常用揮發性有機廢氣處理技術研究進展

陳詩良

（廣東省環境保護產業協會 廣東廣州 510045）

引言

隨著我國經濟水平的穩步提升，工業化生產迅猛發展，環保問題越來越突出，大氣環境污染逐漸成為人們關心的一個重點，而揮發性有機廢氣是造成大氣環境惡化的一個重要因素，與室內和室外的人群健康均息息相關，揮發性有機廢氣的末端治理技術隨之穩步發展，針對揮發性有機廢氣的各項研究相繼展開，并取得了一定的成果。但揮發性有機廢氣的控制是一項難度較大的工作，目前的處理技術仍未達到成本低、高效和實用性強的程度。

1 揮發性有機廢氣簡述

揮發性有機廢氣由揮發性有機物組成，揮發性有機物常用VOCs表示，是指沸點在50℃至250℃的化合物，室溫下飽和蒸汽壓超過133.322Pa，易揮發，在常溫下以蒸汽形式存在的有機物。揮發性有機物的工業來源較多，主要來自噴漆與表面涂裝、石油化工、塑料與橡膠制造、醫藥制造和電子加工等行業。VOCs的種類較多，常見的主要為苯系物、酯類、醚類、烷烴類、醛類、醇類等。

2 揮發性有機廢氣處理技術現狀及研究進展

VOCs的控制主要分為源頭控制與末端治理。源頭控制主要是通過更換原輔料，換用更先進的生產設備，改進生產工藝等完成，如推廣水性漆替代油性漆等，從源頭上減少VOCs的產生。末端治理就是將有機廢氣進行收集后，采用一定的技術對其進行處理，降低VOCs的排放濃度和排放速率。目前常用揮發性有機廢氣的處理技術主要有吸附法、燃燒法、光催化氧化法、生物法和低溫等離子體法。

2.1 吸附法

吸附法是揮發性有機廢氣處理技術中最常用的一種，通過采用活性炭、分子篩、沸石等吸附能力較強的物質吸附揮發性有機化合物，從而達到控制揮發性有機廢氣的目的。吸附法處理有機廢氣的效果一般取決于吸附劑的特性，具有較大的比表面積、孔隙結構較豐富、性質穩定、價格低廉的吸附劑是最理想的選擇。吸附劑主要分為碳吸附劑、含氧吸附劑和聚合物吸附劑，其中最常用的活性炭就屬于碳吸附劑。經大量研究表明，活性炭材料對VOCs的吸附與其孔隙結構、比表面積、雜質含量、親水性等密切相關，也與氣體流量、環境溫濕度等條件有關。活性炭對VOCs的處理效果較好，其經過脫附再生后仍具有較強的物理吸附能力。

2.2 燃燒法

燃燒法是利用VOCs的可燃性，通過對VOCs進行燃燒的方法去除，這種處理技術一般比較適合揮發性有機廢氣量大，VOCs濃度高的行業，如噴漆、化工、絕緣材料生產行業等。燃燒法一般包括直接燃燒、催化燃燒和熱力燃燒，直接燃燒即將有機廢氣進行收集后直接進行燃燒，這種處理技術操作簡單、成本較低，比較適合風量小、濃度高的廢氣，需要注意的是進行直接燃燒時，要配套相應的安全措施；催化燃燒是通過在燃燒過程中添加催化劑，降低燃燒所需反應溫度，提高燃燒活性，使VOCs在較低的溫度下被氧化分解的方法，催化燃燒法適宜用于處理濃度高和溫度高的VOCs，因不需太高的溫度從而達到節能的效果，凈化率也較高，但缺點是成本較大。

2.3 光催化氧化法

光催化氧化法也是揮發性有機廢氣處理的常用方法，主要利用光照，在催化劑的作用下，激發產生電子空穴對，電子空穴對具有催化性和還原性，與吸附在催化劑表面的O2和H2O充分接觸后，激發產生活性粒子——自由基，自由基與VOCs通過一系列的化學反應作用，將VOCs降解為小分子的物質。目前最常用的光催化劑是TiO2。

