VOCs 廢氣處理設(shè)備現(xiàn)狀及技術(shù)發(fā)展

孫塔娜

（中國石油大慶煉化公司檢維修中心，黑龍江大慶 163400）

0 引言

VOCs（Volatile Organic Compounds，揮發(fā)性有機化合物），是指常溫下飽和蒸汽壓大于70 Pa、常壓下沸點在260 ℃以下的有機化合物，或在20 ℃條件下蒸汽壓大于等于10 Pa，具有相應(yīng)揮發(fā)性的全部有機化合物。VOCs 有多種來源，主要分人工和天然兩類，其中，天然生成的異戊二烯類和其他污染物會形成難以控制的VOCs 排放氣體；而人工污染源則以燃煤、汽車尾氣、噴涂涂料等為主。

1 VOCs 有機廢氣治理

1.1 有機污染物排放監(jiān)測體系缺乏科學(xué)性和合理性

隨著環(huán)保意識的增強，國家環(huán)保監(jiān)管力度日益加強，在對有機污染物排放的治理過程中，VOCs 的治理占有舉足輕重的地位。只有廢氣的排放得到了有效治理，空氣質(zhì)量才能提高。但是，在某些環(huán)境治理較差的地方，監(jiān)測體系還不夠健全，為此，有關(guān)方面應(yīng)加強監(jiān)管制度的改進與完善。

1.2 VOCs 有機物排放物治理難度大

VOCs 氣體可以對人體造成很大的傷害，有可能導(dǎo)致癌癥。若僅采用一種工藝進行處理，則無法確保其控制的有效性。因此，對VOCs 有機廢氣進行治理，必須采用多種工藝，而在實際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)具體情況選用合適的工藝進行治理。在對VOCs 進行治理的同時，還要考慮到性能指標、建設(shè)使用成本和排放標準等方面的技術(shù)問題。目前VOCs 治理技術(shù)已有統(tǒng)一的規(guī)范，但由于各行業(yè)的VOCs 氣體組成與性質(zhì)往往不同，因此難以統(tǒng)一標準。

2 VOCs 的治理技術(shù)

2.1 常規(guī)工藝

2.1.1 凝結(jié)工藝

VOCs 是指生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的工業(yè)廢料。在處理過程中，要避免這些有害物質(zhì)在廢品中的生成，應(yīng)將廢棄物置于冷凝池內(nèi)，通過低溫處理，避免有機廢氣VOCs 排放。本工藝技術(shù)以有機物的性質(zhì)為基礎(chǔ)，利用氣體的低溫使其發(fā)生過飽和，再液化回收。對VOCs 氣體的污染主要采用凝結(jié)工藝進行處理。通常，這一技術(shù)廣泛用于高濃度氣體和低溫環(huán)境下的石化產(chǎn)品的制造、儲存和運輸，其應(yīng)用效果十分明顯。

2.1.2 吸收工藝

（1）一種吸收和再生的方法。該工藝是采用纖維活性碳、顆粒型活性碳等吸附劑對有機物進行吸附，當其達到一定程度時，為了研究其吸收與再生作用，采用超熱氣將其送回，然后將其與脫附的三苯基氣體進行冷縮、分離，以獲得三苯基溶液。在排氣與吸收劑發(fā)生反應(yīng)時，利用吸附劑類似于有機氣體的兼容性原則，將VOCs 氣體中和、氧化、化學(xué)破壞。而吸附裝置的特性及吸附品質(zhì)直接影響該工藝的成效。因此，為了保證設(shè)備的工作效率，可以適當?shù)剡x用吸附劑。采用吸收再生技術(shù)的不足之處是所需的裝置規(guī)模較大，并且過程運行較為繁瑣；投入使用后操作成本高，會造成環(huán)境的二次污染，而在排氣中存在其他的雜質(zhì)如膠體顆粒時，很可能引起工人中毒。但是，這種工藝具有快速解吸、結(jié)露和吸收效果好的特點，適合于高濃度、低風量、低排放氣體的治理。另外，這項技術(shù)在實踐中還有待于不斷的創(chuàng)新與完善。

