挥发性有机废气处理技术探讨

由于VOCs污染对环境和人类健康都有巨大危害，所以最近几年VOCs的控制越来越受到关注重视。对于VOCs排放控制，我国相继颁布了《大气污染物综合排放标准》（GB 16297-1996）和《恶臭污染物排放标准》（GB 14554-93）。我国VOCs 的治理工作已经进行了三十多年，但由于标准法规体系的不健全，废气治理的侧重点主要是除尘、脱硫和脱硝，而 VOCs的治理工作并没有太大的进展。

1 VOCs介绍

VOCs的定义有很多种，在我国，是指常温下饱和蒸气压大于133.32Pa、常压下沸点在50℃--260℃以下的有机化合物，或在常温常压下任何能挥发的有机固体或液体。其主要成分有烃类、含卤烃类、硫烃类、氮烃和氧烃类、低沸点的多环芳烃类等。VOCs 有多种排放源，从大体上可以分为自然源和人为源。自然源主要来源于森林火灾、植物和野生动物的排放等，人为源主要来自人类日常生活、工业生产过程中排放的废气以及油烟排放、垃圾焚烧、家具装潢等日常生活中排放的污染物。许多VOCs具有毒性、致畸致癌性，如果人类长时间接触，会对人类的血液和心血管系统造成损害，同时还会引起胃肠道的紊乱，诱发内分泌系统、免疫系统等疾病，而且VOCs对环境也有巨大的破坏作用。

2  VOCs的处理技术

VOCs处理技术的研究主要分为回收法与消除法。回收法包括有吸附法、膜分离法、吸收法和冷凝法等；消除法主要包括生物净化法、燃烧法、等离子体技术和光催化氧化法。现在还有一些新技术，比如臭氧分解法、电化学氧化法和微波解吸技术等。

2.1  回收技术

2.1.1  吸附法

吸附法使用最早的一种处理VOCs的方法，目前已经应用非常广泛。其主要原理是利用多孔性固体吸附剂处理VOCs，使VOCs分子吸附于吸附剂表面，从而将气体得到净化。此方法的优点是去除率很高，操作过程简单、最重要的是没有二次污染；但是处理高浓度有机气体时，吸附效果会很差，而且如果废气中有其它杂质，吸附剂很容易失效。

2.1.2  吸收法

吸收法的原理是当VOCs与吸收液相接触时，由于吸收质与吸收剂相似相溶的亲和性，VOCs从气相转入液相，最终在气相和液相之间会由于彼此的分压从而达到一种平衡，然后将吸收液进行解吸，一边分离出其中的VOCs进行回收，一边使溶剂再生。此方法操作简单、成本低，适用于处理废气流量较大、浓度较高VOCs；但是对设备容易受到腐蚀，且吸收剂需要定期更换。

2.1.3  冷凝法

冷凝法利用气体饱和蒸汽压随着环境的温度和压力变化而变化，采用加压或降温的方式使污染物冷凝并与废气分离。冷凝法处理废气要达到非常高的净化程度就需要非常低的冷却温度，但这种低温条件一般很难达到，所以有时就要靠增大压力来达到目的，但是增大压力又会增加净化的难度和成本，因此，冷凝法一般不会单独被使用，通常情况下，冷凝法先对浓度非常高的VOCs进行预处理，后续由吸附法、吸收法、燃烧法等方法对VOCs进行深度处理。

2.1.4  膜分离法

膜分离法相对于其他回收技术是一种新的处理方法，由于压力的推动，气体在膜中会扩散、渗透，不同的气体透过膜的速率也不同，冷凝法正是利用这种性质使气体选择性的透过，从而将废气分离出来。其过程有两步：一是压缩有机废气使其冷凝，二是进行膜分离。此方法在处理有机物浓度较高的废气时，尤其是体积分数在0.1％以上的废气，净化效率可以达到97%。膜分离法操作过程简单、净化效率高、而且不会产生二次污染；但是膜的成本非常高，而且还会经常造成堵塞，使用寿命也相对较短。因此，研发成本低、性能好的膜对膜分离技术至关重要。

2.2  消除技术

2.2.1  生物净化法

生物净化法是使微生物以VOCs为碳源和能源，利用微生物的生理过程将VOCs转化简单的无机物（如CO2、H2O等），从而达到气体净化的目的。生物净化法流程和设备简单、处理效果好、运行能耗的成本低、不易造成二次污染。但也有一些缺点，例如：采用生物过滤法时，设备提及大，微生物受温度、湿度影响大，同时介质适宜的pH也很难控制；采用生物洗涤法时，会有些恶臭污染物很难净化，影响处理效果。

2.2.2  燃烧法

燃烧法是指将VOCs燃烧分解为无害的物质或易于进一步处理和回收的物质，有直接燃烧、热力燃烧和催化燃烧三种方式 。

直接燃烧是将浓度较高且热值较高的VOCs作为燃料直接燃烧加以去除。热力燃烧是通过添加燃料来帮助热值不高且浓度较低的VOCs燃烧的方法。该法可用于可燃有机物含量较低的废气的净化处理，而且所需温度较低，在540-820℃即可进行。催化燃烧法就是借助催化剂，使VOCs完全氧化为H2O和CO2。催化燃烧由于有催化剂的作用可在较低温度下进行，且不会造成二次污染，所以应用非常广泛。

燃烧法只适用于处理可燃的污染物，燃烧是放热反应，所以采用燃烧法处理有机气体时可以回收热量。但也存在一些缺点，比如：燃烧过程中产生的物质和反应后的催化剂不能直接丢弃，一般需要进行处理，增加了处理难度。

2.2.3  等离子体技术

等离子体净化有机废气的基本原理是通过高压脉冲放电，在常温常压的条件下得到等离子体，其中含有一些氢氧根离子、氧离子、高能电子等，这些活性粒子可以与有机物发生一系列的物理与化学反应，使VOCs转变为CO2和H2O，从而达到净化的目的。该法适用于处理各种VOCs气体，特别是气体流量大、密度低的有机废气，且工艺流程简单、可操作性好、不会产生二次污染物，特别是在节能方面有很大的发展空间。

2.2.4  光催化氧化法

光催化氧化法净化有机废气就是利用光能将反应物激活，活化后的反应物分子在光催化剂的作用下将VOCs分解成CO2、H2O和无机物无毒或低毒的产物。目前常用的光催化剂活性组分有Zn、Sn和Ti等金属氧化物，TiO2因其来源广泛、成本较低、对紫外光吸收率高、无毒、晶体稳定、且抗腐蚀性、化学稳定性和催化活性都很高，因此被利用得较多。此法降解污染物比较完全，反应条件温和，能量利用效率较高，无二次污染物产生，具有广阔的应用前景。

3  结语

目前VOCs的处理方法主要有吸附技术、吸收技术、冷凝技术、燃烧法、生物技术和光催化氧化法等，其中一些方法已经投入到商业应用中了，而有些仍处于试验阶段。VOCs 催化燃烧技术则是近几年发展非常快的一种全新的处理方法之一，这是因为催化燃烧法能耗小，操作简便，最终的转化产物通常为H2O及CO2，不会产生二次污染，所需设备体积小等显著优点，也与我国所倡导建设和谐社会相呼应，开发与应用前景很广阔。