大氣環境揮發性有機廢氣治理研究

王婉雪，劉思遠，董澤林

[1.思立博（北京）環境技術有限公司，北京 101318；2.奧來國信（北京）檢測技術有限責任公司，北京 101318]

隨著我國現代化工業的不斷發展，切實推動了我國經濟的發展，但也造成了嚴重的空氣污染，大氣環境揮發性有機氣體產生量急速增長。盡管我國針對這一現狀制定了治理大氣污染的相關措施，但由于受到各方面因素的影響，導致大氣環境揮發性有機廢氣治理效果并不明顯，大氣環境質量不斷下降。解決這一問題的根本途徑是對大氣環境揮發性有機廢氣治理技術進行不斷優化和完善。

1 大氣環境揮發性有機氣體的特點

大氣環境中揮發性有機氣體主要指的是沸點在50～250℃之間的有機化合物，由于揮發性有機氣體沸點不高，所以在一般溫度下通常都以蒸汽的形式存在，由碳氫化合物、烴分子中的氫原子被鹵素原子取代后的化合物以及氮烴等組成。大氣環境中的揮發性有機氣體對人類人體健康能夠造成巨大傷害，嚴重可引發人體畸形生長，出現癌變。形成揮發性有機氣體污染的重要原因是工業生產持續快速增長，生產規模的日益擴大。二十世紀四十年代，美國是第一個發現揮發性有機氣體能夠使大氣環境變渾濁的國家，對植物的健康生長也會產生嚴重影響，導致植物出現大面積死亡，同時人類眼疾和呼吸道疾病患者人數大幅增加。目前，大氣環境中的揮發性有機氣體由企業廠區內燃料燃燒和生產工藝過程中產生的各種排入空氣的含有污染物氣體和汽車從排氣管排出的廢氣組成，并在紫外線的作用下變成了致命毒氣[1]。

2 大氣環境中揮發性有機氣體產生的危害

2.1 室內危害

室內危害主要體現在污染氣體濃度嚴重超標，如果人們長期處于這樣的室內環境中，就很容易引發頭疼、惡性嘔吐、四肢無力等不良癥狀，嚴重可導致人類記憶力快速下降、出現昏迷伴有抽搐、癲癇持續狀態，同時還會對人體肝腎功能、神經系統等造成傷害。而大氣環境中的大量污染氣體遇光發生的一系列化學反應能夠形成危害人類身體健康的物質，這些物質在人體內長期沉淀必將引發嚴重的病變，對人體身體健康造成嚴重危害，進而威脅到人類的生存和發展。

2.2 室外傷害

室外傷害指的是在大氣環境中造成的污染，包括直接傷害和間接傷害。直接傷害指的是揮發性有機廢氣的毒性對人類身體健康帶來巨大影響和導致植物出現大面積死亡現象。電正性較強的金屬或非金屬與硫形成的一類化合物和含負價氟的有機或無機化合物的含量是影響植物生長過程的重要因素，而持續向大氣環境中排放揮發性有機廢氣是造成電正性較強的金屬或非金屬與硫形成的一類化合物和含負價氟的有機或無機化合物含量大幅上升的主要原因。污染物的濃度或總量超標不僅給植物生長過程帶來了嚴重影響，還會使其發生病變或者出現大面積死亡。即便污染的濃度或總量較低也能夠給植物帶來慢性影響，最終發生病變，這也是現階段影響我國農作物產量和農產品品質的因素之一。間接傷害指的是對氣候環境帶來的影響，間接危害已經在全球范圍內發生，如全球氣候變暖。揮發性有機廢氣含量的持續增加使大氣混濁度逐漸提升，陽光無法直射造成地面接收的光照輻射直線下降，對動物和植物的成長和健康發育都產生了影響。另外，由于這一氣體形成的微粒具有強烈的凝結水氣作用，導致降水量逐年增大，影響了氣候和環境的變化[2]。

3 大氣環境中揮發性有機廢氣治理技術分析

研究發現，揮發性有機廢氣是嚴重威脅大氣環境和人類健康的重要因素，揮發性有機廢氣不僅能夠與氮氧化物，如一氧化二氮（N2O）、一氧化氮（NO）、二氧化氮（NO2）、三氧化二氮（N2O3）等光化作用，形成光化學煙霧，還是引發人類患癌，造成動植物出現畸形的重要原因。產生揮發性有機廢氣的產品種類有很多，而且數量也比較大，如油漆涂料、石油的開采和石油產品的制成等都是產生揮發性有機廢氣的主要來源，給空氣質量管理帶來了一定的難度，因此，必須對揮發性有機廢氣進行有效治理，并對其治理技術進行深入分析。

