工業廢氣中VOC處理技術簡介

崔鳳

【摘 要】針對VOC對環境造成的影響，本文探討了工業廢氣中VOC的處理技術，同時給出了不同VOC濃度排放的企業可以選擇的VOC處理技術。

【關鍵詞】VOC；處理技術

0 引言

揮發性有機物（VOC）是生成近地層臭氧（O3）的前體物之一，而O3是光化學氧化劑，具有刺激性、氧化性，近地層O3會危害人體健康[1]；同時，VOC本身含有的某些成分本身也具有刺鼻性味道，對人體健康產生危害。世界衛生組織（WHO，1989）對VOC的定義為，熔點低于室溫而沸點在50～260℃之間的揮發性有機化合物的總稱。VOC的來源分為自然源和人為源，且包含的有機物種類繁多。人為源排放中，涂裝、印刷、粘接和橡膠等行業對VOC的貢獻較大，而VOC中對O3生成潛勢較大的物種主要是甲苯、二甲苯和三甲苯等[2]。因此。控制各行業VOC達標排放至關重要，而選擇合適的VOC處理技術成為各行業VOC達標排放的關鍵。

1 VOC處理技術

VOC處理技術大體可以分為“回收”和“分解”兩大類。

1.1 回收法

VOC的回收處理技術主要包括吸附法、凝縮法和吸收法。

1.1.1 吸附法

吸附法是通過采用選擇性吸附劑物理性吸附和捕捉VOC的方法，吸附材料可分為兩類，一類是活性碳（普通活性炭、破碎狀碳素纖維蜂窩等），另一類是無機類吸附材料（沸石、硅石等）。活性炭是以碳為主要成分的多孔質物質，其細孔可以選擇性的吸附比細孔小的粒狀的有機物，通過升溫、減壓、吹入水蒸氣等來實現解吸附。活性炭吸附法的優點是可以回收VOC再利用，且吸附時不需要能源，缺點是需要再生成本，吸附材料會逐漸劣化，解吸附時會有部分VOC殘留。活性炭吸法主要用在化學成套設備的清洗、大樓空調等。沸石是結晶結構相對有較大空隙的鋁硅酸鹽的總稱，目前人工合成可以生產各種材質的沸石。與活性炭吸附類似，沸石也是利用其空隙吸附有機物，通過升溫、減壓等來實施解吸附。沸石吸附法除了具備活性炭吸附的優點外，還具有不燃性，其缺點是成本要高。沸石吸附法主要用于化學成套設備清洗、加油站等。在選擇吸附材料時應該根據其優缺點及生產工藝合理選擇，比如，普通活性炭因成本較低利用較為廣泛，但是由于其容易吸附水，所以不適用于溫度高于40℃、氣體相對濕度大的氣體吸附處理，也不適用于易發生反應、活性大的溶劑的吸附，因為該類有機物會與活性炭表面反應而造成堵塞，這種情況下應該選擇破碎狀碳素纖維蜂窩或者沸石作為吸附材料。

1.1.2 吸收法

吸收法是根據有機物相似相溶的原理，采用低揮發溶劑對VOC進行吸收，再利用VOC分子和吸收劑物理性質的差異進行分離的方法。按照吸收機理可以分為物理吸收和化學吸收。通常VOC的吸收為物理吸收，使用的吸收劑常為柴油、煤油或者其它溶劑。任何可溶解于吸收劑的VOC均可以從氣相轉移到液相中，之后對吸收液進行處理。吸收法的優點在于可以回收有用成分，其缺點在于吸收劑很難選取，吸收范圍有限，費用高，且容易造成二次污染。吸收法通常適用于中等濃度、排氣量大的VOC的處理。

1.1.3 凝縮法

凝縮法是利用不同溫度下有機物質的飽和度不同，通過降低或提高系統壓力，把處于蒸汽環境中的物質通過冷凝方式提取出來。凝縮法的優點是凝縮后有機廢氣可得到比較高的凈化，其缺點是操作難度很大，常溫下也不容易用冷卻水來完成，需要給冷凝水降溫，所以需要的費用昂貴。凝縮法主要適用于濃度高且溫度比較低的有機廢氣的處理。

