揮發性有機污染物（VOCs）監測與處理技術探討

吳 紅

（樂陵市環境監測站 山東樂陵 253600）

引言

近年來，全球環境問題呈愈發嚴重態勢，各國各地區大氣環境污染事件頻頻發生，并呈現出高污染負荷、多污染物疊加等污染特征，對人們的生產與生活造成了極大不利影響。尤其是VOCs 的超標排放，成為當下我國光化學煙霧污染濃度不降反升的重要成因之一。因此，要切實加強VOCs 的監測與管控、處理，進而將VOCs 導致的大氣環境污染降到最低。

1 VOCs 監測技術

1.1 離線監測技術

（1）氣相色譜法

氣相色譜法作為當前環境分析的關鍵方法之一，有著選擇性大、靈敏性強、效率高，應用范圍廣以及高監測速率等特點，特別是對多種成分混合物與異構體進行定性分析、定量分析方面優勢更加突出。

（2）高效液相色譜法

該法是基于色譜法發展而來，其流動相為液體，通過高壓泵的作用，將極性不同的單一溶劑或配比不同的混合溶劑等泵入色譜柱，在色譜柱的作用下使各組分進行分離與檢測。該方法具有較高的靈敏度和選擇性，對于大氣中醛酮類化合物的分析檢測具有十分理想的效果。

1.2 在線監測技術

離線監測技術因存在時間分辨率不高的缺點，因此，在揮發性有機污染物隨時間的變化規律與變化過程的分析方面存在一定的弊端，這也是近年來在線監測技術得到迅猛發展的原因，其中在線監測技術的優劣勢如表1 所示。

表1 在線監測技術的優劣勢對比

2 VOCs 處理技術

2.1 回收技術

（1）液體吸收法

該監測方法是利用有機物所具備的相似相溶性，將有機溶劑作為吸收劑，并根據在吸收劑中VOCs 不同的反應特性或溶解度，使其由氣相變為液相，接著解吸吸收液并回收VOCs，使溶劑實現重復利用。此法處理效率高達95%～98%，其運作成本小、吸收劑成本低，對大流量、高濃度、低溫度、高壓力的VOCs 廢氣處理效果較好；劣勢是設備易遭受腐蝕、易生成二次污染、處理設備要求高且吸收劑更換較頻繁。

（2）吸附回收法

該方法是通過多孔固體吸附劑所具有的吸附特性進行VOCs 廢氣的處理，使廢氣通過時其中的某種或多種成分被吸附于固體表層，起到分隔的作用。此方法具備去除率高、耗能較小、技術成熟、工藝簡便且可以進行自動控制等優勢；劣勢是因為吸附量有限，對于高濃度的揮發性有機氣體適用性差，在含有膠粒等異物及雜質的廢氣通過時，會造成吸附劑失去作用，且吸附劑無法回收利用[1]。

（3）冷凝回收法

該方法是利用降溫或增壓以促使VOCs 由氣態轉換為其他狀態，利用不同溫度下其他氣體和VOCs 飽和蒸汽壓的差異特性，進行分離的回收技術。該技術適用于濃度大、沸點高且需回收VOCs 的情況，可用于催化燃燒或吸附法等的輔助處理；劣勢是在低濃度的情況下，會使能耗增加，裝置運行成本增大，對于一般揮發性與強揮發性的VOCs 廢氣處理成效不夠理想。

（4）膜分離回收法

該處理方法是利用其他氣體污染物與VOCs 在人工合成膜和天然膜中過濾、穿透及其余物理屬性的差異，進一步將VOCs從混合物中進行分離。該技術對于濃度較高的VOCs 處理效果顯著，通常需VOCs 在混合物中的體積占比大于0.1%，并配合其他處理技術共同使用。該方法的優勢為適用性好、回收高效、無二次污染，且對于沸點低、難回收的VOCs 也同樣適用。劣勢是需配備優質的處理裝置，相關用具消耗品成本較大。

（5）膜基吸收回收法

相比傳統的膜分離回收法，吸收劑是關系膜基吸收選擇性的先決條件，且膜基吸收法僅低壓條件便可促使兩相實現流動，并能使接觸界面保持穩定。此方法優勢是操作簡便、回收高效、能耗較小，不會造成二次污染，且能同時去除極性、非極性以及小流量、大流量等不同類型的VOCs，且對有機物能夠實現回收再利用。

2.2 銷毀技術

（1）催化燃燒法

該方法是利用催化劑和低溫環境，將廢氣里的可燃物質充分反應氧化。其優勢在于危險性低、能量耗小、操作容易且不會造成二次污染，對可燃成分熱值與濃度限制較小，多數VOCs 在200～400℃的條件下便可完成反應，所需消耗的輔助燃料少，整個過程NOx的產生少，對于氣態、氣溶膠態污染物的治理均適用；劣勢是處理前提較為嚴苛，所處理的廢氣內不得含有導致催化劑中毒及對催化劑處理效率有影響的物質，且對燃燒過程中會生成氮氧化物及硫氧化物的VOCs 廢氣處理不得應用此方法。

