工业挥发性有机废气治理的常用手段研究

李月香

（山东天成工程咨询有限公司，山东 潍坊 261100）

我国在现代化经济高速发展的同时，环境污染问题日益严峻，尤其是工业发展中产生的大量挥发性有机废气，对大气环境造成了严重污染，非常不利于人们的身体健康。挥发性有机废气包括非甲烷碳氢化合物、卤代烃、含氧有机化合物等，其在空气中容易与二氧化氮发生化学反应，在光照作用下形成臭氧污染，甚至加重PM2.5污染和光污染等，因而对人体健康造成了严重威胁，也加剧了生态环境的恶化。因此，相关部门和企业需要加大对工业挥发性有机废气的治理力度，并采取科学措施对其进行综合防治，以减少大气环境的污染，促进生态环境的平衡发展。

1 工业挥发性有机废气的来源及危害

挥发性有机废气是指沸点处于50～200 ℃，室温饱和蒸气压超过133.2 Pa的物质[1]。这是一种有害气体，不仅污染空气，而且危害人类健康。工业生产中的废气种类逐渐增多，工业挥发性有机废气中物质的排列组合也越来越复杂，组合形式多种多样，包括醛类、酮类、烃类、硫化物、胺类等物质。除甲醛外，多数挥发性有机废气不溶于水。大气环境中几乎包含了所有种类的挥发性有机废气，虽然浓度不高，但是治理难度较大。挥发性有机废气主要来源于燃料燃烧、交通运输尾气排放、工业生产等，尤其是表面涂装、橡胶、塑料、化工、制药、煤炭加工等产业中，会应用到大量的含挥发性有机物的物料进行加工生产，这些含挥发性有机物的物料是挥发性有机废气的主要来源。此外在餐饮行业、露天烧烤过程等产生的油烟中，以及室内装修、家用电器维修、汽车维修中也存在一定的挥发性有机废气，挥发性有机废气的组成如图1所示。

图1 挥发性有机废气组成示意图

挥发性有机废气不仅具有刺激性气味，而且还伴有毒性、恶臭、致畸形性、致癌性，容易引起燃烧甚至爆炸现象。挥发性有机废气会破坏人体内维生素E的形成，引起面部色斑，出现身体畸变、致癌等风险，长时间接触挥发性有机废气还会引起人体机能下降，视力模糊、呼吸道损坏、细胞代谢受到影响等，甚至引起神经系统异常。如室内装修材料中含大量甲苯、甲醛等有害物质，对人体健康损伤较大；在长时间的阳光照射作用下，大气中的氮氧化物等物质会与氧化剂发生化学反应，形成臭氧，对人体健康造成负面影响；挥发性有机废气还会影响植物的正常生长，阻碍植物的光合作用，含硫、氟物质也会抑制植物生长，甚至引起农作物死亡、枯萎，造成粮食减产；挥发性有机废气中的芳香烃具有较强的挥发性，而且传播速度较快，对大气环境造成了严重污染，危害人体健康，甚至引起全球性的温室效应、气候变暖、臭氧层破坏等；挥发性有机废气中的颗粒较大，形成PM2.5污染，引起城市雾霾、光化学烟雾等问题[2]。因此，相关部门和企业需要严格处理挥发性有机废气，并引进先进技术手段，有效防治工业生产中的废气排放，同时还要引进清洁能源，实现生产技术工艺的创新与优化，并改进生产设备，进一步减小挥发性有机废气对大气环境的危害性。

2 工业挥发性有机废气治理技术

2.1 生物处理技术

生物处理技术主要是利用微生物自身的代谢能力，把挥发性有机废气中的有机成分作为养分，对其进行降解、代谢，并最终将其转化为水、二氧化碳等无机物。该技术应用成本较低，不会产生二次污染，在对养殖业中的臭气、粪肥发酵的废气处理中得到了广泛应用。在具体应用中，技术人员需要先把挥发性有机废气进行液化处理，并在过滤器中覆盖生物膜，当有机废气被微生物吸附后，可以通过生物膜上微生物的代谢功能，将其中的有机成分进行降解和转化，从而实现对废气的降解。生物处理技术的处理效果较好，但需要对特定微生物进行培育，以提高生物膜的适应能力，从而进一步提高废气处理的效果[3]。