1.2 分解法

VOC的分解處理技術包括燃燒法和非燃燒法。

1.2.1 燃燒法

VOC的燃燒法是指將VOC中的碳氧化分解為二氧化碳的處理方法，分為直接燃燒法、蓄熱燃燒法和催化燃燒法。

大多數VOC是由碳、氫、氧等構成的化合物。直接燃燒法就是利用助燃劑，在650～800℃左右的高溫下使VOC燃燒被分解為二氧化碳、水等物質，助燃劑使用煤油、重油、輕油等液體燃料，或者天然氣、液化氣等氣體燃料。直接燃燒法的優點是裝置便宜、容易保養，不分VOC種類，其缺點是低濃度的話需要添加助燃劑，且會產生二氧化碳。直接燃燒法通常用于涂裝、印刷、化學成套設備等行業。蓄熱燃燒法是利用蓄熱體（陶瓷）蓄熱燃燒來分解VOC。蓄熱燃燒法的優點是熱效率高（90%～95%），自然濃度低，其缺點是裝置很貴，不能間斷運轉，需要采取對策處理蓄熱材料的網眼堵塞問題。蓄熱燃燒法通常用于涂裝、印刷、化學成套設備等行業。催化燃燒法是利用加入催化劑降低氧化分解VOC所需要的溫度，加入催化劑后VOC氧化的溫度可以降低至200～400度。催化燃燒法的優點是可以低溫燃燒，氮氧化物的產生量較少，容易保養，其缺點是催化劑很貴，硅、磷、硫磺等受催化劑影響失去活力。催化燃燒法通常用于印刷、化學成套設備等行業。

1.2.2 非燃燒法

非燃燒法包括生物處理、光催化劑、放電等離子體、膜分離等。

生物處理法是將含有VOC的氣體通過微生物填充層，利用微生物的生理過程把VOC轉化為簡單的無機物，比如二氧化碳、水和其它簡單的無機物等，這是一種無公害的有機廢氣處理方式。生物處理法的優點是流程和設備簡單，一般不消耗有用原料，運行能耗的費用低，較少形成二次污染物；其缺點是設備體積大，微生物受溫度、濕度影響較大。生物處理法主要用于處理低濃度的VOC。光催化劑法是光催化劑在紫外光的輻射下，產生具有較強氧化能力的空穴，可以分解VOC為二氧化碳和水。光催化法的優點是徹底的凈化，對絕大部分VOC都能起到作用，在常溫下可以實現，不存在飽和問題；其缺點是可能產生二次污染物，比如O3等。放電等離子體法是利用高能電子輻射（分解、氧化或還原）化學技術，將VOC的結構破壞，并轉化為其他易回收的形式或無害的物質。放電等離子體法的優點是分辨率高、節能、常溫處理，缺點是有可能產生氮氧化物、有可能生成其他二次生成物。膜分離法是采用對VOC具有選擇性滲透的高分子膜，在一定壓力下使VOC滲透而被分離的技術，富集了的VOC氣體需要通過其它回收系統進行回收處理。

2 VOC處理技術的選擇原則

VOC處理技術較多，在實際工作中企業可以根據VOC排放濃度的差異來選擇采用何種技術來處理VOC。

（1）高濃度段（VOC含量在1～20%）：因為VOC濃度高可以作為資源回收處理，可用油處理、沸石等吸附、膜分離、冷凝方法，VOC含量在1～20%范圍內往往含有很多爆炸極限物質，所以一般不采用燃燒處理法。

（2）中濃度段（VOC含量在數百～數千ppm）：VOC濃度在800～1200ppm以上時，因為不需要助燃劑就可以進行燃燒處理，所以適用于燃燒裝置；也可以用吸附劑處理至自然濃度后進行燃燒處理，為了抵消二氧化碳排放的缺點，加進余熱回收等節能技術。

（3）低濃度段（數十～100ppm左右）：一般適用吸附劑吸附法進行處理。

3 結論

隨著中國工業發展帶來的VOC排放量的增加，以及大眾對環境安全意識的逐漸增強，環保部在2013年發布了《揮發性有機物（VOCs）污染控制政策》，各地方政府也相應頒布地方標準，對VOC排放限值做出要求，因此各行業應該嚴格落實VOC治理要求，保證VOC達標排放，減少VOC排放，進而有效緩解O3超標問題。

【參考文獻】

[1]唐孝炎，張邵.大氣環境化學（第二版）[M].高等教育出版社.2006.

[2]涂偉萍，程建華.涂料生產與涂裝過程中廢氣排放與治理[J].中國涂料.2013（02）.

[責任編輯：張濤]endprint