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摘要：随着工业化程度的提高，工业废气排放量的增大导致环境污染日益严重，严重影响了人们的身体健康，阻碍了国民经济发展。这就需要加大对有机废气的治理力度，同时需要合理应用一些有成效的治理技术，并且为了充分发挥其作用，以下就挥发性有机废气治理技术的进展进行了探讨分析。
关键词：挥发性有机废气；治理工艺；发展现状
引言
目前的挥发性有机污染物的治理包括破坏性，非破坏性方法，及这两种方法的组合。
破坏性的方法包括燃烧、生物氧化、热氧化、光催化氧化，低温等离子体及其集成的技术，主要是由化学或生化反应，用光，热，微生物和催化剂将V0Cs转化成CO2和H20等无毒无机小分子化合物。
非破坏性法，即回收法，主要是碳吸附、吸收、冷凝和膜分离技术，通过物理方法，控制温度，压力或用选择性渗透膜和选择性吸附剂等来富集和分离挥发性有机化合物。
传统的挥发性废气处理常用吸收、吸附法去除，燃烧去除等，在最近几年中，半导体光催化剂的技术体，低温等离子得到了迅速发展。
一、有机废气治理的重要性
当前环境污染问题已成为一个全球性问题，其中大气污染问题是最为突出的问题之一，而工业废气是大气污染物的重要来源。有机废气是工业废气最难治理的部分，这种气体能够对人们的身体健康产生严重的损害，也给国民经济造成严重损失。如果人体长期接触有机废气，会通过呼吸系统经人或皮肤吸收到体内，引起肝、神经及造血系统的损伤，引起的症状主要有头晕头痛、恶心呕吐、心慌气喘、疲乏无力、血象变化等，而且对人体和动物存在严重的“致畸、致癌、致突变”危害。因此，有机废气的治理越来越受到人们的重视，成为了大气污染治理中的重点之一。
二、目前挥发性有机废气治理工艺的分析
（一）吸附工艺
吸附法主要适用于低浓度气态污染物的净化，对于高浓度的有机气体，通常需要首先经过冷凝等工艺将浓度降低后再进行吸附净化。吸附技术是最为经典和常用的气体净化技术，也是目前工业VOCs治理的 主流技术之一。吸附法的关键技术是吸附剂、吸附设备和工艺、再生介质、后处理工艺等。
活性炭因其具有大比表面积和微孔结构而广泛应用于吸附回收有机气体。目前，对活性炭吸附有机气体的研究主要集中在吸附平衡的预测、活性炭材料的改性及有机物的物化性质对活性炭吸附性能的影响。
活性炭吸附工艺的优缺点
1.优点：
（1）适用于低浓度的各种污染物：
（2）活性炭价格不高，能源消耗低，应用起来比较经济；（3）通过脱附冷凝可回收溶剂有机物；
（4）应用方便，只与同空气相接触就可以发挥作用；
（5）活性炭具有良好的耐酸碱和耐热性，化学稳定性较高。
2.缺点：
（1）吸附量小，物理吸附存在吸附饱和问题，随着吸附剂的消耗，吸附能力也变弱，使用一段时间后可能会出现吸附量小或失去吸附功能；
（2）吸附时，存在吸附的专一性问题，对混合气体，可能吸附性会减弱，同时也存在分子；直径与活性炭孔径不匹配，造成脱附现象：
（3）活性炭吸附只是将有毒害气体转移，并没有达到分解有害气体的功效，可能会带来二次污染。不适高浓度废气，不适含水或含粒状物的废气。
（二）吸收工艺
用溶液、溶剂或清水吸收工业废气中的挥发性气体，使其与废气分离的方法叫吸收法。
此方法主要利用挥发性气体溶于吸收液的溶解度大小进行处理。吸收液不同可以吸收不同的有害气体。在工程应用上可以根据废气的理化性质选择相应吸收液，以达到处理效率与经济支出的有机结合。
吸收工艺优缺点
1.优点：吸收法工艺比较简单，设备投资较低，操作和维修费用基本与碳吸附法相当，由于吸收介质是采用煤油和吸收液，因此没有二次污染问题。
2.缺点：此工艺方法回收效率低，对于环保要求较高时，很难达到允许的油气排放标准：设备占地空间大：能耗高：吸收剂消耗较大，需不断补充。
（三）冷凝工艺
油品在储运和销售过程中部分轻烃组分挥发进入大气，造成资源浪费和环境危害。同时有机溶剂广泛应用于工业生产中，每年都有大量的有机溶剂挥发到空气中，危害人类健康，造成严重的环境污染。采取合适的方法回收这些挥发性有机物不但可以降低企业生产成本，而且具有巨大的环保效益。
冷凝法是用来回收VOCs的一-种有效方法，其基本原理是利用气态污染物在不同的温度和压力下具有不同饱和蒸汽压，通过降低温度和增加压力，使某些有机物凝结出来，使V0Cs得以净化和回收。
