挥发性有机物污染防治概述

于 群

(葫芦岛市环境监测中心站，辽宁 葫芦岛 125000)

1 概述

为落实《十三五生态环境保护规划》，《十三五节能减排综合工作方案》，《十三五挥发性有机物污染防治工作方案》相关要求，全面加强固定污染源废气挥发性有机物污染防治工作，强化挥发性有机物排放控制与治理，促进环境空气质量持续改善，2018年1月23日，环境保护部以环办监测函[2018]123号文，下发《关于加强固定污染源废气挥发性有机物监测工作的通知》。《大气污染防治行动计划》实施以来，全国二氧化硫、氮氧化物、烟粉尘排放控制取得明显进展，但重点区域臭氧浓度明显上升趋势，挥发性有机物是大气污染物中臭氧和PM2.5的重要前驱体，也是导致灰霾和光化学烟雾的重要来源。WHO将其定义为，沸点为50～260℃之间且熔点低于室温，室温下饱和蒸气压超出133.32Pa的一系列易挥发性有机物[1]。

VOCs排放源之广，且其对人体健康以及环境生态都有着不可小看的影响。当人类长期暴露在挥发性有机物污染的环境中，可能会导致慢性中毒。挥发性有机物对人类呼吸系统，血液，神经系统，肝肾脏等都会造成损害，对皮肤、眼睛有刺激作用。同时，其有“三致”作用，特别是苯系物最为突出。对环境而言，挥发性有机物会和大气中的二氧化氮反应生成臭氧，可形成光化学烟雾，且VOCs物种较强的光化学反应活性，也是大气中二次气溶胶的重要前体物[2]。

因此，对于VOCs排放控制迫在眉睫。不仅关系到环境问题，也是对于人类健康具有重要意义的工作。近年来，相关行业的VOCs治理工作正在不断推进。

2 VOCs来源及治理重点行业

2.1 VOCs来源及治理重点行业

VOCs主要包括烃类、氧烃、氮烃以及卤代烃等。其来源也十分广泛，其中主要的来源包括油漆喷涂、石油化工、垃圾处理、污水处理、机动车尾气以及一些有机废物的生物转化等。

2.2 治理的重点行业

治理的重点行业主要有三类，一是化工类：制药、农药、橡胶制品、涂料、油墨、胶粘剂、染料、化学助剂、日用化工等。二是工业涂装类：汽车、木质家具、工程机械、钢结构、电子、家用电器等制造行业；三是包装印刷类：纸制品包装、塑料软包装、金属类包装等。

3 VOCs污染防治原则

VOCs污染防治是一项系统工程，应实现科学治污、精准治污、因地制宜，主要遵循源头控制、过程防治、末端治理的原则。

主要强调三方面内容，一是原辅材料推广使用低或无VOCs含量、低反应活性的原辅材料和产品。二是含VOCs物料的储存、输送、投料、卸料，涉及VOCs物料的生产及含VOCs产品分装等过程应密闭操作。三是产生挥发性有机物的主要生产工艺和装置必须设立气体收集系统和高效处理装置，采用热力焚烧、催化燃烧、吸附加燃烧等高效处理技术。

VOCs的处理主要包括回收技术和销毁技术。回收技术主要包括一些以物理方法为基础的吸附、吸收、冷凝以及膜分离等技术对VOCs进行回收处理，一般适用于一些回收有用的VOCs气体的处理。销毁技术则是为一些化学或者生化反应为基础，将VOCs进行破坏分解成为CO2和水分子或者一些无毒或毒性较小的小分子化合物。主要的技术包括催化燃烧、高温焚烧、生物法、等离子体以及光催化技术等。

4 常用VOCs处理技术

VOCs污染的危害如此严重，就需要对其加以有效的控制，可以通过创新生产技术以及优化生产流程来实现，面对日益严重的VOCs污染，当前的处理技术主要包括以下几类。

4.1 冷凝法

该方法主要是应用加压或降温手段，使得处在气体状态的污染物冷凝从而加以分离，它是利用了VOCs在各种温度下有着不一样的饱和蒸气压这一特点。该方法更多的是应用在高浓度的废气处理过程中，经冷凝处理后仍会残留一定比例的VOCs，这就需要进行再次处理。因为该方法对设备的需求较高，一般会与吸附法或别的处理方法结合起来使用，这样既能够减少去污成本，又能够增强污染处理效率。

4.2 膜分离法

该技术主要是通过天然膜或者一些人工合成的膜材料，因为不同气体的动力学性质不一致，从而对挥发性有机物进行分离。在处理时，渗透侧实用真空泵，营造两侧的一个压力差，作为动力使其过程得以进行[3]。膜分离法主要用于有利用价值的有机化合物。并且膜分离技术的应用对VOCs的要求少，具有较好的普适性，其回收效率可观，通常可达90%以上。但该方法也存在一定的缺点，在该技术的运行中，核心技术“膜”需要定期的进行清洗，以防堵塞，其处理要求较高。

4.3 吸附法

该方法主要是应用吸附技术来吸收VOCs。对吸附性能会产生影响的主要是VOCs的类型、密度、吸附素材的选择等。该方法具有以下特点，应用简便、排污效率较高(能够达到90%)、脱附后还能加以再利用，当前已是处理VOCs污染的重要手段之一。该方法更多的是应用在低浓度的废气处理过程中，如果遇到高浓度的情况，就需要先利用冷凝等技术进行处理，然后再进行吸附处理。