3.1 吸附凈化技術

此技術是一種比較成熟的化工單元反應，是總結各種化學工業生產過程得出的具有共同化學變化特點的基本過程，吸附凈化技術被用于不同有機溶劑的回收，在印刷、印染、電子、噴漆及膠黏劑等生產行業中活性炭吸附法得到了廣泛應用，經常用于對無色透明易揮發的二甲苯、能溶解脂肪、油漆等多種物質的四氯化碳等有機溶劑的回收。最近幾年，由于環保政策要求越來越嚴格，吸附凈化技術也得到了迅猛發展，新的吸附凈化工藝和設備不斷涌現，吸附凈化技術的改進，如經過活化的含碳纖維和沸石的大力推廣和廣泛使用，在一定程度上增加了吸附凈化技術的應用范圍，提高了吸附凈化技術的使用率，使吸附成為揮發性有機廢氣治理技術的首選方法。造成大氣污染的廢氣及污染物主要來自工業污染和交通運輸工具，如汽車、火車、飛機、輪船等產生的廢氣，工業生產企業在生產中通常以煤炭、石油等作為主要燃料和原料，為了對揮發性有機廢氣進行有效治理，工業生產企業在生產過程中可以采用吸附凈化技術，利用吸附劑吸附大量的揮發性有機廢氣，這一技術不僅具有成本小、吸附強、工藝技術穩定的特點，還給企業帶來了較大的經濟效益和社會效益，對大氣環境污染治理工作的順利開展具有重要意義。但目前我國在采用吸附凈化技術處理揮發性有機廢氣時，對低濃度的揮發性有機廢氣不能起到顯著作用，因此，相關科研人員還應積極開發能夠適應我國揮發性有機廢氣的處理方法。

3.2 催化燃燒廢氣處理技術

催化燃燒廢氣處理技術在催化劑的作用下使大氣環境中的揮發性有機物在低溫狀態下（通常是200-400℃）進行氧化分解，起到凈化處理的效果。催化燃燒廢氣處理技術被廣泛應用在從事化學工業生產和開發的企業和單位、噴漆行業以及涂料、油墨、顏料及類似產品生產制造行業，這種技術方法具有能耗少、操作簡單、安全、凈化效率高等特點。現階段，市面上出現了多種型號的設備可供不同企業進行選擇。催化燃燒廢氣處理設備的主體結構由催化燃燒裝置主機、鍋爐引風機及電控柜組成。在早期生產過程中中，人們通常會采用氧化鋁作為載體的能改變化學反應速度而本身又不參與反應的貴金屬材料，但是由于貴金屬催化劑價格較高，因此逐漸被市面上一些其他催化劑所替代，如我國具有豐富的稀土資源，利用稀土制造的新型材料，已廣泛應用到許多領域，稀土在催化研究方面也取得了新的進展，如在納米材料、石油裂化中都有重要的應用，應用前景非常廣闊。使用催化燃燒處理技術處理廢氣時，由于在設備運行過程中，揮發性有機廢氣會在高溫下與空氣混合，極易引發爆炸。因此，在使用這一技術時，必須對配合比例進行嚴格控制，將其控制在爆炸范圍下限。

3.3 冷凝處理技術

這一技術多用于高濃度揮發性有機物的回收。尤其適用于處理體積分數在1%以上的揮發性有機廢氣，從理論上而言，能夠達到較高的凈化程度。冷凝處理技術設備成本不高，凈化效果較為明顯。但由于工業廢氣成分比較復雜，需要維持不同的低溫狀態，具有一定的技術難度。因此，冷凝處理技術經常會與其他廢氣處理技術聯合使用，以確保凈化效果。冷凝處理技術主要適用于以下場合：①處理高濃度揮發性有機物，如氣體組分單純的氣體；②將冷凝處理技術作為吸附凈化或催化燃燒的預處理，降低后續操作負擔；③處理含有水蒸氣較多的高溫氣體。

3.4 生物處理技術

生物處理技術是一種新興的治理大氣污染技術，是利用微生物的代謝作用，在有氧或缺氧的條件下，使揮發性有機廢氣中有機污染物氧化分解，轉化為穩定、無害物質的處理方法。部分微生物對揮發性有機廢氣中污染物具有一定的適應能力，利用微生物新陳代謝過程能夠實現化合物的降解，生物處理技術具有安全性高，操作簡便等特點，不會造成二次污染，同時不需要昂貴的特殊設備，經濟性較高[3]。