（2）在催化劑的作用下進行吸收。在吸附達到一定程度時，可用熱風進行加熱，以去除三苯等氣體。此外，采用吸附式氧化工藝，也能達到對有機物排放進行凈化的效果。此外，還能對熱能進行回收，達到再生的目的。采用此工藝，并結(jié)合多種不同的吸附劑，能較好地解決高風速、低密度的有機物排放問題。但是，此方法存在投資規(guī)模大、工藝流程復(fù)雜、成本高、二次污染等問題。

2.1.3 催化燃燒技術(shù)

氣體的凈化主要是利用VOCs 的易燃特性來達到。一般來說，化學(xué)、絕緣材料、油漆或其他行業(yè)在治理VOCs 尾氣時，是根據(jù)尾氣的易燃率，采用直接焚燒的方法。由于其工藝簡便易行，且投入少，故常用了高濃度、低氣量的VOCs 氣體的處理。

（1）預(yù)熱是最常用的一種催化燃燒方式。在低于100 ℃的有機氣體中，由于其濃度較小，無法實現(xiàn)自身的自熱，必須在預(yù)熱室內(nèi)進行加熱。而經(jīng)焚燒和凈化后的煙氣與換熱器中沒有經(jīng)過加工的尾氣進行熱量交換和回收。這項技術(shù)通常可以通過燃氣或者電加熱的方式來使其達到催化燃燒要求的溫度。

（2）自身的熱量均衡。當有機氣體排放的溫度比初始環(huán)境（約300 ℃）高，有機物濃度高時，其循環(huán)過程中可以維持熱的均衡。通常情況下，必須在催化劑的反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置一個電熱器。具體流程如圖1 所示。

圖1 催化劑的燃燒流程

（3）采用吸附法進行催化反應(yīng)。在流量大、低濃度、低溫度反應(yīng)條件下，選擇催化燃燒消耗大量的燃油，可以通過吸收方法將有機物氣體吸附在吸收器上，并將其壓縮為高濃度的有機物（濃度可達10 倍），這時，在不增加任何熱量的情況下，繼續(xù)進行催化燃燒。由于燃油消耗較低，CO 排放量較低，但其啟動與冷卻周期較短，而且采用高成本的專用材料代替常規(guī)的高溫合金，延長了整個RCO 的使用周期。另外，經(jīng)過處理后會產(chǎn)生一種酸性的廢氣，必須進行凈化。對于無法再循環(huán)使用的廢物，需進行處理，而且吸氣濃度不得大于25%。在實踐中，隨著工業(yè)化的發(fā)展，催化燃燒技術(shù)的發(fā)展越來越快，同時，其排放的污染物種類也越來越多。因此，必須對現(xiàn)有的新型催化劑燃燒技術(shù)進行深入的探索與創(chuàng)新。

2.2 新工藝

2.2.1 隔膜工藝

隔膜是利用高分子薄膜的性質(zhì)，在一定的壓力下，將有機物質(zhì)和VOCs 從氣體中剝離出來，但是單一的過程難以達到分離的目的。而新型的一體化膜分離技術(shù)則是利用有機選擇性薄膜把VOCs 分為兩個不同的氣流，這樣就可以把VOCs 中不能透過的凈化氣體中的大多數(shù)排放出去，而滲透流則作為一種有機液體，回收到循環(huán)壓縮機的進口。這種工藝能回收高濃度、低流量、高回收價值的有機溶劑，但其投資費用較高。

