常用挥发性有机废气处理技术研究进展

陈诗良

（广东省环境保护产业协会 广东广州 510045）

引言

随着我国经济水平的稳步提升，工业化生产迅猛发展，环保问题越来越突出，大气环境污染逐渐成为人们关心的一个重点，而挥发性有机废气是造成大气环境恶化的一个重要因素，与室内和室外的人群健康均息息相关，挥发性有机废气的末端治理技术随之稳步发展，针对挥发性有机废气的各项研究相继展开，并取得了一定的成果。但挥发性有机废气的控制是一项难度较大的工作，目前的处理技术仍未达到成本低、高效和实用性强的程度。

1 挥发性有机废气简述

挥发性有机废气由挥发性有机物组成，挥发性有机物常用VOCs表示，是指沸点在50℃至250℃的化合物，室温下饱和蒸汽压超过133.322Pa，易挥发，在常温下以蒸汽形式存在的有机物。挥发性有机物的工业来源较多，主要来自喷漆与表面涂装、石油化工、塑料与橡胶制造、医药制造和电子加工等行业。VOCs的种类较多，常见的主要为苯系物、酯类、醚类、烷烃类、醛类、醇类等。

2 挥发性有机废气处理技术现状及研究进展

VOCs的控制主要分为源头控制与末端治理。源头控制主要是通过更换原辅料，换用更先进的生产设备，改进生产工艺等完成，如推广水性漆替代油性漆等，从源头上减少VOCs的产生。末端治理就是将有机废气进行收集后，采用一定的技术对其进行处理，降低VOCs的排放浓度和排放速率。目前常用挥发性有机废气的处理技术主要有吸附法、燃烧法、光催化氧化法、生物法和低温等离子体法。

2.1 吸附法

吸附法是挥发性有机废气处理技术中最常用的一种，通过采用活性炭、分子筛、沸石等吸附能力较强的物质吸附挥发性有机化合物，从而达到控制挥发性有机废气的目的。吸附法处理有机废气的效果一般取决于吸附剂的特性，具有较大的比表面积、孔隙结构较丰富、性质稳定、价格低廉的吸附剂是最理想的选择。吸附剂主要分为碳吸附剂、含氧吸附剂和聚合物吸附剂，其中最常用的活性炭就属于碳吸附剂。经大量研究表明，活性炭材料对VOCs的吸附与其孔隙结构、比表面积、杂质含量、亲水性等密切相关，也与气体流量、环境温湿度等条件有关。活性炭对VOCs的处理效果较好，其经过脱附再生后仍具有较强的物理吸附能力。

2.2 燃烧法

燃烧法是利用VOCs的可燃性，通过对VOCs进行燃烧的方法去除，这种处理技术一般比较适合挥发性有机废气量大，VOCs浓度高的行业，如喷漆、化工、绝缘材料生产行业等。燃烧法一般包括直接燃烧、催化燃烧和热力燃烧，直接燃烧即将有机废气进行收集后直接进行燃烧，这种处理技术操作简单、成本较低，比较适合风量小、浓度高的废气，需要注意的是进行直接燃烧时，要配套相应的安全措施；催化燃烧是通过在燃烧过程中添加催化剂，降低燃烧所需反应温度，提高燃烧活性，使VOCs在较低的温度下被氧化分解的方法，催化燃烧法适宜用于处理浓度高和温度高的VOCs，因不需太高的温度从而达到节能的效果，净化率也较高，但缺点是成本较大。

2.3 光催化氧化法

光催化氧化法也是挥发性有机废气处理的常用方法，主要利用光照，在催化剂的作用下，激发产生电子空穴对，电子空穴对具有催化性和还原性，与吸附在催化剂表面的O2和H2O充分接触后，激发产生活性粒子——自由基，自由基与VOCs通过一系列的化学反应作用，将VOCs降解为小分子的物质。目前最常用的光催化剂是TiO2。

