大氣環境中揮發性有機廢氣治理常用方法相關研究

天津市薊州區生態環境局 程立娜，王春晨，孫松，劉金友

在生態環境部發布的《2021年中國生態環境統計年報》中，明確顯示:“2021年全國廢氣中二氧化硫、氮氧化物和顆粒物的排放量分別為318.2萬噸、1019.7萬噸和611.4萬噸，并且工業源廢氣占據比重較大，分別 為79.6%、40.9%、65.6%。”面對較大的廢氣排放量，我國也加大了治理力度，不過從實際來看效果不夠理想，究其原因與有機廢氣排放管控不嚴、大氣環境監測不足、采用治理技術落后等相關，要求新時期要對大氣環境中的揮發性有機廢氣進行全面細致的研究，并在準確把握揮發性有機廢氣來源及可能產生危害以后，采用極具針對性的治理技術方法進行妥善解決，以實現對大氣環境的有效保護[1]。

一、揮發性有機廢氣的來源、特點和危害

（一）來源

揮發性有機廢氣包括丙酮、甲醛、正乙烷、乙醇等內容，主要來源有：（1）石油化工生產所排出的工藝尾氣，比如加熱爐煙氣、催化劑再生煙氣、硫回收尾氣等，見圖1所示；（2）煤、石油、天然氣等燃燒時產生的不完全燃燒產物，機動車所排放尾氣含有的未燃燒完全烴類物質等；（3）開展室內裝修活動使用的油漆、溶劑、膠合板等，在常溫狀態下釋放出的甲苯、甲醛、酚類等物質；（4）日常生活中使用的化妝品、消毒劑、有機農藥、洗滌劑等，進行加工和使用過程有可能會產生醚類、酚類等揮發性有機物質[2]。

圖1 工業生產有機廢氣排放

（二）特點

揮發性有機廢氣有以下特點：（1）不同行業開展生產活動，所產生的有機廢氣存在一定的差異，并且這些差異主要體現在污染物成分、污染方式、污染濃度等不同上面；（2）一些有機廢氣具有易燃易爆和有毒有害的特點，當這些有機廢氣進入到大氣環境中以后，很有可能與其他物質相互發生作用，所帶來的危害也十分巨大；（3）部分行業開展生產工作，排放的有機廢氣會伴有顆粒物、二氧化硫等無機成分，對其進行治理難度較大，通常要先進行預處理[3]。

（三）危害

揮發性有機廢氣的危害主要有：（1）威脅人類健康，揮發性有機廢氣中存在的苯類物質毒性非常大，并且在空氣中氣化以后會有較為強烈的刺鼻味道，如果人長時間接觸這類物質，很有可能會對人的嗅覺器官和身體健康帶來不利的影響；（2）產生二次污染物，揮發性有機廢氣在適合溫度條件下，可以與大氣中存在的碳氫化合物發生化學反應，以此生成二次污染物，比如霧霾，這也會對大氣環境和人體健康帶來極大的影響；（3）破壞生態平衡，隨著有機廢氣中的烴類物質得到揮發以后，臭氧層就會遭受破壞，并嚴重威脅到各地區的生態平衡，各類自然災害發生概率也會提升。

二、大氣環境中揮發性有機廢氣常用治理技術

（一）吸附處理技術

采用吸附技術對大氣環境中的揮發性有機廢氣進行治理，涉及方法包括：（1）直接吸附法，實際操作可以直接選用吸附能力較強和纖維表面較為均勻的活性炭，對濃度較高的有機廢氣進行直接吸附處理，吸附效率可以達到90%以上，并且具有設備簡單、投資較小、吸附效果好等的應用優勢。（2）吸附回收法，簡單來說就是先使用纖維活性炭對有機廢氣中存在的揮發性有機物進行有效的吸附與去除以后，再通過熱水蒸氣進行反吹和脫附再生，實際運用要想取得理想的效果，就要注意在使用時提供必要的蒸汽量[4]。（3）吸附催化燃燒法，這種方法在揮發性有機廢氣處理中運用，由于融合了吸附法和催化燃燒法的優勢特點，整個廢氣處理效率與質量也能得到極大的提高，實際操作中可以先采用蜂窩轉活性炭進行吸附作業，并在接近飽和狀態后引入熱空氣進行脫附與解析，然后將完成脫附以后的廢氣引入到燃燒床中進行無焰燃燒，產生的熱量則進行循環利用，降低能源消耗、廢氣凈化率高等優勢十分明顯。

