關(guān)于VOC廢氣治理的研究

江蘇省環(huán)境工程技術(shù)有限公司 惠斌

近年來，面對日益嚴峻的大氣污染問題，我國逐年加大對VOC廢氣的治理力度，陸續(xù)推出多項降解方法，初步實現(xiàn)對VOC廢氣污染范圍與大氣環(huán)境受污程度的有效控制。與此同時，在VOC廢氣治理期間，各項治理技術(shù)表現(xiàn)出明顯差異，適用范圍與治理效果存在差異，實際的治理效果不理想。因此，對VOC廢氣治理技術(shù)的優(yōu)化改進是十分必要的，也是實現(xiàn)完全去除目的的重要舉措。

一、VOC廢氣概述

（一）VOC廢氣含義

VOC全稱為揮發(fā)性有機化合物，自身含有大量易揮發(fā)性有機物質(zhì)，當VOC暴露在空氣環(huán)境時，與大氣進行一系列光化學(xué)反應(yīng)，快速形成含有硫、氟等有機物的有機化合物。不同國家與機構(gòu)單位對VOC廢氣的定義不一致，如世界衛(wèi)生組織（WHO）認為熔點低于室溫、沸點保持在50℃-260℃區(qū)間范圍內(nèi)的揮發(fā)性有機化合物即為VOC廢氣，美國基于ASTM D3960-98標準認為任何具備參與大氣光化學(xué)反應(yīng)的有機化合物均為VOC，國際標準ISO 4618/1-1998則認定VOC判定標準為常溫常壓環(huán)境下具備自發(fā)揮發(fā)特性的有機化合物。

（二）VOC廢氣來源

目前來看，VOC廢氣來源包括室外交通運輸與燃料燃燒、室內(nèi)燃料產(chǎn)物與吸煙采暖煙霧、化工與家具裝飾等行業(yè)生產(chǎn)活動、建筑裝飾材料與家用電器自身排放四方面。例如，在化工行業(yè)生產(chǎn)活動中，在有機液體儲罐區(qū)域、化工合成與過濾蒸餾等工序環(huán)節(jié)、物料在儲存器轉(zhuǎn)移過程中、生產(chǎn)設(shè)備與儲罐因老化腐蝕嚴重出現(xiàn)原料泄露問題時，都將形成一些VOC廢氣。而在電子電氣行業(yè)生產(chǎn)期間，所加工元件、電子五金件表面噴涂的清潔溶劑在高溫條件下產(chǎn)生揮發(fā)現(xiàn)象，形成大量VOC廢氣。

（三）VOC廢氣的危害

VOC廢氣的危害性主要體現(xiàn)在影響人體健康、破壞環(huán)境兩方面。其中，在影響人體健康方面，VOC廢氣中含有多種對人體有害的化學(xué)物質(zhì)，包括乙二醇、甲醛、氨等，如果人體長時間停留在VOC濃度超標的空間環(huán)境中，因吸入過量VOC廢氣，將出現(xiàn)頭痛、乏力與惡心干嘔等一系列癥狀，隨著時間推移，陸續(xù)出現(xiàn)昏迷、抽搐情況，對人體的記憶力、腎臟與神經(jīng)系統(tǒng)造成永久性傷害，還有可能患上白血病、癌癥等嚴重疾病。而在破壞環(huán)境方面，如果持續(xù)向大氣環(huán)境中排放大量未經(jīng)處理的VOC廢氣，將導(dǎo)致大氣臭氧濃度增加，形成區(qū)域性光化學(xué)煙霧遮擋視線，嚴重時引發(fā)臭氧污染、形成酸雨、產(chǎn)生大量PM2.5污染物、煙霧復(fù)合污染等一系列環(huán)境污染問題出現(xiàn)，加重生態(tài)環(huán)境負擔。

