基于工業生產VOC的危害分析及治理方案研究

陳金祖

【摘 要】文章以莆田市雙利鞋業有限公司鞋底車間為例，分析了VOC的特點和危害，并重點對VOC 廢氣治理方法和技術做了詳細分析，使車間工作和周邊區域的環境符合環保要求。

【關鍵詞】鞋底車間;VOC廢氣;危害;治理方法

【中圖分類號】X701 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2019）07-0116-02

1 工業VOC特點

工業VOC具有污染物數量多、排放量大的特點。在實際工業生產過程中的有害氣體種類很多，主要有硫氧化物、氮氧化物、鹵化物、碳氧化物、VOC等，對大氣環境造成污染統的氣體稱為氣態污染。根據有害氣體來源和性質的不同，可采取適宜的措施對其進行控制，即源頭控制污染產生、回收利用處理等方式，充分利用環境的自凈能力，利用經濟措施和政策實行總量控制等。雖然氣態污染物屬于混合物，在空氣中并非顆粒狀態或原子狀態，但仍能采用化學或物理手段分離處理。在空氣凈化過程中，大多根據氣態污染物的濃度等選擇凈化方法，合理選擇凈化方法不僅可以達到凈化目的，而且可以減少處理成本，提高社會效益與經濟效益。值得注意的是，在處理高濃度氣態污染物時，需要進行預處理。

2 現況描述

本項目主要針對雙利鞋業有限公司鞋底車間的VOC廢氣進行處理，廢氣主要為在熱壓和煉膠生產過程中產生的VOC氣體和制膠機產生的粉塵氣體，車間內的廢氣產生源未設置任何處理設備。未經處理的氣體不僅導致工人工作環境惡劣，排放后也會對周圍環境、廠區環境造成較大的污染。

2.1 存在問題

（1）工人在生產車間作業過程中，會有廢氣產生，其主要成分為苯乙烯、苯、甲苯與二甲苯等VOC氣體。

（2）廢氣未經處理設備直接排放不能滿足環保要求。

（3）有害氣體將對工作環境和周邊區域影響較大。

2.2 解決對策

在處理工業異味較大、程度嚴重的污染項目時，不僅要考慮到項目的處理效率，而且需要將投資成本也納入分析范圍。在處理過程中，需要盡可能地使工業異味散發源集中，并根據氣態污染物的濃度等選擇有效的處理方式，嚴格遵守相關法律法規，按要求操作。①針對生產車間廢氣，增加集氣罩及管路系統;②增加光催化加等離子廢氣處理設備;③增加引高排放風管15 m。

3 VOC廢氣治理方法和技術

生產車間廢氣成分為苯乙烯、苯類等VOC氣體;只有進行深度處理后，才能達到排放標準，因此選擇工藝為集氣罩收集+光催化氧化+低溫等離子。

3.1 治理工藝選擇與確定

生產車間產生的廢氣通過集氣罩收集系統進入輸送風管，被送到各廢氣處理單元進行凈化，達到環保排放的目標。

第一步：廢氣被抽引至光催化裝置催化，生產車間產生的廢氣分子鏈根據“光解氧化”原理進一步分解，形成降解轉變成低分子化合物。在這一過程中，二氧化鈦表面生成的·OH基團反應活性很高，具有高于有機物中各類化學鍵能的反應能，加上活性氧化類物質及羥基自由基協同作用，可以高效分解廢氣，同時可以實現除臭與滅菌。主要作用是去除廢氣中的容易被分解和氧化的廢氣成分（非甲烷總烴、苯類等VOC氣體，具有較好的消毒和除臭效果，使其達標排放）。

第二步：對處理后的廢棄進行檢驗，若達標則借助煙囪高空排放。

3.2 UV光催化裝置

該催化裝置是將納米級TiO2均勻地分布在泡沫鎳基體上，在尖端納米復合技術及納米光觸媒材料的基礎上，研制出一種新型材料。經過紫外燈光照射，高能離子可以破壞異味氣體中細菌的核酸，從而分解有機廢氣，達到滅菌的目的。

