VOCs 废气处理设备现状及技术发展

孙塔娜

（中国石油大庆炼化公司检维修中心，黑龙江大庆 163400）

0 引言

VOCs（Volatile Organic Compounds，挥发性有机化合物），是指常温下饱和蒸汽压大于70 Pa、常压下沸点在260 ℃以下的有机化合物，或在20 ℃条件下蒸汽压大于等于10 Pa，具有相应挥发性的全部有机化合物。VOCs 有多种来源，主要分人工和天然两类，其中，天然生成的异戊二烯类和其他污染物会形成难以控制的VOCs 排放气体；而人工污染源则以燃煤、汽车尾气、喷涂涂料等为主。

1 VOCs 有机废气治理

1.1 有机污染物排放监测体系缺乏科学性和合理性

随着环保意识的增强，国家环保监管力度日益加强，在对有机污染物排放的治理过程中，VOCs 的治理占有举足轻重的地位。只有废气的排放得到了有效治理，空气质量才能提高。但是，在某些环境治理较差的地方，监测体系还不够健全，为此，有关方面应加强监管制度的改进与完善。

1.2 VOCs 有机物排放物治理难度大

VOCs 气体可以对人体造成很大的伤害，有可能导致癌症。若仅采用一种工艺进行处理，则无法确保其控制的有效性。因此，对VOCs 有机废气进行治理，必须采用多种工艺，而在实际应用中，应根据具体情况选用合适的工艺进行治理。在对VOCs 进行治理的同时，还要考虑到性能指标、建设使用成本和排放标准等方面的技术问题。目前VOCs 治理技术已有统一的规范，但由于各行业的VOCs 气体组成与性质往往不同，因此难以统一标准。

2 VOCs 的治理技术

2.1 常规工艺

2.1.1 凝结工艺

VOCs 是指生产过程中产生的工业废料。在处理过程中，要避免这些有害物质在废品中的生成，应将废弃物置于冷凝池内，通过低温处理，避免有机废气VOCs 排放。本工艺技术以有机物的性质为基础，利用气体的低温使其发生过饱和，再液化回收。对VOCs 气体的污染主要采用凝结工艺进行处理。通常，这一技术广泛用于高浓度气体和低温环境下的石化产品的制造、储存和运输，其应用效果十分明显。

2.1.2 吸收工艺

（1）一种吸收和再生的方法。该工艺是采用纤维活性碳、颗粒型活性碳等吸附剂对有机物进行吸附，当其达到一定程度时，为了研究其吸收与再生作用，采用超热气将其送回，然后将其与脱附的三苯基气体进行冷缩、分离，以获得三苯基溶液。在排气与吸收剂发生反应时，利用吸附剂类似于有机气体的兼容性原则，将VOCs 气体中和、氧化、化学破坏。而吸附装置的特性及吸附品质直接影响该工艺的成效。因此，为了保证设备的工作效率，可以适当地选用吸附剂。采用吸收再生技术的不足之处是所需的装置规模较大，并且过程运行较为繁琐；投入使用后操作成本高，会造成环境的二次污染，而在排气中存在其他的杂质如胶体颗粒时，很可能引起工人中毒。但是，这种工艺具有快速解吸、结露和吸收效果好的特点，适合于高浓度、低风量、低排放气体的治理。另外，这项技术在实践中还有待于不断的创新与完善。

（2）在催化剂的作用下进行吸收。在吸附达到一定程度时，可用热风进行加热，以去除三苯等气体。此外，采用吸附式氧化工艺，也能达到对有机物排放进行净化的效果。此外，还能对热能进行回收，达到再生的目的。采用此工艺，并结合多种不同的吸附剂，能较好地解决高风速、低密度的有机物排放问题。但是，此方法存在投资规模大、工艺流程复杂、成本高、二次污染等问题。

2.1.3 催化燃烧技术

气体的净化主要是利用VOCs 的易燃特性来达到。一般来说，化学、绝缘材料、油漆或其他行业在治理VOCs 尾气时，是根据尾气的易燃率，采用直接焚烧的方法。由于其工艺简便易行，且投入少，故常用了高浓度、低气量的VOCs 气体的处理。

（1）预热是最常用的一种催化燃烧方式。在低于100 ℃的有机气体中，由于其浓度较小，无法实现自身的自热，必须在预热室内进行加热。而经焚烧和净化后的烟气与换热器中没有经过加工的尾气进行热量交换和回收。这项技术通常可以通过燃气或者电加热的方式来使其达到催化燃烧要求的温度。

（2）自身的热量均衡。当有机气体排放的温度比初始环境（约300 ℃）高，有机物浓度高时，其循环过程中可以维持热的均衡。通常情况下，必须在催化剂的反应器内设置一个电热器。具体流程如图1 所示。

