物通過化學反應被去除。完成實驗方法的因素主要有兩種：第一就是要保證有充足的光能，使其可以在合適的溫度及濕度條件下，發生氧化還原反應；第二就是對于催化劑的選擇。揮發性有機物治理效果的好壞取決于所使用催化劑的催化活性。這種光催化污染物處理方法，能夠在較短時間內完成一定量的污染物處理，但是該種方法的應用效果取決于催化劑的種類、作用的環境溫度和濕度、外部光照的強度等，不可預測性太強。為了能夠達到催化目的而采取控制反應條件的方法成本較高。對于該種揮發性有機物處理技術的研究重點，應該放在如何保持催化劑催化活性以及提高紫外光源的照射速度上[4]。

2.8 非催化燃燒法

非催化燃燒法的主要原理是利用揮發性有機物具備一定可燃性的特點。如果能夠充分利用這一特點，就可以通過燃燒來達到處理該類氣體的目的。

2.8.1 直接燃燒法

直接燃燒法就是將大量揮發性有機物通過燃燒的方式進行處理。由于揮發性有機物在燃燒之后，會產生大量的有毒氣體，因此該種方法呢必須與其他廢氣處理方法配合使用，才能夠避免發生二次污染。在對各種方法進行應用操作時，一定要注意環境溫度。在有些情況下，溫度必須要達到要求才能夠使處理方法發揮較好的作用。除此之外，還應該注意揮發性有機物在燃燒時可能需要與空氣混合，如果不能夠較好地掌握空氣與揮發性有機氣體配合的比例，極有可能會造成爆炸的風險。因此，直接燃燒法并不是一種值得推廣的揮發性有機物處理技術。

2.8.2 蓄熱燃燒法

該方法與直接燃燒法相比，增加了廢氣預熱步驟以及余料自動回收設置。這主要是依靠閥門系統、蓄熱室以及燃燒室三個主要部分共同作用的結果。如何能夠提高閥門系統內工作的靈敏度，成為蓄熱燃燒法的關鍵，這將有利于提高揮發性有機物燃燒處理的速率以及質量，并降低產生二次污染的概率。

2.8.3 多孔介質燃燒法

多孔介質燃燒法主要是將揮發性有機物放在多孔介質材料中進行燃燒處理。由于材料的幫助，能夠將燃燒產生的熱量通過固體加熱的方式對上游廢氣進行預熱，同時還可以對下游余熱進行回收。相較前兩種揮發性有機物處理方法，該種方法對設備的要求較低，并且能夠在短時間內完成廢氣的處理，并且效果也比較可控，因此受到越來越多相關人員的青睞。如果能把重點放在控溫和散熱的研究上，將會促進多孔介質燃燒方法的全面發展。

2.9 催化燃燒法

催化燃燒法經常被作為其他燃燒法的補充，這主要是因為催化燃燒法的運行成本太高，且所能處理的揮發性有機物濃度過低。常見的催化劑可分為負載型貴金屬催化劑、過渡金屬氧化物催化劑以及稀土金屬氧化物催化劑等。

負載型貴金屬催化劑燃燒方法需要借助很多貴重金屬來作為活性成分，以氧化物作為載體支撐。這樣做主要是因為貴重金屬能夠使催化燃燒法的催化效率得到顯著提升，提高催化劑的活性等，但是貴重金屬價格比較高昂，因而加大了催化燃燒法的運行成本。

可以采用Ce和La等多種稀土金屬提高揮發性有機物治理技術的效率，多數情況都是選擇多種過渡金屬共同摻雜組合催化揮發性有機物治理過程的方法。事實證明這樣的方法能夠有效提高催化處理效率。

催化燃燒處理法對于整個過程操作人員的技術水平有較高的要求，需要他們能夠完成催化劑的再生過程，并且該種方法所能催化的揮發性有機物濃度是有限制的，只有在濃度較小的范圍下，才能夠發揮其應有的功效。

因此我們認為在對催化燃燒處理方法進行優化的過程中，一定要考慮以下幾點：如何能夠提高操作人員的技術水平、增強催化劑的低溫性能，增強催化劑的穩定性以及再生能力，才能使催化燃燒法的效率得到進一步提高，適用范圍也才會逐步擴大，而不是再作為其他有機物處理方法的補充。

3 結語

近年來，我國大氣污染的狀況越來越嚴重，不僅危害著人們的身體健康，還阻礙著經濟社會的可持續發展。如何高效處理揮發性有機物，已經成為相關專家和學者的研究重點。揮發性有機物因來源不同而具有不同的物理及化學性質，要想對其進行又快又好地處理，不能只采取一種廢氣處理方式，將各種方法配合使用才是揮發性有機物治理的最佳方式。例如對于含有較多氨氣及硫化物的廢氣，必須要先對其進行吸附并采取微生物處理方式進行預處理，由此產生的新的物質，再借助催化燃燒方法進行二次處理和提純。

根據揮發性有機物的特性，在選擇處理手段和技術時，要考慮到預處理工藝的重要性。這樣做的目的是能夠提高后續集中處理的效率，避免產生二次污染，并減小廢氣處理的成本及危害。一般來說，如果揮發性有機物的濃度較高，就必須先采取吸附方法來對其進行處理，再選擇燃燒處理法等更加具有針對性的方法進行分離和提純，以消除部分有害氣體。一般來說大部分揮發性有機物處理流程最終都是利用催化技術，這也體現出我們在發展揮發性有機物治理技術時應該將研究重點放在催化技術升級之上的決心。

一切關于揮發性有機物治理技術的改革，重點都需要放在如何能夠提高處理效率、降低二次污染帶來的危害、盡可能地減少過多成本支出上。根據現實情況進行揮發性有機物處理技術之間的有效組合，能夠提高有害氣體處理技術的水平。因此，一定要從綜合角度出發，選擇合適的方法，使治理效率達到事半功倍的效果。希望相關領域能夠將多種揮發性有機物技術結合起來，逐步優化其運行空間和條件，使其適應多種工業應用場景，從而使空氣污染治理工作能夠更加順利地進行。