揮發性有機物治理技術的相關探究

李凌洋

（重慶市長壽區生態環境監測站，重慶 401220）

揮發性有機物主要存在于大氣中，是形成霧霾和PM2.5的主要物質之一，對環境有著很嚴重的影響。同時揮發性有機物還會破壞臭氧層，并產生光化學煙霧，在不知不覺中危害著人類的身心健康。隨著我國現代化工業的發展，企業在生產過程中產生了大量的烴類、醛類等揮發性有機物，若不經過有效地防污染處理就排放到大氣當中，就會造成嚴重的大氣污染。揮發性有機物的種類非常多，而且不同行業排放的物質也有較大差別，所以在治理技術方面也都各自存在著優缺點，但往往由于操作成本的制約，各行各業揮發性有機物的治理效果并沒有達到標準[1]。而且目前仍有很多人對揮發性有機物了解甚少，缺乏治理防范意識，因此本文針對此現象，簡要介紹了揮發性有機物的定義、來源及危害，并對目前國內學者的研究現狀進行了綜述，旨在為相關從業人員了解更多揮發性有機物治理技術，并研究出更先進的揮發性有機物治理技術提供一些借鑒。

1 揮發性有機物定義、來源和危害

1.1 揮發性有機物的定義

根據世界衛生組織（WHO）的定義，揮發性有機物就是沸點以蒸汽形式存在于空氣中的一類有機物。具有揮發性的有機化合物在常溫下的飽和蒸汽壓大于71 Pa，常壓下沸點在260 ℃以下的有機化合物；常溫沸點下低于100 ℃或者25 ℃時飽和蒸汽壓大于133 Pa的有機化合物也被稱為揮發性有機物。

1.2 揮發性有機物的來源

揮發性有機物主要來源于天然源和人為源兩種，其中在自然環境中，我國部分植物在生長過程中會產生揮發性有機物，還會伴隨著一些自然災害出現，這些都是無法避免的；而人為源主要來自于人類的生產生活，揮發性有機物產生于石油化工、包裝印刷、造紙、制革、涂料裝飾等行業，包含了各種烴類、醇類、醛類等有機物。揮發性有機物還經常出現在人們的日常生活當中，比如剛裝修房間內的油漆、涂料等都會釋放出一定量的有毒氣體，因此剛裝修的房子不能馬上入住，需要采用一定的廢氣處理方法降低室內揮發性有機物濃度并達到國家標準，才不會對人體健康造成危害。根據專業人士的估算，每年全球天然源揮發性有機物的排放量約為11.5億噸碳，遠遠大于人為源排放量[2]。近年來隨著我國現代化工業的不斷發展，人為源揮發性有機物的排放量逐年上升，因此人們要加大對揮發性有機物的防治和處理，以減少其對人類健康的危害和對自然環境的污染。

1.3 揮發性有機物的危害

大部分揮發性有機物都具有致癌性，如人們所熟知的甲醛，是一種室內油漆涂料的組成成分，裝修完后會釋放出甲醛氣體，這種氣體被人們吸入到身體中就會損害人體的多種器官，并可能會誘發癌變。在人們日常居住的房子當中或多或少都會存在一定含量的揮發性有機物，若是處理不當就會嚴重危害人們的身心健康。揮發性有機物的濃度較低，不易被人們發現，而且還會造成人類內分泌系統紊亂以及導致與造血系統的相關的疾病。

2 揮發性有機物治理技術發展現狀

2.1 揮發性有機物無組織排放情況嚴重

隨著我國現代化工業的不斷發展，化工企業也得到了較大的發展，但是部分企業處理生產廢氣時未按照國家標準的要求，在裝料、裝卸、儲存以及生產過程中都出現了大量的無組織排放現象，這些廢料、廢氣直接排放到大自然中對環境造成了較大的污染，同時也危害著人類的生命健康安全。即使國家和地方政府出臺了對揮發性有機物治理和排放的標準要求，但是部分企業為了降低成本、獲得更大利益，對政策視而不見，因此我國目前揮發性有機物的排放量還是較大，企業對其的處理效率較低[3]。

2.2 揮發性有機物治理技術不達標

我國化工行業近年來得到了快速發展，化學制品種類繁多，各種化學反應也使揮發性有機物的類型更加復雜，不同類型和濃度的揮發性有機物需要采用不同的處理方法才能得到有效地去除和回收，但是一些企業的處理條件和技術都沒有達到相關規范標準，部分操作人員為了盡快完成任務、降低成本，在處理揮發性有機物時，對相關溶劑或催化劑進行減量而導致反應不充分，這就使得處理后的廢氣中仍然存在著較多的揮發性有機物，而且未進行進一步處理就排放到環境中，因而造成了對環境的二次污染。

