挥发性有机污染物（VOCs）监测与处理技术探讨

吴 红

（乐陵市环境监测站 山东乐陵 253600）

引言

近年来，全球环境问题呈愈发严重态势，各国各地区大气环境污染事件频频发生，并呈现出高污染负荷、多污染物叠加等污染特征，对人们的生产与生活造成了极大不利影响。尤其是VOCs 的超标排放，成为当下我国光化学烟雾污染浓度不降反升的重要成因之一。因此，要切实加强VOCs 的监测与管控、处理，进而将VOCs 导致的大气环境污染降到最低。

1 VOCs 监测技术

1.1 离线监测技术

（1）气相色谱法

气相色谱法作为当前环境分析的关键方法之一，有着选择性大、灵敏性强、效率高，应用范围广以及高监测速率等特点，特别是对多种成分混合物与异构体进行定性分析、定量分析方面优势更加突出。

（2）高效液相色谱法

该法是基于色谱法发展而来，其流动相为液体，通过高压泵的作用，将极性不同的单一溶剂或配比不同的混合溶剂等泵入色谱柱，在色谱柱的作用下使各组分进行分离与检测。该方法具有较高的灵敏度和选择性，对于大气中醛酮类化合物的分析检测具有十分理想的效果。

1.2 在线监测技术

离线监测技术因存在时间分辨率不高的缺点，因此，在挥发性有机污染物随时间的变化规律与变化过程的分析方面存在一定的弊端，这也是近年来在线监测技术得到迅猛发展的原因，其中在线监测技术的优劣势如表1 所示。

表1 在线监测技术的优劣势对比

2 VOCs 处理技术

2.1 回收技术

（1）液体吸收法

该监测方法是利用有机物所具备的相似相溶性，将有机溶剂作为吸收剂，并根据在吸收剂中VOCs 不同的反应特性或溶解度，使其由气相变为液相，接着解吸吸收液并回收VOCs，使溶剂实现重复利用。此法处理效率高达95%～98%，其运作成本小、吸收剂成本低，对大流量、高浓度、低温度、高压力的VOCs 废气处理效果较好；劣势是设备易遭受腐蚀、易生成二次污染、处理设备要求高且吸收剂更换较频繁。

（2）吸附回收法

该方法是通过多孔固体吸附剂所具有的吸附特性进行VOCs 废气的处理，使废气通过时其中的某种或多种成分被吸附于固体表层，起到分隔的作用。此方法具备去除率高、耗能较小、技术成熟、工艺简便且可以进行自动控制等优势；劣势是因为吸附量有限，对于高浓度的挥发性有机气体适用性差，在含有胶粒等异物及杂质的废气通过时，会造成吸附剂失去作用，且吸附剂无法回收利用[1]。

（3）冷凝回收法

该方法是利用降温或增压以促使VOCs 由气态转换为其他状态，利用不同温度下其他气体和VOCs 饱和蒸汽压的差异特性，进行分离的回收技术。该技术适用于浓度大、沸点高且需回收VOCs 的情况，可用于催化燃烧或吸附法等的辅助处理；劣势是在低浓度的情况下，会使能耗增加，装置运行成本增大，对于一般挥发性与强挥发性的VOCs 废气处理成效不够理想。

（4）膜分离回收法

该处理方法是利用其他气体污染物与VOCs 在人工合成膜和天然膜中过滤、穿透及其余物理属性的差异，进一步将VOCs从混合物中进行分离。该技术对于浓度较高的VOCs 处理效果显著，通常需VOCs 在混合物中的体积占比大于0.1%，并配合其他处理技术共同使用。该方法的优势为适用性好、回收高效、无二次污染，且对于沸点低、难回收的VOCs 也同样适用。劣势是需配备优质的处理装置，相关用具消耗品成本较大。

（5）膜基吸收回收法

相比传统的膜分离回收法，吸收剂是关系膜基吸收选择性的先决条件，且膜基吸收法仅低压条件便可促使两相实现流动，并能使接触界面保持稳定。此方法优势是操作简便、回收高效、能耗较小，不会造成二次污染，且能同时去除极性、非极性以及小流量、大流量等不同类型的VOCs，且对有机物能够实现回收再利用。

2.2 销毁技术

（1）催化燃烧法

该方法是利用催化剂和低温环境，将废气里的可燃物质充分反应氧化。其优势在于危险性低、能量耗小、操作容易且不会造成二次污染，对可燃成分热值与浓度限制较小，多数VOCs 在200～400℃的条件下便可完成反应，所需消耗的辅助燃料少，整个过程NOx的产生少，对于气态、气溶胶态污染物的治理均适用；劣势是处理前提较为严苛，所处理的废气内不得含有导致催化剂中毒及对催化剂处理效率有影响的物质，且对燃烧过程中会生成氮氧化物及硫氧化物的VOCs 废气处理不得应用此方法。