（二）燃燒處理技術

在對一些濃度較高的揮發性有機廢氣進行處理時，可以考慮對燃燒處理技術進行運用，主要是因為這一技術使用具有較高的實效性，并且實際操作也較為簡單，具體方法有：（1）直接燃燒法，操作時不需要添加任何物質，直接對揮發性有機廢氣進行燃燒處理，執行時也要注意把控好燃燒的溫度，一般不會超過1000℃，雖然可以提高廢氣處理效率，并且操作上也較為簡單，但是這種方法運用所產生的煙氣很有可能會引發二次污染。（2）助燃熱力燃燒法，使用該種方法處理有機廢氣，通常會借助一些助燃的物質進行操作，甚至還可以將廢氣當作助燃劑，并且燃燒溫度只需要控制在800℃，就能夠取得較好的廢氣處理效果，節約能源資源優勢也十分明顯[5]。（3）催化燃燒法，在揮發性有機廢氣處理中，對催化燃燒法進行運用，就需要充分發揮催化劑的作用，使廢氣中的可燃物質能夠在較低溫度下進行氧化分解，并且與熱力燃燒法相比較，輔助燃料運用少、能量消耗比較低、設備設施體積小等優勢更加明顯。

（三）冷凝處理技術

采用冷凝技術對揮發性有機廢氣進行處理，其工作原理就是將有機廢氣直接導入到冷凝器當中，并在完成吸附吸收處理以后，再將解析的濃縮廢氣引入到冷凝器中，待經過冷凝液分離以后，就可以對有價值的有機物進行有效回收與利用。冷凝處理技術在有機廢氣處理中能夠取得較好的凈化效果，主要是因為利用了物質在不同溫度下有不同飽和蒸氣壓這一性質，在通過增加和降低系統溫度以后，處于蒸汽狀態的污染物就會發生冷凝，并有效從廢氣中分離出來，具體操作中要提高廢氣的凈化效果，就要注意將冷凝技術與吸附技術、其他凈化手段等相互聯合起來，以達到提高處理效率和效果的目的[6]。

（四）光催化氧化技術

對揮發性有機廢氣分子進行治理時，可以對光催化氧化技術進行運用，操作中會利用一定波段的高能紫外光波，對揮發性有機廢氣的分子結構進行破碎分解，然后通過特定的催化氧化劑使之產生電子空穴，并且在與氧氣和水進行充分接觸以后，所產生的高濃度臭氧活性粒子會與有機廢氣分子相互發生反應，最終將有機廢氣大分子直接降解為小分子物質。與此同時，在使用光催化氧化技術對有機廢氣治理時，要對紫外光波長、實際照射強度、使用催化劑種類等進行綜合性的考慮，一般情況下會優先考慮使用TiO2，主要是因為光照越強催化劑活性就會越大，最終廢氣處理效率與效果也會更高，甚至還可以采用摻加金屬粒子的方式，提升TiO2的活性。

（五）低溫等離子技術

將低溫等離子技術應用到揮發性有機廢氣處理中，其工作原理是借助介質阻擋放電過程被擊穿，從而產生高能量活性基團，促進其與揮發性有機廢氣中的有機物分子發生電化學反應，最終生成水與二氧化碳，不僅可以起到較好的揮發性有機廢氣凈化處理效果，還能防止二次污染問題發生。實際操作中，由于低溫等離子技術運用會涉及高壓放電內容，因此在使用時要注意對環境加強管控，以防止意外情況發生，必要情況下還可以對實際操作流程進行監督，以保證整個處理工作順利進行，相應設備也能保持高效地運轉[7]。

三、大氣環境中揮發性有機廢氣治理優化創新

（一）重視大氣環境監測分析

采用上述提到技術對大氣環境中的揮發性有機廢氣進行治理，只能取得治標不治本的效果，因此在治理揮發性有機廢氣時，還要將治理端口向前移，并通過深化落實大氣環境監測分析工作，有效把握大氣環境中揮發性有機廢氣排放量情況，并根據有機廢氣組成成分、實際濃度等，采用更具有針對性的措施進行處理，可以進一步提高廢氣治理效果，相關措施包括：（1）開展大氣環境監測工作，根據地區實際情況，積極組織開展大氣環境監測工作，并且要提高實際工作效率，在開展工作時還要注意堅持與時俱進，對現代化儀器設備進行科學合理的使用，這些儀器設備包括環境大氣采樣器、環境顆粒物采樣器、大氣顆粒物綜合采樣器、揮發性有機物采樣器、甲烷總烴非甲烷總烴采樣器等，通過這些儀器設備在大氣環境監測中發揮作用，可以更好把握地區大氣環境整體情況，針對揮發性有機廢氣排放量、成分物質、實際濃度等也能有效地把握[8]。（2）加強監測數據信息分析，在完成大氣環境監測工作以后，也要對監測所得的數據信息進行全面細致的整理與分析，并將工作重點放在揮發性有機廢氣上面，執行時可以借助大數據、云計算等技術，以實現各類監測數據信息的自動化處理與分析，并生成所需要的各類分析結果圖表產品，為后續開展大氣環境保護和揮發性有機廢氣治理工作提供有力參考依據。

