淺談有機廢氣的危害及治理方法

白燁 毛鶴群

（上海環(huán)境節(jié)能工程有限公司 上海 200060）

1 引言

揮發(fā)性有機化合物（volatileorganiccompounds，簡稱VOCs）通常是指在標(biāo)準大氣壓（101.3kPa）下沸點低于260℃，室溫（20℃）下飽和蒸汽壓超過133.322Pa的易揮發(fā)性有機化合物。VOCs的種類有很多，如脂肪烴、芳香烴、鹵代烴、醇、醛、酮、酯等。主要來源于石油化工、制藥、印刷、噴漆等行業(yè)生產(chǎn)過程中所排放的廢氣。這些廢氣污染物會危害人體健康、引發(fā)各種環(huán)境問題。因此，各國越來越重視VOCs的控制和治理，開展了大量的研究和應(yīng)用。

2 VOCs的危害[1、2]

VOCs對環(huán)境和人體健康主要會產(chǎn)生以下幾個方面的危害：

2.1 大部分的VOCs具有毒性和異味，對人的眼睛及呼吸系統(tǒng)具有刺激作用，累積吸收VOCs還會破壞人的神經(jīng)系統(tǒng)，導(dǎo)致人體麻痹、中毒甚至死亡。許多VOCs已被確認是致癌物，如甲醛、多環(huán)芳烴、芳香胺類等；

2.2 VOCs多半具有光化學(xué)反應(yīng)性。在陽光照射下，VOCs可與大氣中的碳氫化合物、NOX反應(yīng)形成光化學(xué)煙霧，主要成分為臭氧、過氧乙酰硝酸酯（PAN）、醛類、酮類等，造成二次污染，危害人體健康和植物生長；

2.3 部分鹵代烴類的VOCs，如氯氟烴（CFCs）可進入中、高空氣層，在紫外線的照射下，大量消耗臭氧，破壞臭氧層，削弱其對紫外線的吸收和屏蔽作用。

3 VOCs常用治理技術(shù)及研究進展

目前，針對不同性質(zhì)、不同濃度的VOCs的治理方法有很多，主要可以分為兩大類：回收法和消除法。回收法是通過物理方法改變溫度、壓力或者采用選擇性吸附劑等方法回收VOCs，主要包括：吸附法、吸收法、冷凝法等。消除法是通過化學(xué)或生物反應(yīng)等在光、熱、催化劑和微生物等的作用下將VOCs氧化分解為無毒或低毒產(chǎn)物，主要包括：燃燒法、生物法、等離子體分解法等。

3.1 吸附法[3]

吸附法是利用各種固體吸附劑如活性炭、硅膠、分子篩等把廢氣中的VOCs組分吸附留在固體表面，以凈化廢氣。吸附法的應(yīng)用極為廣泛，主要用于處理大風(fēng)量、低濃度的有機廢氣。與其他方法相比，吸附法具有工藝成熟、凈化效率高、操作簡便、系統(tǒng)運轉(zhuǎn)穩(wěn)定、能耗低等優(yōu)點。不足之處是吸附容量受限、設(shè)備龐大、當(dāng)廢氣中有膠粒物質(zhì)或其他雜質(zhì)時，吸附劑容易失效。

吸附效果取決于有機廢氣的組分與濃度、吸附劑的性質(zhì)、操作條件（如溫度、壓力、濕度）等因素。目前，市場上應(yīng)用最多的活性炭吸附劑的凈化效率可達90%。

3.2 吸收法

吸收法采用低揮發(fā)或不揮發(fā)的溶劑作為吸收劑，利用廢氣中各組分在吸收劑中的溶解度的差異，使廢氣中的有害組分被吸收劑吸收，從而達到處理有機廢氣的目的[4]。吸收法適用于濃度較高、溫度較低、壓力較高情況下廢氣污染物的處理，選擇了合適的吸收劑的情況下，去除率可達95%～98%[5]。該方法的優(yōu)點是投資費用較少、運行費用低、工藝流程簡單、吸收劑價格便宜、占地面積小等。但該法存在吸收劑后處理過程復(fù)雜且費用大、對有機成分的選擇性大、容易產(chǎn)生二次污染等缺點，所以，吸收法的應(yīng)用范圍受到很大限制。

