关于挥发性有机物治理技术的研究探讨

沈世总，钟卉卉，俞勇涯

(1.瑞安市生态环境保护综合行政执法队，浙江省 温州市 325200；2.杭州一洁环保科技有限公司，浙江省 杭州市 310000）

近年来，我国空气污染状况严重，很多城市都把发展重心放在经济增长上，忽视了对生态环境的保护，这种经济增长与环境持续恶劣之间的矛盾产生了不可逆转的后果，例如现在很多城市的空气质量状况堪忧，城市空气质量平均优良天数比例仅占全年天数的不到两成，在这种情况之下，人们的生产生活甚至生命健康都受到了严重地威胁。为了建设更加美好的未来，我们有义务和责任加大对大气污染的研究力度及重视程度，深入研究挥发性有机物的产生以及治理途径和方法，尽可能降低其在大气环境中出现的概率，消除其对人类健康造成的危害。

1 概述

挥发性有机物主要是指常温条件下，沸点在50～260 ℃，饱和蒸气压大于133.3 Pa的有机化合物。该类有机化合物对人体健康的危害极强，甚至会同其他化合物反应生成毒性更强的物质，如果不能对其进行很好地处理，将会成为危害生态环境以及人类生命健康的罪魁祸首之一。很多空气高度污染的地区，其生态环境已经遭到了严重破坏，而在这种环境中生活的人们也被更多地诱发出身体疾病，因此，必须要对相关污染成分进行有效处理[1]。

一般来说，这种挥发性有机物主要来源于化工生产，并且由于生产性质不同，所产生的挥发性有机物的物理及化学性质也存在着各种差异，例如不同化工企业所产生的挥发性有机物，往往存在于混合物之中，需要对其进行分离提纯的预处理步骤才能够更好地消除大气环境污染物，如果只采取单一的治理技术则无法满足要求，多种处理工艺和手段相互融合才是解决复合型挥发性有机物的关键。对于很多已经拥有挥发性有机物处理设备和技术的企业，还能够节约处理成本，提升处理效率，因为该技术只需要在工艺末端添加控制技术。

2 VOCs治理技术

2.1 吸附法

利用吸附法实现对挥发性有机物的治理，主要原理是由于气体混合物对于吸附剂的选择存在差异，可以利用某些物理手段以及化学手段将复合污染物气体进行分离并提纯，这种方法的主要优势在于可以回收部分有价值的挥发性有机物气体。大多数吸附法所选取的吸附挥发性有机物气体的材料是经氧化处理后的活性炭，并且这种物质对于挥发性有机物气体的吸附能力会随着工作环境的温度及湿度的差异而产生变化，因此处理效率比较高。但是这种方法存在着一定的弊端，首先该种方法运行操作的环境必须严格控制；其次就是要对挥发性有机物吸附剂进行更换，否则可能会降低治理的质量[2]。对于这种治理技术的改进，重点在于减少有机物吸附剂的更换次数以及二次污染的频率。一般所采用的方法就是加设吸附脱水装置以及催化燃烧处理等环节。

2.2 吸收法

这种方法的主要原理是利用挥发性有机物可溶于油类物质的特性，选择合适的吸收剂对挥发性有机物进行吸收，再将吸收后的物质进行二次利用，从而可以产生一定的经济价值。同吸附法一样，这种方法在吸收剂的选择上也有一定难度，所以，如何实现低成本、高效率、低危害的吸收效果已经成为研究的主要目标之一，例如有些情况下可以利用水作为吸收剂，虽然吸收效率有限，但是相比其他材料，水的价格比较低并且危害性小。除此之外，增加气液的接触面积也是提高吸收效果的方法之一。

2.3 冷凝法

冷凝法主要是利用特殊的气体冷却回收装置，按照气体饱和度不同的特点，分别液化回收不同类型的有机气体。当工业废气中挥发性有机物凝固点过低时，可以采取的有效提高冷凝效率和质量的方式就是增大压力。其实冷凝法也可以根据接触形式的不同，分为表面冷凝以及接触冷凝两种类型。前者主要是废气与冷却液间壁式接触或列管式接触，而后者则是利用喷淋塔接触实现废气与冷却液的接触，两种方法各有利弊，第2种与第1种相比，其运行成本比较高。

