浅谈常见的VOC废气治理技术

朱礼波

（甘肃恒信安环科技发展有限公司，甘肃 兰州 730000）

引言

随着工业化的发展和化工生产的增加，VOC排放已成为环境污染的重要来源。VOC不仅对大气造成污染，还会对人体健康产生危害。因此，VOC废气治理技术的研究和应用对于保护环境和人类健康具有重要意义。本文综述常见的VOC废气治理技术，为相关领域的研究提供参考和借鉴。

1 吸附技术

吸附技术是一种常见的VOC废气治理技术，该技术通过吸附剂吸附VOC，从而实现有机废气的净化。常用的吸附剂包括活性炭和分子筛等[1]。吸附剂通常具有多孔结构，能够吸附废气中的VOC分子。活性炭是一种多孔材料，具有较大的比表面积和丰富的微孔结构，因此具有较强的吸附能力；分子筛则是一种具有特定孔径和选择性吸附能力的材料，能够根据VOC分子的大小和极性进行选择性吸附。该方法通过气体和液体之间的接触，从被污染的流体中分离和纯化出有机废气。某项目提出了一种气液反向吸收的方法，也就是将液体从塔顶喷射成雾状（或小液滴），排出的气体通过塔体（反向流动）实现气-液接触。该工艺能冷却废气，去除微粒，使废气得到净化，脱雾部分进入下一个工艺阶段。

1.1 原理

吸附技术是一种常见的VOC废气治理技术，其原理是利用吸附剂表面的吸附作用将VOC分子从气相吸附到固相表面。当VOC废气通过吸附装置时，VOC分子会在吸附剂表面停留，从而被有效去除。吸附过程遵循物理吸附或化学吸附的原理，具体取决于VOC分子与吸附剂之间的相互作用力。在物理吸附中，VOC分子与吸附剂之间主要是由范德华力引起的吸引力。吸附剂表面具有许多微孔和大孔，这些孔洞可以提供大量的吸附位点，使得废气中的VOC分子能够充分地吸附到吸附剂表面。一旦VOC分子被吸附到表面上，它们就会停留在那里，从而实现VOC废气的净化[2]。化学吸附则是指VOC分子与吸附剂发生化学反应形成化合物的过程。在这种情况下，吸附剂的表面通常具有特定的官能团，能够与VOC分子中的特定官能团发生化学反应，形成稳定的化合物。这种化学吸附的方式可以更加彻底地去除VOC废气中的有机物。

1.2 优缺点

吸附技术的优点包括操作简单、成本较低、对VOC的适用范围广等。此外，吸附剂可以通过再生来循环使用，减少了废物处理的负担。在众多去除污染物的水处理技术中，吸附技术是目前应用最广泛、效率最高、成本较低的一种技术。然而，吸附技术也存在一些缺点，例如需要定期更换和再生吸附剂，再生过程可能需要消耗能源，且会对环境造成一定的影响。目前，在工程应用过程中，许多吸附技术仍有不足之处，国内外研究机构对此进行了大量研究，虽然未能彻底解决这一技术难题，但也取得了不少科研成果。

1.3 应用现状

吸附技术在工业废气治理中得到了广泛应用。特别是在石化、印染、油漆、化工等行业，吸附技术被广泛应用于VOC的去除和回收。在一些小型企业或者设备周转较慢的企业中，吸附技术由于其操作简单、成本较低的特点也备受青睐。此外，吸附技术还常常与其他废气治理技术结合使用，如热解吸附、膜分离等，以实现更高效的废气处理效果。同时，吸附技术也存在吸附剂更换和再生等问题。在工业废气治理中，吸附技术已经得到了广泛应用，并且在不断发展和完善中。未来，随着吸附材料和再生技术的不断改进，吸附技术将能够更加有效地应用于VOC废气治理，为环境保护和人类健康做出更大贡献。

2 催化氧化技术

催化氧化技术是一种常用的VOC废气治理技术，它利用催化剂将有机废气中的VOC氧化为无害的二氧化碳和水[3]。在众多去除污染物的水处理技术中，吸附技术是目前应用最广泛、效率最高、成本较低的一种技术。这种技术具有高效、低温、节能等特点，广泛应用于化工、印刷、涂装等行业。

2.1 原理

催化氧化技术是一种常见的VOC废气治理技术，其原理是通过催化剂促进VOC的氧化反应。在催化氧化设备中，VOC废气首先经过预处理设备去除颗粒物和水分，然后进入催化反应室。在催化反应室中，VOC与氧气和催化剂接触，催化剂表面的活性位点能够促进VOC与氧气之间的氧化反应，将有机废气中的VOC转化为无害的CO2和H2O。最终排放出的废气中不再含有VOC，达到了治理目的。

