关于VOC废气治理的研究

江苏省环境工程技术有限公司 惠斌

近年来，面对日益严峻的大气污染问题，我国逐年加大对VOC废气的治理力度，陆续推出多项降解方法，初步实现对VOC废气污染范围与大气环境受污程度的有效控制。与此同时，在VOC废气治理期间，各项治理技术表现出明显差异，适用范围与治理效果存在差异，实际的治理效果不理想。因此，对VOC废气治理技术的优化改进是十分必要的，也是实现完全去除目的的重要举措。

一、VOC废气概述

（一）VOC废气含义

VOC全称为挥发性有机化合物，自身含有大量易挥发性有机物质，当VOC暴露在空气环境时，与大气进行一系列光化学反应，快速形成含有硫、氟等有机物的有机化合物。不同国家与机构单位对VOC废气的定义不一致，如世界卫生组织（WHO）认为熔点低于室温、沸点保持在50℃-260℃区间范围内的挥发性有机化合物即为VOC废气，美国基于ASTM D3960-98标准认为任何具备参与大气光化学反应的有机化合物均为VOC，国际标准ISO 4618/1-1998则认定VOC判定标准为常温常压环境下具备自发挥发特性的有机化合物。

（二）VOC废气来源

目前来看，VOC废气来源包括室外交通运输与燃料燃烧、室内燃料产物与吸烟采暖烟雾、化工与家具装饰等行业生产活动、建筑装饰材料与家用电器自身排放四方面。例如，在化工行业生产活动中，在有机液体储罐区域、化工合成与过滤蒸馏等工序环节、物料在储存器转移过程中、生产设备与储罐因老化腐蚀严重出现原料泄露问题时，都将形成一些VOC废气。而在电子电气行业生产期间，所加工元件、电子五金件表面喷涂的清洁溶剂在高温条件下产生挥发现象，形成大量VOC废气。

（三）VOC废气的危害

VOC废气的危害性主要体现在影响人体健康、破坏环境两方面。其中，在影响人体健康方面，VOC废气中含有多种对人体有害的化学物质，包括乙二醇、甲醛、氨等，如果人体长时间停留在VOC浓度超标的空间环境中，因吸入过量VOC废气，将出现头痛、乏力与恶心干呕等一系列症状，随着时间推移，陆续出现昏迷、抽搐情况，对人体的记忆力、肾脏与神经系统造成永久性伤害，还有可能患上白血病、癌症等严重疾病。而在破坏环境方面，如果持续向大气环境中排放大量未经处理的VOC废气，将导致大气臭氧浓度增加，形成区域性光化学烟雾遮挡视线，严重时引发臭氧污染、形成酸雨、产生大量PM2.5污染物、烟雾复合污染等一系列环境污染问题出现，加重生态环境负担。

二、VOC废气治理现状

（一）冷凝式治理

冷凝式治理是当前我国VOC废气治理活动中应用最为常见的一项技术手段，凭借VOC废气在不同温度环境时饱和度存在差异性的特征，人为调节系统压力与环境温度，控制经过预处理后处于蒸汽状态的VOC废气产生冷凝液化反应，在反应过程中分离析出废气所含有机物，对析出有机物进行消除处理，对剩余物质进行回收利用处理，完成VOC废气治理任务。根据实际应用情况来看，冷凝式治理技术有着操作简单的优势，但适用范围有限，当前主要用于处理单组分、小气量与高浓度的VOC废气，如果所处理废气未满足这些条件，将严重影响到废气分离、治理效果。

此外，为突破冷凝式技术适用范围小、中低浓度VOC废气治理效果不佳的工艺局限，当前部分企业选择搭配应用冷凝法与吸附法，采取吸附-冷凝工艺，将VOC废气置放在温度不超过45℃的环境中，持续监测废气情况，放置并定期更换活性炭吸附装置，由吸附装置持续吸附VOC废气中含有的有机物，再使用蒸汽对活性炭进行脱附回用处理，以此来改善冷凝治理效果、提升废气净化率。此项组合工艺多用于处理低浓度、中浓度VOC废气，吸附装置最多可吸附VOC废气中90%以上的有机物，具有功活性炭与溶剂可回收、系统维护成本与前期建设成本低廉、直接对原有废气冷凝处理系统加以简单改造的工艺优势。

（二）溶解吸收式治理

溶解吸收式治理是凭借VOC废气可溶性特征而采取的一项治理技术，将VOC废气通过水体，使废气中含有的绝大多数有害成分在水体中溶解，在水体中微生物生长繁殖过程中，持续将水中溶解的有害物质转化为无害物质，实现废气治理目的，直接将处理后的废气向外排放即可。此项技术有着操作简单、不会造成二次污染、VOC废气处理效果显著的优势，但会消耗大量水资源，因而为保障水资源充足，水溶解吸收技术在VOC废气治理项目中定位为一项辅助技术，多用于完成小气量的VOC废气治理任务，治理范围有限。同时，也可将VOC废气通过200#汽油、柴油等有机溶剂，可以在溶剂中溶解VOC废气中含有的绝大多数有害物质，并将吸收后的溶剂用作为稀释剂或是燃料，以此来分摊VOC废气治理成本，此项工艺有着操作简单、成本低廉的优势，但经过溶解吸收处理后的废气仍会残留少量挥发性有机化合物，需要搭配其他技术进行二次处理。

