揮發性有機廢氣處理技術探討

由于VOCs污染對環境和人類健康都有巨大危害，所以最近幾年VOCs的控制越來越受到關注重視。對于VOCs排放控制，我國相繼頒布了《大氣污染物綜合排放標準》（GB 16297-1996）和《惡臭污染物排放標準》（GB 14554-93）。我國VOCs 的治理工作已經進行了三十多年，但由于標準法規體系的不健全，廢氣治理的側重點主要是除塵、脫硫和脫硝，而 VOCs的治理工作并沒有太大的進展。

1 VOCs介紹

VOCs的定義有很多種，在我國，是指常溫下飽和蒸氣壓大于133.32Pa、常壓下沸點在50℃--260℃以下的有機化合物，或在常溫常壓下任何能揮發的有機固體或液體。其主要成分有烴類、含鹵烴類、硫烴類、氮烴和氧烴類、低沸點的多環芳烴類等。VOCs 有多種排放源，從大體上可以分為自然源和人為源。自然源主要來源于森林火災、植物和野生動物的排放等，人為源主要來自人類日常生活、工業生產過程中排放的廢氣以及油煙排放、垃圾焚燒、家具裝潢等日常生活中排放的污染物。許多VOCs具有毒性、致畸致癌性，如果人類長時間接觸，會對人類的血液和心血管系統造成損害，同時還會引起胃腸道的紊亂，誘發內分泌系統、免疫系統等疾病，而且VOCs對環境也有巨大的破壞作用。

2  VOCs的處理技術

VOCs處理技術的研究主要分為回收法與消除法。回收法包括有吸附法、膜分離法、吸收法和冷凝法等；消除法主要包括生物凈化法、燃燒法、等離子體技術和光催化氧化法。現在還有一些新技術，比如臭氧分解法、電化學氧化法和微波解吸技術等。

2.1  回收技術

2.1.1  吸附法

吸附法使用最早的一種處理VOCs的方法，目前已經應用非常廣泛。其主要原理是利用多孔性固體吸附劑處理VOCs，使VOCs分子吸附于吸附劑表面，從而將氣體得到凈化。此方法的優點是去除率很高，操作過程簡單、最重要的是沒有二次污染；但是處理高濃度有機氣體時，吸附效果會很差，而且如果廢氣中有其它雜質，吸附劑很容易失效。

2.1.2  吸收法

吸收法的原理是當VOCs與吸收液相接觸時，由于吸收質與吸收劑相似相溶的親和性，VOCs從氣相轉入液相，最終在氣相和液相之間會由于彼此的分壓從而達到一種平衡，然后將吸收液進行解吸，一邊分離出其中的VOCs進行回收，一邊使溶劑再生。此方法操作簡單、成本低，適用于處理廢氣流量較大、濃度較高VOCs；但是對設備容易受到腐蝕，且吸收劑需要定期更換。

2.1.3  冷凝法

冷凝法利用氣體飽和蒸汽壓隨著環境的溫度和壓力變化而變化，采用加壓或降溫的方式使污染物冷凝并與廢氣分離。冷凝法處理廢氣要達到非常高的凈化程度就需要非常低的冷卻溫度，但這種低溫條件一般很難達到，所以有時就要靠增大壓力來達到目的，但是增大壓力又會增加凈化的難度和成本，因此，冷凝法一般不會單獨被使用，通常情況下，冷凝法先對濃度非常高的VOCs進行預處理，后續由吸附法、吸收法、燃燒法等方法對VOCs進行深度處理。

2.1.4  膜分離法

膜分離法相對于其他回收技術是一種新的處理方法，由于壓力的推動，氣體在膜中會擴散、滲透，不同的氣體透過膜的速率也不同，冷凝法正是利用這種性質使氣體選擇性的透過，從而將廢氣分離出來。其過程有兩步：一是壓縮有機廢氣使其冷凝，二是進行膜分離。此方法在處理有機物濃度較高的廢氣時，尤其是體積分數在0.1％以上的廢氣，凈化效率可以達到97%。膜分離法操作過程簡單、凈化效率高、而且不會產生二次污染；但是膜的成本非常高，而且還會經常造成堵塞，使用壽命也相對較短。因此，研發成本低、性能好的膜對膜分離技術至關重要。

2.2  消除技術

2.2.1  生物凈化法

生物凈化法是使微生物以VOCs為碳源和能源，利用微生物的生理過程將VOCs轉化簡單的無機物（如CO2、H2O等），從而達到氣體凈化的目的。生物凈化法流程和設備簡單、處理效果好、運行能耗的成本低、不易造成二次污染。但也有一些缺點，例如：采用生物過濾法時，設備提及大，微生物受溫度、濕度影響大，同時介質適宜的pH也很難控制；采用生物洗滌法時，會有些惡臭污染物很難凈化，影響處理效果。

2.2.2  燃燒法

燃燒法是指將VOCs燃燒分解為無害的物質或易于進一步處理和回收的物質，有直接燃燒、熱力燃燒和催化燃燒三種方式 。

直接燃燒是將濃度較高且熱值較高的VOCs作為燃料直接燃燒加以去除。熱力燃燒是通過添加燃料來幫助熱值不高且濃度較低的VOCs燃燒的方法。該法可用于可燃有機物含量較低的廢氣的凈化處理，而且所需溫度較低，在540-820℃即可進行。催化燃燒法就是借助催化劑，使VOCs完全氧化為H2O和CO2。催化燃燒由于有催化劑的作用可在較低溫度下進行，且不會造成二次污染，所以應用非常廣泛。

燃燒法只適用于處理可燃的污染物，燃燒是放熱反應，所以采用燃燒法處理有機氣體時可以回收熱量。但也存在一些缺點，比如：燃燒過程中產生的物質和反應后的催化劑不能直接丟棄，一般需要進行處理，增加了處理難度。

2.2.3  等離子體技術

等離子體凈化有機廢氣的基本原理是通過高壓脈沖放電，在常溫常壓的條件下得到等離子體，其中含有一些氫氧根離子、氧離子、高能電子等，這些活性粒子可以與有機物發生一系列的物理與化學反應，使VOCs轉變為CO2和H2O，從而達到凈化的目的。該法適用于處理各種VOCs氣體，特別是氣體流量大、密度低的有機廢氣，且工藝流程簡單、可操作性好、不會產生二次污染物，特別是在節能方面有很大的發展空間。

2.2.4  光催化氧化法

光催化氧化法凈化有機廢氣就是利用光能將反應物激活，活化后的反應物分子在光催化劑的作用下將VOCs分解成CO2、H2O和無機物無毒或低毒的產物。目前常用的光催化劑活性組分有Zn、Sn和Ti等金屬氧化物，TiO2因其來源廣泛、成本較低、對紫外光吸收率高、無毒、晶體穩定、且抗腐蝕性、化學穩定性和催化活性都很高，因此被利用得較多。此法降解污染物比較完全，反應條件溫和，能量利用效率較高，無二次污染物產生，具有廣闊的應用前景。

3  結語

目前VOCs的處理方法主要有吸附技術、吸收技術、冷凝技術、燃燒法、生物技術和光催化氧化法等，其中一些方法已經投入到商業應用中了，而有些仍處于試驗階段。VOCs 催化燃燒技術則是近幾年發展非常快的一種全新的處理方法之一，這是因為催化燃燒法能耗小，操作簡便，最終的轉化產物通常為H2O及CO2，不會產生二次污染，所需設備體積小等顯著優點，也與我國所倡導建設和諧社會相呼應，開發與應用前景很廣闊。

本文來源：《企業科技與發展》：http://www.007hgw.com/w/qk/21223.html