揮發性有機物(VOCs)治理措施現狀與發展趨勢

馮正敢，姚 麗，洪嘉陽，溫雨欣，李 會

(中國礦業大學 徐海學院，江蘇 徐州 2210008)

1 引言

揮發性有機物(VOCs)一詞在中國第一次被官方提及是在1994年10月由生態環境保護部發布的《廣東環境數據報告》中，在此之后，有越來越多的專家學者對其進行研究。隨著專家學者對揮發性有機物(VOCs)研究的逐步深入，他們逐漸發現揮發性有機物(VOCs)對人類健康及環境質量有著難以估量的危害。因此近幾年來，關于防治揮發性有機物(VOCs)等氣體污染物的方案、政策相繼出臺，其中《“十三五”關于揮發性有機物污染防治工作方案》(征求意見稿)、《“十三五”節能減排綜合工作方案》等文件的提出，適時的減緩了揮發性有機物(VOCs)的污染進程，并對其提出了新的的排放與治理要求。面對這些排放與治理要求，大量針對揮發性有機物(VOCs)的處理方式被提出并投入實際生產過程中。

2 VOCs簡介

2.1 定義

中華人民共和國生態環境部于2013年出臺的《揮發性有機物(VOCs)污染防治技術政策》中提到，VOCs(volatile organic compounds)揮發性有機物，是指常溫下飽和蒸汽壓大于133.32 Pa、常壓下沸點在50～260 ℃之間的有機化合物，或在常溫常壓下任何能揮發的有機固體或液體。

2.2 揮發性有機物(VOCs)的種類、來源及危害

揮發性有機物(VOCs)包括酸類、醛類、烴類、酮類、氨類等。揮發性有機物(VOCs)按其化學結構，可以分為：烷類、芳烴類、酯類、醛類和其他等，目前已鑒定出的有300多種。最常見的有苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、三氯乙烯、三氯甲烷、三氯乙烷、二異氰酸酯(TDI)、二異氰甲苯酯等。

其主要的來源有工業廢氣，汽車尾氣，光化學煙霧，建筑、裝飾材料，生活及辦公用品等，這其中，工業生產的廢氣所攜帶的揮發性有機物(VOCs)危害性最大。當工業廢氣中苯蒸氣濃度較高時，能夠產生直接引發人體致死性的急性中毒現象；通過有機廢氣檢測得到的多環芳烴有機物、有機氮化合物、芳香胺類化合物等都有較高的致癌率；苯酸類有機物進入人體后會直接導致細胞中的蛋白質凝固或者變形；腈類化合物和硝基苯，可直接入侵人體神經系統和呼吸系統，導致人體呼吸困難、窒息以及神經系統障礙，最終致人死亡[2]。除對人體構成損害之外，部分揮發性有機物(VOCs)廢氣排放入大氣后，還會對臭氧層造成破壞，加劇溫室效應，引發全球性氣候災害。

3 VOCs處理方式

3.1 傳統處理方式

生產企業對于揮發性有機物(VOCs)污染的治理方法，根據處理產物是否含有揮發性有機物(VOCs)可以分為回收式與銷毀式兩類?；厥帐教幚矸椒ㄓ形椒ā⑽辗?、冷凝技術、膜技術、水噴淋法等；銷毀式處理方法有燃燒技術(直接燃燒、催化燃燒)、光催化法、生物降解法、等離子體技術等。

3.1.1 不同處理方式的原理及優缺點

(1)回收式處理方法?；厥帐椒椒摮龘]發性有機物(VOCs)的思路是利用揮發性有機物(VOCs)的物化性質，將揮發性有機物(VOCs)通過特有裝置，使其各組分分離，繼而起到凈化的作用。具體方法及特點見表1。

(2)銷毀式處理方法。銷毀式方法是在一定技術手段和條件下，將揮發性有機物(VOCs)降解為無毒、無味的氣體，是一類破壞性的方法。具體方法及特點見表2。

3.2 現行處理方式

3.2.1 綜合處理技術

目前，各種關于揮發性有機物(VOCs)處理的傳統方式均有著各種缺點或不足，總結起來主要有成本過高、處理局限性大、易產生二次污染等。面對現狀，傳統處理方式的改良必不可少，將多種傳統處理方式進行組合，使組合后的綜合處理技術能夠應對各類工業生產中復雜的污染問題，例如吸附—催化氧化技術、吸附—蒸汽脫附—冷凝回收等組合工藝。這些綜合處理技術具有極強的針對性和互補性，處理效果優于單一方法。

表1 不同處理方法的特點

表2 銷毀式處理方法及特點

3.2.2 新興技術

(1)生物法。生物法處理揮發性有機物(VOCs)的原理是在相應環境條件下馴化篩選出相應的微生物菌種，利用培養馴化的特定微生物菌種處理揮發性有機物(VOCs)，在處理過程中將污染物轉化為二氧化碳、水等對環境無害的物質，從而凈化揮發性有機物(VOCs)。

生物法與傳統的有機廢氣處理方法相比，具有可在室溫下操作、成本較低、凈化效果好等優點，并且安全性較高，尤其在處理氣量大、濃度低于3 mg/L的有機廢氣時更顯其優越性。