例如，某炼化企业采取低温柴油吸收+碱液脱硫的VOC废气治理技术，控制待处理VOC废气通过低温柴油，柴油吸收废气中含有的硫化氢气体以及油气，随后，使用氢氧化钠溶液对通过废气加以脱硫处理，根据处理后废气检测结果显示，总烃浓度为20600mg/m3、苯浓度为520mg/m3、甲苯与二甲苯浓度为378mg/m3与416mg/m3，有机硫化物去除率在99%以上，达到排放标准。

（三）燃烧式治理

VOC废气燃烧式治理方法由直接燃烧、催化燃烧、再生燃烧三项技术组成。第一，直接燃烧法是将VOC废气视作一种可燃物，在高温条件下产生燃烧反应，VOC废气中所含有害物质在高温环境下逐渐分解为无害物质，实现废气治理目的，此项技术多用于处理风量小、高浓度VOC废气，有着前期建设成本低廉、废气治理效果显著、具备余热回收条件与操作简单的优势，理想情况下的废气净化率在99%以上。但VOC废气治理成本较高，适用范围有限，如果用于处理低浓度VOC废气，难以取得理想的治理效果，需要根据项目情况加以慎重选择。第二，催化燃烧法是在废气处理过程中添加适量催化剂，起到控制废气对燃烧温度依赖性的作用，在不改变燃烧条件、较低点火温度的情况下，将VOC废气转化为水与二氧化碳。此项方法有着操作简单、治理成本低廉、符合清洁生产概念与废气处理效率高的优势，多用于处理中浓度与高浓度VOC废气，理想情况下的废气净化率在95%以上。第三，再生燃烧法是在废气处理期间添加适量辅助燃料，由辅助燃料起到废气引燃作用，可以取得加快废气燃烧速度、使燃烧过程更加彻底的效果，主要用于处理小风量、高浓度VOC废气，理想情况下的废气净化率超过99%。然而，再生燃烧法有着明显局限，需要在废气处理期间持续消耗大量的辅助燃料，包括燃油、燃料等，使得废气治理成本较为高昂，缺乏经济适宜性。

（四）吸附式治理

吸附式治理是使用活性炭等多孔结构材料作为吸附剂，在储存、处理VOC废气的设施设备内部放入吸附剂，在吸附剂多孔结构内部与表面吸附废气中含有的有害物质，在吸附剂放置一段时间后，取出原有吸附剂，放入全新吸附剂，对取出的吸附剂进行蒸汽脱附回收或是集中抛弃处理，并同步监测VOC废气浓度，直至VOC废气浓度低于一定标准、满足排放要求后，即可完成废气治理任务，将废气向外排放。相比于其他治理技术，吸附式治理技术有着操作简单、技术要求宽泛、治理成本适中的优势，多用于处理中低浓度与大气量的VOC废气，但废气处理效果相对较差，对于净化标准较为严格的VOC废气治理项目，不建议采用吸附式治理技术。

三、新型VOC废气治理技术手段

（一）光分解治理

光分解技术是采用特制高能高臭氧UV紫外线，在紫外线光束作用下使VOC废气进行降解的治理方法。光分解治理系统由光解空气净化器、水洗塔、排风机与管路等设施设备组成，在系统运行期间，预先对VOC废气进行水洗、除雾处理，将预处理完毕的废气送入UV光解空气净化器内，在常温、常压条件下使用UV紫外线光束反复照射VOC废气，紫外线光束与净化器内空气接触后，与氧分子进行分解反应，形成活性氧并转化为臭氧，凭借臭氧对有机物极强的强氧化特性，使废气中原本处于游离状态的污染物分子与臭氧产生氧化反应，生成二氧化碳、水与低分子化合物，经由排风管道排出室外，实现VOC废气治理、脱臭杀菌的技术目的。相比于传统的VOC废气治理技术，光分解治理技术有着高效除恶臭、具备全天候废气治理条件、设备占地面积小、运行成本低廉的工艺优势。同时，可以在VOC废气治理过程中添加适量催化剂，以半导体材料或是纳米材料作为催化剂，起到加快治理速度、提升废气净化率的作用。

（二）生物治理法

生物治理法是一种处理不具备回收利用价值的中浓度、低浓度VOC废气的治理技术，技术种类包括生物过滤法、生物滤滴法、生物洗涤法三种，不同生物治理技术的适用范围、工艺原理和处理效果有着差异性，需要根据VOC废气浓度、气量与项目要求加以选择。