冷凝工艺优缺点
1.优点：冷凝法是利用物质沸点的不同回收，适合沸点较高的有机物，该方法具有回收纯度高、设备工艺简单、能耗低的优点：并有设备紧凑、占用空间小、自动化程度高、维护方便、安全性好、输出为液态油可直接利用等优点：
2.缺点：单一冷凝法要达标需要降到很低的温度，耗电量巨大，不是真正意义上的“节能减排”。
（四）膜分离工艺
在石油开采和储运过程中，部分油品挥发到大气中形成的油气中，除空气外，主要C4-05以及少量芳香烃。这些有机蒸气排放不仅造成严重的资源浪费，而且对空气质量有很大影响，进而影响人类的健康，目前，有机蒸气的分离回收方法主要是冷凝、活性炭吸附、膜分离法、溶剂吸收法。膜分离技术是一种效率较高的分离方法
膜分离工艺优缺点
1.优点：膜分离技术是近代石油化工学科中分离科学的前沿技术。它具有投资小、见效快、流程简单、回收率高、能耗低、无二次污染的特点，具有较高的科技含量；
2.缺点：投资大；膜国产率低，价格昂贵，而且膜寿命短；膜分离装置要求稳流、稳压气体，操作要求高。
（五）燃烧工艺
一类VOCs处理方法是所谓破坏性技术，即通过化学或生物的技术使V0Cs转化为二氧化碳、水以及氯化氢等无毒或毒性小的无机物。燃烧法即属此类技术。
燃烧法分直接燃烧法和催化燃烧法。直接燃烧法适合处理高浓度VOCs的废气，因其运行温度通常在800-1200℃时，工艺能耗成本较高，且燃烧尾气中容易出现二恶英、NOx等副产物：由于废气中VOCs浓度一般较低，仅仅依靠反应热，一般难以维持反应所需的温度。
为了提高热经济性，人们开展了大量的研究，一个方向是改进催化剂的性能使反应温度降低。另一个方向是研究新的工艺技术、新的反应器设计以使反应能在较高的温度下自热地实现。
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燃烧工艺优缺点
1.优点：相较与直接燃烧法其辅助燃料费用低，二次污染物NOx生成量少，燃烧设备的体积较小，VOCs去除率较高；
2.缺点：催化剂价格较贵，且要求废气中不得含有会导致催化剂失活的成分。
（六）生物过滤工艺
利用微生物的新陈代谢过程对多种有机物和某些无机物进行生物降解，可以有效去除工业废气中的污染物质，此即为处理有机废气的生物法。
最先提出采用微生物处理废气构想的是Bach，他曾于1923年利用土壤过滤床处理污水处理厂散发的含H2S恶臭气体。在德国和荷兰的许多地区，该技术已大规模并成功地应用于控制气味，挥发性有机化合物和空气中的有毒排放，许多常见的空气污染物的控制效率已经达到90%以上。
生物过滤工艺优缺点
1.优点：适用范围广，处理效率高，工艺简单，费用低，无二次污染。
2.缺点：对高浓度、生物降解性 差及难生物降解的VOCs去除率低。
（七）等离子体工艺
等离子体污染物控制技术利用气体放电产生具有高度反应活性的粒子与各种有机、无机污染物发生反应，从而使污染物分子分解成为小分子化合物或氧化成容易处理的化合物而被去除。
这一技术的最大特点是可以高效、便捷地对多种污染物进行破坏分解，使用的设备简单，占用的空间较小，并适合于多种工作环境。
用于处理挥发性有机物的主要是电晕放电，主要的降解机制如下：在施加的电场下，在电极空间中的电子获得了能量并开始加速。运动的过程中的电子与气体分子相互碰撞，使气体分子被激发、电离或吸附电子成为负离子。
等离子体工艺的影响因素：
在降解过程中，电极电压的选择和控制是其主要内容，它会影响放电介质的放电和电子的携能，以及之后的一系列反应，进而影响到降解效率；同时电极电压也作为该方法达到商业应用的一个重要参数，因此电极电压的选择特别关键。
低温等离子体降解VOCs除了和电极电压有密切关系外，其还受反应器结构、反应背景气氛、VOCs废气中含水量、放电频率、放电电压、V0Cs的化学结构、催化剂种类、低温等离子体放电形式、反应温度以及V0Cs的初始浓度等的影响，其中以气体浓度和气流量的影响为主。
等离子体工艺优缺点
1.优点：处理效率高，运行费用低，特别对芳烃的去除效率高。
2.缺点：对高浓度V0Cs处理效率一般。
（八）光催化氧化工艺
