VOCs氣體處理技術分析及比選

關艷艷 李俊 曲媛媛 李明輝

【摘?要】本文主要分析了幾種常見的VOCs處理技術，通過對各項技術的優缺點分析，找到不同工況下技術組合的方式，以期為后續工作中相關問題的解決提供幫助。

【關鍵詞】VOCs;處理技術;方案比選

Abstract：This paper analyzes several common VOCs processing technologies. Through the analysis of the advantages and disadvantages of each technology to find the way of technology combination under different working conditions，in order to provide help for the solution of related problems in the follow-up work.

Key words：VOCs;treatment technology;scheme comparison

一、概述

VOC 是揮發性有機化合物的稱謂，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、溶劑使用等生產制造活動當中，其對自然環境和人體的危害已日益引起人們的關注。

由于VOC產生的環節多、種類多樣、成分及來源極為復雜，單一治理措施無法有效進行控制，因此市場上各項處理工藝應運而生。本文對目前市場上存在的各種主流處理工藝進行分析對比，以期為解決實際問題提供幫助。

二、VOC治理路線

從大的方向來看，VOC治理路線分為源頭治理與末端治理。所謂源頭治理，既是生產工藝源頭上減少VOC的產生，這就需要對企業的生產工藝進行改進，總結如下：

1、采用清潔生產工藝，注重生產全過程的物料回收，充分實現原料的再回收與再利用，防止和減少污染物的產生;

2、尋求替代原材料，在生產過程中采用低VOCs含量的原料;

3、改進生產工藝，采用先進的工藝技術，減少VOCs排放量。

末端治理路線又分為回收利用技術和銷毀技術[1]，目前大致包含以下幾種技術：

三、各種工藝的分析

1、冷凝法

冷凝法是將VOC廢氣降溫至露點以下凝結成液體后加以回收。該工藝適用于單一組分、高濃度、并且有回收價值的VOC氣體。

該工藝處理成本較高，操作難度大，凈化效率較低，廢氣濃度在5000ppm以上時，處理效率介于50-85%之間，濃度大于1%時，回收效率可達到90%以上。

單一冷凝法往往不能滿足達標排放的要求，通常需要搭配其他控制工藝進行處理，如燃燒法、吸附法等。

2、吸收法

吸收法是用液體吸收劑對VOC氣體進行吸收，適用于高水溶性的VOC氣體。

該工藝需要采用噴淋塔并加載填料使用，其工藝優點是可以同時去除其他氣態污染物，投資成本低，傳質效率高，對酸性氣體的處理效果尤為明顯。缺點是運行和維護費用較高，后續產生的廢水會存在二次污染問題，當廢氣中顆粒物濃度過高時容易導致噴淋塔堵塞，如果廢氣當中有多種組分，混合吸收后難以進行分離。

3、吸附法

吸附法是利用固態吸附材料對VOC氣體進行吸附，常用吸附材料為活性炭和沸石。

吸附法對廢氣的吸附效率較高，吸附材料對廢氣具有選擇性吸附的特點，但同時具有吸附飽和容量，需要對吸附材料進行定期更換，飽和后的吸附材料需要進行再次處理，容易產生危廢。

4、膜分離法

隨著膜材料技術的不斷發展，膜技術也應用到氣體分離當中。膜分離法是利用膜材料對氣體進行機械分離，將大分子VOC氣體攔截。

膜分離法主要應用于濃度在1000mg/m3以上的VOC氣體回收處理[2]，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，可以與其他工藝進行集成。缺點是膜材料成本高，穩定性較差，膜通量小[3]。

5、生物法

生物法是采用生物濾床或洗滌塔的形式，利用微生物對VOC氣體進行降解。

該技術優點是投資費用少，運行費用低。缺點是運行不穩定，處理效率低，受溫度、pH和營養物質的影響，降解速度慢，占地面積大，在北方環境冬季不易運行，其運行操作條件不易控制。

6、UV光催化氧化法

該方法是利用紫外光及TiO2光催化板對有機物進行降解。TiO2光催化板受高能紫外線照射，表面產生躍遷形成電子（e-），將氧氣解離出氧自由基（·O），將水分子氧化成（·OH）自由基，這兩種自由基具有氧化性，可以破壞大部分有機物質。

該工藝優點是占地小，投資少，紫外光源屬于冷光源，運行安全，即開即用，便于管理。缺點是去除效率低，通常只有40%，不易達標，燈管壽命一般在半年至一年，需要定期更換，運行費用高，能耗高。

由于氧自由基極易與氧分子結合形成臭氧，采用UV光催化氧化法會產生大量的臭氧，若直接排放會對大氣環境造成不利影響，因此還需要往往還需要配合吸附法進行吸附處理。

7、低溫等離子法

該方法是利用高能放電產生低溫等離子體，在反應區內產生大量活性物質，如離子、電子、激發態原子及自由基等，通過這些活性物質將廢氣分解為小分子物質。

該方法對去除油煙和惡臭具有明顯作用，可用于凈化空氣;由于屬于連續放電工藝，存在爆炸的風險，目前已有地方環境管理部門叫停該工藝;處理效率較低，僅適用于低濃度、大風量的VOC廢氣。

8、燃燒法

燃燒法是將有害氣體在高溫條件下熱裂解，轉化為二氧化碳和水的過程。燃燒法適用于所有可燃廢氣的處理，不但能夠徹底分解污染物質，還可以回收熱能。根據燃燒的方式，可以分為直接燃燒法（TO）、催化燃燒法（CO）、蓄熱式燃燒（RTO）、蓄熱式催化燃燒（RCO）。

燃燒法是所有處理工藝中處理效率最高的方式，適用于中高濃度廢氣。

四、總結

各項單一技術均適用于特定工況范圍，而實際生產中的VOC廢氣往往來源廣泛、成分復雜。為此，需要切實根據實際情況進行工藝選擇，同時應該進行多種工藝的組合應用，而不僅限于某種單一技術。

根據以上工藝分析，我們總結了不同濃度下的幾種工藝組合：

針對低濃度廢氣，可采用吸附濃縮+RTO燃燒工藝、吸附濃縮+CO燃燒工藝、吸附濃縮+冷凝回收工藝、光催化氧化+吸附工藝。

針對中高濃度廢氣，可采用蓄熱式RTO工藝。

針對高濃度廢氣，采用冷凝回收+RTO工藝。

參考文獻：

[1]吳雨，俞阜東，施佳瑾. VOC廢氣治理工程技術方案分析[J]. 中國新技術新產品，2019（9）：104-105

[2]陳銳章. VOC處理技術綜述[J].環境與發展，2018（7）：98-100

[3]呂華芳. VOC的成因及治理措施[J].環境與發展，2018（9）：29-31

（作者單位：1.煙臺市環保工程咨詢設計院有限公司;2.煙臺中能環境科技有限公司）