2.2.2 生化工藝

采用生化處理工藝處理VOCs 排放，主要用于處理中、低濃度的工業(yè)廢氣。其優(yōu)勢在于反應(yīng)條件較低，操作簡單，操作成本低，二次污染少，以及多種性質(zhì)的混合氣。而有機垃圾處理采用微生物的生化處理技術(shù)，將有機廢氣中的有害成分降解成無機物，如水、CO2等。以吸附式和生化法處理的生化清洗塔為實例，回收液體由吸附室內(nèi)的上層排出。一套從VOCs 排放氣體中除去惡臭的方法，該方法的實際效果達到98%。說明利用生物技術(shù)對有機污染物排放的治理具有很好的應(yīng)用前景。

2.2.3 光催化氧化法

利用光催化氧化技術(shù)處理廢水具有良好的效果。第一種是利用光熱降解技術(shù)，可以在短時間就將有機物氣體進行降解。在光解的時候，一般會產(chǎn)生一些中間物質(zhì)，但是它們可以通過長期的光照或者用氫氧化鈉溶液來處理。第二種是通過光合作用進行降解。這種方法可以利用二氧化鈦進行輻射，激發(fā)紫外光，產(chǎn)生不含氧的游離基，將有機物轉(zhuǎn)化為CO2和水。在選用合適的催化劑進行有機物排放的過程中，可以采用常規(guī)的日光燈來進行處理，從而達到消除異味、減少污染物的濃度。但是，從現(xiàn)有的研究結(jié)果來看，提高其工藝及處理的效率是十分有意義的。由于該技術(shù)對周圍的二次污染，需要對其進行了進一步的研究和開發(fā)，因此，目前還沒有應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。圖2 為光催化過程。

圖2 光催化過程

2.2.4 等離子體工藝

等離子技術(shù)是利用高能電子、離子、激發(fā)原子和游離基團，在不同的高度激發(fā)生成氧氣等離子體和臭氧，并對VOCs 進行催化，使其氧化、還原成CO2、CO、H2O 等。可用于處理含少量（一般低于500 mg/m3）的有機物質(zhì)，并對室內(nèi)的環(huán)境進行了徹底的清潔。該工藝具有低溫、操作簡單、維修簡單、易操作等特點，但要考慮到廢水的排放安全性，VOCs 的去除率在50%左右。通常，應(yīng)根據(jù)廢氣濃度、流量、特性污染物類型及脫除率的需求，選用合適的工藝。在此基礎(chǔ)上，還要考慮設(shè)備成本、運營成本和維護成本。

2.2.5 微波催化氧化法工藝

采用微波催化氧化法對常規(guī)的廢氣進行處理，使廢氣處理工藝得到了極大的改善。采用微波催化氧化法對VOCs 有機物廢氣進行治理，可以顯著地改善廢氣的利用率和降低能源消耗。所以，它在操作過程中有著諸多優(yōu)勢，對其吸附作用顯著，并能重復(fù)利用。同時，若能將此技術(shù)與廢氣治理技術(shù)相融合，其治理的成效將會更為顯著。

3 發(fā)展趨勢

鑒于當前國內(nèi)各個行業(yè)的VOCs 廢氣有其各自的特點，建議采取多種技術(shù)結(jié)合的方式，以改善其對污染物的去除率。VOCs 工藝是目前國內(nèi)外許多有機廢氣治理技術(shù)中最有前途的一項技術(shù)，其二次污染不顯著，能有效地解決各類中低排放的各類有機廢氣。目前，VOCs 有機物廢氣的治理受到多種因素的制約，在此基礎(chǔ)上進行了理論與實踐的探索，提出一種新型生物凈化設(shè)備的開發(fā)方法，并對其在實際工程中的應(yīng)用進行探討。

4 結(jié)束語

在VOCs 有機廢氣的治理中，應(yīng)選用科學(xué)、合理的工藝，以保證廢氣在經(jīng)濟性、實用性和能耗的前提下，實現(xiàn)最佳的工藝效果。VOCs 成分十分豐富，采用單一工藝難以實現(xiàn)其有效的治理。因此，對VOCs 有機廢氣處理技術(shù)進行探討研究，并分析有機廢氣的處理困境，提出優(yōu)化有機廢氣處理效果的有效措施。