（二）加強處理技術創新升級

雖然采用吸附、燃燒、冷凝等技術對揮發性有機廢氣進行處理，可以取得較好的效果，但是實際運用也容易出現凈化不徹底、發生二次污染等問題，不利于揮發性有機廢氣治理能力與水平得到提升，這時候要對這些問題進行解決，就要緊跟時代發展步伐，對揮發性有機廢氣處理技術進行創新升級，以提高實際處理效率與質量，相關措施包括：（1）聯合使用多種處理技術，在處理揮發性有機廢氣時，要克服單一處理技術使用存在的缺陷，根據廢氣處理實際情況，將多種處理技術聯合起來進行運用，能夠取得更好的效果，比如將吸附技術與催化燃燒技術相互結合起來，就可以通過吸附法將有機廢氣中的大分子有機物進行有效的去除，對于一些可燃物質，則通過發揮催化劑的作用有效實現氧化分解，整體來看揮發性有機廢氣凈化效率也會有所提升[9]。（2）積極研發新的處理技術，依托現代快速發展的技術手段，對揮發性有機廢氣處理技術進行改革創新，并更好地服務于有機廢氣治理，比如納米空氣凈化法，作為一種較為先進的廢氣處理工藝，實際操作會對納米材料進行運用，并在電解水蒸氣中產生較強氧化性的羥基負離子，相較于強氧化劑羥基負離子還原電位更高，并對空氣中存在的有機污染物進行有效的氧化，對苯類、烷烴類等揮發性有機廢物去除效果比較好，并且不會產生二次污染。

（三）強化廢氣源頭治理管控

要從根源上治理揮發性有機廢氣，就要做好以下工作：（1）減少廢氣排放，實際操作中可以對環保型的材料和綠色生產技術進行運用，比如新型節能墻體材料涂料、無溶劑復合技術等，可以從根源上減少揮發性有機廢氣的排放量，并實現對大氣環境的有效保護。（2）加強工業生產管理，考慮到工業生產是揮發性有機廢氣的主要來源，因此在開展揮發性有機廢氣治理工作時，就要對工業生產管理引起極大的關注，實際操作中可以引導各工業企業在有機廢氣產生環節使用吸附、吸收等工藝，對有機廢氣存在的污染物進行有效的凈化處理，并對超出有機廢氣排放標準的企業實施嚴厲的懲處，進而倒逼工業企業高度重視自身的轉型升級和技術創新，最終取得較好的有機廢氣治理成效。（3）提高廢氣收集率，嚴格遵循“應收盡收、分質收集”的原則，對揮發性有機廢氣收集系統進行科學合理的設計，并在此過程中將無組織的排放轉變為有組織的排放控制，執行時要采用全密閉集氣罩和保持微負壓狀態，然后采用適宜高效的治污設施和組合工藝進行有效的處理[10]。（4）開展企業幫扶指導，特別是對污染物排放量比較大的工業企業，可以組織專家為這類工業企業處理有機廢氣提供更加專業的指導與支持，實際操作中也可以從編制切實可行污染治理方案、明確原輔材料替代、改進優化生產工藝、廢氣收集治理等方面入手，助力這些工業企業盡快實現轉型升級，并最大程度的降低有機廢氣排放量。

四、結語

本文是對大氣環境中揮發性有機廢氣常用治理方法的研究，工業事業的不斷發展，使得揮發性有機廢氣排放量逐漸增大，并對大氣環境造成極大的污染，不利于人與自然和諧發展，對揮發性有機廢氣治理也愈發的重視。實際操作中，可以有效采用吸附、冷凝、燃燒、低溫等離子等技術，對大氣環境中的揮發性有機廢氣進行治理，并深化落實好大氣環境監測、相關數據分析、處理技術創新、加強源頭治理等工作，不僅可以從根源上減少揮發性有機廢氣的排放量，還能促使揮發性有機廢氣治理技術水平得到提升，并實現對大氣環境的有效保護。