二、VOC廢氣治理現(xiàn)狀

（一）冷凝式治理

冷凝式治理是當前我國VOC廢氣治理活動中應(yīng)用最為常見的一項技術(shù)手段，憑借VOC廢氣在不同溫度環(huán)境時飽和度存在差異性的特征，人為調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力與環(huán)境溫度，控制經(jīng)過預(yù)處理后處于蒸汽狀態(tài)的VOC廢氣產(chǎn)生冷凝液化反應(yīng)，在反應(yīng)過程中分離析出廢氣所含有機物，對析出有機物進行消除處理，對剩余物質(zhì)進行回收利用處理，完成VOC廢氣治理任務(wù)。根據(jù)實際應(yīng)用情況來看，冷凝式治理技術(shù)有著操作簡單的優(yōu)勢，但適用范圍有限，當前主要用于處理單組分、小氣量與高濃度的VOC廢氣，如果所處理廢氣未滿足這些條件，將嚴重影響到廢氣分離、治理效果。

此外，為突破冷凝式技術(shù)適用范圍小、中低濃度VOC廢氣治理效果不佳的工藝局限，當前部分企業(yè)選擇搭配應(yīng)用冷凝法與吸附法，采取吸附-冷凝工藝，將VOC廢氣置放在溫度不超過45℃的環(huán)境中，持續(xù)監(jiān)測廢氣情況，放置并定期更換活性炭吸附裝置，由吸附裝置持續(xù)吸附VOC廢氣中含有的有機物，再使用蒸汽對活性炭進行脫附回用處理，以此來改善冷凝治理效果、提升廢氣凈化率。此項組合工藝多用于處理低濃度、中濃度VOC廢氣，吸附裝置最多可吸附VOC廢氣中90%以上的有機物，具有功活性炭與溶劑可回收、系統(tǒng)維護成本與前期建設(shè)成本低廉、直接對原有廢氣冷凝處理系統(tǒng)加以簡單改造的工藝優(yōu)勢。

（二）溶解吸收式治理

溶解吸收式治理是憑借VOC廢氣可溶性特征而采取的一項治理技術(shù)，將VOC廢氣通過水體，使廢氣中含有的絕大多數(shù)有害成分在水體中溶解，在水體中微生物生長繁殖過程中，持續(xù)將水中溶解的有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)，實現(xiàn)廢氣治理目的，直接將處理后的廢氣向外排放即可。此項技術(shù)有著操作簡單、不會造成二次污染、VOC廢氣處理效果顯著的優(yōu)勢，但會消耗大量水資源，因而為保障水資源充足，水溶解吸收技術(shù)在VOC廢氣治理項目中定位為一項輔助技術(shù)，多用于完成小氣量的VOC廢氣治理任務(wù)，治理范圍有限。同時，也可將VOC廢氣通過200#汽油、柴油等有機溶劑，可以在溶劑中溶解VOC廢氣中含有的絕大多數(shù)有害物質(zhì)，并將吸收后的溶劑用作為稀釋劑或是燃料，以此來分攤VOC廢氣治理成本，此項工藝有著操作簡單、成本低廉的優(yōu)勢，但經(jīng)過溶解吸收處理后的廢氣仍會殘留少量揮發(fā)性有機化合物，需要搭配其他技術(shù)進行二次處理。

例如，某煉化企業(yè)采取低溫柴油吸收+堿液脫硫的VOC廢氣治理技術(shù)，控制待處理VOC廢氣通過低溫柴油，柴油吸收廢氣中含有的硫化氫氣體以及油氣，隨后，使用氫氧化鈉溶液對通過廢氣加以脫硫處理，根據(jù)處理后廢氣檢測結(jié)果顯示，總烴濃度為20600mg/m3、苯濃度為520mg/m3、甲苯與二甲苯濃度為378mg/m3與416mg/m3，有機硫化物去除率在99%以上，達到排放標準。