對于光，需要考慮光的波長和光強，只有吸收了一定波長范圍和光強范圍內的光，TiO2才能克服禁帶的能量，產生足夠多的電子空穴對。研究表明，波長較短的紫外光對激發TiO2產生電子空穴對的效果較好，更有利于提高TiO2的催化活性，而在波長一定的紫外光照射下，光的強度越強，越有利于提高催化劑的活性。同時，通過提高催化劑的催化活性也是提高光催化氧化去除VOCs效率的有效方法，提高催化劑TiO2的活性一是可以通過降低TiO2粒子的粒徑的方式，使其表面和反應面變大，與O2和H2O接觸面積更大，從而能夠激發產生更多的活性粒子；二是可以通過向TiO2摻雜金屬或非金屬粒子的方式拓展其響應照射光波長的范圍，從而使其吸收光照強度的能力增強，光能轉化為化學能的效率也能得到增強。

2.4 生物法

生物法是利用部分VOCs的水溶性和微生物對有機物的降解能力，通過微生物的新陳代謝，對VOCs進行降解去除的方法。生物法處理VOCs的關鍵是需要采用適當的方法提高VOCs的水溶性，使VOCs在水中與微生物充分接觸；其次，培養馴化針對VOCs的特定微生物也同樣重要。一般來說VOCs較難溶解進水中，生物法只適用于一些濃度較低的有機廢氣。

生物法按照接觸方式的不同主要分為生物滴濾塔、生物洗滌塔和生物過濾塔。生物滴濾塔是在塔體內部已有培養好的微生物填料，在塔底通入氣體，使氣體在向上流通的過程中與微生物濾料充分接觸，使微生物降解VOCs；生物洗滌塔分為兩部分，上面部分是吸收，下面部分是生物降解，含有微生物的循環液自上而下流動，在吸收層中完成氣液交換，然后進入生物降解層，微生物通過新陳代謝作用降解有機物；生物過濾塔是在塔頂進氣，氣體進入塔體后再與在塔體內經過接種掛膜的生物濾料充分接觸，使VOCs得到降解的方法。

2.5 低溫等離子體法

等離子體分為熱力學平衡態和熱力學非平衡態，也即高溫等離子體和低溫等離子體。相比較而言，低溫等離子體耗能低，對污染物的激發具有選擇性，是VOCs治理的合適選擇，因此被廣泛應用和研究。低溫等離子體處理VOCs技術是利用低溫等離子體中的帶有的較高能量的活性粒子與VOCs分子產生非彈性碰撞，通過一些列的物理化學作用，將大分子物質降解為小分子物質，使有毒有害的VOCs轉變為無毒無害的物質，從而達到處理VOCs的效果。

低溫等離子體技術主要是將有機分子中的化學鍵打斷，并不能完全將VOCs降解為二氧化碳和水分子。因此，低溫等離子體技術處理VOCs在實際應用中，需要在反應器前面加入預處理系統，去除廢氣中的粉塵和水分，并在反應器后配置后處理系統，使廢氣與活性粒子的反應時間延長，未反應完全的VOCs得到充分分解消除。

2.6 常用揮發性有機廢氣處理技術優缺點

吸附法能耗低、溶劑可回收利用，適用于低濃度的VOCs污染物，不適用于高濃度的有機廢氣，也不適用于含水和粉塵的廢氣，投資成本高，處理效率高。燃燒法適用范圍廣、能量可回收、凈化效果好，適用于濃度較高的有機廢氣，如對較低濃度的有機廢氣進行處理，需對其添加燃料，投資成本較高，處理效率較高。光催化氧化法運行成本低、無二次污染，但其初期投資的成本較高，處理效率不高，在實際應用中一般需要與其他技術聯合使用。生物法技術設備簡單、投資成本低、能耗低、分解完全，但其一般在初期掛膜需要的時間較長，處理效率不夠穩定，容易受沖擊負荷、外界溫度等的影響。低溫等離子體技術能耗低、運行成本低、適用范圍廣，但目前用于處理VOCs的實際應用還不是很多，仍需加強進一步的研究。

結語

本文介紹了揮發性有機廢氣的污染特征，常用的揮發性有機廢氣處理技術，并對其優缺點進行了比較，揮發性有機廢氣處理的重點在于摸清VOCs的降解機理，根據VOCs的具體組分選取具有針對性的處理技術，難點在于提高VOCs處理技術的適用性，降低VOCs處理設施的投資成本和運行成本。目前來說，為使VOCs的去除率達到較高的水平，可以選擇兩種或兩種以上的方法，采用并聯或者串聯的方式達到VOCs的有效控制。在今后的研究工作中，除了需要在各種不同的單一技術中進行深入研究外，還需要考慮不同技術的耦合作用，以期達到更好的處理效果。

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