淺談VOCs常見治理工藝與現狀

宋卓然

（江蘇省蘇州環境監測中心，江蘇 蘇州 215000）

1 前言

我國大氣污染形勢嚴峻，PM2.5濃度總體有所好轉，每年都同比下降，2019年未達標地級城市PM2.5平均濃度為40 μg/m3，較2015年下降23.1%，但仍處于高位，同時O3濃度近幾年急速上升，全國337個地級及以上城市臭氧濃度上升20.9%，其中O3首污且超標天數占總超標天數的比例達41.8%[1]。我國大氣環境保護面臨PM2.5和O3污染雙重壓力，尤其在京津冀及周邊地區、長三角地區等經濟發達地區。

揮發性有機物（VOCs）是PM2.5和O3的重要共同前體物，在紫外光照射和高溫條件下，會發生快速的光化學鏈式反應，產生包括臭氧和過乙酰硝酸酯等具有刺激性和毒性的氧化劑、醛酮類含氧有機物以及細顆粒物，因此加強VOCs治理是控制O3和PM2.5污染的有效途徑，同時也是幫助企業節約資源、提高效益的有力手段。

2 VOCs的定義及主要來源

VOCs是揮發性有機物英文名（Volatile Organic Compounds）的縮寫，它是揮發性有機物的集合概念。目前不同機構和組織由于對管理和管控要求不同，因此對VOCs的定義也不盡相同。美國材料與試驗協會（ASTM）將VOCs定義為所有能參加大氣光化學反應的有機化合物。美國國家環保局定義則有所不同，他們將除一氧化碳、二氧化碳、碳酸、金屬碳化物、金屬碳酸鹽外，任何能參加大氣光化學反應的碳化合物認定為VOCs。我國對于VOCs的普遍定義是能參與大氣光化學反應的有機化合物。

我國VOCs的主要來源分為人為源和天然源，人為源又分為工業源、生活源、移動源。據統計，工業源排放量占整個人為源的比重最大，高達55.5%[2]，其中重點行業（包括石化、化工、涂裝等）的產污過程中VOCs排放量占整個工業源的60%以上，因此對重點行業的管控是VOCs管控的重要環節。生活源中VOCs主要來自餐飲業，隨著現階段城市餐飲業的迅速發展，餐飲也成為城市VOCs的重要來源之一，目前全國各個省份都在加緊制定餐飲油煙排放標準，對VOCs的排放進行管控，江蘇省將于2021年下半年出臺相應的餐飲標準。移動源排放指的是燃油汽車使用過程中的VOCs排放，燃油汽車在使用過程中不僅釋放VOCs，還會釋放出大量的氮氧化物，VOCs與氮氧化物在光照的作用下，會產生O3與細顆粒物，對大氣產生污染，全國目前對于移動源的管理早在幾年前就已經開始，比如國五標準上升到國六、大力扶持新能源汽車等。天然源指的是自然界植物的釋放，森林和灌木林是天然源中最大的排放源。

VOCs的種類按化學結構可分為8類：烷烴類、芳香烴類、烯烴類、鹵代烴類、酯類、醛類、酮類和其他化合物。常見的VOCs有苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、三氯乙烯、三氯甲烷等[3]。由于VOCs種類眾多，結構復雜，因此各工業行業中VOCs處理技術也都不盡相同，下面將介紹一些常見的VOCs末端治理技術。

3 工業企業中VOCs治理常見工藝技術

3.1 低溫等離子體技術

該技術適用于低濃度含VOCs廢氣和惡臭異味氣體的處理，一般與其他技術組合使用，作為二級凈化單元。該技術原理是通過施加外部電壓，當施加電壓達到氣體臨界的放電電壓時氣體會被擊穿，大量電子、離子、原子和自由基被釋放出來。放電過程中產生的重粒子比高能電子溫度低，使整個系統處于較低的溫度狀態，在低溫狀態下產生的高能電子、自由基等有很強的反應活性，與污染物發生反應，使污染物分解，達到去除污染物的作用[4]。

局限性：這項技術適用于低濃度VOCs廢氣（一般宜低于300 mg/m3），對安全要求較高。且廢氣還需要進行過濾去除油霧等顆粒物，該技術屬于新型技術，在使用中仍有較大的局限性。

3.2 吸附工藝技術

常用的吸附劑為活性炭，因其成本低、應用方便，目前被廣泛應用于各行業的VOCs治理。

其工作原理見圖1。

圖1 吸附工藝原理圖

目前市場上的活性炭種類很多，質量也參差不齊，不少地方生態環境部門要求選用顆粒狀、柱狀活性炭，碘值應大于800 mg/g，四氯化碳值不低于40-45%。很多地區的生態環境部門已經著手關注優質活性炭的應用，蘇州市生態環境局印發了《談天說炭——幫扶企業揮發性有機物治理之活性炭應用》宣傳短片和宣傳冊，指導企業選用優質活性炭用于VOCs的治理。

