化工行業(yè)VOC廢氣治理探討

王森建+孟健婷

摘 要：VOC廢氣是形成臭氧和細顆粒物（PM2.5）污染的重要前體物，在霧霾的形成過程中扮演重要角色。化工行業(yè)是VOC廢氣主要排放行業(yè)之一，本文通過對化工行業(yè)VOC廢氣的產(chǎn)生環(huán)節(jié)和處理方法進行分析，對現(xiàn)有處理方法的優(yōu)缺點及適用條件進行探討，從而綜合論述了VOC廢氣的處理技術(shù)和治理要求，以期為VOC廢氣污染防治做出一定貢獻。

關(guān)鍵詞：VOC；化工；廢氣治理；

引 言：

近年來，我國節(jié)能減排工作取得巨大成效，SO2、NOx、煙粉塵等主要大氣污染物的排放量大幅削減，但是減排工作的成效未能在環(huán)境空氣質(zhì)量改善方面得到充分體現(xiàn)，近年全國各地臭氣擾民事件頻發(fā)，局部地區(qū)霧霾愈發(fā)嚴(yán)重，VOC排放量仍呈增長趨勢。為進一步改善環(huán)境空氣質(zhì)量，迫切需要全面加強VOC污染防治工作。國家已經(jīng)印發(fā)《“十三五”揮發(fā)性有機物污染防治工作方案》，化工行業(yè)是VOC廢氣整治的重點行業(yè)之一，必需從工業(yè)生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)全面防治VOC廢氣污染，有針對性的應(yīng)用先進處理技術(shù)，削減VOC廢氣排放量，從源頭減少霧霾的產(chǎn)生前體物，切實提高空氣質(zhì)量，提升人民生活幸福水平。

1 化工行業(yè)VOC廢氣簡述

1.1 VOC廢氣的概念

VOC廢氣主要是指揮發(fā)性有機物污染氣體，是參與大氣光化學(xué)反應(yīng)的有機化合物，包括非甲烷烴類、含氧有機物、含氯有機物、含氮有機物、含硫有機物等，是形成臭氧和細顆粒物（PM2.5）污染的重要前體物。

1.2 化工行業(yè)VOC廢氣的危害及主要產(chǎn)生環(huán)節(jié)

化工企業(yè)生產(chǎn)過程中使用到大量的揮發(fā)性有機物原料和溶劑，如烴類、苯系物、胺類化合物、含硫有機物、含氯有機物等，成分非常復(fù)雜。這些物質(zhì)不但會參與大氣光化學(xué)反應(yīng)形成霧霾，大多還具有生物毒性和難聞的氣味，部分物質(zhì)具有致癌性，如不能有效治理，將帶來巨大危害。化工生產(chǎn)中產(chǎn)生VOC廢氣的部位較多，且比較分散，其來源大致有以下幾方面。

（1）有機液體儲罐區(qū)。主要是“大呼吸”和“小呼吸”過程產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體。

（2）逸散VOC廢氣的生產(chǎn)工序。化工生產(chǎn)中，常有合成、混合、過濾、壓濾、離心、蒸餾、結(jié)晶、沉降、粉碎、烘干等工序，都有可能發(fā)生有機物和溶劑揮發(fā)而逸散到空氣中。

（3）生產(chǎn)車間內(nèi)的物料轉(zhuǎn)移。在生產(chǎn)中，物料從一個容器轉(zhuǎn)移到另一個容器時，會發(fā)生吸入或放出氣體的現(xiàn)象。

（4）生產(chǎn)過程泄漏。在正常工況下，無論設(shè)備管件多好，隨著運行時間的延長，設(shè)備零部件的腐蝕和磨損增加，因此物料泄漏是不可避免的。

（5）生產(chǎn)管理不善，造成人為污染。由于操作人員的失誤，發(fā)生泄漏、非正常排放等。

2 VOC廢氣處理技術(shù)

VOC廢氣的處理技術(shù)基本分為兩大類，即回收技術(shù)和銷毀技術(shù)。

2.1 回收技術(shù)

回收技術(shù)是通過物理的方法，改變溫度、壓力或采用選擇性吸附劑和選擇性滲透膜等方法來富集分離有機污染物的方法，主要包括冷凝技術(shù)、吸收技術(shù)、吸附技術(shù)、膜分離技術(shù)等。

2.1.1 冷凝技術(shù)

利用物質(zhì)在不同溫度下具有不同的飽和蒸汽壓的性質(zhì)，采用降低系統(tǒng)溫度或提高系統(tǒng)壓力，使處于蒸汽狀態(tài)的污染物冷凝，從廢氣中分離出來的過程。一般適用于高濃度、高沸點、小氣量、單組分VOC廢氣的凈化。

2.1.2 吸收技術(shù)

