工業揮發性有機廢氣治理的常用手段研究

李月香

（山東天成工程咨詢有限公司，山東 濰坊 261100）

我國在現代化經濟高速發展的同時，環境污染問題日益嚴峻，尤其是工業發展中產生的大量揮發性有機廢氣，對大氣環境造成了嚴重污染，非常不利于人們的身體健康。揮發性有機廢氣包括非甲烷碳氫化合物、鹵代烴、含氧有機化合物等，其在空氣中容易與二氧化氮發生化學反應，在光照作用下形成臭氧污染，甚至加重PM2.5污染和光污染等，因而對人體健康造成了嚴重威脅，也加劇了生態環境的惡化。因此，相關部門和企業需要加大對工業揮發性有機廢氣的治理力度，并采取科學措施對其進行綜合防治，以減少大氣環境的污染，促進生態環境的平衡發展。

1 工業揮發性有機廢氣的來源及危害

揮發性有機廢氣是指沸點處于50～200 ℃，室溫飽和蒸氣壓超過133.2 Pa的物質[1]。這是一種有害氣體，不僅污染空氣，而且危害人類健康。工業生產中的廢氣種類逐漸增多，工業揮發性有機廢氣中物質的排列組合也越來越復雜，組合形式多種多樣，包括醛類、酮類、烴類、硫化物、胺類等物質。除甲醛外，多數揮發性有機廢氣不溶于水。大氣環境中幾乎包含了所有種類的揮發性有機廢氣，雖然濃度不高，但是治理難度較大。揮發性有機廢氣主要來源于燃料燃燒、交通運輸尾氣排放、工業生產等，尤其是表面涂裝、橡膠、塑料、化工、制藥、煤炭加工等產業中，會應用到大量的含揮發性有機物的物料進行加工生產，這些含揮發性有機物的物料是揮發性有機廢氣的主要來源。此外在餐飲行業、露天燒烤過程等產生的油煙中，以及室內裝修、家用電器維修、汽車維修中也存在一定的揮發性有機廢氣，揮發性有機廢氣的組成如圖1所示。

圖1 揮發性有機廢氣組成示意圖

揮發性有機廢氣不僅具有刺激性氣味，而且還伴有毒性、惡臭、致畸形性、致癌性，容易引起燃燒甚至爆炸現象。揮發性有機廢氣會破壞人體內維生素E的形成，引起面部色斑，出現身體畸變、致癌等風險，長時間接觸揮發性有機廢氣還會引起人體機能下降，視力模糊、呼吸道損壞、細胞代謝受到影響等，甚至引起神經系統異常。如室內裝修材料中含大量甲苯、甲醛等有害物質，對人體健康損傷較大；在長時間的陽光照射作用下，大氣中的氮氧化物等物質會與氧化劑發生化學反應，形成臭氧，對人體健康造成負面影響；揮發性有機廢氣還會影響植物的正常生長，阻礙植物的光合作用，含硫、氟物質也會抑制植物生長，甚至引起農作物死亡、枯萎，造成糧食減產；揮發性有機廢氣中的芳香烴具有較強的揮發性，而且傳播速度較快，對大氣環境造成了嚴重污染，危害人體健康，甚至引起全球性的溫室效應、氣候變暖、臭氧層破壞等；揮發性有機廢氣中的顆粒較大，形成PM2.5污染，引起城市霧霾、光化學煙霧等問題[2]。因此，相關部門和企業需要嚴格處理揮發性有機廢氣，并引進先進技術手段，有效防治工業生產中的廢氣排放，同時還要引進清潔能源，實現生產技術工藝的創新與優化，并改進生產設備，進一步減小揮發性有機廢氣對大氣環境的危害性。

2 工業揮發性有機廢氣治理技術

2.1 生物處理技術

生物處理技術主要是利用微生物自身的代謝能力，把揮發性有機廢氣中的有機成分作為養分，對其進行降解、代謝，并最終將其轉化為水、二氧化碳等無機物。該技術應用成本較低，不會產生二次污染，在對養殖業中的臭氣、糞肥發酵的廢氣處理中得到了廣泛應用。在具體應用中，技術人員需要先把揮發性有機廢氣進行液化處理，并在過濾器中覆蓋生物膜，當有機廢氣被微生物吸附后，可以通過生物膜上微生物的代謝功能，將其中的有機成分進行降解和轉化，從而實現對廢氣的降解。生物處理技術的處理效果較好，但需要對特定微生物進行培育，以提高生物膜的適應能力，從而進一步提高廢氣處理的效果[3]。