光化学和光催化氧化法是目前研究较多的一种高级氧化技术。光催化反应即在光的作用下进行的化学反应。分子吸收特定波长的电磁辐射后，是分子达到激发态，然后发生化学反应，产生新的物质，或成为热反应的引发剂。
Tio2作为一种半导体材料其自身的光电特性决定了它可以用作光催化剂。半导体的能带结构通常是一个电子填充低能量价带（VB）和一一个空的高能量的导带（CB），导带和价带之间的区域被称为禁带。
当照射半导体的光能量等于或大于禁带宽度时，其价带电子被激发，跨过禁带进入导带，并在价带中产生相应空穴。电子从价带激发到导带，激发后分离的电子和空穴都有一部分进一步进行反应。
光催化氧化工艺的影响因素：
反应物初始浓度对光催化效率或降解速率有明显的影响。光催化效率随着初始浓度增加而波动，存在明显的浓度转变点；低浓度目标物的光催化降解效率大于高浓度目标物的光催化降解效率。
湿度对光催化反应的影响尚无一致性结论。对于不同化合物或者不同浓度等实验条件，存在很大的差别。
光催化氧化工艺优缺点：
1.优点：处理效率高，运行费用低，适用于低浓度广范围的VOCs特别对芳烃的去除效率高；
2.缺点：对高浓度VOCs 处理效率-般。
三、挥发性有机废气治理技术的进展分析
挥发性有机废气治理技术的进展主要表现为：
（1）微波催化氧化技术。微波氧化技术综合了填料吸附技术、空气净化技术及解吸技术等的有点，成功的将传统的治理技术转化为现代的微波氧化技术。使用微波氧化技术治理有机废气的时候能够有效降低解吸及吸附所需要的时间，减少能源成本的消耗，避免造成不必要的浪费。此外，微波氧化技术另外一个优点，就是所用成本较低，也就是經济性好，及时在反复连续使用 20 多次以后，仍然具有较好的吸附效果。在技术层面上，类似于对污水的治理技术原理，只是稍加修改就能够提高对挥发性有机废气的治理效果。
（2）活性炭纤维。不同于常用的碳吸附技术，活性炭纤维技术，具有新颖性，并且吸附效果更好。运用在活性炭纤维治理技术上的原理有：活性炭具有吸附性强的特点，并且不对周围的环境造成危害，其内外表面都布满了具有吸附性的碳原子，碳原子又组成吸附性好的表面性结构，对挥发性有机废气治理的各项要求都能满足。优越于传统的碳吸附材料，活性炭的化学和物力结构都比较特殊，在吸附速度、吸附容量及含碳量方面都略胜一筹，并且能够反复使用，活性炭纤维技术的优势使其在治理挥发性有机废气方面取得了很好的效果，值得被大范围推广使用。
（3）生物治理技术。使用生物治理技术实际上就是利用了挥发性有机废气中的微生物的可降解性，然后将有机废气中微生物以新陈代谢的方式转化为无机物。但是生物治理技术这种降解方式不可避免可能会重新产生难以预料的有害物质，这一点，不同于生物治理技术在废水中的运用，但是可以借助其在废水中的运用特性，将挥发性的有机废气液态化，在液态的情况下对其中的污染物进行吸附，降解，相比于气相状态下，效果更好，能够尽可能避免有害物质的产生，但是生物治理挥发性有机废气的技术仍然需要深入研究，以形成整体的体系。
（4）纳米材料净化技术。纳米材料是一种超级细的材料，晶粒尺寸通常为纳米级，纳米粒子表面积很大，而且活性中心也比一般的材料多，在治理挥发性有机废气的时候能够有较高的转化速度，此外，纳米催化剂能够将原本不具备反应能力的物质转化为具有反应能力的物质。特别是纳米 Tio2粒径很小在 1nm- 100nm 之间，在废气治理方面效果显著。Tio2能够在光照条件好的情况下将废气中的有机物质转化为水、二氧化碳等无机物质，在室内空寂净化等方面优势更加突出，应用前景不可限量。
结束语
综上所述，挥发性有机废气传播范围广，污染来源多，危害性极大，给人们的生产和生活带来极大的危害，因此越来越受到关注，治理技术的选择和应用需要重视其时效性。并且目前挥发性有机废气已然成为环境污染的一大顽疾，因此为了对挥发性有机废气进行治理，必须加强对挥发性有机废气治理技术的进展进行分析。
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论文作者:黄俊能
论文发表刊物:《防护工程》2019年第3期
论文发表时间:2019/5/21
标签：废气论文; 挥发性论文; 技术论文; 工艺论文; 气体论文; 活性炭论文; 污染物论文; 《防护工程》2019年第3期论文;