对于光，需要考虑光的波长和光强，只有吸收了一定波长范围和光强范围内的光，TiO2才能克服禁带的能量，产生足够多的电子空穴对。研究表明，波长较短的紫外光对激发TiO2产生电子空穴对的效果较好，更有利于提高TiO2的催化活性，而在波长一定的紫外光照射下，光的强度越强，越有利于提高催化剂的活性。同时，通过提高催化剂的催化活性也是提高光催化氧化去除VOCs效率的有效方法，提高催化剂TiO2的活性一是可以通过降低TiO2粒子的粒径的方式，使其表面和反应面变大，与O2和H2O接触面积更大，从而能够激发产生更多的活性粒子；二是可以通过向TiO2掺杂金属或非金属粒子的方式拓展其响应照射光波长的范围，从而使其吸收光照强度的能力增强，光能转化为化学能的效率也能得到增强。

2.4 生物法

生物法是利用部分VOCs的水溶性和微生物对有机物的降解能力，通过微生物的新陈代谢，对VOCs进行降解去除的方法。生物法处理VOCs的关键是需要采用适当的方法提高VOCs的水溶性，使VOCs在水中与微生物充分接触；其次，培养驯化针对VOCs的特定微生物也同样重要。一般来说VOCs较难溶解进水中，生物法只适用于一些浓度较低的有机废气。

生物法按照接触方式的不同主要分为生物滴滤塔、生物洗涤塔和生物过滤塔。生物滴滤塔是在塔体内部已有培养好的微生物填料，在塔底通入气体，使气体在向上流通的过程中与微生物滤料充分接触，使微生物降解VOCs；生物洗涤塔分为两部分，上面部分是吸收，下面部分是生物降解，含有微生物的循环液自上而下流动，在吸收层中完成气液交换，然后进入生物降解层，微生物通过新陈代谢作用降解有机物；生物过滤塔是在塔顶进气，气体进入塔体后再与在塔体内经过接种挂膜的生物滤料充分接触，使VOCs得到降解的方法。

2.5 低温等离子体法

等离子体分为热力学平衡态和热力学非平衡态，也即高温等离子体和低温等离子体。相比较而言，低温等离子体耗能低，对污染物的激发具有选择性，是VOCs治理的合适选择，因此被广泛应用和研究。低温等离子体处理VOCs技术是利用低温等离子体中的带有的较高能量的活性粒子与VOCs分子产生非弹性碰撞，通过一些列的物理化学作用，将大分子物质降解为小分子物质，使有毒有害的VOCs转变为无毒无害的物质，从而达到处理VOCs的效果。

低温等离子体技术主要是将有机分子中的化学键打断，并不能完全将VOCs降解为二氧化碳和水分子。因此，低温等离子体技术处理VOCs在实际应用中，需要在反应器前面加入预处理系统，去除废气中的粉尘和水分，并在反应器后配置后处理系统，使废气与活性粒子的反应时间延长，未反应完全的VOCs得到充分分解消除。

2.6 常用挥发性有机废气处理技术优缺点

吸附法能耗低、溶剂可回收利用，适用于低浓度的VOCs污染物，不适用于高浓度的有机废气，也不适用于含水和粉尘的废气，投资成本高，处理效率高。燃烧法适用范围广、能量可回收、净化效果好，适用于浓度较高的有机废气，如对较低浓度的有机废气进行处理，需对其添加燃料，投资成本较高，处理效率较高。光催化氧化法运行成本低、无二次污染，但其初期投资的成本较高，处理效率不高，在实际应用中一般需要与其他技术联合使用。生物法技术设备简单、投资成本低、能耗低、分解完全，但其一般在初期挂膜需要的时间较长，处理效率不够稳定，容易受冲击负荷、外界温度等的影响。低温等离子体技术能耗低、运行成本低、适用范围广，但目前用于处理VOCs的实际应用还不是很多，仍需加强进一步的研究。

结语

本文介绍了挥发性有机废气的污染特征，常用的挥发性有机废气处理技术，并对其优缺点进行了比较，挥发性有机废气处理的重点在于摸清VOCs的降解机理，根据VOCs的具体组分选取具有针对性的处理技术，难点在于提高VOCs处理技术的适用性，降低VOCs处理设施的投资成本和运行成本。目前来说，为使VOCs的去除率达到较高的水平，可以选择两种或两种以上的方法，采用并联或者串联的方式达到VOCs的有效控制。在今后的研究工作中，除了需要在各种不同的单一技术中进行深入研究外，还需要考虑不同技术的耦合作用，以期达到更好的处理效果。

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