催化氧化技术的原理基于氧化反应的催化作用。催化剂通常是一种高比表面积的材料，其表面具有许多活性位点，能够提供反应所需的能量，并降低反应活化能，从而促进VOC与氧气之间的氧化反应。这些活性位点能够提供吸附VOC分子和氧气分子的位置，并加速它们之间的化学反应，使VOC转化为无害的二氧化碳和水。催化剂的种类和活性对反应的效率和选择性有重要影响，因此催化剂的选择和设计是催化氧化技术中的关键问题。

2.2 优缺点

首先，催化氧化技术具有高效的特点，能够将VOC高效降解为无害物质，处理效率高。其次，该技术操作温度较低，一般在200～400 ℃之间，能够在相对较低的温度下实现VOC的氧化降解，节能环保。再者，催化氧化技术对VOC的成分和浓度较为敏感，能够处理复杂成分的废气，并且在大多数情况下不需要对废气进行预处理。此外，催化氧化技术还具有设备结构紧凑、占地面积小、运行稳定可靠等优点。然而，催化氧化技术也存在一些缺点。首先，催化剂的选择和稳定性对催化氧化技术的效果有着重要影响，催化剂的性能和寿命直接关系到技术的运行成本和稳定性。其次，其对VOC成分和浓度较为敏感，特定的VOC组分可能会对催化氧化技术的效果产生影响。此外，催化氧化技术在处理高浓度VOC时，可能会产生催化剂中毒等问题，需要对废气进行稀释或者采取其他措施。

2.3 应用现状

目前，催化氧化技术在很多行业得到了广泛应用。许多行业在面临VOC废气治理问题时，选择采用催化氧化技术进行处理，催化氧化技术作为一种高效、可靠的废气治理技术，能够满足更严格的环保标准和更高的治理要求，因此其应用前景非常广阔。为了满足更高的环保标准和治理要求，催化氧化技术也在不断进行技术改进和创新。例如，针对不同类型的VOC废气，研发更高效的催化剂；优化反应器结构，提高催化氧化反应的效率和稳定性以及降低能耗，减少运行成本等。

总的来说，催化氧化技术在化工、印刷、涂装、家具制造等行业得到广泛应用，且在面临更高的环保要求时表现出了巨大的应用潜力。随着技术的不断改进和创新，催化氧化技术将能够更好地满足严格的环保标准和更高的VOC废气治理要求。

3 燃烧技术

燃烧技术是一种常用的VOC废气治理技术，包括直接燃烧和催化燃烧两种方式。这两种方式能够高效降解VOC，但相对而言能耗较高[4]。VOC废气燃烧技术是指利用烟气中有毒有害组分的热氧化性，使其成为无毒或易回收的物质。在石油工业中，烃类废气等有害气体、溶剂工业废气、城市垃圾焚烧等废气，以及几乎所有恶臭物质（硫醇、H2S）均可通过燃烧技术进行治理。燃烧法技术简单、易操作、净化效果好、能回收热量，但在含可燃组分少的情况下，需要进行预热并消耗能量。

3.1 原理

燃烧技术是一种常见的VOC废气治理技术，其原理是通过高温燃烧将VOC氧化分解为无害的CO2和H2O。在燃烧过程中，VOC废气与氧气混合燃烧，高温能够使VOC中的有机物质分子发生裂解和氧化，最终转化为二氧化碳和水蒸气。而催化燃烧技术则是在燃烧过程中加入催化剂，通过催化剂的作用降低燃烧温度，提高燃烧效率，减少能耗。燃烧技术的原理基于高温氧化反应，在高温条件下，VOC废气中的有机化合物会与氧气发生氧化反应，生成二氧化碳和水。燃烧技术是一种直接而有效的处理方法，通过高温热能将VOC废气中的有机物氧化分解，从而达到治理废气的目的。催化燃烧技术是在常规燃烧过程中引入催化剂，通过催化剂的作用，在较低的温度下促进VOC的氧化反应。催化剂能够降低燃烧温度，提高VOC的氧化活性，并且减少了氧化反应所需的能量，从而降低了燃烧温度和燃烧能耗，提高了燃烧效率。此外，催化剂还可以提高燃烧反应的选择性，减少副产物的生成，提升处理效果。