目前，生物法處理揮發性有機物(VOCs)的工藝主要為生物過濾池、生物滴濾塔和生物洗滌塔[8]。這3 種處理工藝的特點具體細節如表3[4]。

(2)納米技術。納米材料由于結構上的特殊性和處于熱力學上極不穩定的狀態，導致了它具有小尺寸、表面與界面、量子尺寸、宏觀量子隧道、介電限域等效應，這些效應使得納米材料具有輻射、吸收、催化、吸附等奇特的性能，從而在許多方面有著廣闊的應用前景[5]。其中前兩種效應是納米材料在VOCs 處理凈化方面應用的主要依據。方法、原理及應用見表4。

表3 生物法的特點

表4 納米技術應用方法舉例

綜上，綜合處理系統以及新興科技，在一定程度上彌補傳統工藝的缺陷，改善了傳統處理方式高成本、局限性大、易產生二次污染等的現象，但各類技術的應用還不夠成熟完善，實際應用效果并沒有完全發揮出理論上應達到的效果，因此需要各行業、企業在實際應用VOCs治理技術的過程中不斷摸索各類治理技術的適用條件及運維方式，使各類治理技術盡可能完善成熟，達到最優的處理效果。

4 未來關于VOCs處理方式的展望

2018年9月30日，江蘇省人民政府辦公廳發布了《省政府關于印發江蘇省打贏藍天保衛戰三年行動計劃實施方案的通知》，第六章第二十四條提出:深化揮發性有機物(VOCs)治理專項行動。并做出具體要求，完善省重點行業揮發性有機物(VOCs)排放量核算與綜合管理系統；建成能夠統一管理揮發性有機物(VOCs)主要污染源排放、治理、監測、第三方治理單位等信息的綜合平臺。

結合《通知》的相關要求可知，揮發性有機物(VOCs)防治的最佳途徑是從源頭到末端的全程管控，即從源頭遏制、過程控制、末端治理3個方面入手，并加強對行業內揮發性有機物(VOCs)排放的監控力度，最終實現《通知》中的相關目標。

4．1 源頭遏制

采用無揮發性有機物(VOCs)的原材料進行生產，避免生產過程中揮發性有機物(VOCs)的產生，做到從源頭進行控制，最終達到揮發性有機物(VOCs)排放與治理標準。例如《中共江蘇省委 江蘇省人民政府 關于印發<“兩減六治三提升”專項行動方案>的通知》提出：強制使用水性涂料，全面使用低揮發性有機物(VOCs)含量的水性涂料、膠黏劑替代原有的有機溶劑、清洗劑、膠黏劑等。但該做法不僅會縮小原材料的選擇范圍，還將使生產成本大幅度提高。

4．2 過程控制

對現有的生產工藝進行改良。采用管道輸送加料，提高加料過程的密閉性，減少溶劑的揮發量；生產過程采用自動化控制系統，確保生產設備除投料和采樣外均保持密閉狀態。針對現有生產過程中產生揮發性有機物(VOCs)的生產環節進行改良，在生產過程中減少揮發性有機物(VOCs)的排放量，從而達到揮發性有機物(VOCs)的排放與治理標準。但是，該做法將在一定程度上增加生產人員的工作量，提高生產成本。

4．3 開發新型治理技術

通過對環境污染治理的重視和揮發性有機物(VOCs)處理過程中的經驗總結，近年來我國在廢氣治理技術上取得了新的突破和進展——生物分子轉化法可以直接將廢氣中的有害物質運用生物分子進行轉換，變廢為寶，轉變成可利用的無害物質。該做法不僅成本低廉，上手快，操作簡單，而且適用范圍和面積較大，是未來應重點扶持和推廣的技術；將新型納米材料與光催化分解法相結合，使苯系物迅速講解，基本不產生二次污染，效率相比單一技術有明顯提高，且納米材料的取材和用料更加的環保和安全，是化學科技在揮發性有機物(VOCs)治理技術上取得的新進展和新突破。

4．4 整改無組織排放源

揮發性有機物(VOCs)排放源中有很大一部分為無組織排放源。將各類無組織排放的揮發性有機物(VOCs)廢氣采取收集措施進行有效收集，并經過末端治理后有組織的排放，也是揮發性有機物(VOCs)減排的一大方式。化工行業全面應用“泄漏檢測與修復”(LDAR)技術，建立LDAR管理平臺，定期調度企業LDAR實施情況。與此同時，要加強降塵量監測，并及時完善相關法律法規及標準體系，讓執法者在執法過程中有法可依。

5 結語

本文通過對揮發性有機物的概念及其對環境的危害進行分析，進而對不同的處理方法在揮發性有機物(VOCs)治理中的應用進行了對比。結果表明，不同方法對VOCs的治理均存在相應的優勢和劣勢，想要做成一套高效低成本的處理系統，就必須博采眾長，合理設計，多種處理方式進行組合，各種技術的組合工藝將是未來VOCs處理技術的主要發展方向。