工业生产VOC的危害及治理策略思考

彭 昆

（湖南品鑫环保科技有限公司，湖南 长沙 410000）

引言

随着工业化水平的不断提高，工业生产产生的VOC废气对生态环境、人体健康的危害性逐渐增大。因此，相关部门需要加大对工业VOC废气的治理力度，并结合VOC废气的特点，选择合适的治理措施，如吸收法、吸附法、光催化法等，从而减少工业VOC废气的危害性，推动工业的健康发展，促进社会的可持续发展。

1 工业VOC的来源与特点

1.1 来源

VOC是一种挥发性有机化合物，在工业生产中被作为溶剂进行大量使用。由于该物质具有较强的挥发性，因而容易污染大气环境。该物质的沸点一般为50～260 ℃，饱和蒸气压在133.23 Pa以上，其成分包含烃类、氮烃、硫烃、多环芳烃等物质。按照排放源的不同，VOC的来源主要包括天然和人为因素等。植物是天然排放源之一，其中包含α-紫萝烯、α-鸢尾酮和芳香烃、香叶烯等物质，细菌发酵也会产生丁烷和乙烷等物质。人为排放主要是工业生产中产生的VOC废气，如焚烧垃圾、生产化学品、冶炼等工业中，容易产生大量的VOC废气。此外，移动源和生活源分别占比21%和20%，金属冶炼、印刷工业、印染工业占比为23%；农业秸秆焚烧、厨房油烟也会产生一定的VOC废气[1]。

1.2 特点

工业生产中产生的VOC污染物数量较大，而且排放量较大，对大气环境造成了严重的污染和破坏。相关部门和企业需要结合实际情况，采取科学合理的防控措施，减少污染物的排放，尤其是要注重从源头控制，减少污染物的产生量，做好污染气体的回收利用工作，并挖掘大自然的自净能力，同时综合利用经济、政策措施对VOC污染物的排放总量进行优化控制。另外，工作人员还需要根据VOC废气的具体浓度，选择合适的处理技术，并合理控制废气处理成本，从而实现经济效益和生态效益的协调发展。

2 工业VOC的危害性

2.1 危害生态环境

VOC在工业生产中主要作为溶剂使用，因其具有较强的挥发性，一旦受到阳光照射，就会与空气中的NOx、烃类及氧化剂发生化学反应，形成雾霾、光化学烟雾，且活性较高，危害性较大，严重影响了人们的正常生活。VOC还会加大PM2.5、臭氧浓度，并在特定条件下与大气环境中的颗粒物发生发应，形成二次有机溶胶，降低大气的能见度，引起气候环境的变化，从而增加雾霾天气的次数，进一步危害人体健康，危害农作物的正常生长[2]。

2.2 危害人体健康

VOC废气具有刺激性气味，长期处于该环境中，容易引起人体恶心、头痛、昏迷、抽搐等症状，甚至危害人体的内脏、神经系统等，导致人体感觉异常、迟缓等。工业VOC废气具有较强的毒性，而且致癌性较强，还容易引起人体记忆力的衰退、大脑损伤等问题。苯类VOC气体会对人体中枢神经、造血器官等造成一定的损伤，从而出现败血症、血小板减少等问题。

2.3 危害生产安全

VOC废气中包含大量乙烯和丙烯等脂肪类物质，虽然这些物质的毒性不高，但是属于易燃易爆物品，容易引起严重的火灾爆炸事故，从而危害工作人员的生命安全，使化工企业造成严重的经济损失[3]。

3 工业VOC的治理策略

3.1 吸附法

吸附法主要是利用具有吸附性能的物质对工业VOC进行处理。吸附剂主要包括活性炭、无机吸附材料等，其中活性炭吸收剂主要是以碳为主要成分的多孔物质，包含破碎碳素、纤维蜂窝、常规活性炭等，其细孔可以吸附颗粒状有机物，然后通过调节温度、压力的方式，强化吸附效果。通过活性炭进行吸附，能够对VOC污染物进行高效回收和利用，而且不会造成能源消耗，但是在使用过程中活性炭的细孔容易被废气中的酮类物质、烃类物质和酯类物质堵塞，导致其吸附能力下降，因而需要及时更换吸附剂，导致成本增加。当吸附热升高时，容易增加火灾风险。无机吸附材料主要包括沸石、硅石等，沸石的应用主要是通过结晶结构孔隙较大的优势，实现对VOC的吸附。在该环节中需要对压力、温度进行调节，且该类物质没有可燃性，使用安全，但是成本较高，主要在化学成套设备清洗、加油站中使用[4]。