第一，生物过滤法。修建生物滤池，在滤池内部均匀填充填料，将填料层含水率保持在40%-60%区间范围内，根据填料种类、VOC废气组分来确定具体含水率，在填料颗粒表面形成一层具备良好生物活性的水膜，控制VOC废气穿过生物滤池中的填料层，将废气中所含污染物分子转移、扩散至生物膜内，作为微生物生长养分。此项方法适用于处理低浓度、大气量的一般性VOC废气，可以将有机气体去除率保持在95%以上，气态污染物降解速度在10-100g·m3/h，且恶臭物质去除率超过99%。同时，在应用生物过滤法时，为取得理想废气治理效果，需要将生物滤池温度始终保持在35℃左右，在处理憎水性与亲水性有机气体时分别将填料含水率控制在40%与60%，并将过滤池pH值控制在7-8左右，必要时在滤池填料层中添加适量的大理石等材料，起到控制滤池pH值、改善填料缓冲能力的作用。

第二，生物滤滴法。修建生物滤滴床，滤滴床结构与生物滤池较为相似，但在床体内部填充惰性填料，填料层空隙率相对较大，仅具备生物生长载体功能，由微生物对废气中含有的污染物进行生物降解。在系统运行期间，采取投加回流液形式为微生物提供生长必需的营养物质与缓冲液，定期更换全新的回流液体。此项方法适用于处理污染物降解过程中会释放大量酸性物质的VOC废气，有着易调节pH值、具备良好缓冲能力、可承受较大污染物负荷、高效处理含卤化物与氮化合物废气的工艺优势，但在废气治理系统长时间运行期间时常出现填料堵塞的问题，需要定期进行清理或更换填料。

第三，生物洗涤法。修建活性污泥曝气池、沉淀池、洗涤塔与安装鼓风机等设备，将VOC废气导入洗涤塔中，把污染物氧气吸收至液相，再通过活性污泥对液相所含污染物质进行分解处理，净化处理后的气体自顶端向外排出，完成VOC废气治理任务。此项技术适用于处理气量小、高浓度、生物代谢速率低的VOC废气，可以将臭气成分去除率保持在99%以上，但废气处理效果将受到曝气水深、污泥浓度、营养物质投放频率与单次投放量等多种因素影响，需要根据项目情况制定一套合理的生物洗涤废气治理方案。

（三）新型吸附治理技术

考虑到传统吸附治理技术有着废气处理效果不佳、氧化反应表面积有限的工艺局限性，为解决此类问题，近年来，在原有技术基础上，对吸附技术进行优化改进处理，推出沸石转轮吸附浓缩法、UV光解催化-活性炭吸附等新型吸附治理技术。

沸石转轮吸附浓缩法是使用陶瓷纤维材料作为基材，制作蜂窝状结构的大型圆盘轮，在圆盘轮表面均匀涂刷具备疏水特性的沸石作为吸附剂，疏水沸石经过高温燃烧后有着极强的吸附性，在处理大风量、低浓度VOC废气时，可以将有机废气吸收率保持在95%以上。相比于早期型号吸附转轮，最大处理风量提升50%及以上，仅需配置一台厚高在400-600mm的沸石转轮，即可满足绝大多数情况下的VOC废气治理需要，无需并列配置多台吸附转轮。

UV光解-活性炭吸附技术是同时在VOC废气处理系统中安装UV光解催化氧化箱与活性炭吸附箱设备，VOC废气在UV光解催化氧化箱内产生光催化氧化反应，先后使用185nm与254nm波长的紫外光来照射VOC废气，废气产生裂解反应，形成水、二氧化碳、臭氧与大量小分子物质。随后，将催化氧化处理后的VOC废气送入活性炭吸附箱内，在活性炭多孔结构内部与表面附着小分子物质与活性氧等附属产物，静置一段时间后，将吸附完毕后剩余气体通过引风机在地面高点处向外排出。相比于传统吸附治理技术，UV光解-活性炭吸附技术有着氧化反应表面积大、充分释放活性炭表面空间、明显改善吸附效果的优势。

（四）低温等离子体治理

低温等离子体治理是凭借等离子体在特定条件下瞬时释放的强大电场能力，对VOC废气有害物质的化学键能进行电离、裂解处理，通过破坏废气分子结构的方式起到净化处理作用。在系统运行期间，受到外加电场作用影响，介质产生放电反应，持续释放包含大量电子、自由基以及多种离子等物质在内的混合体，由混合体轰击VOC废气中的污染物分子，产生一系列物化反应，将大分子污染物转变至小分子安全物质，并将有害物质转变至低害、无害物质。

相比于其他VOC废气治理技术，低温等离子体治理技术有着可去除恶臭、净化能力强、操作简单、设备耗电量小、反应速度快、无二次污染和适用范围广的优势，可以与吸附、溶解吸收等其他技术搭配使用，以此来改善废气治理效果。同时，为保证系统稳定运行，需要将废气处理温度保持在80℃以内，每隔一段时间全面清理电极组件上附着的杂质，及时更换破损电极组件。

四、结语

综上所述，在全新时代背景下，随着VOC废气产生总量的增加，VOC废气治理工程的重要程度明显提升，也对废气治理技术水平、治理效果提出更高要求。相关企业与从业人员需要积极践行可持续发展理念，加大对VOC废气治理技术的应用研究力度，根据实际治理需要来选择适当技术种类，编制科学合理、切实可行的VOC废气治理技术方案，重点提升废气净化率与改善技术条件适用性。