3.2 优缺点

燃烧技术的优点在于其处理效率高，能够将VOC高效降解为无害物质，适用于处理高浓度、复杂成分的VOC废气。另外，燃烧技术操作简便，设备结构相对简单，稳定性较好。但与此同时，燃烧技术也存在一些缺点。首先，燃烧技术能耗较高，需要耗费大量的燃料 和能源，运行成本较高。其次，燃烧过程中可能会产生氮氧化物等有害气体，对环境造成一定影响。此外，燃烧技术对VOC的成分和浓度要求较高，特定的VOC成分可能会对燃烧效果产生影响。

3.3 应用现状

未来燃烧技术的发展方向将主要集中在提高能效、减少排放、降低运行成本等方面，以满足更严格的环保要求和更高的治理要求。针对这些挑战，燃烧技术的发展方向包括提高燃烧设备的热效率，减少能源消耗；优化燃烧过程，降低氮氧化物和二氧化硫等有害气体的排放；研发高效的废气预处理技术，降低废气处理成本等。这些技术创新将有助于提升燃烧技术的环保和经济效益。

4 生物处理技术

生物处理技术是一种利用微生物对VOC进行降解的废气治理技术，具有能耗低、无二次污染的优点，但对环境条件和微生物菌种选择要求较高[5]。以下介绍两种常用的生物处理技术。

（1）生物过滤方法

生物过滤方法是一种具有代表性的污染物治理方法，其研究起步较早，技术也较成熟。该技术将带有杂质的本体先进入湿化器湿润，再进入生物滤池；湿润后的废水在经过有机机械混合填料层时，会被吸附在填料表面的微粒吸附，在生物细胞中分解为二氧化碳、水和二氧化氮等。该工艺能有效去除大部分挥发性有机物，如氨气、硫化氢、甲基硫醇和甲基硫化物。

（2）生物洗涤工艺

生物洗涤工艺是一种悬浮式活性污泥处理工艺，它将污水中的恶臭物质通过吸附和物质降解两个步骤进行处理。洗涤器喷淋设备反向喷射循环液体，使废水中的污物与填料表面接触，通过吸附转化为液态，从而完成传质过程。洗涤液吸附废水组分后，流入活性污泥池，吸附后的有机污染物经微生态转化后，由活性污泥悬液将其从液相中去除。

4.1 原理

生物处理技术的原理是利用微生物降解VOC，通过微生物代谢作用将VOC分解为无害物质，如CO2和H2O。在生物处理系统中，通过合适的生物反应器和微生物菌种，使VOC废气与微生物接触，微生物利用VOC作为碳源进行生长和代谢，从而实现VOC的降解和净化。

4.2 优缺点

生物处理技术的优点主要体现在能耗低、无二次污染等方面。相比于其他技术，生物处理技术不需要高温高压条件，能耗较低，且不会产生二次污染物，符合环保要求。另外，生物处理技术操作简单，维护成本低，适用于处理低浓度、高湿度的VOC废气。

然而，生物处理技术也存在一些缺点。首先，生物处理技术对环境条件要求较高，包括温度、湿度、氧气含量等，不同的微生物对环境条件的适应性不同，需要针对性地进行调控。其次，微生物菌种的选择和培养也是一个关键问题，不同的VOC废气可能需要使用不同的微生物菌种进行降解，因此需要一定的研究和开发成本。此外，生物处理技术对VOC成分和浓度的适应性有一定限制，对于成分复杂的VOC废气，处理效果可能不足。

4.3 应用现状

随着人们环保意识的提升和技术的不断进步，生物处理技术有望得到更广泛的应用。特别是在一些对环境要求更为严格的行业中，生物处理技术将成为一种重要的废气治理手段。未来，随着生物处理技术的不断改进和完善，其在更多领域的应用将成为可能。然而，生物处理技术也面临一些问题，如环境条件控制、微生物菌种培养等方面的挑战。为了进一步提高生物处理技术的稳定性和适用性，相关人员需要加强对微生物的研究和培养，优化处理系统的环境控制条件，以确保生物处理技术在不同行业中的稳定和有效应用。

5 总结

吸附、燃烧、催化氧化和生物处理是常见的VOC废气治理技术，各自具有一定的优缺点和适用范围。未来，随着环保技术的发展和创新，VOC废气治理技术有望向着高效、低能耗、无二次污染的方向发展。在实际应用中，相关人员应根据VOC的成分、浓度以及工业生产的特点，并综合考虑各种技术的特点，选择合适的VOC废气治理技术，以实现更加有效的废气治理和环境保护。