当前，新型吸附治理技术包括以下几种：（1）沸石转轮吸附浓缩法，主要使用的吸附材料为陶瓷纤维材料，将其制作成蜂窝状的大型圆盘轮，并将沸石涂刷到圆盘轮表面进行高温燃烧。该方法适用于对浓度低、风量大的VOC废气进行有效治理。（2）UV光解催化-活性炭吸附法，该方法需要设置专门的治理系统，并安装UV光解催化氧化箱与活性炭吸附箱，然后把VOC废气引入到UV光解催化氧化箱内，使其产生光催化氧化反应，再利用紫外线光束进行反复照射，使VOC废气进行裂解，将其转化为水、二氧化碳、臭氧以及小分子物质，然后把剩余的VOC废气送入活性炭吸附箱，对其进行有效吸收。

3.2 吸收法

该方法在应用中，主要是利用有机物的相似相溶原理进行实际操作，从而对VOC废气进行有效性吸收。在具体操作中，往往需要使用低挥发性的液体吸收剂对工业VOC进行快速吸收，从而降低污染物的浓度，实现工业废气的有效性净化，然后再利用VOC分子与吸收剂之间的物理特性差异进行分离。吸收法在使用过程中主要使用的装置设备包括喷淋塔、填料塔等，吸收剂包括含水复合吸收剂、高沸点有机吸收剂、矿物油吸收剂。

随着科学技术的不断发展，生物酶喷淋净化方式逐渐受到广泛应用，利用该方式能够有效控制VOC废气的浓度，其中姜汁中提取的龙脑、姜酮，芹菜汁提取的石竹烯和β-月桂酸烯物质，多种植物中提取的活性生物酶等都可以对VOC进行有效性吸收。

生物酶喷淋净化方式所使用的生物酶喷淋塔装置包括进风口、循环泵、气液分离层、喷淋层、填料层、搅拌机等，在使用过程中需要经过酸碱反应、催化氧化反应、氧化还原反应等，使活性生物酶在装置中呈现雾状，从而有效降低吸收难度。吸收法可以对高浓度VOC废气进行高效处理，但是该方法对设备的性能要求较高，因而前期投入较大，所以主要应用于大型企业。

3.3 冷凝法

有机物的饱和蒸气压在不同温度环境中，会呈现出差异性特点，所以可以利用其该属性，对处理系统的温度、压力进行调节，确保VOC处于蒸汽状态，并使其发生冷凝反应，以便对废气中的VOC进行分离和提取。该技术主要针对浓度、沸点较高的VOC进行处理。这是一种多级连续冷却方法，需要在预冷段把VOC废气的温度降低到2～4 ℃，这样可以把废气中的烃类高沸点组分冷凝出来，然后需要对其进行反复冷却，并逐级降温，实现烃类的液化，从而把没有凝结的废气排出来。通过冷凝器把VOC沸点降低到沸点以下，将有机物冷凝成液滴状，然后在重力作用下使其降落到凝结区域下方的贮罐中，从而实现分离的目的，具体操作方法如图1所示，主要使用的冷却介质有冷水、冷冻盐水、液氨等[5]。该方法操作简单，可以对VOC进行高纯度地回收。为了降低运行成本，也可以与其他处理方法联合使用，如吸附、吸收、压缩法等，从而提升有机溶剂的回收率，降低经济成本。

图1 冷凝法工艺流程图

3.4 膜分离法

该技术主要是利用高分子膜进行操作，因为该物质可以对有机化合物进行选择性渗透，在特定压力环境下可以对VOC进行渗透分离。通常情况下主要使用的高分子膜包括空纤维膜、板式膜等。在具体操作中，需要把VOC与空气进行混合，同时压缩混合物，并将其输送到冷凝器中，通过膜蒸汽进行分离。分离系统会对VOC气体进行选择性通过和富集，VOC中的气体留在未渗透的一侧并达标排放。然后富集后的VOC气体利用冷凝回收系统对有机溶剂进行有效性回收。该方法的回收率较高，操作简单，能耗较低，没有二次污染[6]。另外，该方法可以对浓度较高的VOC气体进行分离和回收，尤其是对芳香族碳氢化合物、含氯溶剂以及醇、酸、胺等VOC物质进行回收。

3.5 燃烧法

该方法通过燃烧方式可以把VOC废气中的碳氧化物进行氧化分解，生成二氧化碳。燃烧法主要包括以下方法：（1）直接燃烧法，可以把VOC废气分解为水、二氧化碳，成本较低，但是需要使用助燃剂，且生成的二氧化碳存在一定的污染性。该方法在涂装、印刷行业中应用广泛。（2）蓄热燃烧法，主要是利用陶瓷等蓄热体，实现VOC废气的燃烧分解。该方法具有较高的热回收效率，而且分解率也较高，但是前期成本投入较大。该技术主要应用于VOC浓度较低的情况，可以对苯类物质、有机酸等进行有效处理，通常有效应用于印刷、化学成套设备生产中[7]。（3）催化燃烧法，该方法需要使用催化剂，对VOC废气进行氧化分解，而且可以进行低温燃烧，不会产生二氧化氮等有害物质，但是应用成本较高。在燃烧装置中，需要对VOC废气进行预热，并在催化床层的作用下，实现低温燃烧。该方法使用较多的贵金属催化剂有Pt、Pd等，装置简单、成本不高，但是容易生成大量的硫化物、卤代烃物质，造成二次污染，甚至引起催化剂中毒失活。

