工业废气中VOC处理技术简介

崔凤

【摘 要】针对VOC对环境造成的影响，本文探讨了工业废气中VOC的处理技术，同时给出了不同VOC浓度排放的企业可以选择的VOC处理技术。

【关键词】VOC；处理技术

0 引言

挥发性有机物（VOC）是生成近地层臭氧（O3）的前体物之一，而O3是光化学氧化剂，具有刺激性、氧化性，近地层O3会危害人体健康[1]；同时，VOC本身含有的某些成分本身也具有刺鼻性味道，对人体健康产生危害。世界卫生组织（WHO，1989）对VOC的定义为，熔点低于室温而沸点在50～260℃之间的挥发性有机化合物的总称。VOC的来源分为自然源和人为源，且包含的有机物种类繁多。人为源排放中，涂装、印刷、粘接和橡胶等行业对VOC的贡献较大，而VOC中对O3生成潜势较大的物种主要是甲苯、二甲苯和三甲苯等[2]。因此。控制各行业VOC达标排放至关重要，而选择合适的VOC处理技术成为各行业VOC达标排放的關键。

1 VOC处理技术

VOC处理技术大体可以分为“回收”和“分解”两大类。

1.1 回收法

VOC的回收处理技术主要包括吸附法、凝缩法和吸收法。

1.1.1 吸附法

吸附法是通过采用选择性吸附剂物理性吸附和捕捉VOC的方法，吸附材料可分为两类，一类是活性碳（普通活性炭、破碎状碳素纤维蜂窝等），另一类是无机类吸附材料（沸石、硅石等）。活性炭是以碳为主要成分的多孔质物质，其细孔可以选择性的吸附比细孔小的粒状的有机物，通过升温、减压、吹入水蒸气等来实现解吸附。活性炭吸附法的优点是可以回收VOC再利用，且吸附时不需要能源，缺点是需要再生成本，吸附材料会逐渐劣化，解吸附时会有部分VOC残留。活性炭吸法主要用在化学成套设备的清洗、大楼空调等。沸石是结晶结构相对有较大空隙的铝硅酸盐的总称，目前人工合成可以生产各种材质的沸石。与活性炭吸附类似，沸石也是利用其空隙吸附有机物，通过升温、减压等来实施解吸附。沸石吸附法除了具备活性炭吸附的优点外，还具有不燃性，其缺点是成本要高。沸石吸附法主要用于化学成套设备清洗、加油站等。在选择吸附材料时应该根据其优缺点及生产工艺合理选择，比如，普通活性炭因成本较低利用较为广泛，但是由于其容易吸附水，所以不适用于温度高于40℃、气体相对湿度大的气体吸附处理，也不适用于易发生反应、活性大的溶剂的吸附，因为该类有机物会与活性炭表面反应而造成堵塞，这种情况下应该选择破碎状碳素纤维蜂窝或者沸石作为吸附材料。

1.1.2 吸收法

吸收法是根据有机物相似相溶的原理，采用低挥发溶剂对VOC进行吸收，再利用VOC分子和吸收剂物理性质的差异进行分离的方法。按照吸收机理可以分为物理吸收和化学吸收。通常VOC的吸收为物理吸收，使用的吸收剂常为柴油、煤油或者其它溶剂。任何可溶解于吸收剂的VOC均可以从气相转移到液相中，之后对吸收液进行处理。吸收法的优点在于可以回收有用成分，其缺点在于吸收剂很难选取，吸收范围有限，费用高，且容易造成二次污染。吸收法通常适用于中等浓度、排气量大的VOC的处理。

1.1.3 凝缩法

凝缩法是利用不同温度下有机物质的饱和度不同，通过降低或提高系统压力，把处于蒸汽环境中的物质通过冷凝方式提取出来。凝缩法的优点是凝缩后有机废气可得到比较高的净化，其缺点是操作难度很大，常温下也不容易用冷却水来完成，需要给冷凝水降温，所以需要的费用昂贵。凝缩法主要适用于浓度高且温度比较低的有机废气的处理。