（2）高温焚烧法

高温焚烧法通常适用于治理大浓度、复杂的有机废气。当前，较多应用的有蓄热式、直接式、对流换热式三种焚烧炉。在实际使用过程中，应结合待治理气体成分等多种物理特性及化学特性采用恰当的焚烧参数和炉型。此方法多数情况下用于制药厂废气治理与漆料厂废气治理等情况。

（3）生物氧化法

此处理技术是利用微生物的氧化分解作用，把有机废气降解转变为CO2、水等。此方法优势为装置统一、成本小、操作简单、二次污染小；劣势是耗费时间久、处理速度慢，且对VOCs 的单一性要求高，仅对其目标有机物起效，混合VOCs 废气处理难度大，部分生物菌落还对培养液有需求，需要将生物菌落在降解时的外部pH 值和温度环境控制到合理数值。

（4）光催化氧化法

光催化氧化法即是在光照下（一定波长），通过催化作用将表层附着的有机废气进行氧化还原，将有机物转变为水、二氧化碳和无机物。此方法的优势是可选性大、能耗小、成本小、催化剂无害且可重复利用，常压、常温即可反应，可用于大部分VOCs 的净化处理。

（5）低温等离子体法

该方法是通过外部电场的作用，使介质放电形成较多高能粒子，在高能粒子的能量大于VOCs 化学键能的情况下，可以持续破坏VOCs 的化学键，导致VOCs 分子结构受损，并生成低毒、无毒的小分子物质，进而完成VOCs 的处理。此方法操作简便，能耗小，催化剂在常温环境中便可与待处理污染物完成反应，不用加热；可用于多种VOCs 的处理，处理效率高，尤其适用于浓度较小、高风量及有气味的有机废气处理；无二次污染及副产物生成。

2.3 组合技术

（1）吸附浓缩—催化燃烧法

该方法是利用活性炭的吸附作用予以废气处理，再通过脱附使活性炭进行再利用，处理后的浓缩有机物经催化燃烧转变为无毒的水与二氧化碳，热废气经热交换器加热冷空气，气体降温后外排，部分通过活性炭再生，进而实现废热循环再利用。此方法的优势是操作成本较小、清洁速度快、处理风量选择广，不会造成二次污染，且运行后无需加热，燃烧过程中的热废气可用于脱附，实现了废热的再利用。

（2）吸附浓缩—蓄热燃烧法

该方法是当前最常用，也是治理最有效、最彻底的一种处理方法。为提升热利用程度，减小装置使用成本，近年来大力采用了蓄热式催化燃烧方法与蓄热式热力焚烧方法。其中，蓄热系统采用热容量较高的陶瓷蓄热体，通过直接换热将尾气热量积蓄在蓄热体内，然后利用蓄热体对VOCs 废气进行加热，热交换率高达90%[2]。

（3）吸附浓缩—液体吸收法

该方法是利用活性炭的吸附作用，对浓度较低、风量较大的有机废气进行净化，并通过脱附使活性炭实现循环再利用，经脱附得到的浓缩有机物在吸收剂的作用下，因在吸收剂中的溶解度及反应特点不同，使有机废气由气相转为液相，并通过解吸净化处理，将其中的VOCs 进行回收，将溶剂进行循环再利用。该处理方法的优势是操作花费少、运行成本低、吸收剂价优，针对高浓度、大流量、高压力与低温度情况下的VOCs 废气处理较为适用；劣势是处理设备要求高、易造成二次污染且吸收剂须及时换新。

（4）低温等离子体—吸收法

该方法是在外电场的作用下，使介质放电生成高能粒子，如若高能粒子能量大于分子结构的化学键能时，就会破坏VOCs 的化学键，使VOCs 的分子构造造成破坏，并生成无毒害的小分子结构的有机物，然后以有机溶剂为吸收剂，利用有机废气在吸收剂中的溶解度及反应情况不同，使VOCs 由气相变为液相，并通过解吸净化回收VOCs，使有机溶剂得以再利用。该方法的优势是处理高效、操作便捷、吸收剂成本低，适合处理风量较高、浓度较小的VOCs 废气；劣势是易造成二次污染、设备要求高且吸收剂须及时换新。

结语

作为当前协同治理PM2.5 与O3污染的关键所在，加强对VOCs 的监控与处治对于改善大气环境质量、防止因此而造成的大气环境污染有着极大的现实意义，功于当代与千秋。对此，广大科研与环保工作者要不断加大对VOCs 监测与处理技术的研究力度，勤于研究总结，准确了解大气中VOCs 废气的浓度水平与变化规律，进而为VOCs 的有效控制提供必要支持。