2.3 相關部門運行管理不規范

目前我國制定的有關揮發性有機物治理和排放的法律法規和管理制度還存在缺陷，雖然在一定程度上得到了較大改善，但由于相關人員的管理不規范，企業也對工作抱著應付的態度，導致企業對揮發性有機物治理的管理不嚴格，使大量有害氣體直接排放到空氣中。且相關人員對于設施的運行維護管理工作也做得不到位，影響了揮發性有機物處理的效果。隨著人們生活水平的不斷提高，人們對各種物質都有了較高的要求，而且近年來人們的環境保護意識也有了較大程度的提升，所以加強對揮發性有機物的治理是非常有必要的。

2.4 揮發性有機物種類復雜，治理途徑多樣化

目前存在于人們生活中的揮發性有機物種類豐富，因此人們也針對不同組成成分的揮發性有機物形成了多樣的治理途徑，其中主要途徑有清潔生產、過程控制和末端治理三種，現有的治理技術主要就是針對末端產生的廢氣，包括回收技術、銷毀技術和組合技術等[4]。

3 揮發性有機物治理技術

3.1 銷毀技術

3.1.1 高溫焚燒技術

在所有的銷毀類技術中，高溫焚燒技術操作比較簡單，這種技術是通過高溫將有機物進行氧化分解，主要針對的是組成成分比較復雜而且濃度比較高的揮發性有機物，其中包含的處理方法有直接焚燒法和多孔介質焚燒法等。直接焚燒法就是將揮發性有機物和燃料、空氣等一同送入熱爐中進行燃燒，采用該處理方法一般處理的是揮發性有機物組成較復雜、濃度較高且沒有可利用價值的物質。多孔介質燃燒法是第三代氣體燃燒技術，是利用機器內部組織的熱量進行回收的過程，這種處理方式可以節約更多能源，燃燒也更加充分，銷毀效果更好。總而言之，高溫焚燒技術操作簡單，運行比較穩定，所需的能量相對較少，適合處理比較復雜和濃度較高的揮發性有機物，比如生活中出現較多的噴漆、包裝材料和絕緣材料等。

3.1.2 催化燃燒技術

催化燃燒技術就是將揮發性有機物進行預熱，直到其達到可燃燒的溫度，然后再加入一定量的催化劑，使廢氣在催化劑表面進行氧化分解，以達到凈化的目的。目前工業中應用較多的催化劑就是貴金屬催化劑、復合物催化劑和非貴金屬氧化物催化劑。催化燃燒技術具有較多的優點，比如能耗低、安全性能較高、操作方便，而且催化劑可以進行重復利用，且處理成本比較低，但存在著工藝條件要求嚴格等缺點，所以在處理的廢氣中不能含有影響催化劑壽命的物質，否則就會降低催化燃燒的效果。

3.1.3 生物凈化技術

生物凈化技術就是通過大自然中的微生物對揮發性有機物進行氧化分解和消化代謝等，從而將有害有機物轉化成二氧化碳和水等物質。這種技術需要對相應的微生物進行人工培養，而且需求量比較大，但是微生物分解產生的二氧化碳和水又可以作為其生長的能量，因此可以將整個裝置進行循環使用，只需要在凈化裝置中定期增加微生物生長繁殖所需的營養和水等即可。在1930年前后，我國首次將該技術運用到處理硫化氫等惡臭氣體當中，如今該技術也被廣泛應用于國內外惡臭物質的處理。生物凈化技術具有設備操作簡單、二次污染小、運行成本低等優點，且微生物環境中的壓力、溫度、濕度、養分等都很容易得到控制[5]。

3.1.4 低溫等離子體技術

低溫等離子技術就是通過外加電場的高溫高壓，利用介質放出的大量高能粒子破壞揮發性有機物的結構，達到有機物降解的效果。低溫等離子技術主要有電子束照射法、介質阻擋放電法等，目前我國市場上運用較多的方法主要是介質阻擋放電法。該方法是將介質放入到兩個電極之間，通過電極之間釋放的高壓電流，實現揮發性有機物的電離。同時電介質在使用過程中還可以充當電容器的作用，能夠儲存部分能量，該方法對去除甲醛具有很好的效果。低溫等離子技術具有較多優點，如該技術可以在常溫下進行操作，安全性能比較高，而且裝置使用比較方便快捷，可以根據周邊的環境進行調節；該技術產生的產物不會對環境造成二次傷害，比較環保，同時還可以儲存較多的能量，從而可以實現節能；低溫等離子技術對很多揮發性有機物的去除效率都較高。