图1 催化剂的燃烧流程

（3）采用吸附法进行催化反应。在流量大、低浓度、低温度反应条件下，选择催化燃烧消耗大量的燃油，可以通过吸收方法将有机物气体吸附在吸收器上，并将其压缩为高浓度的有机物（浓度可达10 倍），这时，在不增加任何热量的情况下，继续进行催化燃烧。由于燃油消耗较低，CO 排放量较低，但其启动与冷却周期较短，而且采用高成本的专用材料代替常规的高温合金，延长了整个RCO 的使用周期。另外，经过处理后会产生一种酸性的废气，必须进行净化。对于无法再循环使用的废物，需进行处理，而且吸气浓度不得大于25%。在实践中，随着工业化的发展，催化燃烧技术的发展越来越快，同时，其排放的污染物种类也越来越多。因此，必须对现有的新型催化剂燃烧技术进行深入的探索与创新。

2.2 新工艺

2.2.1 隔膜工艺

隔膜是利用高分子薄膜的性质，在一定的压力下，将有机物质和VOCs 从气体中剥离出来，但是单一的过程难以达到分离的目的。而新型的一体化膜分离技术则是利用有机选择性薄膜把VOCs 分为两个不同的气流，这样就可以把VOCs 中不能透过的净化气体中的大多数排放出去，而渗透流则作为一种有机液体，回收到循环压缩机的进口。这种工艺能回收高浓度、低流量、高回收价值的有机溶剂，但其投资费用较高。

2.2.2 生化工艺

采用生化处理工艺处理VOCs 排放，主要用于处理中、低浓度的工业废气。其优势在于反应条件较低，操作简单，操作成本低，二次污染少，以及多种性质的混合气。而有机垃圾处理采用微生物的生化处理技术，将有机废气中的有害成分降解成无机物，如水、CO2等。以吸附式和生化法处理的生化清洗塔为实例，回收液体由吸附室内的上层排出。一套从VOCs 排放气体中除去恶臭的方法，该方法的实际效果达到98%。说明利用生物技术对有机污染物排放的治理具有很好的应用前景。

2.2.3 光催化氧化法

利用光催化氧化技术处理废水具有良好的效果。第一种是利用光热降解技术，可以在短时间就将有机物气体进行降解。在光解的时候，一般会产生一些中间物质，但是它们可以通过长期的光照或者用氢氧化钠溶液来处理。第二种是通过光合作用进行降解。这种方法可以利用二氧化钛进行辐射，激发紫外光，产生不含氧的游离基，将有机物转化为CO2和水。在选用合适的催化剂进行有机物排放的过程中，可以采用常规的日光灯来进行处理，从而达到消除异味、减少污染物的浓度。但是，从现有的研究结果来看，提高其工艺及处理的效率是十分有意义的。由于该技术对周围的二次污染，需要对其进行了进一步的研究和开发，因此，目前还没有应用于工业生产中。图2 为光催化过程。

图2 光催化过程

2.2.4 等离子体工艺

等离子技术是利用高能电子、离子、激发原子和游离基团，在不同的高度激发生成氧气等离子体和臭氧，并对VOCs 进行催化，使其氧化、还原成CO2、CO、H2O 等。可用于处理含少量（一般低于500 mg/m3）的有机物质，并对室内的环境进行了彻底的清洁。该工艺具有低温、操作简单、维修简单、易操作等特点，但要考虑到废水的排放安全性，VOCs 的去除率在50%左右。通常，应根据废气浓度、流量、特性污染物类型及脱除率的需求，选用合适的工艺。在此基础上，还要考虑设备成本、运营成本和维护成本。

2.2.5 微波催化氧化法工艺

采用微波催化氧化法对常规的废气进行处理，使废气处理工艺得到了极大的改善。采用微波催化氧化法对VOCs 有机物废气进行治理，可以显著地改善废气的利用率和降低能源消耗。所以，它在操作过程中有着诸多优势，对其吸附作用显著，并能重复利用。同时，若能将此技术与废气治理技术相融合，其治理的成效将会更为显著。

3 发展趋势

鉴于当前国内各个行业的VOCs 废气有其各自的特点，建议采取多种技术结合的方式，以改善其对污染物的去除率。VOCs 工艺是目前国内外许多有机废气治理技术中最有前途的一项技术，其二次污染不显著，能有效地解决各类中低排放的各类有机废气。目前，VOCs 有机物废气的治理受到多种因素的制约，在此基础上进行了理论与实践的探索，提出一种新型生物净化设备的开发方法，并对其在实际工程中的应用进行探讨。

4 结束语

在VOCs 有机废气的治理中，应选用科学、合理的工艺，以保证废气在经济性、实用性和能耗的前提下，实现最佳的工艺效果。VOCs 成分十分丰富，采用单一工艺难以实现其有效的治理。因此，对VOCs 有机废气处理技术进行探讨研究，并分析有机废气的处理困境，提出优化有机废气处理效果的有效措施。