（三）燃燒式治理

VOC廢氣燃燒式治理方法由直接燃燒、催化燃燒、再生燃燒三項技術(shù)組成。第一，直接燃燒法是將VOC廢氣視作一種可燃物，在高溫條件下產(chǎn)生燃燒反應(yīng)，VOC廢氣中所含有害物質(zhì)在高溫環(huán)境下逐漸分解為無害物質(zhì)，實現(xiàn)廢氣治理目的，此項技術(shù)多用于處理風量小、高濃度VOC廢氣，有著前期建設(shè)成本低廉、廢氣治理效果顯著、具備余熱回收條件與操作簡單的優(yōu)勢，理想情況下的廢氣凈化率在99%以上。但VOC廢氣治理成本較高，適用范圍有限，如果用于處理低濃度VOC廢氣，難以取得理想的治理效果，需要根據(jù)項目情況加以慎重選擇。第二，催化燃燒法是在廢氣處理過程中添加適量催化劑，起到控制廢氣對燃燒溫度依賴性的作用，在不改變?nèi)紵龡l件、較低點火溫度的情況下，將VOC廢氣轉(zhuǎn)化為水與二氧化碳。此項方法有著操作簡單、治理成本低廉、符合清潔生產(chǎn)概念與廢氣處理效率高的優(yōu)勢，多用于處理中濃度與高濃度VOC廢氣，理想情況下的廢氣凈化率在95%以上。第三，再生燃燒法是在廢氣處理期間添加適量輔助燃料，由輔助燃料起到廢氣引燃作用，可以取得加快廢氣燃燒速度、使燃燒過程更加徹底的效果，主要用于處理小風量、高濃度VOC廢氣，理想情況下的廢氣凈化率超過99%。然而，再生燃燒法有著明顯局限，需要在廢氣處理期間持續(xù)消耗大量的輔助燃料，包括燃油、燃料等，使得廢氣治理成本較為高昂，缺乏經(jīng)濟適宜性。

（四）吸附式治理

吸附式治理是使用活性炭等多孔結(jié)構(gòu)材料作為吸附劑，在儲存、處理VOC廢氣的設(shè)施設(shè)備內(nèi)部放入吸附劑，在吸附劑多孔結(jié)構(gòu)內(nèi)部與表面吸附廢氣中含有的有害物質(zhì)，在吸附劑放置一段時間后，取出原有吸附劑，放入全新吸附劑，對取出的吸附劑進行蒸汽脫附回收或是集中拋棄處理，并同步監(jiān)測VOC廢氣濃度，直至VOC廢氣濃度低于一定標準、滿足排放要求后，即可完成廢氣治理任務(wù)，將廢氣向外排放。相比于其他治理技術(shù)，吸附式治理技術(shù)有著操作簡單、技術(shù)要求寬泛、治理成本適中的優(yōu)勢，多用于處理中低濃度與大氣量的VOC廢氣，但廢氣處理效果相對較差，對于凈化標準較為嚴格的VOC廢氣治理項目，不建議采用吸附式治理技術(shù)。

三、新型VOC廢氣治理技術(shù)手段

（一）光分解治理

光分解技術(shù)是采用特制高能高臭氧UV紫外線，在紫外線光束作用下使VOC廢氣進行降解的治理方法。光分解治理系統(tǒng)由光解空氣凈化器、水洗塔、排風機與管路等設(shè)施設(shè)備組成，在系統(tǒng)運行期間，預(yù)先對VOC廢氣進行水洗、除霧處理，將預(yù)處理完畢的廢氣送入UV光解空氣凈化器內(nèi)，在常溫、常壓條件下使用UV紫外線光束反復(fù)照射VOC廢氣，紫外線光束與凈化器內(nèi)空氣接觸后，與氧分子進行分解反應(yīng)，形成活性氧并轉(zhuǎn)化為臭氧，憑借臭氧對有機物極強的強氧化特性，使廢氣中原本處于游離狀態(tài)的污染物分子與臭氧產(chǎn)生氧化反應(yīng)，生成二氧化碳、水與低分子化合物，經(jīng)由排風管道排出室外，實現(xiàn)VOC廢氣治理、脫臭殺菌的技術(shù)目的。相比于傳統(tǒng)的VOC廢氣治理技術(shù)，光分解治理技術(shù)有著高效除惡臭、具備全天候廢氣治理條件、設(shè)備占地面積小、運行成本低廉的工藝優(yōu)勢。同時，可以在VOC廢氣治理過程中添加適量催化劑，以半導(dǎo)體材料或是納米材料作為催化劑，起到加快治理速度、提升廢氣凈化率的作用。