3.3 燃燒技術

3.3.1 蓄熱氧化技術（RTO)

原理：蓄熱氧化技術，其實就是蓄熱燃燒技術，將廢氣加熱到較高溫度（700 ℃），廢氣中的VOCs燃燒生成水和二氧化碳，再通過陶瓷蓄熱體收集產生的熱量，收集的熱量再對后續進入的有機廢氣進行預熱，提升溫度所需要的燃料消耗。RTO技術又可分為兩床、三床及旋轉多種工藝[5]。

3.3.2 催化燃燒技術（CO）

催化燃燒技術指的是通過使用合適的催化劑，降低有機廢氣中VOCs的活化能，從而在加熱到較低溫度時就能使廢氣中的VOCs完全燃燒，分解成二氧化碳和水。通過催化劑可以大幅降低有機廢氣的起燃溫度，使之進行無焰燃燒，并有效降低反應能耗以及氮氧化物的生成。

3.3.3 蓄熱催化氧化技術（RCO）

這項技術是結合了RTO與CO兩項技術的特點，利用催化劑，將有機廢氣加熱到較低溫度（300 ℃左右）即可反應生成二氧化碳和水，氧化產生的高溫氣體熱量被保存在陶瓷蓄熱體中，為后續進入的有機廢氣進行預熱，從而達到降低能耗的作用。RCO與RTO相比，更為環保節能，在較低溫度就能進行反應，且反應中不易產生二噁英等惡臭物質，但是投資成本較高。

3.4 生物凈化技術

該技術主要是通過集氣系統收集排放的臭氣，再通過負壓系統壓送到洗滌-生物濾床除臭設備進行后續處理。洗滌的主要目的是除塵，調節氣體的環境條件（溫度、濕度、去除水中可溶性物質等），然后將氣體輸送到生物過濾床，通過濾床上的微生物進行定向分解。這種技術對硫化氫、含氮臭氣、甲硫醇等治理效果較好，但是對很多其他種類的VOCs并不適用，具有局限性，僅使用于污水處理站、垃圾填埋場等行業。

3.5 光催化技術

光催化技術開始主要是利用二氧化鈦光催化材料降解三氯乙烯，隨著對光催化技術研究的深入，發現光催化技術對于烷烴、有機醇、芳香烴等多種VOCs有著很好的降解作用。目前該方法是利用二氧化鈦在紫外光的催化下，使VOCs發生分解反應，生成二氧化碳和水。光催化技術處理效率受催化材料、反應時間、濕度及VOCs種類等的影響。因此光催化技術局限性較強，如果無可控技術，其產生的中間副產物會加大污染排放。

4 目前VOCs治理存在的問題

4.1 VOCs成分復雜、來源廣泛

揮發性有機物是參與大氣光化學反應的有機化合物總稱。其所包含的物質種類多，目前已鑒定出來的有300多種，且它們來源廣泛，紡織、噴涂、石化、機械工程等眾多行業都涉及VOCs的排放。種類如此之多，來源如此之廣，對我國VOCs的治理增加了不少阻礙。

4.2 治理工藝單一、低效

目前很多企業使用的末端治理設施單一低效，單純的吸附或者低溫等離子技術無法滿足現有的VOCs廢氣治理，目前很多地方生態環境部門鼓勵企業使用兩種及兩種以上組合治理技術或高效治理技術（催化燃燒、燃燒等）處理有機廢氣，逐步引導企業淘汰單一、低效有機廢氣末端治理設施。

4.3 VOCs管控起步較晚

2015年以前，對于VOCs的管控缺少國家出臺的相應標準，直到2019年國家發布了《揮發性有機物無組織排放控制標準》（GB 37822-2019），這才對工業企業的VOCs提出了具體的管控要求，要求各工藝環節的無組織VOCs均需收集處理后再排放，并對VOCs的細節監控提出了更具體的管理要求。

4.4 VOCs監測網絡尚未健全

目前各省的VOCs監控網絡未健全，各省份的空氣質量國省控站點只是常規的六參數監測，很少涉及VOCs。常用的監測手段為VOCs走航車定點巡航，這種手段效率低，無法覆蓋全天24小時，成本高。監測是環境質量管理的千里眼，是精準治污的有效技術支撐。因此，VOCs的治理需要其監測網絡健全與完善[6]。

5 結語

VOCs的治理工藝眾多，現在政府部門對VOCs的管控也越來越細化，企業要根據自己企業的VOCs種類特征與排放量選擇合適的治理工藝，以滿足排放要求。

目前，全國各地對VOCs的管控取得了初步成效，但VOCs的治理仍然任重而道遠，我們仍需要通過“源頭治理”“過程控制”“末端治理”共同做好VOCs的管控，十四五期間空氣環境質量已從單純的顆粒物管控逐步轉向PM2.5與O3協同管控，現階段只有治理好VOCs，才能保證十四五藍天保衛戰取得圓滿勝利。