2.2 纳米材料净化技术

纳米材料净化技术是一种新型处理技术，主要是利用一种极细的纳米材料对挥发性有机废气进行催化和吸附，从而对有机物进行高效转化。纳米材料的表面积较大，活性基团多，可以提高对挥发性有机废气的处理效果，因而具有非常广阔的应用前景。

2.3 燃烧技术

燃烧技术主要包括蓄热燃烧法和催化燃烧法两种。蓄热燃烧法是对蓄热体进行燃烧，并能够把燃烧过程中形成的热量存储起来，然后将其释放，用于对混合气体进行加热，当温度升至750 ℃时，需要停留0.5秒，这样可以把挥发性有机废气中的有害物质进行分解，形成无害物质[4]。该处理技术操作简单，较适用于处理高浓度挥发性有机废气，但是对技术的要求较高；催化燃烧处理技术是把废气引入到反应系统中，并加入特定的催化剂，对反应系统进行加热，当温度升高至260 ℃左右时，废气中的有机物会与催化剂发生反应，生成二氧化碳和水，实现废气处理目的。该技术对温度和浓度较高的有机废气的净化效果较好，对温度要求不高，可以降低能源消耗，能够对废气进行有效性处理，且不会产生二次污染。但是该工艺操作复杂，需要对其进行预热，然后燃烧净化，再进行热量回收。在对低浓度废气进行处理时，需要对其进行吸附浓缩，才能进行催化燃烧，其流程详见图2。

图2 催化燃烧处理技术

2.4 冷凝技术

在挥发性有机废气的处理过程中，冷凝技术发挥着重要作用。在不同温度、浓度情况下，挥发性有机废气的饱和度存在很大差异，因此可以创建特定条件，利用冷凝技术对挥发性有机废气进行回收。在具体应用中，需要把工业废气直接引入到冷凝器中，并通过吸附、吸收、解析、分离等一系列环节，对废气中的有机物、余热进行回收，从而实现废气净化的目的，并对其进行达标排放。该技术适用于废气浓度较高、温度较低且风量不大的情况，通常在制药、石化行业中应用。在实际应用过程中，可以再加装一级有机废气净化装置，实现废气的达标排放[5]。

2.5 低温等离子净化法

低温等离子体被称为第四形态，在外加电压达到气体的放电电压时，等离子体中的高能离子高速攻击有机废气中的分子，速度每秒可达3500万次，从而对废气中的有机组分进行分解和电离，形成电子、离子、原子、自由基等混合体，提高了氧化反应效率，实现了对有害物质的有效转化。等离子处理技术的适应性较高，不会受到其他因素的干扰，因而应用潜能较高。但是这是一门交叉学科，涉及到放电物理学、放电化学、化学反应工程等学科的知识，对该技术进行成熟掌握和应用非常难，而且该技术在使用过程中很有可能产生小分子的有机化合物，对环境造成二次污染[6]。

2.6 吸附法

吸附法包括以下几种：（1）直接吸附法，是利用活性炭吸附净化有机废气，对有机物的净化率较高，操作简单，费用低；（2）吸附-回收法，是利用活性炭纤维对挥发性有机废气进行吸附，当其达到饱和状态后进行过热蒸汽反吹，达到脱附再生的目的。活性碳纤维的环保效果较好，吸附能力较强，内外部包含大量的碳原子，可以使其表面形成固体结构，提高吸附处理效果，吸附效率可达95%。该方式吸附速度较快，微孔丰富，方便进行再生和循环使用。（3）新型吸附-催化燃烧法，是利用新型吸附材料进行吸附处理，当其趋于饱和状态后进行加热，进行吸附、解析、脱附，然后利用催化燃烧床进行无焰燃烧处理，实现对有机废气的彻底净化处理，该技术常用于对低浓度、风力大的废气进行处理[7]。

2.7 吸收法

该方式是利用吸收液对废气进行吸收、净化，其中吸收剂包含水、液体石油类物质等，通过对废气进行吸收，待饱和后进行加热、解析、冷凝等处理，可以对余热进行回收。该方式适用于浓度和温度较低且风量较大的情况。