4.4 吸收法

吸收法主要是通过利用废气组分在吸收剂中的不同溶解度来使其分离，从而废气得以净化。其过程有物理过程，也存在化学过程。吸收法的核心在于吸收剂的选择，对于吸收剂来说，必须对于废气有较大的溶解度，同时对废气应该具有较好的选择性。为了避免该方法带来的二次污染，吸收剂要便于使用、再生等[4]。

4.5 催化燃烧法

催化燃烧技术主要是依托于催化剂的作用，将挥发性有机物进行氧化分解为水和二氧化碳的过程。因此其对可燃以及高温下可分解的挥发性有机物具有较好的处理效果。催化燃烧在催化剂的作用下使得所需转化温度得以降低，且对于挥发性有机物有较强的选择性，在众多处理技术当中，该方法是目前兼具经济效益的VOCs处理技术，得到广泛使用。该技术的关键在于催化剂。目前贵金属催化剂效果最优，如Pt。此类催化剂通常借助于载体而使用，其具有高活性以及高选择性，但是其昂贵的价格使得在工业上的广泛应用受到了极大的限制。目前，国内外学者为了找到来源广泛，价格低廉的催化剂，发现过渡金属氧化物对挥发性有机物的去除有较好的效果，如Mn等。且与贵金属相比，成本相对较低，但其活性仍需进一步研究改进。

4.6 吸附-催化燃烧工艺

吸附-催化燃烧工艺是20世纪末发展起来的常规吸附方法与催化燃烧方法的组合工艺。该工艺原理是当吸附剂吸附达到饱和后，用热气流将有机物从吸附剂上脱附下来，使其再生，解吸释放的高浓度VOCs废气送往催化器催化燃烧，燃烧过程中产生的热量，一部分用于预热解吸后的高浓度VOCs废气，另一部分用于热解吸，其典型工艺流程可见图1。

图1 吸附-热再生-催化燃烧工艺

4.6 生物法

该方法主要是对污染物进行生物处理，经过一定的时间之后，利用微生物将其中的VOCs以及其他污染物分解成CO2和H2O。该方法的优点非常多，应用简单，所需成本较低，不会形成二次污染等，不过因为处理速度较慢，效率不高，更多的被用于低浓度污染物的处理。近些年，随着生物技术的不断发展，生物菌落等的研发工作持续地获得突破，使得该方法有望在VOCs污染的处理过程中获得更为广泛的使用。

4.7 低温等离子体技术

低温等离子体技术主要是依托于外加的电场的作用，电极空间里电子加速运动，电子与气体分子发生碰撞，使气体分子发生电离，离解的过程。使挥发性有机物大分子降解为二氧化碳和水或者一些较小的分子。使得污染物得以去除或转化[5]。低温等离子其成本较高，能耗高且系统不稳定，设备易腐蚀，且对有机物没有很好的选择性，并存在二次污染的问题。目前尚未工业化应用。

4.8 光催化技术

该技术主要是在一定波长的光照条件下，光生电子和空穴与离子或分子形成氧化性或还原性的自由基，进而将有机大分子进行降解的过程。光催化技术被认为是一种高效率且安全友好型的净化技术。光催化技术的关键技术是光催化剂。光催化剂主要包括以二氧化钛为基体的催化剂和除二氧化钛以外的氧化锌，氧化钨等的催化剂。

虽然目前对于光催化剂的研究取得了大量的研究成果，但是光催化分解过程中，机理不明确以及VOCs浓度较低时，光催化反应较慢、效率低等缺点还是影响着其应用。目前尚未工业化应用。

5 总结

总的来讲，工业生产中产生的VOCs类型多样，特性各异，形成条件复杂，除了上面介绍的几类VOCs处理技术，业内也在不断研发更加适合自身发展的处理技术，而且也已逐步形成了多种有效的VOCs处理技术。不过，在实际应用过程中，使用一种技术常常不能取得非常理想的效果，这就要求结合多种技术的优点，通过组合工艺来加以处理，不但能够提高去污效率，也能尽可能的减少运行成本。所以，在未来的工作中我们要充分掌握各种技术的特点及其运用条件，针对VOCs的具体情况进行综合分析处理，以获得最为理想的排污效果。同时，有针对性地对挥发性有机物进行处理，减少二次污染的发生。企业不仅采取合适处理工艺，而且应加强监测，严格遵守排放标准。

[1]罗家琪.挥发性有机物新治理技术研究进展[J].科技创新与应用，2016，(21)：181.

[2]杨新兴，李世莲，尉鹏，等.环境中的VOCs及其危害[J].前沿科学，2013，(4)：21-35.

[3]徐孟孟.膜生物反应器处理二甲苯废气的实验探究[D].杭州：浙江工业大学，2015.

[4]赵扬，何璐红，刘斌杰.吸收法处理VOCs工业废气的研究进展[J].山东化工，2014，43(5)：78-79.

[5]孙小亮，蔡忠林，胡真.低温等离子体催化治理气态污染物的研究进展[J].环境科技，2009，22(3)：72-75.