VOCs治理技術分析及研究進展

雷潔瓊

（西安道特石化工程有限公司，陜西西安 710077）

社會在工業化過程中取得的進一步發展中已導致嚴重的環境破壞，并且隨著環境保護意識的增強，這已成為企業發展的一個問題，需要優先考慮并提出解決方案。VOCs（包括未排放到大氣中的VOCs）在某些條件下會形成輕微的化學污染，對動物和人類健康都有影響。某些有毒煙霧會致癌，并會對您的身體造成長期嚴重損害。

揮發性有機物（VOCs）是形成O3及PM2.5的重要前體物；加強VOCs治理是控制O3及PM2.5污染的有效途徑，也是幫助企業實現節約資源、提高效益、減少安全隱患的有力手段。本文簡要介紹了VOC廢物處理技術。

1 VOCs規范處理的重要性

隨著環保政策的出臺和技術的飛速發展，我國揮發性有機化合物管理技術得到了極大的發展。VOCs是揮發性有機化合物，大多數VOCs對身體造成危險。工業生產對空氣質量產生強烈、持續和深遠的影響。VOCs排放清單顯示，排放量最高的城市主要是由人為工業排放造成的，不同來源的VOCs成分、濃度和毒性性質也有所不同。揮發性有機化合物，特別是無組織的排放，與公司主要使用的生物熔膠溶劑和成分密切相關。當前的VOCs排放研究著眼于將公司作為整體的排放控制和一般分析，而較少研究著重于VOCs的生物以及細污染物的變化和形成。

2 VOCs的來源和危害

2.1 VOCs的來源

VOCs的來源有兩種，分別是天然源和人為源。天然源主要與植物和自然資源有關，例如植物釋放，火山內爆和森林大火，森林和森林中的主要排放物，以及主要的賴硒化合物是多珠和單萜。人為源主要是工業排放和生活排放。其中生活排放途徑主要是廚房油煙、秸稈燃燒、家居裝潢以及汽車尾氣等；而大部分來源還是工業排放。在煩瑣復雜的石油化工工藝過程中，會產生烴類、醛類、醇類及酸類物質。如鍋爐、焚燒爐及加熱爐加熱過程中會產生燃燒煙霧廢氣；催化、裂化會產生二氧化硫、二氧化碳、一氧化碳等廢氣；瀝青氧化過程中會產生有毒氧化瀝青廢氣等。其中，油氣存儲及運輸是最大得排放源；而使用溶劑是人類第二大最常見的排放源。例如輕工業行業，主要是指鋁箔紙、膠、油墨等，以及清洗設備中的溶劑洗滌劑。作為傳統汽車涂裝工藝的一部分，工廠都會排放揮發性有機化合物。

2.2 VOCs的危害

VOCs充滿了各種有害化學物質，其中大多數有毒，并導致長期居住在這種環境中的人們面臨多種并發癥，尤其是對大腦和神經系統造成的最嚴重后果，反過來又助長了白血病、血液中毒和癌癥的爆發。在世界范圍內，估計每年有160萬人死于因VOCs污染直接或間接引起的疾病；同時是對人類健康的威脅和限制社會進步的原因。VOCs還與許多空氣污染原因直接相關：它們能夠增加PM2.5和O3濃度，以及增加霧霾天氣、煙霧等。考慮到迄今為止可用的生產條件，這些污染物（VOCs）的排放是不可避免的；因此，用于處理它們的技術尤為重要。

3 VOCs廢氣治理技術

實用的VOCs末端治理技術眾多，主要包括吸附、燃燒（高溫焚燒和催化燃燒）、吸收、冷凝、生物處理及其組合技術。各類技術都有其一定的適用范圍，其對廢氣組分及濃度、溫度、濕度、風量等因素有不同要求，因此企業在選用治理技術時，應從技術可行性和經濟性多方面進行考慮。在選擇廢氣治理技術時，可根據VOCs濃度的不同選擇合適的處理技術，詳見圖1。

圖1 VOCs 治理技術適用范圍（濃度）

亦可根據處理的風量及濃度綜合選擇，圖2直觀地給出了不同單元治理技術所適用的有機物濃度和廢氣流量的大致范圍。

圖2 VOCs 治理技術適用范圍（濃度、風量）

3.1 吸附法

吸附法一般針對濃度較低的廢氣；采用吸附濃縮技術（固定床或沸石轉輪吸附），此法近年來在低濃度VOCs的治理中得到了廣泛應用，視情況既可以對廢氣中價值較高的有機物進行冷凝回收，也可以采用催化燃燒或高溫焚燒工藝進行銷毀。但關鍵點在于廢氣溫度，吸附法要求氣體溫度一般低于40℃，如果廢氣溫度比較高，吸附效果會顯著降低，因此應該首先對廢氣進行降溫處理或不采用此技術。采用活性炭吸附時VOCs消除率高達90%。活性炭可以多次吸收解吸，能源消耗小，簡單，效率高。采用活性炭吸附一般會結合催化燃燒，以達到徹底凈化的目的。