2.2 納米材料凈化技術

納米材料凈化技術是一種新型處理技術，主要是利用一種極細的納米材料對揮發性有機廢氣進行催化和吸附，從而對有機物進行高效轉化。納米材料的表面積較大，活性基團多，可以提高對揮發性有機廢氣的處理效果，因而具有非常廣闊的應用前景。

2.3 燃燒技術

燃燒技術主要包括蓄熱燃燒法和催化燃燒法兩種。蓄熱燃燒法是對蓄熱體進行燃燒，并能夠把燃燒過程中形成的熱量存儲起來，然后將其釋放，用于對混合氣體進行加熱，當溫度升至750 ℃時，需要停留0.5秒，這樣可以把揮發性有機廢氣中的有害物質進行分解，形成無害物質[4]。該處理技術操作簡單，較適用于處理高濃度揮發性有機廢氣，但是對技術的要求較高；催化燃燒處理技術是把廢氣引入到反應系統中，并加入特定的催化劑，對反應系統進行加熱，當溫度升高至260 ℃左右時，廢氣中的有機物會與催化劑發生反應，生成二氧化碳和水，實現廢氣處理目的。該技術對溫度和濃度較高的有機廢氣的凈化效果較好，對溫度要求不高，可以降低能源消耗，能夠對廢氣進行有效性處理，且不會產生二次污染。但是該工藝操作復雜，需要對其進行預熱，然后燃燒凈化，再進行熱量回收。在對低濃度廢氣進行處理時，需要對其進行吸附濃縮，才能進行催化燃燒，其流程詳見圖2。

圖2 催化燃燒處理技術

2.4 冷凝技術

在揮發性有機廢氣的處理過程中，冷凝技術發揮著重要作用。在不同溫度、濃度情況下，揮發性有機廢氣的飽和度存在很大差異，因此可以創建特定條件，利用冷凝技術對揮發性有機廢氣進行回收。在具體應用中，需要把工業廢氣直接引入到冷凝器中，并通過吸附、吸收、解析、分離等一系列環節，對廢氣中的有機物、余熱進行回收，從而實現廢氣凈化的目的，并對其進行達標排放。該技術適用于廢氣濃度較高、溫度較低且風量不大的情況，通常在制藥、石化行業中應用。在實際應用過程中，可以再加裝一級有機廢氣凈化裝置，實現廢氣的達標排放[5]。

2.5 低溫等離子凈化法

低溫等離子體被稱為第四形態，在外加電壓達到氣體的放電電壓時，等離子體中的高能離子高速攻擊有機廢氣中的分子，速度每秒可達3500萬次，從而對廢氣中的有機組分進行分解和電離，形成電子、離子、原子、自由基等混合體，提高了氧化反應效率，實現了對有害物質的有效轉化。等離子處理技術的適應性較高，不會受到其他因素的干擾，因而應用潛能較高。但是這是一門交叉學科，涉及到放電物理學、放電化學、化學反應工程等學科的知識，對該技術進行成熟掌握和應用非常難，而且該技術在使用過程中很有可能產生小分子的有機化合物，對環境造成二次污染[6]。

2.6 吸附法

吸附法包括以下幾種：（1）直接吸附法，是利用活性炭吸附凈化有機廢氣，對有機物的凈化率較高，操作簡單，費用低；（2）吸附-回收法，是利用活性炭纖維對揮發性有機廢氣進行吸附，當其達到飽和狀態后進行過熱蒸汽反吹，達到脫附再生的目的。活性碳纖維的環保效果較好，吸附能力較強，內外部包含大量的碳原子，可以使其表面形成固體結構，提高吸附處理效果，吸附效率可達95%。該方式吸附速度較快，微孔豐富，方便進行再生和循環使用。（3）新型吸附-催化燃燒法，是利用新型吸附材料進行吸附處理，當其趨于飽和狀態后進行加熱，進行吸附、解析、脫附，然后利用催化燃燒床進行無焰燃燒處理，實現對有機廢氣的徹底凈化處理，該技術常用于對低濃度、風力大的廢氣進行處理[7]。

2.7 吸收法

該方式是利用吸收液對廢氣進行吸收、凈化，其中吸收劑包含水、液體石油類物質等，通過對廢氣進行吸收，待飽和后進行加熱、解析、冷凝等處理，可以對余熱進行回收。該方式適用于濃度和溫度較低且風量較大的情況。

