VOC處理技術綜述

摘要：本文簡述了VOC定義、主要成分、來源及其危害，綜述了目前幾種VOC末端處理的技術方法，并對其優缺點及適用范圍進行比較。

關鍵詞：VOC；揮發性有機化合物；惡臭氣體

中圖分類號：X701 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2018）07-0098-01

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.07.057

Overview of VOC treatment technology

Chen Ruizhang

（China Resources Cement Holdings Limted，Shenzhen Guangdong 518000，China）

Abstract： This paper described VOC definition， main components， sources and harms， summarized the technical methods of several VOC terminal treatment， and compared their advantages and disadvantages and applied range.

Keywords： VOC；Volatile organic compound；Malodorous gas

1 VOC概述

VOC揮發性有機物一般是指飽和蒸氣壓較高（20℃下大于或等于0.01KPa）、沸點較低、分子量小、常溫狀態下易揮發的有機化合物。

VOC其主要成分為烴類、鹵代烴、氮烴、含氧烴、硫烴及低沸點的多環芳烴等，特點是沸點較低、分子量小、常溫狀態下易揮發。

VOC廣泛來源于石油化工、有機化工、表面涂裝、包裝印刷、機動車、涂料生產、制藥、溶劑使用、“三廢”處理、生物質燃燒和煤炭燃燒等人為污染源和森林、植被、土壤微生物和農作物等天然污染源。

2 VOC危害

其一，VOC中的有些物質會對人體造成直接損害，引起呼吸困難、頭疼、胸悶、 肺氣腫等呼吸系統傷害，嚴重的傷害到人的肝臟、腎臟、大腦和神經系統。長期處于這類環境中甚至會引起神經質或憂郁癥。其二，VOC破壞大氣生態環境，例如，VOC碳氫化合物和氮氧化物在陽光和熱的作用下會發生一系列復雜反應而形成光化學煙霧，此外還會破壞高空中的臭氧層。其三，VOC含有易燃易爆的化合物，這也給企業的日常生產帶來了安全隱患。

3 VOC末端處理技術

VOC末端處理技術可分為回收處理及氧化處理兩大類。

3.1 回收處理技術

回收處理VOC技術包括冷凝、膜分離、吸附、吸收等。為了獲得具有足夠純度的有機物，在利用吸附、吸收和接觸式冷凝等方法使氣相VOC轉移至固相或液相之后，還需要借助熱解析、氣提、精蒸餾等手段分離有機組分。

3.1.1 冷凝法

冷凝回收法是利用有機物在不同溫度下，其飽和蒸氣壓不同，通過冷凝器降溫或升壓，使有機物冷凝成液體，從氣相中分離出來。冷凝提取后，有機廢氣便可得到比較高的凈化。最通用的冷凝方法有表面冷凝和接觸冷凝。

冷凝法主要應用于高濃度VOC氣體處理，盡管在理論上可達到很高的凈化程度，但是其操作難度大，難于在常溫下用冷卻水來完成，需要給冷凝水降溫，當濃度低至每升數百毫升時，處理成本會大大提高。所以冷凝法常作為吸附、膜分離或者其他VOC深度凈化方法的前處理措施，以回收有機物，并降低后續處理的負荷。

3.1.2 膜分離法

不同氣體分子通過具有選擇性的膜時，其擴散滲透率不同，在膜兩側施加推動力時，有機選擇滲透膜將氣體分成2種物流，不能通過膜的氣體為脫除了VOC的潔凈空氣被排放，通過膜的有機氣體繼續被循環冷凝。膜分離法回收VOC就是借助真空泵，在納米級的氣體分離膜兩側形成壓力差，使得VOC氣體透過膜，而空氣透過膜的速率小得多，通常高分子膜對VOC的速率比空氣高10～100倍。

膜分離法主要應用于濃度在1000mg/m3以上的VOC氣體回收處理，回收率能夠達致90%～99.9%。膜分離法最大的優點運化效果好，無二次污染物，回收的VOC無須后續處理。但是，膜處理技術投資運行費用高，且污染的膜被丟棄后會造成污染。分離的效率可能會受到諸如腐蝕性氣體、含塵氣體或氣體接近露點等的影響。

3.1.3 吸附法

吸附法去除有機物是利用比表面積大，具有多孔結構的活性炭、碳纖維、沸石等吸附劑，將有機物分子截留，當廢氣通過吸附床時，有機物就被吸附在孔內，使氣體得到凈化。

吸附法主要適用于風量大、濕度低、溫度低、濃度小于5000ppm的VOC氣體的回收處理。VOC吸附效果的影響因素很多，吸附劑本身的物理性質、化學性質、VOC的分子結構、外界環境的溫度、濕度及共存污染物等都會影響吸附法的工藝性能。