3.2.1 光催化工作原理

復合光催化泡沫金屬尖端納米復合技術由于具有較為特殊的三維網狀結構，是一種比較優質的光催化劑載體。納米二氧化鈦作為光催化劑，被廣泛地應用于實踐中，也是最被學術界熱議的光催化劑，其在處理無機有害氣體等方面發揮著重要的作用，應用前景廣闊。從二氧化鈦電子結構來看，其具有一個滿的價帶和一個空的導帶。當光照大于其帶隙能時，電子可以進一步轉化為自由電子，在價帶形成一個帶正電的空穴，最終形成電子—空穴對：

TiO2+hν →（TiO2）h++（TiO2）e-

價帶空穴、導帶電子分別是常見的氧化劑與還原劑。空穴一般與表面吸附的水分子或OH-離子反應形成具有強氧化性的活性羥基（OH）：

h++H2O→·OH+H+

h++OH- →·OH

電子則與表面吸附的氧分子發生反應，生成超氧離子。超氧離子可與水進一步反應，生成過羥基和過氧化氫：

e-+O2→·O2-

·O2-+H2O→·OOH+OH-

2·OOH→H2O2+O2

·OOH+H2O+e- →H2O2+OH-

H2O2+e- →·OH+OH-

在活性羥基與其他活性氧化類物質發生反應后，二氧化鈦光催化氧化得以實現。在二氧化表面生成的·OH基團反應活性很高，加上活性氧化類物質及羥基自由基協同作用，可以高效分解廢氣。

粗略的反應機理如下：

H2S+O2、O2-、O2+→SO3+H2O

NH3+O2、O2-、O2+→NOx+H2O

VOCs+O2、O2-、O2+→SO3+CO2+H2O

3.2.2 紫外光激活照射

紫外光燈在斷開、閉合的瞬間會產生高壓擊穿汞蒸氣，汞原子在刺激下會發生輻射躍遷，最終產生可見光。低壓汞蒸汽主要產生254 nm和185 nm的紫外線。

日光燈等燈具的燈管大多使用普通玻璃，紫外線不能透射出來;紫光燈因其燈管多為石英玻璃等，不會出現上述情況（如圖1所示）。

紫外線燈可以作為良好的光能提供體，在滿足條件的紫外光線照射下，光催化劑納米粒子被刺激形成電子—空穴對。在整個過程中，不會因反應產生臭氧，不會產生新的污染問題，對環境的影響較小。

3.2.3 復合光催化技術的先進性

光催化工藝除了由負載TiO2的三維網紫外線組成，同時也由設備殼體及電控系統構成。該工藝對苯、硫化氫等揮發性有機、無機化合物有著較好的清潔作用。在二氧化鈦的催化作用下，這些有害廢氣最終達到無機化，同時也不會產生苯酚、六元環醇等中間產物。從實際情況來，已經有許多國家將含有TiO2的光催化涂料應用于建筑涂料中，目的是為了進一步分解汽車尾氣及工業廢氣中的有機高分子有機廢氣分子鏈，改善空氣質量。

惡臭分子一般以粒子態和氣態兩種形態存在。其中，粒子態主要是含在粉塵中和液態中的惡臭成分。鑲嵌有納米二氧化鈦的三維網，其對廢氣成分中的粉塵有著較好的攔截作用。被攔截的粉塵中有一定量的揮發性有機和無機化合物，在光催化作用下，可將其分解成無毒無害物質。

4 結論

綜上所述，工業生產VOC易危害人體健康，需要加強對工業VOC廢氣處理技術的研究，通過采用集氣罩收集+光催化氧化+低溫等離子的綜合處理，有效減少了廢氣對車間工作環境和周邊區域的危害。

參 考 文 獻

[1]陳文嚴.工業VOC的危害分析及治理技術研究[J].化工設計通訊，2018，44（4）：188.

[2]常艷燕.關于工業VOC的危害分析及治理技術探討[J].中國石油和化工標準與質量，2018，38（13）：119-120.

[3]趙琳，張英鋒，李榮煥，等.VOC的危害及回收與處理技術[J].化學教育，2015，36（16）：1-6.

[責任編輯：陳澤琦]