佛山市览思环保咨询服务有限公司
摘要：随着我国社会经济的不断发展，VOCs的排放量也日益增大，随之带来的环境问题也日益严重。本文简述了VOCs气体治理现状，重点探讨了各种目前比较流行的VOCs处理技术，分析了不同处理技术间的优缺点，并提取出了自己的几点建议和思考，以期对VOCs的治理工作提供参考。
关键词：VOCs；治理的政策、标准；治理技术；复合光催化；催化燃烧；等离子技术；微生物降解
On the current situation and development of urban VOCs management technology in China
Abstract：with the continuous development of China's social economy，VOCs emissions are also increasing，which brings about increasingly serious environmental problems. This paper briefly describes the current situation of VOCs gas treatment，focuses on various popular VOCs treatment technologies，analyzes the advantages and disadvantages of different treatment technologies，and puts forward some Suggestions and thinking，in order to provide reference for the treatment of VOCs.
Keywords：VOCs；Policies and standards of governance；Governance technology；Composite photocatalysis；Catalytic combustion；Plasma technology；Microbial degradation；
1.VOCs治理现状简介
随着社会经济的不断发展，爆发出越来越多的环境污染问题。其中大气污染首当其中，严重影响着人类的居住环境及健康。大气挥发性有机物（VOCs）是二次有机气溶胶和臭氧形成的重要前形物[1]，会引起雾霾、光化学烟雾等大气污染问题。近年来，我国部分地区出现持续性严重的雾霾天气，部分城市全年出现雾霾天气高达200天以上，严重影响着当地居民的生活及健康。2018年，在《“十三五”挥发性有机物污染防治工作方案》的基础上，国家和地方相继发布了一系列推进挥发性有机物（VOCs）治理的政策、标准和管理制度文件，VOCs治理管理框架体系基本建立并继续完善。国务院并于2018年7月发布了《打赢蓝天保卫战三年行动计划》，确定以京津冀及周边地区、长三角地区、汾渭平原等区域（以下称重点区域）为重点，持续开展大气污染防治行动，组织实施VOCs专项整治，着力补齐VOCs污染防治短板。抓紧制订石化、化工、工业涂装、包装印刷等VOCs排放重点行业和油品储运销环节综合整治方案，编制VOCs治理技术指南，指导地方有效开展相关工作，并提出重点区域VOCs全面执行大气污染物特别排放限值等要求。随着人类对环境问题的日益重视，以及政府相关排放政策的实施，针对VOCs治理技术的研究也愈来愈多，因此本文就我国城市VOCs治理技术现状作探讨性的简介及分析对比。
2.VOCs处理技术简介及综合比较
目前VOCs 的处理技术主要分为两大类[2]：（1）在污染源头上进行控制。具体是指在生产环节上防止或减少 VOCs 排放的控制措施，例如更换掉有毒有害易挥发原料、改进生产工艺技术、使用密闭性较高的设备等，从而消除或减少 VOCs 废气的排放，这种方法可从根本上减少VOCs废气的排放，是治理有机废气污染的最佳方法，但由于目前生产技术水平的限制，会不可避免的向环境中排放和泄露不同浓度的有机废气，实现难度较大。（2）在生产末端控制并消除 VOCs 的治理方法。这是一种比较现实而又有效的处理方法。VOCs末端控制技术又可分为两类，回收技术和销毁技术。回收技术是通过采用物理方法将 VOCs 回收的非破坏性方法，主要方法有活性炭吸附法、冷凝法、膜处理法等。此类方法不仅能有效控制 VOCs 的排放，而且回收利用能够节约资源，带来经济效益，目前越来越受到人们的关注。销毁技术即通过化学或生物反应过程使VOCs 废气氧化分解为无毒或低毒物质的破坏性方法，主要技术有燃烧、光催化降解、等离子体技术、生物降解等。
2.1复合光催化法