2.8 微波催化氧化技术

该技术在应用过程中，可以将解析技术与空气净化技术进行融合，实现技术升级，达到微波解析的目的。该技术在应用中对资源的消耗较低，能够提高净化处理效果，并可以对催化剂进行重复使用，因而成本较低[8]。

2.9 膜分离技术

该技术主要是利用半透性的聚合膜对废气进行分离，从而提取其中的有机组分，其操作流程简单，不会产生二次污染，且能源消耗较少，在浓度较高的废气净化中较为适用。在具体应用中，需要通过压缩冷凝、膜分离等步骤，对废气进行加压冷凝，然后进入到膜分离组件中，再由半透膜对未冷凝的有机气体进行分离，从而对各类污染物进行有效净化，其中包含苯、甲苯、氯乙烯等[9]。

2.10 光催化氧化技术

该技术主要是利用负载型的纳米Ti02光催化剂对废气进行净化，该催化剂以活性炭纤维为载体，其抗光腐蚀能力和吸附能力较强，在使用中较为清洁，不会产生二次污染，具有明显的抗菌效果。利用该技术可以把挥发性有机化合物转化为无机物，且不会产生太多的副产物。在具体应用中，还可以与纳米技术联合使用，提高降解效果[10]。

3 工业挥发性有机废气的防控策略

为了对工业挥发性有机废气进行有效防控，需要相关部门对煤炭加工、石油化工等企业的生产技术进行持续性创新与优化，并引进清洁生产技术。同时，环保部门应加大对挥发性有机废气排放相关知识的宣传，并对工业企业进行正确引导，鼓励企业开展技术革新，并对原有生产设备和生产工艺进行改造创新，引进清洁生产设备，从而有效控制挥发性有机废气的排放总量；按照“实际生成量+生产裕量”进行核算[11]，产生挥发性有机物的企业应对进出料口、挥发性有机物储罐、危废库等废气进行规范性收集，以减少废气散播；完善废气收集系统，按照规范、标准的要求，合理选择最优可行技术或最佳可行技术对挥发性有机物进行处理；监管部门应加大对企业的监管力度，一旦发现稀释排放的现象，就要对其进行严格处置，以减少废气的排放量；加大对高新技术的研发力度，提高原材料的转化率，减少资源浪费，降低挥发性有机废气的产生；在印刷、喷涂工业中，鼓励利用新型绿色原料代替高含量挥发性有机化合物生产原料，实现生产工艺的创新，实现有机废气的源头控制；针对运输行业需要开发利用的清洁能源，对运输产业进行创新，倡导绿色出行，并研发新型环境节能运输工具；相关部门要充分发挥自身的职能作用，加大对挥发性有机废气的监控力度，对相关工业企业进行全面监督和检测，实现挥发性有机废气的规范性排放。同时，对各类产品制造设备、制造工艺等展开全面的排查和监督，利用专业检测设备强化生产现场的溯源工作，并结合排查结果，督促有问题的企业进行生产设备改造，加强对企业的整治力度，完善监督管理制度，进一步提高挥发性有机废气的管控效果，严格控制挥发性有机废气的排放量，确保其能够达标排放；要加强对企业相关工作人员的培训力度，提高员工的环保意识，强化其责任意识，并定期组织召开行业内相关治理技术会议，对专业治理技术进行普及推广，同时引入典型案例展开综合性分析，明确国内大气污染的排放标准，以便引导各工业企业能够对挥发性有机废气进行科学处理[12]。

4 结语

综上所述，工业挥发性有机废气对生态环境、人体健康造成了严重威胁。如果人体长期吸入挥发性有机废气，不仅会对身体机能造成严重损伤，甚至还可能导致畸形或致癌，此外还会影响动植物的正常生长，引起农作物减产，因而不利于农业的发展。因此，相关部门和企业要加大对工业挥发性有机废气的治理力度，采取科学合理的防治措施，引进清洁能源，并对传统工业生产技术和设备进行改进、升级，实现生产技术、生产工艺的创新与优化，全面提高对工业挥发性有机废气的处理效果。

当前，我国在废气处理技术已经取得了一定的成就，但是仍需要进行深度研发，进一步提高有机废气处理技术的水平，在推动工业迅速发展的同时，保障生态环境的安全。