工业挥发性有机物（VOCs）污染处理技术探讨

张丹丹

（乐陵市环境监测站 山东乐陵 253600）

引言

VOCs（挥发性有机物）作为造成臭氧污染以及PM2.5 超标等大气污染的主要来源之一，其危害巨大，不仅污染环境，而且多数VOCs 废气存在毒性，有一定的致癌、致畸性，长期过量吸入会对人身健康造成严重影响，因此，务须要切实加强对VOCs 处理技术的研究力度，并及时将研究成果予以推广实践，以最大限度减少VOCs 超标排放对环境、人身造成的影响。

1 工业VOCs 污染来源分析

VOCs 的排放源十分复杂，从大类上可分为自然源以及人为源，自然源主要来自于森林火灾、植被排放、野生动物排放等，属于不可控范围；人为源主要包括移动源（交通工具）、工业源以及生活源的排放，生活源主要为装修、油烟、焚烧垃圾及秸秆等。其中，工业源VOCs 的排放量最大，主要来源于石油炼制、化工行业、汽车制造、包装印刷、造纸行业等，各行业所产生的VOCs 污染主要分为苯类、烃类、酯类、醇类、醛类等，是VOCs 污染治理的重中之重。

VOCs 成分较为复杂，有特殊气味且多数有恶臭，含有毒性、刺激性、致畸性以及致癌性，严重危害着人类的身心健康。除此之外，VOCs 与空气中的颗粒物在特定条件下会生成二次有机气溶胶即SOA，SOA 所含有的芳烃、多氯联苯等有机化合物，是造成雾霾、光化学烟雾的重要因素，不仅会对大气能见度造成影响，而且含有的致畸、致癌性有机物严重影响着人们的健康。

2 工业VOCs 污染处理技术

2.1 回收处理技术

（1）吸收法

吸收法主要是通过相似相溶的工作原理，利用性质与VOCs相近的低挥发或不挥发有机溶剂，对湿度>50%的VOCs 气体流进行吸收处理，并对易溶解的组分予以分离，将VOCs 进行回收使溶剂得以再利用。该处理技术对于浓度范围为1000～10000mg/m3的有机废气有较好的适用性，对VOCs 有机废气的处理效果高达95%～98%。常用的吸收剂主要有油基吸收剂、水复合吸收剂、高沸点有机溶剂等，吸收设备主要有填料塔、喷淋塔等。其中，采用高沸点、低蒸气压的柴油作为吸收剂，将VOCs 废气由气相变为液相，然后通过解吸处理将吸收液中的VOCs 进行回收，使吸收溶剂进行回收再利用；采用水作为吸收剂时，通过精馏处理即可以实现对有机溶剂的回收。采用吸收法对VOCs 废气进行处理，操作简单、工艺成熟、成本较低，且对于大部分VOCs 废气均能进行处理，尤其是对高浓度及含硫化物的废气处理应用广泛。

（2）吸附法

吸附法主要是将多孔材料作为有机废气的吸收剂，对VOCs废气进行截留、分离，进而实现对有机废气的净化处理。吸附剂经过吸附后再进行脱附处理，以实现吸附剂的循环再利用。其中，对吸附剂吸附效果影响的因素众多，其中，VOCs 废气的类别、浓度大小以及吸附剂的比表面积、吸附量、疏水性以及热稳定性等都会影响吸附效果。

当前，较为常用的固体吸附材料主要有活性炭、石墨烯等碳基吸附剂，以及沸石分子筛、硅胶等含氧吸附剂；常用的工业VOCs 吸附装置主要有固定床、流化床以及移动床等。整个吸附处理的过程设置吸附器数量至少2 个，通过吸附→脱附→干燥→冷却等多个过程的循环，实现吸附剂的再利用，整个吸附处理的工艺流程如图1[1]。

图1 两罐吸附流程图

（3）冷凝法

冷凝法是通过不同温度下VOCs 与其他物质不同的饱和蒸汽压的特点，利用降温或增压的方式将气态VOCs 优先冷凝液化，进而实现VOCs 的净化处理。冷凝法降温主要有机械降温与液氮降温两种方式，其中，机械降温是采用压缩设备冷却VOCs废气至冷凝点；液氮降温是利用液氮气化时大量吸热而使VOCs降温冷却液化。采用冷凝法净化进行VOCs 废气处理，工作温度约为-35℃～-110℃，其中浅冷温度约-35℃～-70℃，深冷温度约为-70℃～-110℃，实际冷凝处理有机废气时，应结合废气的不同种类、含量及回收率合理选择冷凝的工作温度。冷凝法处理多用于浓度及沸点较高的VOCs 废气回收，通过多级连续冷却进行逐级降温，从而实现烃类有机物达到冷凝点液化后回收。