复合光催化装置分为高效预处理段与复合光催化段，通常为一体式，这样能有效的减少占地面积和安装工作量。高效预处理段主要由模块化的专业复合纤维组合而成，主要作用是对废气的各成份进行处理，以吸附去除废气中有害化学气体，降低后端处理的压力和提高废气处理效率。
特定波长的紫外线灯作为光催化氧化的光能提供体，光催化剂纳米粒子在一定波长的紫外光线照射下才能受激发生成电子—空穴对，空穴分解催化剂。TiO2光催化氧化是活性羟基（?OH）和其他活性氧化类物质（?O2-，?OOH，H2O2）共同作用的结果。在TiO2表面生成的?OH基团反应活性很高，具有高于有机物中各类化学键能的反应能，加上?O2-，?OOH，H2O2活性氧化类物质的协同作用，能迅速有效地分解有机物。
粗略的反应机理为：
H2S + O2、O2-、O2+ → SO3 + H2O
NH3 + O2、O2-、O2+ → NOx + H2O
VOCs + O2、O2-、O2+ → SO3 +CO2+ H2O
2.2等离子体法
等离子体是物质存在的第四形态。它是由电子、离子、中性原子、激发态原子、光子和自由基等组成，是导电性流体。等离子体净化技术的主要机理[10]是：在外加电场的作用下，电子获得能量后，开始加速运动，以每秒钟300万次至3000万次的速度去撞击异味气体分子，当电子的能量与异味气体分子的某一化学键键能相同或略大时，发生非弹性碰撞，电子将大部分动能转化为污染物分子的内能，从而引发了使其发生电离、裂解或激发等一系列复杂的物理、化学反应，使得产生臭味的基团化学键断裂，从而达到除臭目的。
等离子体法靠分子激发器-使用高频、高压，采用分子共振的原理，在常温下将异味的有机碳氢化合物分子电离，变成H+和C4+等离子体。
H+、C4+等离子体进入催化剂反应罐，被氧化成水和二氧化碳。
4H+ + O2 = 2H2O
C4+ + O2 + CO2
2.3吸收法
吸收法是将废气收集和输送到多级交叉流洗池，在交叉流洗池中，气体水平地通过一个或多个填料床后得到净化。填料从顶部清洗，清洗液喷淋在填料顶部，流过填料后进入清洗水箱。在各级清洗液分别加入酸、碱和氧化剂等化学药剂，去除如NH3、H2S和硫醇类物质以及难分解的脂肪酸等。
吸收法的优点是：污染物质处理效率高、设备占地面积小、可单独或多级组合使用，各级投加不同的药剂，可同时处理废气内不同的污染物。化学法适合于水溶性污染物较多的场合，处理效率可达95-99%以上，缺点是运行费用高、需专人操作、会产生二次污染、对难溶性废气处理效果差。
2.4吸附法
吸附是一种固体表面现象。它是利用多孔性固体吸附剂处理气态污染物，使其中的一种或几种组分，在固体吸附剂表面，在分子引力或化学键力的作用下，被吸附在固体表面，从而达到分离的目的。本次设讲吸附法主要为活性炭吸附。
利用活性炭多微孔的吸附特性吸附有机废气是一种最有效的工业处理手段。活性炭是许多具有吸附性能的碳基物质的总称，具有优异和广泛的吸附能力。活性炭还是一种非极性吸附剂，具有疏水性和亲有机物的性质，它能吸附绝大部分有机气体，如苯类、醛酮类、醇类、烃类等以及恶臭物质。同时由于活性炭的孔径范围宽，即使对一些极性吸附质和一些特大分子的有机物质仍表现出它优良的吸附能力，如在SO2、NOX、Cl2、H2S、CO2等有害气体的治理中。由于活性炭具有饱和性，需定期更换。
2.5 微生物降解法
微生物除臭技术是利用能够转化或者降解恶臭物质的特殊微生物的高效吸附、吸收和降解作用对含硫、含氨等恶臭气体进行净化。利用生物滤池中的微生物将废气中将硫化氢、硫醇和氨气等恶臭成分分解成CO2和H2O等无害无臭的物质，达到改善空气质量、保护人民身体健康的目标。
其主要优点是：处理效果好，能满足世界各地严格的环保要求；无二次污染；运行稳定，耐冲击负荷；维修维护量少；能耗小、运行费用低；组装式池体，便于分期实施系统中扩大规模时增加处理容量。主要缺点是：投资高、处理气体单一、占地面积较大、处理效果不是很稳定。
2.6燃烧法
催化燃烧是指在有催化剂存在的条件下，废气中可燃组分能在较低的温度下进行燃烧。通常借助催化剂在低温下（200～400℃）下，实现对有机物的完全氧化，因此，能耗少，操作简便，安全，净化效率高，在有机废气特别是回收价值不大的有机废气净化方面，比如化工，喷漆、绝缘材料、漆包线、涂料生产等行业应用较广。
催化剂是一种能提高化学反应速率，控制反应方向，在反应前后本身的化学性质不发生改变的物质。