（二）生物治理法

生物治理法是一種處理不具備回收利用價值的中濃度、低濃度VOC廢氣的治理技術(shù)，技術(shù)種類包括生物過濾法、生物濾滴法、生物洗滌法三種，不同生物治理技術(shù)的適用范圍、工藝原理和處理效果有著差異性，需要根據(jù)VOC廢氣濃度、氣量與項目要求加以選擇。

第一，生物過濾法。修建生物濾池，在濾池內(nèi)部均勻填充填料，將填料層含水率保持在40%-60%區(qū)間范圍內(nèi)，根據(jù)填料種類、VOC廢氣組分來確定具體含水率，在填料顆粒表面形成一層具備良好生物活性的水膜，控制VOC廢氣穿過生物濾池中的填料層，將廢氣中所含污染物分子轉(zhuǎn)移、擴散至生物膜內(nèi)，作為微生物生長養(yǎng)分。此項方法適用于處理低濃度、大氣量的一般性VOC廢氣，可以將有機氣體去除率保持在95%以上，氣態(tài)污染物降解速度在10-100g·m3/h，且惡臭物質(zhì)去除率超過99%。同時，在應(yīng)用生物過濾法時，為取得理想廢氣治理效果，需要將生物濾池溫度始終保持在35℃左右，在處理憎水性與親水性有機氣體時分別將填料含水率控制在40%與60%，并將過濾池pH值控制在7-8左右，必要時在濾池填料層中添加適量的大理石等材料，起到控制濾池pH值、改善填料緩沖能力的作用。

第二，生物濾滴法。修建生物濾滴床，濾滴床結(jié)構(gòu)與生物濾池較為相似，但在床體內(nèi)部填充惰性填料，填料層空隙率相對較大，僅具備生物生長載體功能，由微生物對廢氣中含有的污染物進行生物降解。在系統(tǒng)運行期間，采取投加回流液形式為微生物提供生長必需的營養(yǎng)物質(zhì)與緩沖液，定期更換全新的回流液體。此項方法適用于處理污染物降解過程中會釋放大量酸性物質(zhì)的VOC廢氣，有著易調(diào)節(jié)pH值、具備良好緩沖能力、可承受較大污染物負荷、高效處理含鹵化物與氮化合物廢氣的工藝優(yōu)勢，但在廢氣治理系統(tǒng)長時間運行期間時常出現(xiàn)填料堵塞的問題，需要定期進行清理或更換填料。

第三，生物洗滌法。修建活性污泥曝氣池、沉淀池、洗滌塔與安裝鼓風機等設(shè)備，將VOC廢氣導(dǎo)入洗滌塔中，把污染物氧氣吸收至液相，再通過活性污泥對液相所含污染物質(zhì)進行分解處理，凈化處理后的氣體自頂端向外排出，完成VOC廢氣治理任務(wù)。此項技術(shù)適用于處理氣量小、高濃度、生物代謝速率低的VOC廢氣，可以將臭氣成分去除率保持在99%以上，但廢氣處理效果將受到曝氣水深、污泥濃度、營養(yǎng)物質(zhì)投放頻率與單次投放量等多種因素影響，需要根據(jù)項目情況制定一套合理的生物洗滌廢氣治理方案。

（三）新型吸附治理技術(shù)

考慮到傳統(tǒng)吸附治理技術(shù)有著廢氣處理效果不佳、氧化反應(yīng)表面積有限的工藝局限性，為解決此類問題，近年來，在原有技術(shù)基礎(chǔ)上，對吸附技術(shù)進行優(yōu)化改進處理，推出沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮法、UV光解催化-活性炭吸附等新型吸附治理技術(shù)。

沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮法是使用陶瓷纖維材料作為基材，制作蜂窩狀結(jié)構(gòu)的大型圓盤輪，在圓盤輪表面均勻涂刷具備疏水特性的沸石作為吸附劑，疏水沸石經(jīng)過高溫燃燒后有著極強的吸附性，在處理大風量、低濃度VOC廢氣時，可以將有機廢氣吸收率保持在95%以上。相比于早期型號吸附轉(zhuǎn)輪，最大處理風量提升50%及以上，僅需配置一臺厚高在400-600mm的沸石轉(zhuǎn)輪，即可滿足絕大多數(shù)情況下的VOC廢氣治理需要，無需并列配置多臺吸附轉(zhuǎn)輪。

UV光解-活性炭吸附技術(shù)是同時在VOC廢氣處理系統(tǒng)中安裝UV光解催化氧化箱與活性炭吸附箱設(shè)備，VOC廢氣在UV光解催化氧化箱內(nèi)產(chǎn)生光催化氧化反應(yīng)，先后使用185nm與254nm波長的紫外光來照射VOC廢氣，廢氣產(chǎn)生裂解反應(yīng)，形成水、二氧化碳、臭氧與大量小分子物質(zhì)。隨后，將催化氧化處理后的VOC廢氣送入活性炭吸附箱內(nèi)，在活性炭多孔結(jié)構(gòu)內(nèi)部與表面附著小分子物質(zhì)與活性氧等附屬產(chǎn)物，靜置一段時間后，將吸附完畢后剩余氣體通過引風機在地面高點處向外排出。相比于傳統(tǒng)吸附治理技術(shù)，UV光解-活性炭吸附技術(shù)有著氧化反應(yīng)表面積大、充分釋放活性炭表面空間、明顯改善吸附效果的優(yōu)勢。

（四）低溫等離子體治理

低溫等離子體治理是憑借等離子體在特定條件下瞬時釋放的強大電場能力，對VOC廢氣有害物質(zhì)的化學(xué)鍵能進行電離、裂解處理，通過破壞廢氣分子結(jié)構(gòu)的方式起到凈化處理作用。在系統(tǒng)運行期間，受到外加電場作用影響，介質(zhì)產(chǎn)生放電反應(yīng)，持續(xù)釋放包含大量電子、自由基以及多種離子等物質(zhì)在內(nèi)的混合體，由混合體轟擊VOC廢氣中的污染物分子，產(chǎn)生一系列物化反應(yīng)，將大分子污染物轉(zhuǎn)變至小分子安全物質(zhì)，并將有害物質(zhì)轉(zhuǎn)變至低害、無害物質(zhì)。

相比于其他VOC廢氣治理技術(shù)，低溫等離子體治理技術(shù)有著可去除惡臭、凈化能力強、操作簡單、設(shè)備耗電量小、反應(yīng)速度快、無二次污染和適用范圍廣的優(yōu)勢，可以與吸附、溶解吸收等其他技術(shù)搭配使用，以此來改善廢氣治理效果。同時，為保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行，需要將廢氣處理溫度保持在80℃以內(nèi)，每隔一段時間全面清理電極組件上附著的雜質(zhì)，及時更換破損電極組件。

四、結(jié)語

綜上所述，在全新時代背景下，隨著VOC廢氣產(chǎn)生總量的增加，VOC廢氣治理工程的重要程度明顯提升，也對廢氣治理技術(shù)水平、治理效果提出更高要求。相關(guān)企業(yè)與從業(yè)人員需要積極踐行可持續(xù)發(fā)展理念，加大對VOC廢氣治理技術(shù)的應(yīng)用研究力度，根據(jù)實際治理需要來選擇適當技術(shù)種類，編制科學(xué)合理、切實可行的VOC廢氣治理技術(shù)方案，重點提升廢氣凈化率與改善技術(shù)條件適用性。