工業揮發性有機物（VOCs）污染處理技術探討

張丹丹

（樂陵市環境監測站 山東樂陵 253600）

引言

VOCs（揮發性有機物）作為造成臭氧污染以及PM2.5 超標等大氣污染的主要來源之一，其危害巨大，不僅污染環境，而且多數VOCs 廢氣存在毒性，有一定的致癌、致畸性，長期過量吸入會對人身健康造成嚴重影響，因此，務須要切實加強對VOCs 處理技術的研究力度，并及時將研究成果予以推廣實踐，以最大限度減少VOCs 超標排放對環境、人身造成的影響。

1 工業VOCs 污染來源分析

VOCs 的排放源十分復雜，從大類上可分為自然源以及人為源，自然源主要來自于森林火災、植被排放、野生動物排放等，屬于不可控范圍；人為源主要包括移動源（交通工具）、工業源以及生活源的排放，生活源主要為裝修、油煙、焚燒垃圾及秸稈等。其中，工業源VOCs 的排放量最大，主要來源于石油煉制、化工行業、汽車制造、包裝印刷、造紙行業等，各行業所產生的VOCs 污染主要分為苯類、烴類、酯類、醇類、醛類等，是VOCs 污染治理的重中之重。

VOCs 成分較為復雜，有特殊氣味且多數有惡臭，含有毒性、刺激性、致畸性以及致癌性，嚴重危害著人類的身心健康。除此之外，VOCs 與空氣中的顆粒物在特定條件下會生成二次有機氣溶膠即SOA，SOA 所含有的芳烴、多氯聯苯等有機化合物，是造成霧霾、光化學煙霧的重要因素，不僅會對大氣能見度造成影響，而且含有的致畸、致癌性有機物嚴重影響著人們的健康。

2 工業VOCs 污染處理技術

2.1 回收處理技術

（1）吸收法

吸收法主要是通過相似相溶的工作原理，利用性質與VOCs相近的低揮發或不揮發有機溶劑，對濕度>50%的VOCs 氣體流進行吸收處理，并對易溶解的組分予以分離，將VOCs 進行回收使溶劑得以再利用。該處理技術對于濃度范圍為1000～10000mg/m3的有機廢氣有較好的適用性，對VOCs 有機廢氣的處理效果高達95%～98%。常用的吸收劑主要有油基吸收劑、水復合吸收劑、高沸點有機溶劑等，吸收設備主要有填料塔、噴淋塔等。其中，采用高沸點、低蒸氣壓的柴油作為吸收劑，將VOCs 廢氣由氣相變為液相，然后通過解吸處理將吸收液中的VOCs 進行回收，使吸收溶劑進行回收再利用；采用水作為吸收劑時，通過精餾處理即可以實現對有機溶劑的回收。采用吸收法對VOCs 廢氣進行處理，操作簡單、工藝成熟、成本較低，且對于大部分VOCs 廢氣均能進行處理，尤其是對高濃度及含硫化物的廢氣處理應用廣泛。

（2）吸附法

吸附法主要是將多孔材料作為有機廢氣的吸收劑，對VOCs廢氣進行截留、分離，進而實現對有機廢氣的凈化處理。吸附劑經過吸附后再進行脫附處理，以實現吸附劑的循環再利用。其中，對吸附劑吸附效果影響的因素眾多，其中，VOCs 廢氣的類別、濃度大小以及吸附劑的比表面積、吸附量、疏水性以及熱穩定性等都會影響吸附效果。

當前，較為常用的固體吸附材料主要有活性炭、石墨烯等碳基吸附劑，以及沸石分子篩、硅膠等含氧吸附劑；常用的工業VOCs 吸附裝置主要有固定床、流化床以及移動床等。整個吸附處理的過程設置吸附器數量至少2 個，通過吸附→脫附→干燥→冷卻等多個過程的循環，實現吸附劑的再利用，整個吸附處理的工藝流程如圖1[1]。

圖1 兩罐吸附流程圖

（3）冷凝法

冷凝法是通過不同溫度下VOCs 與其他物質不同的飽和蒸汽壓的特點，利用降溫或增壓的方式將氣態VOCs 優先冷凝液化，進而實現VOCs 的凈化處理。冷凝法降溫主要有機械降溫與液氮降溫兩種方式，其中，機械降溫是采用壓縮設備冷卻VOCs廢氣至冷凝點；液氮降溫是利用液氮氣化時大量吸熱而使VOCs降溫冷卻液化。采用冷凝法凈化進行VOCs 廢氣處理，工作溫度約為-35℃～-110℃，其中淺冷溫度約-35℃～-70℃，深冷溫度約為-70℃～-110℃，實際冷凝處理有機廢氣時，應結合廢氣的不同種類、含量及回收率合理選擇冷凝的工作溫度。冷凝法處理多用于濃度及沸點較高的VOCs 廢氣回收，通過多級連續冷卻進行逐級降溫，從而實現烴類有機物達到冷凝點液化后回收。