3.1.4 吸收法

吸收法有物理和化學吸收兩種途徑。物理吸收法是利用物理性質差異進行分離。根據相似相溶和溶解度原理，吸收劑一般選用與揮發性有機物性質相近的非極性或弱極性液體，沸點高、揮發性低且化學性質穩定，能夠長期使用。常用的吸收劑有以柴油和洗油為主的礦物油、水型復合溶劑（例如水-洗油、水-表面活性劑-助劑）及高沸點有機溶劑。除易溶于水的有機揮發性氣體以水或液相有機物為溶劑進行物理吸收外，其他情況以酸液、堿液為溶劑進行化學吸收。

3.2 氧化處理技術

氧化處理VOC技術包括直接燃燒、熱力燃燒和催化燃燒等熱氧化技術以及生物過濾、生物滴濾和生物洗滌等生物降解技術，低溫等離子體技術。

3.2.1 直接燃燒技術

直接燃燒也稱直接火焰燃燒，是將廢氣中VOC組分當作燃料的處理方式，因此該法只適用于VOC濃度或熱值較高的廢氣，其燃燒溫度通常維持在1100℃左右。該方法主要處理濃度較高，不回收利用的

VOC氣體，對于低濃度不適合直接燃燒的，需要濃縮后再燃燒。直接燃燒設備可采用便于使用的普通燃燒爐窯，或專用燃燒器。

3.2.2 熱力燃燒技術

當廢氣中可燃物濃度較低，必須借助輔助燃料（如煤氣、天然氣、油等）來實現燃燒，稱為熱力燃燒。輔助燃料使溫度提高到VOC氣體足以完全氧化為CO2、H20、N2等無害組分對應的溫度，通常為540～820℃。因此，VOC廢氣更像助燃氣體（含氧量足夠時）或燃燒的對象（含氧不足時）。可見，熱力燃燒主要用于處理VOC濃度或熱值較低的廢氣。

3.2.3 催化燃燒技術

催化燃燒法是在催化床層的作用下，加快VOC的化學反應速度，使廢氣中的VOC被氧化分解成CO2、H2O。與直接燃燒和熱力燃燒不同，催化表面為無火焰燃燒，安全性好，燃燒溫度僅200～450℃，輔助燃燒消耗少，對廢氣中可燃組分濃度和熱值要求低，燃燒過程幾乎不產生NOX。

3.2.4 生物處理技術

生物處理VOC廢氣是在適宜的環境條件下，附著在濾料介質中的微生物利用廢氣中的有機成分作為碳源和能源進行掛膜，將有機物分解成CO2、H2O，進而有效地去除廢氣中的VOC組分。常見的VOC生物處理技術有生物洗滌法、生物過濾法和生物滴濾法。生物處理法在處理大風量、低濃度VOC方面具有處理成分多樣，無二次污染，運行費用低等優勢，但其缺點是占地面積大。

3.2.5 低溫等離子處理技術

等離子處理技術是在外加電場的作用下，介質放電產生的大量攜能電子轟擊污染物分子，使其電離、解離和激發，經過電子碰撞后的氣體分子形成了具有高活性的粒子，高活性粒子對VOC分子進行氧化、降解反應，將有毒有害污染物轉化為CO2、H2O等無毒無害物質。

僅僅利用低溫等離子體處理VOC氣體，存在礦化不夠徹底、能耗較高、其降解產物成分復雜可能造成二次污染等問題。針對這些不足，人們開始關注低溫等離子體協同催化、紫外線光解、生物降解和吸收等作用的效應，取得較理想的處理效果。

4 結論

VOC的污染控制技術包括源頭控制和末端處理兩類。在末端處理技術的選擇上，不同處理技術各有其優缺點及適用性，應當根據VOC廢氣的物理和化學性質，選擇不同的回收方法或幾種方法的組合來處理VOC廢氣。如能回收VOC廢氣中的有機溶劑，不僅可以減輕環境污染，還會取得一定的經濟效益；對于濃度較高的VOC廢氣，先使用吸收法、冷凝法等對氣體進行預處理，再通過處理低濃度有機廢氣的方法進行后續處理，在提高處理效率的同時減少二次污染。

參考文獻

[1]李長英，陳明功.揮發性有機物處理技術的特點與發展[J].化工進展，2016，35（3）：917-924.

[2]劉鵬，周湘梅.VOC的回收與處理技術簡介[J].石油化工環境保護，2001（3）：39-42.

[3]季軍.包裝印刷行業VOC廢氣治理技術[J].工業，2001（13）：82.

[4]楊勇剛.VOC治理技術[J].中國化工貿易，2015，7（32）：126.

收稿日期：2018-05-16

作者簡介：陳銳章（1983-），男，本科，研究方向為水處理，臭氣處理，水泥窯協同處置。