2.8 微波催化氧化技術

該技術在應用過程中，可以將解析技術與空氣凈化技術進行融合，實現技術升級，達到微波解析的目的。該技術在應用中對資源的消耗較低，能夠提高凈化處理效果，并可以對催化劑進行重復使用，因而成本較低[8]。

2.9 膜分離技術

該技術主要是利用半透性的聚合膜對廢氣進行分離，從而提取其中的有機組分，其操作流程簡單，不會產生二次污染，且能源消耗較少，在濃度較高的廢氣凈化中較為適用。在具體應用中，需要通過壓縮冷凝、膜分離等步驟，對廢氣進行加壓冷凝，然后進入到膜分離組件中，再由半透膜對未冷凝的有機氣體進行分離，從而對各類污染物進行有效凈化，其中包含苯、甲苯、氯乙烯等[9]。

2.10 光催化氧化技術

該技術主要是利用負載型的納米Ti02光催化劑對廢氣進行凈化，該催化劑以活性炭纖維為載體，其抗光腐蝕能力和吸附能力較強，在使用中較為清潔，不會產生二次污染，具有明顯的抗菌效果。利用該技術可以把揮發性有機化合物轉化為無機物，且不會產生太多的副產物。在具體應用中，還可以與納米技術聯合使用，提高降解效果[10]。

3 工業揮發性有機廢氣的防控策略

為了對工業揮發性有機廢氣進行有效防控，需要相關部門對煤炭加工、石油化工等企業的生產技術進行持續性創新與優化，并引進清潔生產技術。同時，環保部門應加大對揮發性有機廢氣排放相關知識的宣傳，并對工業企業進行正確引導，鼓勵企業開展技術革新，并對原有生產設備和生產工藝進行改造創新，引進清潔生產設備，從而有效控制揮發性有機廢氣的排放總量；按照“實際生成量+生產裕量”進行核算[11]，產生揮發性有機物的企業應對進出料口、揮發性有機物儲罐、危廢庫等廢氣進行規范性收集，以減少廢氣散播；完善廢氣收集系統，按照規范、標準的要求，合理選擇最優可行技術或最佳可行技術對揮發性有機物進行處理；監管部門應加大對企業的監管力度，一旦發現稀釋排放的現象，就要對其進行嚴格處置，以減少廢氣的排放量；加大對高新技術的研發力度，提高原材料的轉化率，減少資源浪費，降低揮發性有機廢氣的產生；在印刷、噴涂工業中，鼓勵利用新型綠色原料代替高含量揮發性有機化合物生產原料，實現生產工藝的創新，實現有機廢氣的源頭控制；針對運輸行業需要開發利用的清潔能源，對運輸產業進行創新，倡導綠色出行，并研發新型環境節能運輸工具；相關部門要充分發揮自身的職能作用，加大對揮發性有機廢氣的監控力度，對相關工業企業進行全面監督和檢測，實現揮發性有機廢氣的規范性排放。同時，對各類產品制造設備、制造工藝等展開全面的排查和監督，利用專業檢測設備強化生產現場的溯源工作，并結合排查結果，督促有問題的企業進行生產設備改造，加強對企業的整治力度，完善監督管理制度，進一步提高揮發性有機廢氣的管控效果，嚴格控制揮發性有機廢氣的排放量，確保其能夠達標排放；要加強對企業相關工作人員的培訓力度，提高員工的環保意識，強化其責任意識，并定期組織召開行業內相關治理技術會議，對專業治理技術進行普及推廣，同時引入典型案例展開綜合性分析，明確國內大氣污染的排放標準，以便引導各工業企業能夠對揮發性有機廢氣進行科學處理[12]。

4 結語

綜上所述，工業揮發性有機廢氣對生態環境、人體健康造成了嚴重威脅。如果人體長期吸入揮發性有機廢氣，不僅會對身體機能造成嚴重損傷，甚至還可能導致畸形或致癌，此外還會影響動植物的正常生長，引起農作物減產，因而不利于農業的發展。因此，相關部門和企業要加大對工業揮發性有機廢氣的治理力度，采取科學合理的防治措施，引進清潔能源，并對傳統工業生產技術和設備進行改進、升級，實現生產技術、生產工藝的創新與優化，全面提高對工業揮發性有機廢氣的處理效果。

當前，我國在廢氣處理技術已經取得了一定的成就，但是仍需要進行深度研發，進一步提高有機廢氣處理技術的水平，在推動工業迅速發展的同時，保障生態環境的安全。