虽然这种方法适用于较小的挥发性有机物处理空间，但是实际操作的要求却不低，需要足够的成本去支持低温以及高压的运行环境。该种方法的研究重点是降低冷凝法能耗的措施，对于利用所液化收集的气体方面，研究不是特别深入。

2.4 膜分离法

在高分子膜的作用下，掺杂了不同气体成分的混合性气体会被溶解扩散，可以利用这一原理对其进行分离提纯。例如较为常见的蒸汽渗透就是把有机物蒸汽通过高分子模直接进行分离。

膜分离法的优势是操作难度较小、污染程度较低，且气体回收率高。但是，这种方法由于需要高分子膜的反复使用和更换，会造成很大的成本问题。在膜分离方法的研究中，如何开发和利用具有较强耐受性强的膜是一个重要的课题。

2.5 生物处理法

生物处理法的主要原理就是利用微生物自身的吸收处理作用实现对有机废气中物质的分离与提纯，相较于其他挥发性有机物治理技术，生物处理法的操作过程比较简单，并且出现二次污染的几率不大。但是由于微生物对于生存环境较为敏感，并且该种方法是新兴的治理技术，其可操作性及实用性还需要进一步加强。根据相关研究资料表明，生物处理法的处理效果以及效率比较依赖于填料以及菌种这两个因素。因此如何能够找出合适的、处理能力强的菌种以及填料是该方法需要突破困境的关 键[3]。

2.6 低温等离子法

在处理较多挥发性有机物时，除了上述几种典型的办法，还可以采取低温等离子的方法，影响该种处理方法的主要因素是吸附性能以及等离子体介电常数，且该种方法的使用往往会受到污染物气体中其他杂质的影响，例如臭氧。但是由于现代科学技术发展水平的不断提高，通过对各种反映环境及条件的限定与控制，该种方法的实施范围以及准确度有了显著提高。掌握低温等离子治理技术的关键就是要继续研究开发稳定性及吸附能力强的催化剂，并配合功能更加完善的反应设备，以最大程度地提高低温等离子法的准确性。

2.7 光催化降解法

光催化降解法，顾名思义就是利用光能以及催化剂来实现对挥发性有机物的综合治理，使挥发性有机物通过化学反应被去除。完成实验方法的因素主要有两种：第一就是要保证有充足的光能，使其可以在合适的温度及湿度条件下，发生氧化还原反应；第二就是对于催化剂的选择。挥发性有机物治理效果的好坏取决于所使用催化剂的催化活性。这种光催化污染物处理方法，能够在较短时间内完成一定量的污染物处理，但是该种方法的应用效果取决于催化剂的种类、作用的环境温度和湿度、外部光照的强度等，不可预测性太强。为了能够达到催化目的而采取控制反应条件的方法成本较高。对于该种挥发性有机物处理技术的研究重点，应该放在如何保持催化剂催化活性以及提高紫外光源的照射速度上[4]。

2.8 非催化燃烧法

非催化燃烧法的主要原理是利用挥发性有机物具备一定可燃性的特点。如果能够充分利用这一特点，就可以通过燃烧来达到处理该类气体的目的。

2.8.1 直接燃烧法

直接燃烧法就是将大量挥发性有机物通过燃烧的方式进行处理。由于挥发性有机物在燃烧之后，会产生大量的有毒气体，因此该种方法呢必须与其他废气处理方法配合使用，才能够避免发生二次污染。在对各种方法进行应用操作时，一定要注意环境温度。在有些情况下，温度必须要达到要求才能够使处理方法发挥较好的作用。除此之外，还应该注意挥发性有机物在燃烧时可能需要与空气混合，如果不能够较好地掌握空气与挥发性有机气体配合的比例，极有可能会造成爆炸的风险。因此，直接燃烧法并不是一种值得推广的挥发性有机物处理技术。