（2）高溫焚燒法

高溫焚燒法通常適用于治理大濃度、復雜的有機廢氣。當前，較多應用的有蓄熱式、直接式、對流換熱式三種焚燒爐。在實際使用過程中，應結合待治理氣體成分等多種物理特性及化學特性采用恰當的焚燒參數和爐型。此方法多數情況下用于制藥廠廢氣治理與漆料廠廢氣治理等情況。

（3）生物氧化法

此處理技術是利用微生物的氧化分解作用，把有機廢氣降解轉變為CO2、水等。此方法優勢為裝置統一、成本小、操作簡單、二次污染小；劣勢是耗費時間久、處理速度慢，且對VOCs 的單一性要求高，僅對其目標有機物起效，混合VOCs 廢氣處理難度大，部分生物菌落還對培養液有需求，需要將生物菌落在降解時的外部pH 值和溫度環境控制到合理數值。

（4）光催化氧化法

光催化氧化法即是在光照下（一定波長），通過催化作用將表層附著的有機廢氣進行氧化還原，將有機物轉變為水、二氧化碳和無機物。此方法的優勢是可選性大、能耗小、成本小、催化劑無害且可重復利用，常壓、常溫即可反應，可用于大部分VOCs 的凈化處理。

（5）低溫等離子體法

該方法是通過外部電場的作用，使介質放電形成較多高能粒子，在高能粒子的能量大于VOCs 化學鍵能的情況下，可以持續破壞VOCs 的化學鍵，導致VOCs 分子結構受損，并生成低毒、無毒的小分子物質，進而完成VOCs 的處理。此方法操作簡便，能耗小，催化劑在常溫環境中便可與待處理污染物完成反應，不用加熱；可用于多種VOCs 的處理，處理效率高，尤其適用于濃度較小、高風量及有氣味的有機廢氣處理；無二次污染及副產物生成。

2.3 組合技術

（1）吸附濃縮—催化燃燒法

該方法是利用活性炭的吸附作用予以廢氣處理，再通過脫附使活性炭進行再利用，處理后的濃縮有機物經催化燃燒轉變為無毒的水與二氧化碳，熱廢氣經熱交換器加熱冷空氣，氣體降溫后外排，部分通過活性炭再生，進而實現廢熱循環再利用。此方法的優勢是操作成本較小、清潔速度快、處理風量選擇廣，不會造成二次污染，且運行后無需加熱，燃燒過程中的熱廢氣可用于脫附，實現了廢熱的再利用。

（2）吸附濃縮—蓄熱燃燒法

該方法是當前最常用，也是治理最有效、最徹底的一種處理方法。為提升熱利用程度，減小裝置使用成本，近年來大力采用了蓄熱式催化燃燒方法與蓄熱式熱力焚燒方法。其中，蓄熱系統采用熱容量較高的陶瓷蓄熱體，通過直接換熱將尾氣熱量積蓄在蓄熱體內，然后利用蓄熱體對VOCs 廢氣進行加熱，熱交換率高達90%[2]。

（3）吸附濃縮—液體吸收法

該方法是利用活性炭的吸附作用，對濃度較低、風量較大的有機廢氣進行凈化，并通過脫附使活性炭實現循環再利用，經脫附得到的濃縮有機物在吸收劑的作用下，因在吸收劑中的溶解度及反應特點不同，使有機廢氣由氣相轉為液相，并通過解吸凈化處理，將其中的VOCs 進行回收，將溶劑進行循環再利用。該處理方法的優勢是操作花費少、運行成本低、吸收劑價優，針對高濃度、大流量、高壓力與低溫度情況下的VOCs 廢氣處理較為適用；劣勢是處理設備要求高、易造成二次污染且吸收劑須及時換新。

（4）低溫等離子體—吸收法

該方法是在外電場的作用下，使介質放電生成高能粒子，如若高能粒子能量大于分子結構的化學鍵能時，就會破壞VOCs 的化學鍵，使VOCs 的分子構造造成破壞，并生成無毒害的小分子結構的有機物，然后以有機溶劑為吸收劑，利用有機廢氣在吸收劑中的溶解度及反應情況不同，使VOCs 由氣相變為液相，并通過解吸凈化回收VOCs，使有機溶劑得以再利用。該方法的優勢是處理高效、操作便捷、吸收劑成本低，適合處理風量較高、濃度較小的VOCs 廢氣；劣勢是易造成二次污染、設備要求高且吸收劑須及時換新。

結語

作為當前協同治理PM2.5 與O3污染的關鍵所在，加強對VOCs 的監控與處治對于改善大氣環境質量、防止因此而造成的大氣環境污染有著極大的現實意義，功于當代與千秋。對此，廣大科研與環保工作者要不斷加大對VOCs 監測與處理技術的研究力度，勤于研究總結，準確了解大氣中VOCs 廢氣的濃度水平與變化規律，進而為VOCs 的有效控制提供必要支持。