1.2 分解法

VOC的分解处理技术包括燃烧法和非燃烧法。

1.2.1 燃烧法

VOC的燃烧法是指将VOC中的碳氧化分解为二氧化碳的处理方法，分为直接燃烧法、蓄热燃烧法和催化燃烧法。

大多数VOC是由碳、氢、氧等构成的化合物。直接燃烧法就是利用助燃剂，在650～800℃左右的高温下使VOC燃烧被分解为二氧化碳、水等物质，助燃剂使用煤油、重油、轻油等液体燃料，或者天然气、液化气等气体燃料。直接燃烧法的优点是装置便宜、容易保养，不分VOC种类，其缺点是低浓度的话需要添加助燃剂，且会产生二氧化碳。直接燃烧法通常用于涂装、印刷、化学成套设备等行业。蓄热燃烧法是利用蓄热体（陶瓷）蓄热燃烧来分解VOC。蓄热燃烧法的优点是热效率高（90%～95%），自然浓度低，其缺点是装置很贵，不能间断运转，需要采取对策处理蓄热材料的网眼堵塞问题。蓄热燃烧法通常用于涂装、印刷、化学成套设备等行业。催化燃烧法是利用加入催化剂降低氧化分解VOC所需要的温度，加入催化剂后VOC氧化的温度可以降低至200～400度。催化燃烧法的优点是可以低温燃烧，氮氧化物的产生量较少，容易保养，其缺点是催化剂很贵，硅、磷、硫磺等受催化剂影响失去活力。催化燃烧法通常用于印刷、化学成套设备等行业。

1.2.2 非燃烧法

非燃烧法包括生物处理、光催化剂、放电等离子体、膜分离等。

生物处理法是将含有VOC的气体通过微生物填充层，利用微生物的生理过程把VOC转化为简单的无机物，比如二氧化碳、水和其它简单的无机物等，这是一种无公害的有机废气处理方式。生物处理法的优点是流程和设备简单，一般不消耗有用原料，运行能耗的费用低，较少形成二次污染物；其缺点是设备体积大，微生物受温度、湿度影响较大。生物处理法主要用于处理低浓度的VOC。光催化剂法是光催化剂在紫外光的辐射下，产生具有较强氧化能力的空穴，可以分解VOC为二氧化碳和水。光催化法的优点是彻底的净化，对绝大部分VOC都能起到作用，在常温下可以实现，不存在饱和问题；其缺点是可能产生二次污染物，比如O3等。放电等离子体法是利用高能电子辐射（分解、氧化或还原）化学技术，将VOC的结构破坏，并转化为其他易回收的形式或无害的物质。放电等离子体法的优点是分辨率高、节能、常温处理，缺点是有可能产生氮氧化物、有可能生成其他二次生成物。膜分离法是采用对VOC具有选择性渗透的高分子膜，在一定压力下使VOC渗透而被分离的技术，富集了的VOC气体需要通过其它回收系统进行回收处理。

2 VOC处理技术的选择原则

VOC处理技术较多，在实际工作中企业可以根据VOC排放浓度的差异来选择采用何种技术来处理VOC。

（1）高浓度段（VOC含量在1～20%）：因为VOC浓度高可以作为资源回收处理，可用油处理、沸石等吸附、膜分离、冷凝方法，VOC含量在1～20%范围内往往含有很多爆炸极限物质，所以一般不采用燃烧处理法。

（2）中浓度段（VOC含量在数百～数千ppm）：VOC浓度在800～1200ppm以上时，因为不需要助燃剂就可以进行燃烧处理，所以适用于燃烧装置；也可以用吸附剂处理至自然浓度后进行燃烧处理，为了抵消二氧化碳排放的缺点，加进余热回收等节能技术。

（3）低浓度段（数十～100ppm左右）：一般适用吸附剂吸附法进行处理。

3 结论

随着中国工业发展带来的VOC排放量的增加，以及大众对环境安全意识的逐渐增强，环保部在2013年发布了《挥发性有机物（VOCs）污染控制政策》，各地方政府也相应颁布地方标准，对VOC排放限值做出要求，因此各行业应该严格落实VOC治理要求，保证VOC达标排放，减少VOC排放，进而有效缓解O3超标问题。

【参考文献】

[1]唐孝炎，张邵.大气环境化学（第二版）[M].高等教育出版社.2006.

[2]涂伟萍，程建华.涂料生产与涂装过程中废气排放与治理[J].中国涂料.2013（02）.

[责任编辑：张涛]endprint