3.2 燃燒法

對于中小風量中高濃度VOCs廢氣的（達10-3數量級），當無回收價值時，一般采用催化燃燒（CO/RCO）和高溫燃燒（TO/TNV/RTO）技術進行治理。在該濃度范圍內，催化燃燒和高溫燃燒技術的安全性和經濟性是較為合理的，因此是目前應用最為廣泛的治理技術。蓄熱式催化燃燒（RCO）和蓄熱式高溫燃燒技術（RTO）近年來得到了廣泛的應用，提高了催化燃燒和高溫燃燒技術的經濟性，使得催化燃燒和高溫燃燒技術可以在更低的濃度下使用。

燃燒法中當氣體溫度比較高，接近或達到催化劑的起燃溫度時，由于不再需要對廢氣進行加熱，即使有機物濃度較低，采用催化燃燒技術是最為經濟的（當廢氣溫度達到或超過催化劑的起燃溫度時，可以采用直接催化燃燒技術進行治理，如漆包線生產尾氣的治理等），處理過程安全，不產生二次污染，能耗低，有機物去除率高達99%。

3.3 吸收法

吸收過程利用非揮發性溶劑對VOCs廢氣中的有機碳氫化合物的親和力，從廢氣中吸收有機碳氫化合物，然后根據有機碳氫化合物分子和吸收劑的不同物理性質將二者分離。該技術被廣泛應用于石化產品的生產，儲存和運輸，適用于在高壓、高濃度、大氣壓和低溫條件下處理石化VOC廢氣，處理率可以在95%～98%。效率主要取決于吸收劑的性能和吸收劑處理設備的水平。當前，常用的吸收劑包括煤油和柴油。吸收過程要求在施加過程中頻繁更換吸收劑，導致操作復雜和成本高。因此，新型吸收劑的研發和制造以及吸收處理裝置的優化設計和制造是該技術的研究方向。

3.4 光催化氧化

光催氧化幾乎對所有的細菌、病毒和有機物起到強效分解作用；裂解惡臭氣體如氨、三甲胺、硫化氫、甲硫氫、甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫、二硫化碳和苯乙烯，VOC類，苯、甲苯、二甲苯等的分子鏈結構，使有機或無機高分子惡臭化合物分子鏈打斷，在紫外線光束照射下，降解轉變低分子化合物，如CO2、H2O等，從而減少了其生產過程中對環境的污染。它可以將VOCs中的有害物質轉化為相對安全的特性，因此不會產生任何粉塵。然而，缺點是催化劑的發展趨于引起活性下降和影響污染物處置的困難。另外，這些方法不適合大規模處理，因為它們會大幅降低質量。

3.5 生物學技術

如今，處理VOC最常見的生物技術工藝是生物濾池，生物洗滌塔和生物濾池。優點是用于處理耐受性差和水溶性差的氣體的過濾器，這些氣體需要很少的外部養分吸收，并且運行成本低；不利的一面是內部水分含量和酸堿度的危害。生物燃燒塔的優點是易于控制，污染物的運輸速度更快，并且保持穩定。缺點是操作成本高，并且該方法只能使用水溶性VOCs進行操作，并且有必要在急速反應堆中吸收定量的氧氣并增加能量需求。

3.6 膜分離

膜分離法是利用VOCs廢氣中的各種氣體成分在壓力下通過滲透膜，使膜兩側的VOCs廢氣中的各種成分的氣體富集，最終實現VOCs廢氣的分離的方法。這個過程非常適合于天然氣的分離和提純。目前，常用的隔膜材料是硅橡膠。常用的膜分離技術包括蒸汽滲透，氣膜分離和膜接觸器。膜分離技術具有許多優勢，尤其是在低流速下分離和回收高濃度VOCs廢氣的過程中。膜分離技術具有高設備成本，高膜元件和復雜的膜維護。新型膜材料和分離系統的開發是技術研究的熱點和難點。

4 VOCs技術治理趨勢及未來

出于健康和環境的考慮，應找到并致力于治理VOCs的更有效的方法。在石化工業中，使用現代、更清潔的工藝不僅可以提高原油的轉化率和使用率，還可以減少污染物；工廠的廢氣應優先進行再燃，有效和及時地控制由VOCs引起的氣體形成在建筑業和石油化工行業中也很重要。未來的技術進步取決于科學技術的進步，國家將支持和鼓勵對揮發性有機化合物進行更好的治理。通過揮發性有機物質的處理和綜合應用，對處理這些材料的過程進行優化，從而獲得更好的結果。VOCs治理應從源頭削減、過程控制、末端治理、排放限值、監測監控和臺賬記錄這6個方面開展排放全面控制。

5 結束語

除了上述的治理方法外，近年來，各種組合凈化VOCs技術也在實踐中得到了廣泛應用。如低溫等離子體+催化技術、低溫等離子體+吸收技術、吸附濃縮+高溫焚燒技術、吸附濃縮+催化燃燒技術、吸附濃縮+吸收技術。根據待處理尾氣的處理量、組分濃度、溫度等基礎數據，可組合凈化技術的聯合應用，通過兩種及以上技術組合達到最佳治理效果。