摘要：随着社会经济的不断发展，人们对空气环境提出了更高要求。 挥发性有机物种类多且危害大，将会给空气带来严重污染。 有鉴于此，本文基于国内外挥发性有机物污染控制技术的应用进行相关探讨，主要包括焚烧法、吸附法、冷凝法、膜分离法以及光催化氧化法等。 以期为业内人士提供一些有益的参考。
关键词：挥发性有机物污染；控制技术；空气环境
我国从“十二五”期间开始重视挥发性有机物的污染控制问题，在 2012 年发布了 《重点区域大气污染防治“十二五”规划》，其中提到全面展开挥发性有机物污染防治工作。2013 年 9 月国务院发布 《大气污染防治行动计划》，要求“大气污染防治新机制实现环境效益、经济效益与社会效益多赢”、“京津冀是重点区域之一，推进挥发性有机物污染治理是重点工作之一” ，该计划同时要求“大力发展循环经济、大力培育节能环保产业”。因此，挥发性有机物的削减使用和治理技术近年来倍受社会各界关注。签于 VOCs 种类繁多、排放行业众多、排放源分散等特点，为实现大气污染防治的目标和效果，选择适当的治理方法是非常重要的。此外，由于我国 VOCs 的污染防治工作起步较晚，且 VOCs 的治理技术体系庞杂，故 VOCs 污染治理技术市场亟待
进一步规范。
1 VOCs 治理技术进展
1.1 VOCs 的治理技术
有机废气一般都具有易燃易爆、有毒有害、排放量及浓度不稳定和处理难度大的特点。VOCs 的治理方法分为回收法和破坏法。回收法可分为冷凝法、吸收法、吸附法、膜分离法等，破坏法可分为稀释扩散法、直接燃烧法、蓄热催化氧化燃烧法、生物法和低温等离子体法。
1.1.1 冷凝法
冷凝法是最简单的回收技术，是将废气冷却到低于有机物的露点温度，使有机物冷凝成液滴，再从废气中直接分离出来进行回收。由于有机物蒸气压的限制，离开冷凝器的排放气中仍含有较高浓度的 VOC，不能满足环境排放标准要求。同时，要获得更高的回收率，需要很高的压力或很低的温度，从而使设备费用显著地增加。因此，故冷凝法适合于对回收率要求不高的场所，用于处理中高浓度、组分较单纯的有机气体。
1.1.2 吸收法
吸收法是利用液体吸收剂与废气的直接接触而从废气中移出有机物的方法，分为物理吸收和化学吸收。溶剂回收为物理吸收，吸收剂为水、柴油、煤油或其他溶剂。吸收过程：可溶于吸收剂的有机物，从气相转移到液相中，使气相有机污染物变成液相组分。当吸收剂吸收一定量的有机溶剂后，需进一步处理，将吸收剂解吸出有机溶剂。传统的解吸方式为热处理过程。
为了保证吸收过程处理好的气体中溶解的有机溶剂及吸收剂中的有机溶剂的浓度足够低，则需要较多的能源才能回收这部分有机溶剂。如用水吸收二甲基乙酰胺（DMAC）时，吸收后水中的有机溶剂浓度一般＜10%，为了将水与DMAC分开，必须将大量的水蒸发，才能得到纯度比较高的DMAC。另外，吸收过程还有吸收剂的损耗，因此，单独使用吸收法的回收成本高。
1.1.3 吸附法
吸附法是利用活性炭、活性炭纤维、分子筛等多孔材料的巨大比表面积吸附废气中有机物分子来净化空气的方法。活性炭吸附法已经用于印刷、电子、喷漆、胶粘剂等行业对苯、二甲苯、四氯化碳等有机溶剂的回收，适用范围广泛。吸附材料在吸附的过程中会释放大量的热。当吸附材料的比表面积越大时，吸附性能越好，放热量也越大。当废气中的有机溶剂浓度达到一定的比值时，吸附装置的温度急剧升高，存在着发生火灾的安全隐患。当吸附达到饱和后，用水蒸汽或热空气进行脱附再生。由于吸附剂不便频繁再生，故该法适于低浓度的有机废气治理，且安全措施要到位，同时，该法需进行除湿和除尘预处理，一次投资比较大。
1.1.4 膜分离法
膜分离法是在压力驱动下，借助气体中各组分在高分子膜表面上的吸附能力以及在膜内溶解－扩散上的差异，即渗透速率差进行分离的方法。当废气与膜材料表面接触时，有机物可以透过膜，从废气中分离出来。在膜的进料侧使用压缩机或渗透侧使用真空泵，使膜的两侧形成压力差，达到膜渗透所需的推动力。
该处理方法的费用相对独立于需要处理废气的浓度，正比于需处理气体的体积，但设备和运行费用均较高，更适于处理高浓度、较小流量、具有较高回收价值的 VOCs，尤其处理卤化碳氢化合物，较其他技术更有优势，既不会有蒸汽脱附中产生酸性物，又节省了破坏法技术中所需的后处理洗涤设备，并且环境友好、无二次污染，但运行中因膜易堵塞而需要定期进行化学清洗，前处理要求较高。
1.1.5 稀释扩散法
稀释扩散法是将含有中低浓度有机溶剂的气体通过烟囱排至大气，或用空气稀释，降低有机物质浓度以减少异味的方法。因采用该法处理后有机物质依然存在，排放不达标，故已逐渐被禁止使用。
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1.1.6 直接燃烧法
直接燃烧法是有机物质在 620～850 ℃高温下进行氧化反应生成 H2O 和 CO2 的方法，该法存在氧化反应不完全的情况。产生含氧有机物和 CO 同时，高浓度有机废气燃烧存在燃爆的危险，低浓度有机废气直接燃烧时需使用柴油和天然气、液化气，运行费用高、浪费资源，故该法已很少使用。