催化燃烧法处理VOCs的工作原理是在催化剂的作用下，使VOCs废气在较低的温度下转彻底分解，并换成无害的气体而得到净化的一种方法。催化剂是催化燃烧技术的关键，这种催化剂能够降低VOCs氧化所需要的活化能，提高反应速率，从而能够在较低温度下对废气进行处理。目前广泛用于催化燃烧法处理 VOCs 的催化剂主要为贵金属催化剂如 Pt、Pd、Ru等和金属氧化物催化剂，如Cu、Gr、Co、Ni等过渡族金属氧化物。在应用中催化剂通常负载在载体上参与催化反应，常用的载体主要有Al2O3、TiO2、SiO2等具有大比表面积的多孔材料，以便能够提高贵金属在载体表面的分散度，增加催化剂的机械强度和稳定性，从而提高催化剂的性能[3]。贵金属催化剂对VOCs的分解均具有较高的催化效率，但其来源少、价格昂贵，在废气治理的大规模应用上有所限制。而其他非贵金属催化剂则来源丰富，通过适当的改性或掺杂制备复合催化剂，有利于在废气治理中大规模推广。
2.7 冷凝法
冷凝法是利用物质在不同温度下具有不同的饱和蒸汽压的性质，采用降低系统的温度或提高系统的压力，使处于蒸汽状态的污染物冷凝迸发从废气中分离出来的过程。
冷凝法的基本原理：在气液两相共存的体系中，蒸汽态物质由于凝结变为液态物质，液态物质由于蒸发变为气态物质。当凝结与蒸发的量相等时即达到平衡状态，相平衡时液面上的蒸汽压力即为该温度下与该组分相对的饱和蒸汽压。若气相中组分的蒸汽压小于其饱和蒸汽压时，液相组分继续蒸发；若气相中组分的蒸汽压大于其饱和蒸汽压时，蒸汽就将凝结为液体。
2.8 VOCs处理技术综合比较
针对常用的7种气态恶臭污染治理技术，综合评估其利弊，具体比较如表-1所示。
表-1 VOCs废气治理工艺的综合比较表
任何一种废气治理方式不能够做到十全十美，均为遐瑜互见。VOCs成分复杂，VOCs种类繁多，包括各种脂肪烃、芳香烃、烃类、酸、酯、醇、酮、卤代烃等有机物质，在实际工程应用时，一般偏重于技术结合、工艺结合、强强联合、合力解决的方式。根据废气成分及特点，从处理效果、经济性等方面考虑，选择多重处理技术工艺组合，从而达到解决污染问题的目的。
3.VOCs处理技术建议与思考
从国家宏观政策层面来看，我国对VOCs治理控制的重视始于“十一五”末，并在“十二五”期间尤其是2012年后开始完善法律、行政法规及技术政策，从设计、施工、完工验收、监测等方面，逐步统一规范、统一标准、统一管理。随着我国大气污染管理体系的逐渐完善，在近年的基础上，未来VOCs的治理工作将逐渐步入精细化、持续化、规范化的发展轨道。
3.1加强源头优化
通过源头原材料的替代，从源头上减少含VOCs原辅材料的使用量，该部分减排潜力巨大。特别是在VOCs排放量最大的涂装、印刷、胶粘、清洗等工艺过程中，可以大力推动水性及环保型的涂料、油墨、胶粘剂和清洗剂等环保型原辅材料的使用。
3.2过程控制和无组织排放控制
加强过程控制和无组织排放控制，提升清洁生产技术水平，工业园区、厂区采用密封生产技术，提高废气收集效率，减少无组织逸散。
3.3强化末端治理
强化末端治理是涂装、印刷、化工、制药等VOCs排放重点行业的发展方向。根据不同的废气成分及特点，针对性的指定VOCs处理工艺，提高治理效果；逐步完善各处理设备标准和技术性能要求，提升总体技术水平。
参考文献：
[1]曾婉昀. 重污染行业有机废气来源及净化技术[D]. 浙江大学，2014，3-7
[2]蔡韵杰. 吸收法、氧化治理法、生物法、吸附法膜处理法等方法用于VOCs废气处理分析[J]. 科技论坛，2014：240-243
[3]王丽间. 过渡金属负载催化剂催化燃烧双分组VOCs的性能[D]. 华南理工大学，2012，4-9
[4]李洁. VOC废气处理的技术进展[J]. 中国环境保护优秀论文集，2005：1411-1413
[5]马超. VOCs排放、污染以及控制对策[J]. 环境工程技术学报，2012，2（2）：104-106
[6]顾勇义. ZSM-5沸石分子筛吸附-脱附VOCs性能的研究[D]. 浙江工业大学，2012，5-10
[7]栾志强，郝郑平，王喜芹. 工业固定源 VOCs治理技术分析评估[J]. 环境科学，2011，32（12）：3476-3480
[8]李泽清. 含VOC废气的回收净化工艺[J]. 环境工程，2003，21（5）：38-41
[9]王丽燕，王爱杰，任南琪. 有机废气（VOC）生物处理研究现状与发展趋势[J]. 哈尔 滨工业大学学报，2004，36（6）：732-736
[11]林宇耀. 吸收法处理医葯化工行业VOCs实验研究[D]. 浙江大学，2014：2-9
[12]周湘梅. VOC的回收与处理技术简介[J]. 石油化工环境保护，2001，3：39-42
[13]姜华东. 脉冲调制等离子体处理挥发性有机物（VOCs）的实验研究[D]. 东华大学，2 014，8-12
论文作者:陆芳芳
论文发表刊物:《防护工程》2019年10期
论文发表时间:2019/8/15
标签：废气论文; 催化剂论文; 技术论文; 物质论文; 等离子体论文; 有机物论文; 气体论文; 《防护工程》2019年10期论文;