3.1.5 光催化氧化技術

光催化氧化技術在我國應用得比較早，且因其具有反應活性好和處理效率高等特點，所以在我國的應用范圍比較廣泛。該技術是在光照條件下，通過半導體催化劑氧化分解揮發性有機物分子，實現有機物的分解。光催化氧化技術具有節能、安全和成本較低的特點，而且催化劑的來源廣泛，但是該技術目前在我國只適合于處理一些中低濃度的揮發性有機物，原因是在高濃度揮發性有機物環境中會造成催化劑的失活，因此，未來還需要研究出新的穩定性比較好的催化劑，以改進現有技術的缺陷。

3.2 回收技術

3.2.1 吸附技術

一般在生活中經常出現和運用比較多的吸附劑就是活性炭，活性炭也可以運用到吸附揮發性有機物。吸附技術就是先用吸附劑將低濃度的揮發性有機物進行富集，然后再通過高溫或者高壓解吸的方法進行回收。這種方法操作簡單，工藝流程能耗較低，而且去除效果也比較好，但是由于吸附劑的吸附能力有限，因此該方法也只適用于處理中低濃度的揮發性有機物。

3.2.2 吸收技術

吸收技術是利用化學溶劑與揮發性有機物中的不同氣體進行反應或者分離，并利用溫度、壓力等外界條件的變化來改變揮發性有機物的物理性質，即通過固液氣三種形態的互相轉變，實現揮發性有機物的回收及再利用。該方法目前只適用于處理濃度較低、氣體含量較多的有機物，比如對化工廠和煉油廠的油氣進行回收。該技術操作簡便，二次污染程度較低，并且可以高效降低廢氣中的有機物，且去除效果較好。

3.2.3 冷凝技術

冷凝技術就是把揮發性有機物中混合的氣體進行冷凝分離，并實現回收再利用的效果。由于不同物質的飽和蒸汽壓是不同的，因此當溫度或者壓力條件不同時，不同物質的存在形式也有所不同，所以冷凝技術普遍應用于處理含有水蒸氣的廢氣。該技術具有回收純度高、工藝簡單、操作簡便等優點，但是也具有能耗大、對設備要求較高等缺點。

3.2.4 膜分離技術

膜分離技術就是通過人們研發的具有一定孔徑大小的膜來實現揮發性有機物中不同物質的分離，由于一定大小的孔徑可以阻擋較大的顆粒物質，實現其與氣體的分離，而小分子物質經過過濾可以實現純化和富集，有利于下一步的分離操作。該技術工藝具有流程簡單、回收率高、能耗低、成本低等特點，同時產生的物質對環境不會造成二次污染，從而有利于實現對環境的保護。

3.3 組合技術

組合技術就是將以上的技術結合起來實現揮發性有機物的高效處理。由于揮發性有機物中包含了多種多樣的物質，成分也比較復雜，單一的處理技術無法實現氣體的有效分解和回收，因此可以根據不同廢氣的組成成分選擇合適的組合技術，實現對揮發性有機物的高效處理。通過合理的工藝組合不僅能夠提高工藝的處理效率，而且還能夠提高廢氣處理效果，同時還能降低處理成本。在實際生產中對于濃度較高的廢氣可以先采用吸附法或者冷凝技術來降低廢氣的濃度和提高純度，然后再通過光催化氧化等銷毀技術有效去除低濃度的揮發性有機物。

4 結語

在現代化工業生產中，運用單一的揮發性有機物處理技術是無法達到國家污染物排放標準的，因此需要企業掌握多種揮發性有機物治理技術，針對不同類型的污染物采取合適的治理方法，這樣才能夠有效避免對環境造成污染。目前國內的處理技術仍然會產生二次污染，并存在著安全性能較低等問題，因此需要加大力度去研發新技術。

隨著我國科學技術的不斷發展，單一的揮發性有機物處理方式正在向復合型處理技術轉變，這種創新可以彌補原有技術的缺陷，提高揮發性有機物的處理效果，并能在較大程度上改善環境污染現狀。但聯合治理技術的研發存在投資較大、工藝流程復雜等問題，因而在后期技術研發過程中要不斷創新，降低投資和運行成本，以滿足大多數企業的需求。