1.1.7 蓄热催化氧化燃烧法
蓄热催化氧化燃烧法是在催化剂作用下将有机废气氧化分解生成 H2O 和 CO2，从而净化废气的方法。该法利用催化剂作中间体，催化剂起到降低VOCs 分子与氧分子反应的活化能、改变反应途径的作用。
优点：起燃温度低，反应速率快，节省能源，处理效率高，二次污染物和温室气体排放量少。催化燃烧几乎可以处理所有的烃类有机废气及恶臭气体，适合处理的 VOCs 浓度范围广。缺点：用于处理低浓度、大流量、多组分、无回收价值的 VOCs 废气，装置占地面积较大，操作繁琐，前期投资较高，不能彻底净化处理含硫、含氮、含卤素的有机物。
1.1.8 生物法
生物分解法是在已成熟的采用微生物处理废水基础上发展起来的处理有机废气的方法。通过附着在多孔、潮湿介质上的活性微生物，利用大气中低浓度的有机废气作为其生命活动的能源或养分，将其转化为简单的无机物 （CO2、H2O） 或细胞组成物质。该法适用于处理低浓度有机废气、易生物降解的有机物，设备简单、投资及运行费用低、无二次污染，但处理有机废气的普适性较差。
1.1.9 低温等离子体法
低温等离子体是继固态、液态、气态之后的物质第四态，当外加电压达到气体的放电电压时，气体被击穿，产生包括电子、各种离子、原子和自由基在内的混合体。放电过程中虽然电子温度很高，但重粒子温度很低，整个体系呈现低温状态，所以称为低温等离子体。低温等离子体降解污染物是利用高能电子、自由基等具有较高能量的活性基团和废气中的污染物发生作用，使污染物分子在极短的时间内发生分解，最终转化为 CO2 和 H2O 等物质，从而达到净化废气的目的。目前该技术在国内还不成熟，净化效率不高，使用效果不稳定。
1.2 有机废气治理技术发展和优化
有机废气治理的难点在于排放废气成分复杂、不同类型化合物性质各异。近年来，随着人们对废气中 VOCs 的成分及适用技术认识和研究的逐渐深入，认识到单一的治理技术往往难以达到环保要求，在经济上也不合理，故对有机废气的治理技术不断进行优化和改进，针对不同工况的有机废气采用多种技术组合来达到治理最优效果。目前治理技术使用较多的方法有冷凝和吸收法、吸附浓缩和燃烧法、喷淋洗涤和催化氧化法，以及复合生物酶和活性炭吸附法。
1.2.1 冷凝和吸收组合技术
冷凝和吸收组合技术是针对有机废气排放浓度波动较大的工况发展的一种成熟的化工单元过程组合，目前在处理净化氮氧化物等无机气体和高浓度的有机物方面得到有效应用。排放过程中的高浓度有机废气通过冷凝降低废气中的有机物浓度，并对有机废气进行降温，对其后的吸收工段起到预处理的作用。
冷凝和吸收法工艺稳定可靠，安全性高，管理方便，吸收过程中不消耗蒸汽，只在后续的蒸馏分离过程用蒸汽，能耗大幅降低，装置运行费用低。该集成技术大大提高了 VOCs 的回收效率，在废气处理特别是 VOCs 资源化回收利用中占有重要的地位。
1.2.2 吸附浓缩和燃烧组合技术
低浓度有机废气通过吸附浓缩变为较高浓度VOC 后进行燃烧处理，可以有效减少后期燃烧设备的投资和运行费用。近几年来，吸附技术也得到了迅速的发展，出现了新的吸附工艺过程和设备，如分子筛浓缩技术。吸附剂得以改进，如活性炭纤维和沸石的使用，也扩大了吸附技术的应用范围。
相比较于活性炭，沸石分子筛具有不可燃、耐高温的优点，成为解决目前低浓度有机气体资源化回收的重要手段。通过对分子筛表面性质进行修饰和改性，解决了分子筛吸附过程存在的化学吸附及使用寿命短的问题，使吸附成为回收溶剂和大气污染治理的重要方法。
1.2.3 喷淋洗涤和催化氧化组合技术
对于水溶性的有机废气或含有酸碱性物质的气体，待处理废气经喷淋洗涤 （酸洗、碱洗或水洗）净化后达标排空，喷淋洗涤后的气体中的有机物转移至水相，废水通过催化氧化反应去除废水中的有机物，净化后的废水进入喷淋装置循环使用。该组合技术节约资源、环境友好、前期投资小、运行费用低，适用于低浓度、多组分、无回收价值的废气综合治理。
1.2.4 复合生物酶和活性炭吸附组合技术
利用高效复合生物酶催化处理和活性炭吸附的联合作用，对废气中的污染物质进行有效降解。高效复合生物酶催化处理作为前处理同活性炭吸附技术联合使用，可减少后续活性炭的用量，大大缩小反应装置的体积，改善目前单纯使用活性炭处理低浓度有机废气时，设备庞大、占地面积大、吸附剂容易被废气中的固体微粒和胶粘物质堵塞的缺点，节省费用。
参考文献：
[1]张青新,马成. 辽宁省典型城市空气中挥发性有机物健康风险评价[J]. 环境保护与循环经济,2012,06:42-45.
[2]李哲民. 环境空气中挥发性有机物的测定方法探讨[J]. 环境保护与循环经济,2012,07:54-58.
论文作者:项华均
论文发表刊物:《防护工程》2017年第25期
论文发表时间:2018/1/3
标签：废气论文; 有机物论文; 技术论文; 挥发性论文; 浓度论文; 气体论文; 组合论文; 《防护工程》2017年第25期论文;