3.6 生物处理法

3.6.1 生物过滤法

该方式往往需要通过微生物的降解能力，对VOC废气中的有毒有害物质进行综合性治理。在具体使用过程中，需要把微生物附着在具有多孔介质的表面，然后填料能够把废气吸附在细孔中，从而实现生物降解，并将其转化为二氧化碳、水、中性盐等物质[8]。在吸收液体中加入微生物、营养机等物质，一旦VOC废气通过该液体，就可以将其中含有的有害物质进行过滤、降解。该方法操作简单，成本较低，能耗较少，但是氧化分解效率不高，对营养基的消耗量大，且设备体积较大，对技术使用参数要求较高，因而在石油化工行业应用广泛。

3.6.2 生物滤滴法

该方法是使用专门的生物滤滴床，并填充惰性材料，在填料层保留充足的空隙率，将其作为生物生长的载体。在该环节中还可以利用微生物对VOC废气中的污染物质进行降解。该方法还可以以回流液形式进行联合应用，为微生物生长提供充足的缓冲液与营养物质。在该技术应用过程中，需要注意填料堵塞问题，需要定期清理填料，保障治理工作的顺利进行。

3.6.3 生物洗涤法

该方法需要修建活性污泥曝气池、沉淀池以及洗涤塔，并安装鼓风机设备。在具体操作中，需要把VOC废气引入到洗涤塔中，从而在塔内氧化VOC污染物质，并将其转化为液态形式。然后再通过活性污泥对该液体中的污染物进行分解、净化，从而实现达标排放。该方式可以应用于浓度高、气量小且不具有较强生物代谢能力的VOC废气治理中。

3.7 光催化法

光催化法在特定波长的光照作用下，可以激发光催化剂的强氧化能力，使其与工业VOC发生氧化还原反应，从而实现对污染物质的分解，并生成水、二氧化碳等，降低其毒性，减少二次污染。由于紫外光波长较短，可以强化对光催化剂的激发效果，优化物质分解的效果。光催化剂主要包括WO5、ZnS和TiO2等，可以对VOC废气中的颗粒物、炔烃和烯烃、醇类物质等进行有效性分解和清除，同时还可以与除尘技术联合使用，提高降解效果。光催化法包含UV光催化与复合光催化[9]。

3.7.1 UV光催化法

该技术主要使用的光催化剂为TiO2，该类物质的活性较高，而且对紫外线的吸收率较高，可以把VOC气体转化为二氧化碳和水，但是该方法的应用效率较低，当催化剂失去活性时，会产生酮、酯、醛等有害物质，造成二次污染，因此该方法很少在工业生产中进行使用。

3.7.2 复合光催化法

该技术能够对含有苯、硫化氢等物质的VOC废气进行有效性处理，同时还可以把有机废气转化为无机废气，降低其毒害性，而且不会造成二次污染，因而在汽车尾气、工业VOC废气处理中得到有效应用。同时在三维网中嵌入TiO2催化剂，可以有效拦截VOC废气中的粉尘，分解有害化合物，降低其有害性，从而减小对大气环境的污染程度，提高空气质量。

3.8 低温等离子体法

高能带电粒子可以对VOC物质进行氧化、电离、裂解，将其转化为无毒无害的小分子物质。相关工作人员应结合VOC物质的具体特点，选择合适的等离子体装置，提升废气处理效果。在对三氯乙烯进行处理时，使用低温等离子体法，可以提升其降解率，而选择空心阴极灯作为等离子体阴极装置，并将其温度设置为2 000 K，可以将三氯乙烯的降解率提高到100%[10]。另外，也可以使用直流电晕放电的方式获得等离子体，从而对苯类物质进行有效性降解，如可以利用毛细等离子体电极，并合理设置各项参数，如浓度、停留时间、能量密度等。在对印刷行业中的乙醇、聚乙烯醇缩丁酸进行处理时，需要利用低温等离子体技术，有效提升其净化效果，并实现大批量处理，提升系统的运行效率，降低处理能耗，减少一氧化碳等有害物质的产生，并防止出现二次污染。

4 结语

综上所述，工业VOC对生态环境、人体健康、生产安全等都会造成严重危害，因此需要相关部门和企业采取科学措施进行处置，如吸收法、吸附法等，降低工业VOC废气的浓度，强化净化效果，优化生态环境质量。