浅谈有机废气的危害及治理方法

白烨 毛鹤群

（上海环境节能工程有限公司 上海 200060）

1 引言

挥发性有机化合物（volatileorganiccompounds，简称VOCs）通常是指在标准大气压（101.3kPa）下沸点低于260℃，室温（20℃）下饱和蒸汽压超过133.322Pa的易挥发性有机化合物。VOCs的种类有很多，如脂肪烃、芳香烃、卤代烃、醇、醛、酮、酯等。主要来源于石油化工、制药、印刷、喷漆等行业生产过程中所排放的废气。这些废气污染物会危害人体健康、引发各种环境问题。因此，各国越来越重视VOCs的控制和治理，开展了大量的研究和应用。

2 VOCs的危害[1、2]

VOCs对环境和人体健康主要会产生以下几个方面的危害：

2.1 大部分的VOCs具有毒性和异味，对人的眼睛及呼吸系统具有刺激作用，累积吸收VOCs还会破坏人的神经系统，导致人体麻痹、中毒甚至死亡。许多VOCs已被确认是致癌物，如甲醛、多环芳烃、芳香胺类等；

2.2 VOCs多半具有光化学反应性。在阳光照射下，VOCs可与大气中的碳氢化合物、NOX反应形成光化学烟雾，主要成分为臭氧、过氧乙酰硝酸酯（PAN）、醛类、酮类等，造成二次污染，危害人体健康和植物生长；

2.3 部分卤代烃类的VOCs，如氯氟烃（CFCs）可进入中、高空气层，在紫外线的照射下，大量消耗臭氧，破坏臭氧层，削弱其对紫外线的吸收和屏蔽作用。

3 VOCs常用治理技术及研究进展

目前，针对不同性质、不同浓度的VOCs的治理方法有很多，主要可以分为两大类：回收法和消除法。回收法是通过物理方法改变温度、压力或者采用选择性吸附剂等方法回收VOCs，主要包括：吸附法、吸收法、冷凝法等。消除法是通过化学或生物反应等在光、热、催化剂和微生物等的作用下将VOCs氧化分解为无毒或低毒产物，主要包括：燃烧法、生物法、等离子体分解法等。

3.1 吸附法[3]

吸附法是利用各种固体吸附剂如活性炭、硅胶、分子筛等把废气中的VOCs组分吸附留在固体表面，以净化废气。吸附法的应用极为广泛，主要用于处理大风量、低浓度的有机废气。与其他方法相比，吸附法具有工艺成熟、净化效率高、操作简便、系统运转稳定、能耗低等优点。不足之处是吸附容量受限、设备庞大、当废气中有胶粒物质或其他杂质时，吸附剂容易失效。

吸附效果取决于有机废气的组分与浓度、吸附剂的性质、操作条件（如温度、压力、湿度）等因素。目前，市场上应用最多的活性炭吸附剂的净化效率可达90%。

3.2 吸收法

吸收法采用低挥发或不挥发的溶剂作为吸收剂，利用废气中各组分在吸收剂中的溶解度的差异，使废气中的有害组分被吸收剂吸收，从而达到处理有机废气的目的[4]。吸收法适用于浓度较高、温度较低、压力较高情况下废气污染物的处理，选择了合适的吸收剂的情况下，去除率可达95%～98%[5]。该方法的优点是投资费用较少、运行费用低、工艺流程简单、吸收剂价格便宜、占地面积小等。但该法存在吸收剂后处理过程复杂且费用大、对有机成分的选择性大、容易产生二次污染等缺点，所以，吸收法的应用范围受到很大限制。

3.3 冷凝法

物质在不同的温度和压力下具有不同的饱和蒸汽压，冷凝法就是利用物质的这一性质通过降低系统温度或者提高系统压力方法，使气态污染物从废气中冷凝分离出来。由于加压所需要的设备较多且比较昂贵，所以一般采用降低温度的方法来达到冷凝的目的。冷凝法适用于高浓度、高沸点的VOCs。在实际应用中，常作为吸附法、燃烧法等的前处理，降低有机负荷，冷凝液还可分离回收VOCs中有价值的组分，实现资源利用。