采用低揮發(fā)或不揮發(fā)液體為吸收劑，通過吸收裝置利用廢氣中各種組分在吸收劑中的溶解度或化學(xué)反應(yīng)特性的差異，使廢氣中的有害組分被吸收劑吸收，從而達到凈化廢氣的目的。一般適用于氣量、高濃度、低溫度、高壓力VOC廢氣的凈化。

2.1.3 吸附技術(shù)

利用固體吸附劑對廢氣中各組分吸附選擇性的不同而分離的方法。VOC通過吸附被濃縮到吸附劑表面上，再進行后續(xù)一次性拋棄、蒸汽脫附回收、真空脫附回收或熱脫附催化燃燒處理。一般適用于大氣量，低濃度，凈化要求高的VOC廢氣凈化。吸附法是最經(jīng)典和常用的VOCs凈化技術(shù)，也是目前工業(yè)VOCs治理的主流技術(shù)之一。

2.1.4 膜分離技術(shù)

利用天然或人工合成的膜材料來分離污染物的過程。廢氣首先進入壓縮機壓縮后冷凝，冷凝下來的有機物進行回收，余下的進入膜分離單元后分為兩股，一股返回壓縮機重新進行處理，一股處理后排出。

該法是一種新型的高效分離方法，一般適用于濃度、小氣量、有較高回收價值的VOC廢氣處理。

2.2 銷毀技術(shù)

銷毀技術(shù)是通過化學(xué)或生化反應(yīng)，用熱、光、催化劑或微生物等將有機化合物轉(zhuǎn)變成為二氧化碳和水等無毒害無機小分子化合物的方法，主要包括熱力焚燒、催化燃燒、生物氧化、低溫等離子體破壞和光催化氧化技術(shù)等。

2.2.1 熱力焚燒技術(shù)

熱力焚燒法指將廢氣加熱并控制燃燒溫度在700℃以上，在此溫度下，大部分的有機物都可以被分解為CO2和水H2O，去除效率可達95%以上。

基本可以處理所有的VOC廢氣，但投資費用較高，特別當(dāng)濃度低時需補充染料，運行費用高。主要方式包括直接熱力焚燒法、蓄熱式焚燒法（RTO）、鍋爐熱力焚燒法。

2.2.2催化燃燒技術(shù)

催化燃燒法是利用催化劑在較低溫度下將VOC氧化分解，反應(yīng)溫度通常為250～500℃之間。由于催化燃燒法的溫度低，和熱力焚燒法相比，設(shè)備運行費用較低。

當(dāng)廢氣中含有能引起催化劑中毒或易產(chǎn)生二噁英的物質(zhì)時，如含硫、鹵素，不宜采用催化燃燒法。其余VOC基本均可以，尤其是中等濃度的廢氣。

2.2.3 生物處理技術(shù)

將廢氣中的有機物通過雙膜理論的方式擴散至生物膜，然后利用微生物的代謝活動將復(fù)雜的有機物轉(zhuǎn)變?yōu)楹唵巍o毒的無機物和其它細胞質(zhì)。

主要包括生物過濾床、生物洗滌床和生物滴濾床等方式，一般用于可生物降解的低濃度VOC廢氣。

2.2.4 低溫等離子體技術(shù)

在常溫常壓下，通過高壓脈沖放電獲得高能電子、離子和自由基等活性粒子，與VOC廢氣發(fā)生作用，將其轉(zhuǎn)化為CO2、SO2等無害或低害物質(zhì)。

該法初期應(yīng)用于除臭凈化，效果較好，但對VOC的作用機理研究還不夠充分，凈化效率偏低，有中間產(chǎn)物形成，一般用于低濃度VOC廢氣的處理。

2.2.5 光催化技術(shù)

在一定波長光照條件下，催化劑發(fā)生光生載流子的分離，光生電子和空穴在與離子或分子結(jié)合生成活性自由基，自由基將有機物大分子降解為其他小分子或CO2和H2O，光催化劑本身不發(fā)生變化。

一般適用于低濃度VOC廢氣的處理，凈化效率偏低，有中間產(chǎn)物形成，存在反應(yīng)慢、催化劑會失活等缺點。

結(jié)束語：

化工行業(yè)VOC廢氣排放量大、危害大，必需進行有效治理。在治理方案上首先要考慮從源頭控制廢氣產(chǎn)生量，推廣使用低（無）VOC 含量、低反應(yīng)活性的原輔材料和產(chǎn)品，全面推進化工企業(yè)設(shè)備動靜密封點、儲存、裝卸、廢水系統(tǒng)、有組織工藝廢氣和非正常工況等源項整治。在源頭控制的基礎(chǔ)上，針對不同廢氣的性質(zhì)使用相應(yīng)的處理技術(shù)。優(yōu)先使用回收技術(shù)，對于無法回收的VOC廢氣，建議推廣使用熱力焚燒、催化燃燒、生物處理等高效、徹底的銷毀技術(shù)，全面完成行業(yè)整治和VOC減排要求，減少VOC廢氣污染對空氣質(zhì)量和居民健康的影響。

參考文獻：

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