2.2 非回收处理技术

（1）燃烧法

燃烧法是指在特定条件下，通过燃烧或氧化将VOCs 废气转化为CO2和H2O，进而实现有机废气的净化处理。

①直接燃烧法。直接燃烧法是直接将VOCs 废气作为燃料，多用于高浓度、难回收的VOCs 废气处理，该处理方法燃烧温度高达1100℃，安全性及经济性较差，且燃烧过程会生成易导致二次污染的氮氧化物、二噁英等，对于浓度较低的VOCs 废气较不适用。

②催化燃烧法。催化燃烧法是通过添加适宜的催化剂，使有机废气能够在较低的温度条件下（约200℃～400℃）进行更彻底的氧化反应，避免高温条件下燃烧生成的氮氧化物污染。工业VOCs 废气催化燃烧装置包括换热器、加热器以及催化燃烧反应器三部分组成，该处理方法可用于浓度为1000～10000mg/m3的有机废气处理，但废气流速应保持稳定，且为防止催化剂中毒失效，应在实际工业废气的处理时，结合所排放废气的特点，设置预处理装置对流入反应器的硫化物、卤代烃等进行控制。

③多孔介质燃烧法。该技术是在传统燃烧、蓄热燃烧的基础上发展而来，主要是利用有机废气在多孔介质燃烧区（大孔区）进行燃烧，燃烧的热量经基体导热、对流换热以及辐射换热进行传递，确保燃烧区保持温度均衡，进而有效提升燃烧的有效性及稳定性。燃烧区产生的热量传递至预热区（小孔区），预热预混气体来实现超绝热燃烧。该处理方法能够充分利用燃烧余热而节省能耗，不仅提高了废气燃烧的成效，而且省去了余热回收环节，从而减少了设备的占地面积。

（2）生物法

生物法即是利用微生物的代谢作用，将VOCs 废气通过附着微生物的滤床，将VOCs 废气作为微生物代谢的营养物质，在滤床代谢降解为CO2和H2O，生物降解无毒害、无污染，是一种绿色的有机废气处理方法。同时，生物法处理设备虽然能耗小、运行成本低，但其处理速率慢、占地面积大，且对反应温度、水量、气体流速以及pH 等有着较高的要求，且须定期添加利于反应的营养液。当前，较为常见的生物处理法有三种，即生物洗涤、生物过滤以及生物滴滤等，各种生物法对比详见表1。该处理方法多用于可进行生物降解的VOCs 废气处理，多用于石化行业的有机废气处理[2]。

表1 各种生物法对比

（3）低温等离子体法

该处理技术是利用高压脉冲放电，激发介质放电得到低温等离子体，其中的高能带电电子、离子等与VOCs 分子进行弹性碰撞，然后再经激发、电解等反应对VOCs 废气进行降解，以生成无毒无害的CO2和H2O。该处理技术对于浓度较低的有机废气，尤其是苯系、甲醛等有机废气的处理有较好的效果，且该处理设备结构简单、投资少、设备安装及移动方便，整个过程没有二次污染物的生成，属于较为前沿的处理技术。

2.3 组合处理技术

单一的废气处理因工作原理的差异，使得废气处理存在针对性，而VOCs 废气成分较为复杂，若仅采取单一处理技术很难实现废气处理目标。而通过采用组合处理技术，能够充分利用不同处理技术的优势，实现对多种废气的处理，满足废气排放的处理标准。组合处理技术的选择须结合有机废气的组分、浓度、特点及成本等，在满足达标排放的要求上充分降低有机废气治理成本。其中，对于浓度较高的有机废气，通常采用吸收法、冷凝法或膜分离法进行废气预处理，然后再通过吸附法或燃烧法进行末端处理，进而实现对有机废气的充分处理。

结语

工业VOCs 废气的组成成分相较复杂，处理难度较大，虽然已有多种处理技术得以实践应用，但各技术仍有其适用范围与劣势之处，因此，在废气处理时应充分结合废气成分、类型及浓度等情况，合理选取适宜的处理技术，以在确保处理成效的基础上，实现节能减耗与有价值废气的回收再利用，最大限度减少VOCs 所致的环境污染，实现工业发展与生态环境的和谐共生。