2.8.2 蓄热燃烧法

该方法与直接燃烧法相比，增加了废气预热步骤以及余料自动回收设置。这主要是依靠阀门系统、蓄热室以及燃烧室三个主要部分共同作用的结果。如何能够提高阀门系统内工作的灵敏度，成为蓄热燃烧法的关键，这将有利于提高挥发性有机物燃烧处理的速率以及质量，并降低产生二次污染的概率。

2.8.3 多孔介质燃烧法

多孔介质燃烧法主要是将挥发性有机物放在多孔介质材料中进行燃烧处理。由于材料的帮助，能够将燃烧产生的热量通过固体加热的方式对上游废气进行预热，同时还可以对下游余热进行回收。相较前两种挥发性有机物处理方法，该种方法对设备的要求较低，并且能够在短时间内完成废气的处理，并且效果也比较可控，因此受到越来越多相关人员的青睐。如果能把重点放在控温和散热的研究上，将会促进多孔介质燃烧方法的全面发展。

2.9 催化燃烧法

催化燃烧法经常被作为其他燃烧法的补充，这主要是因为催化燃烧法的运行成本太高，且所能处理的挥发性有机物浓度过低。常见的催化剂可分为负载型贵金属催化剂、过渡金属氧化物催化剂以及稀土金属氧化物催化剂等。

负载型贵金属催化剂燃烧方法需要借助很多贵重金属来作为活性成分，以氧化物作为载体支撑。这样做主要是因为贵重金属能够使催化燃烧法的催化效率得到显著提升，提高催化剂的活性等，但是贵重金属价格比较高昂，因而加大了催化燃烧法的运行成本。

可以采用Ce和La等多种稀土金属提高挥发性有机物治理技术的效率，多数情况都是选择多种过渡金属共同掺杂组合催化挥发性有机物治理过程的方法。事实证明这样的方法能够有效提高催化处理效率。

催化燃烧处理法对于整个过程操作人员的技术水平有较高的要求，需要他们能够完成催化剂的再生过程，并且该种方法所能催化的挥发性有机物浓度是有限制的，只有在浓度较小的范围下，才能够发挥其应有的功效。

因此我们认为在对催化燃烧处理方法进行优化的过程中，一定要考虑以下几点：如何能够提高操作人员的技术水平、增强催化剂的低温性能，增强催化剂的稳定性以及再生能力，才能使催化燃烧法的效率得到进一步提高，适用范围也才会逐步扩大，而不是再作为其他有机物处理方法的补充。

3 结语

近年来，我国大气污染的状况越来越严重，不仅危害着人们的身体健康，还阻碍着经济社会的可持续发展。如何高效处理挥发性有机物，已经成为相关专家和学者的研究重点。挥发性有机物因来源不同而具有不同的物理及化学性质，要想对其进行又快又好地处理，不能只采取一种废气处理方式，将各种方法配合使用才是挥发性有机物治理的最佳方式。例如对于含有较多氨气及硫化物的废气，必须要先对其进行吸附并采取微生物处理方式进行预处理，由此产生的新的物质，再借助催化燃烧方法进行二次处理和提纯。

根据挥发性有机物的特性，在选择处理手段和技术时，要考虑到预处理工艺的重要性。这样做的目的是能够提高后续集中处理的效率，避免产生二次污染，并减小废气处理的成本及危害。一般来说，如果挥发性有机物的浓度较高，就必须先采取吸附方法来对其进行处理，再选择燃烧处理法等更加具有针对性的方法进行分离和提纯，以消除部分有害气体。一般来说大部分挥发性有机物处理流程最终都是利用催化技术，这也体现出我们在发展挥发性有机物治理技术时应该将研究重点放在催化技术升级之上的决心。

一切关于挥发性有机物治理技术的改革，重点都需要放在如何能够提高处理效率、降低二次污染带来的危害、尽可能地减少过多成本支出上。根据现实情况进行挥发性有机物处理技术之间的有效组合，能够提高有害气体处理技术的水平。因此，一定要从综合角度出发，选择合适的方法，使治理效率达到事半功倍的效果。希望相关领域能够将多种挥发性有机物技术结合起来，逐步优化其运行空间和条件，使其适应多种工业应用场景，从而使空气污染治理工作能够更加顺利地进行。