2.2 非回收處理技術

（1）燃燒法

燃燒法是指在特定條件下，通過燃燒或氧化將VOCs 廢氣轉化為CO2和H2O，進而實現有機廢氣的凈化處理。

①直接燃燒法。直接燃燒法是直接將VOCs 廢氣作為燃料，多用于高濃度、難回收的VOCs 廢氣處理，該處理方法燃燒溫度高達1100℃，安全性及經濟性較差，且燃燒過程會生成易導致二次污染的氮氧化物、二噁英等，對于濃度較低的VOCs 廢氣較不適用。

②催化燃燒法。催化燃燒法是通過添加適宜的催化劑，使有機廢氣能夠在較低的溫度條件下（約200℃～400℃）進行更徹底的氧化反應，避免高溫條件下燃燒生成的氮氧化物污染。工業VOCs 廢氣催化燃燒裝置包括換熱器、加熱器以及催化燃燒反應器三部分組成，該處理方法可用于濃度為1000～10000mg/m3的有機廢氣處理，但廢氣流速應保持穩定，且為防止催化劑中毒失效，應在實際工業廢氣的處理時，結合所排放廢氣的特點，設置預處理裝置對流入反應器的硫化物、鹵代烴等進行控制。

③多孔介質燃燒法。該技術是在傳統燃燒、蓄熱燃燒的基礎上發展而來，主要是利用有機廢氣在多孔介質燃燒區（大孔區）進行燃燒，燃燒的熱量經基體導熱、對流換熱以及輻射換熱進行傳遞，確保燃燒區保持溫度均衡，進而有效提升燃燒的有效性及穩定性。燃燒區產生的熱量傳遞至預熱區（小孔區），預熱預混氣體來實現超絕熱燃燒。該處理方法能夠充分利用燃燒余熱而節省能耗，不僅提高了廢氣燃燒的成效，而且省去了余熱回收環節，從而減少了設備的占地面積。

（2）生物法

生物法即是利用微生物的代謝作用，將VOCs 廢氣通過附著微生物的濾床，將VOCs 廢氣作為微生物代謝的營養物質，在濾床代謝降解為CO2和H2O，生物降解無毒害、無污染，是一種綠色的有機廢氣處理方法。同時，生物法處理設備雖然能耗小、運行成本低，但其處理速率慢、占地面積大，且對反應溫度、水量、氣體流速以及pH 等有著較高的要求，且須定期添加利于反應的營養液。當前，較為常見的生物處理法有三種，即生物洗滌、生物過濾以及生物滴濾等，各種生物法對比詳見表1。該處理方法多用于可進行生物降解的VOCs 廢氣處理，多用于石化行業的有機廢氣處理[2]。

表1 各種生物法對比

（3）低溫等離子體法

該處理技術是利用高壓脈沖放電，激發介質放電得到低溫等離子體，其中的高能帶電電子、離子等與VOCs 分子進行彈性碰撞，然后再經激發、電解等反應對VOCs 廢氣進行降解，以生成無毒無害的CO2和H2O。該處理技術對于濃度較低的有機廢氣，尤其是苯系、甲醛等有機廢氣的處理有較好的效果，且該處理設備結構簡單、投資少、設備安裝及移動方便，整個過程沒有二次污染物的生成，屬于較為前沿的處理技術。

2.3 組合處理技術

單一的廢氣處理因工作原理的差異，使得廢氣處理存在針對性，而VOCs 廢氣成分較為復雜，若僅采取單一處理技術很難實現廢氣處理目標。而通過采用組合處理技術，能夠充分利用不同處理技術的優勢，實現對多種廢氣的處理，滿足廢氣排放的處理標準。組合處理技術的選擇須結合有機廢氣的組分、濃度、特點及成本等，在滿足達標排放的要求上充分降低有機廢氣治理成本。其中，對于濃度較高的有機廢氣，通常采用吸收法、冷凝法或膜分離法進行廢氣預處理，然后再通過吸附法或燃燒法進行末端處理，進而實現對有機廢氣的充分處理。

結語

工業VOCs 廢氣的組成成分相較復雜，處理難度較大，雖然已有多種處理技術得以實踐應用，但各技術仍有其適用范圍與劣勢之處，因此，在廢氣處理時應充分結合廢氣成分、類型及濃度等情況，合理選取適宜的處理技術，以在確保處理成效的基礎上，實現節能減耗與有價值廢氣的回收再利用，最大限度減少VOCs 所致的環境污染，實現工業發展與生態環境的和諧共生。