4 大氣環境中揮發性有機廢氣治理現狀

有機廢氣的來源十分廣泛，在化工生產、機械加工等各項生產環節中都會產生有機廢氣，而這些有機廢氣在不同因素影響下就會直接揮發于空氣中，對大氣環境造成污染，給生態環境帶來巨大危害，不僅影響了人們的生活質量和環境質量，還對人體健康造成了損害，增加了人們患癌的幾率。由于揮發性有機廢氣對人體造成了過大的危害，因此，人們對揮發性有機廢氣的治理也越來越重視。世界各國都頒布了與揮發性有機廢氣治理相關的法規，制定了相應的政策，對有機廢氣的排放進行了限制，大氣環境中揮發性有機廢氣的治理顯然已成為全球性的問題。目前，我國在揮發性有機廢氣的治理過程中依舊采用的是傳統的治理方法，而傳統技術經常存在一定的局限性，使用范圍也并不廣泛，在治理大氣環境中揮發性有機廢氣過程中并沒有取得實質性進展。因此，針對當前的情況，我國對大氣環境中揮發性有機廢氣的治理技術做出了深入的研究，并不斷改造和創新治理技術，并在此基礎上積極采納世界上先進國家的技術理念和治理揮發性有機廢氣的方法，最終形成了一套獨特的治理方法，有效改善了我國當前的環境[4]。

5 大氣環境中揮發性有機廢氣污染的防治

5.1 源頭控制和過程控制

石油化工行業是我國的支柱產業，主要是對原油、天然氣進行加工、銷售。以開采煤炭資源為主的煤炭加工行業是國家能源的主要來源之一，也是國家經濟的重要支柱之一，而這兩大行業也是工業生產過程中產生揮發性有機廢氣的主要來源。為了有效改善這一現狀，可以鼓勵相關企業不斷推進技術創新，支持企業采用新技術、新工藝、新設備，對現有設施、工藝條件及生產技術等進行改造提升，加快產業升級，在生產過程中采用無毒、無害或者低毒、低害的原料，替代毒性大、危害嚴重的原料；采用能夠達到國家或者地方規定的污染物排放標準和污染物排放總量控制指標的污染防治技術；采用資源利用率高、污染物產生量少的工藝和設備，替代資源利用率低、污染物產生量多的工藝和設備，以達到控制污染和節約資源的目的，在降低生產成本，增加企業效益的同時，盡量減輕和避免污染給大氣環境帶來的傷害。另外，選擇將揮發性有機物作為生產原料的企業必須加強生產組件的檢查工作，定期進行維護和保養，針對極易發生泄漏的生產設備生產和組件企業應做到檢查和維護工作，從源頭上防止由于揮發性有機廢氣泄漏對環境造成的影響[5]。

5.2 積極推進揮發性有機氣體監測工作

各級生態環境部門進一步深化生態環境監管服務，提升生態環境管理水平是大幅提升揮發性有機廢氣排放管控質量的重要途徑，通過監測產生揮發性有機廢氣的企業，能夠有效避免企業在實際生產過程給大氣環境帶來的污染和影響，各級生態環境部門要圍繞“質量”和“落實”兩個方面開展監管，不斷提上環境監管水平是現階段提高大氣質量的重要途徑。而相關企業必須全面配合生態環境監管部門所開展的各項工作，積極落實相關政策，健全與完善揮發性有機廢氣處理管理制度，進而為企業生產設備和生產儀器的穩定運行提供基礎保障。

5.3 應用與優化清潔生產技術

隨著我國經濟的快速發展，工業化和城市化突飛猛進，我國大氣污染狀況十分嚴重，大氣環境中總懸浮顆粒物濃度普遍超標，二氧化硫污染保持在較高水平，因此，對大氣污染進行治理迫在眉睫。一方面，應積極開展宣傳工作，加大宣傳力度，做好重點區域及重點排放揮發性有機廢氣企業宣傳工作，向多種類型的工業企業傳達減少揮發性有機廢氣排放量的好處起到了巨大作用。另一方面，科學制定相關政策，加快推進工業企業轉型升級，堅持技術進步，加快清潔生產先進技術研發，深入扎實推進重點企業清潔生產工作，進一步提升清潔生產水平，為工業企業提供更多更優質的清潔生產設備。企業還應根據自身實際發展規劃，積極組織科學技術人員有針對性地開展研發工作，爭取獲得關鍵技術的突破，進而在根本上降低揮發性有機廢氣的排放量[6]。

6 結束語

隨著我國現代化工業的不斷發展，許多工業產品的產量增長迅猛，使得我國空氣污染情況也越來越嚴重。但在社會文明發展和進步下，人們對環境的重視程度日益加深。在未來發展中，我國必須堅持可持續發展的原則，加大生態環境保護治理力度，以提高環境質量為核心，積極宣傳綠色環保知識，不斷提高生態環境質量，集結多方力量，堅持走綠色發展、生態崛起之路，建設完善生態體系。同時，加大對大氣環境中揮發性有機廢氣治理的投入力度，形成高效的治理方式。