3.4 燃烧法

燃烧法是利用废气中VOCs可以燃烧氧化的性质，通过充分燃烧将废气中可氧化的组分转化为CO2和H2O。目前使用的燃烧净化方法主要有直接燃烧和催化燃烧。

直接燃烧法又称为火焰燃烧法，它是把废气中可燃的组分当作燃料直接燃烧。该方法适用于处理可燃组分浓度较高的废气，不适于处理大风量、低浓度的有机废气。直接燃烧法的燃烧温度一般在1100℃左右。

催化燃烧法是指利用催化剂在较低温度（一般为200℃~500℃）下进行燃烧，使废气中可燃组分完全氧化分解，从而使气体得到净化的一种方法。常用的催化剂种类主要包括贵金属催化剂、过渡金属氧化物催化剂和复氧化物催化剂[6]。

催化燃烧法具有以下优点：(1)为无火焰燃烧，安全性好；(2)起燃温度低（200℃～400℃），大部分的VOCs在300℃～500℃之间即可完成反应[6]，大大减少NOX的产生，无二次污染；(3)对可燃组分浓度和热值限制较小。其缺点是工艺条件要求严格，不允许废气中含有尘粒和雾滴，也不允许含有使催化剂中毒的物质。所以，通常需要对废气进行前处理后再进行催化燃烧。

3.5 生物法

生物法是利用微生物的新城代谢作用将废气中的有机物作为碳源和能源降解为无害的无机物和细胞质，以达到净化废气的目的。该方法是一项较新的大气污染控制技术，最早应用于脱臭。近年来随着对VOCs治理技术的不断深入，该方法也被应用于有机奇想污染物的治理中。与传统的处理法相比，生物处理技术具有设备简单、投资及运行费用低、无二次污染、安全性好等优点。然而，由于微生物对有机污染物的降解速率较低，所以该方法只在处理低浓度、生物降解性好的有机废气时才具经济性。

3.6 低温等离子体分解法

低温等离子体分解法是近年来新兴发展起来的废气治理技术。该技术的基本原理是通过高压脉冲放电获得大量高能电子、离子和自由基等活性粒子，这些高能粒子与破坏有机物的C-C、C-H、C-O等化学键，将有害物质转化为CO2、H2O、N2、S、SO2等无害或低害物质，从而使废气得到净化[7]。研究表明，该方法尤其适用于恶臭气体，在橡胶废气、食品加工废气等的除臭中得到了应用。

低温等离子体分解法具有装置简单、易操作、能耗低、抗颗粒物干扰能力强、无二次污染物等优点，特别适用于处理有异味、大风量、低浓度的有机废气。但对于低温等离子体治理技术作用机制的研究不够充分，对有机化合物的净化效率还比较低，一般低于70%[8]。

4 结论和展望

传统的VOCs治理方法如吸附法、吸收法、冷凝法等具有一定的局限性，而近年来新兴发展起来的催化燃烧法、生物处理法、低温等离子体分解法等不仅能够有效解决传统技术对处理低浓度、大风量有机废气不适用的难题，而且具有投资及运行费用低、流程简单、能耗小、无二次污染等优点，相信在今后的有机废气治理领域会有更大的发展。

[1]张晓勇,王振红.浅析有机废气的治理[J]．环境科学与管理,2007,32（11）：87-88.

[2]刘嫒,王鸯鸯，扬威．浅析挥发性有机废气治理技术[J]．中国环保产业，2012，12：40-41．

[3]曲茉莉．大气中VOCs的污染现状及治理技术研究进展[J]．环境科学与管理,2012,37（6）：102-103．

[4]何毅,王华,李光明,等．有机废气催化燃烧技术［J］.江苏环境科技,2004,17(1):35-38．

[5]蒋卉.挥发性有机物的控制技术及其发展[J].资源开发与市场,2006，22(4):316-317.

[6]赵永才,郑重.VOCs催化燃烧技术及其应用[J].绝缘材料,2007,40（5）:70-74.

[7]栾志强,郝郑平,王喜芹．工业固定源VOCs治理技术分析评估[J]．环境科学,2011,32（12）：3476-3486．

[8]中国环境保护产业协会废气净化委员会．我国有机废气治理行业2013年发展综述[J]．中国环保产业,2014,10：4-9．