论挥发性有机物的危害和控制

2020-02-17张佩芳

四川水泥 2020年9期

张佩芳

（上海威正测试技术有限公司，上海 201602）

0 引言

挥发性有机物指能够参与大气光化学反应的有机化合物。可以用总挥发性有机物（以TVOC 表示）或非甲烷总烃（以NMHC 表示）作为污染物控制指标。总挥发性有机物（TVOC）指采用规定的监测方法，对废气中的单项挥发性有机物进行测量，加和得到挥发性有机物的总量，以单项物质的挥发性有机物质量浓度之和计。非甲烷总烃指在采用规定的监测方法下，氢火焰离子化检测器有响应的气态有机化合物（不包括甲烷）的总合，以碳的质量浓度计。挥发性有机物被认为是PM2.5 的前置物，近几年大气污染天气频发，因此挥发性有机物的控制意义重大。[1]

1 挥发性有机物的成因与危害

挥发性有机物与氮氧化物等在紫外光的照射下发生一系列的光化学反应，产生臭氧和二次气溶胶等污染物，引起臭氧和气溶胶增加。这些二次气溶胶和硫酸盐、硝酸盐、铵盐、黑炭和有机化合物等共同组成了PM2.5。也就是说挥发性有机物一方面会导致细粒子的产生，形成PM2.5；另一方面挥发性有机物也会导致近地面臭氧浓度增高。

低浓度臭氧有杀菌消毒的作用，但超标臭氧是无形杀手。超标臭氧对人体的呼吸道有着严重的刺激作用，会引起咳嗽、胸闷、喉咙肿痛等不适症状，增加肺气肿和支气管炎发病率；[2]它会引起神经中毒，造成头疼、头疼、视力下降或记忆力衰退；会破坏人体皮肤中的维生素E，使皮肤起皱、出现黑斑，加速皮肤老化和损伤；同时还会使人体的免疫机能下降，增加淋巴细胞染色体病变率，加速衰老过程。

二次气溶胶和硫酸盐、硝酸盐、铵盐、黑炭和有机化合物等共同组成了PM2.5，PM2.5 为霾的形成提供了晶核，成为霾形成的最大贡献者。霾是指空气中的大量极细微的尘粒子均匀地悬浮在空中，使空气浑浊，能见度降低并导致水平能见度小于10 千米的自然天气现象。霾污染主要源于人为污染，罪魁祸首就是PM2.5。

2 挥发性有机物的治理

工业企业挥发性有机物的治理主要包括源头减排、过程控制和末端治理。工业企业挥发性有机物主要来自于挥发性原辅材料的使用，工艺过程中产生的挥发性有机物。通过替代原辅材料中高挥发性物质，使用水性材料和高固份材料来取代高挥发性材料，从而可以大大降低挥发性物质的使用量和产生量。源头替代是减少挥发性有机物排放最有效的方法，但是存在企业运行成本提高，部分水性材料或者高固份材料性能不能满足现有工艺的生产要求等情况。同时可以通过改进生产工艺来控制生产和输送过程中产生的挥发性物质。改进生产工艺，减少挥发性原辅材料的使用量、产污工序或者产污工序的时间，从而降低生产过程中产生的挥发性污染物。例如控制挥发性物质储罐方式，采用浮顶罐及设置废气收集装置，采用输送时废气循环系统。严格控制管道输送时的挥发性废气的泄露，更换泄露阀门及密封件，严格控制跑冒滴漏现象。使用UV 技术和UV 油墨进行印刷，更新了传统印刷技术，减少了有机废气的产生。

末端治理技术主要是通过改变废气收集和处理方式，提高废气收集效率和处理效率，从而减少有机废气的排放。挥发性有机废气一般要求全密闭收集或设置集气罩，全密闭空间的通风换气次数一般为8～30 次，局部设置集气罩，集气罩应覆盖产生有机废气的投影面积，有些影响设备操作的则可设置侧向集气罩，也可设置软帘，提高集气效率。对于大型的带式生产线，废气产生点均匀分散且现场层高不允许或者有行车运行的生产车间，只能采用全密闭收集，整体通风换气的废气收集方式，通风换气次数一般不能低于8次/小时。

末端处理装置一般有催化燃烧（RCO）、蓄热燃烧（RTO）、吸附、冷凝、光解和生物法等。

2.1 燃烧法

燃烧法一般用于处理可燃、在高温下可分解和在目前技术条件下还不能回收的挥发性有机废气，燃烧法可回收燃烧反应热量，提高经济效益，燃烧法的处理效率一般在95%以上，是目前最为高效的废气处理方式，但是前期投资费用较高，且运行和维护要求高。

催化燃烧法（RCO）净化气态污染物是利用固体催化剂在较低温度下将废气中的污染物通过燃烧，氧化分解转化为二氧化碳和水等化合物的方法。催化燃烧法可以有效净化连续、稳定的生产工艺产生的固定源气态及气溶胶态有机化合物。今年来随着燃烧催化剂性能的不断提高，特别是抗中毒、抗烧结能力的提高，使用寿命的延长，催化燃烧技术的应用范围不断扩大，目前在国内外喷涂和涂装作业、汽车制造等行业应用广泛，适用于气态及气溶胶态烃类化合物、醇类化合物等挥发性有机物化合物的净化。

蓄热燃烧法（RTO）是利用辅助燃料燃烧产生的热能、废气本身的燃烧热能，或者利用蓄热装置所贮存的反应热能，将废气加热到燃烧温度，进行氧化（燃烧）反应，废气中的有害组分通过充分燃烧，氧化分解成为二氧化碳和水，从而实现污染物的去除。蓄热燃烧工艺适用于处理连续、稳定生产工艺产生的有机废气。蓄热燃烧工艺通常使用气体或液体燃料进行辅助燃烧加热，在蓄热燃烧系统使用合适的蓄热材料和工艺，以便系统达到处理废气所必需的反应温度、停留时间、湍流混合度的三个条件。该技术的特点是系统运行能够适合多种难处理的有机废气的净化处理要求，处理效率高，工艺技术可靠，没有二次污染，管理方便。

2.2 吸附法

吸附法净化气态污染物主要适用于低浓度有毒有害气体净化，是利用固体吸附剂对气体混合物中各组分吸附选择性不同而分离气体混合物的方法。常用吸附剂包括活性炭、活性氧化铝、分子筛和硅胶等。吸附剂应当满足比表面积大、吸附选择性强、孔隙率高、吸附容量大、化学稳定性和热稳定性等特点。脱附操作可采用升温、降压、置换、吹扫和化学转化当脱附方式或几种方式的组合。有机溶剂的脱附宜选用水蒸气和热空气，对于不溶于水的有机溶剂冷凝后直接回收，对溶于水的有机溶剂应进一步分离回收，分离后的废气中仍含有少量的挥发性物质，应循环利用或处理达标后排放。

活性炭吸附适用于有效分离与去除低浓度有机废气，是目前使用最为广泛的VOCs 处理法，吸附材料可以是颗粒活性炭或活性炭纤维，该法投资费用低，但是活性炭与有机废气的吸附量比值为10：1，活性炭利用率不高，产生大量的废活性炭，且需妥善保存及时处理，否则废活性炭中的有机废气将再次释出。