3.3 冷凝法

物質(zhì)在不同的溫度和壓力下具有不同的飽和蒸汽壓，冷凝法就是利用物質(zhì)的這一性質(zhì)通過降低系統(tǒng)溫度或者提高系統(tǒng)壓力方法，使氣態(tài)污染物從廢氣中冷凝分離出來。由于加壓所需要的設(shè)備較多且比較昂貴，所以一般采用降低溫度的方法來達到冷凝的目的。冷凝法適用于高濃度、高沸點的VOCs。在實際應(yīng)用中，常作為吸附法、燃燒法等的前處理，降低有機負荷，冷凝液還可分離回收VOCs中有價值的組分，實現(xiàn)資源利用。

3.4 燃燒法

燃燒法是利用廢氣中VOCs可以燃燒氧化的性質(zhì)，通過充分燃燒將廢氣中可氧化的組分轉(zhuǎn)化為CO2和H2O。目前使用的燃燒凈化方法主要有直接燃燒和催化燃燒。

直接燃燒法又稱為火焰燃燒法，它是把廢氣中可燃的組分當(dāng)作燃料直接燃燒。該方法適用于處理可燃組分濃度較高的廢氣，不適于處理大風(fēng)量、低濃度的有機廢氣。直接燃燒法的燃燒溫度一般在1100℃左右。

催化燃燒法是指利用催化劑在較低溫度（一般為200℃~500℃）下進行燃燒，使廢氣中可燃組分完全氧化分解，從而使氣體得到凈化的一種方法。常用的催化劑種類主要包括貴金屬催化劑、過渡金屬氧化物催化劑和復(fù)氧化物催化劑[6]。

催化燃燒法具有以下優(yōu)點：(1)為無火焰燃燒，安全性好；(2)起燃溫度低（200℃～400℃），大部分的VOCs在300℃～500℃之間即可完成反應(yīng)[6]，大大減少NOX的產(chǎn)生，無二次污染；(3)對可燃組分濃度和熱值限制較小。其缺點是工藝條件要求嚴格，不允許廢氣中含有塵粒和霧滴，也不允許含有使催化劑中毒的物質(zhì)。所以，通常需要對廢氣進行前處理后再進行催化燃燒。

3.5 生物法

生物法是利用微生物的新城代謝作用將廢氣中的有機物作為碳源和能源降解為無害的無機物和細胞質(zhì)，以達到凈化廢氣的目的。該方法是一項較新的大氣污染控制技術(shù)，最早應(yīng)用于脫臭。近年來隨著對VOCs治理技術(shù)的不斷深入，該方法也被應(yīng)用于有機奇想污染物的治理中。與傳統(tǒng)的處理法相比，生物處理技術(shù)具有設(shè)備簡單、投資及運行費用低、無二次污染、安全性好等優(yōu)點。然而，由于微生物對有機污染物的降解速率較低，所以該方法只在處理低濃度、生物降解性好的有機廢氣時才具經(jīng)濟性。

3.6 低溫等離子體分解法

低溫等離子體分解法是近年來新興發(fā)展起來的廢氣治理技術(shù)。該技術(shù)的基本原理是通過高壓脈沖放電獲得大量高能電子、離子和自由基等活性粒子，這些高能粒子與破壞有機物的C-C、C-H、C-O等化學(xué)鍵，將有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為CO2、H2O、N2、S、SO2等無害或低害物質(zhì)，從而使廢氣得到凈化[7]。研究表明，該方法尤其適用于惡臭氣體，在橡膠廢氣、食品加工廢氣等的除臭中得到了應(yīng)用。

低溫等離子體分解法具有裝置簡單、易操作、能耗低、抗顆粒物干擾能力強、無二次污染物等優(yōu)點，特別適用于處理有異味、大風(fēng)量、低濃度的有機廢氣。但對于低溫等離子體治理技術(shù)作用機制的研究不夠充分，對有機化合物的凈化效率還比較低，一般低于70%[8]。

4 結(jié)論和展望

傳統(tǒng)的VOCs治理方法如吸附法、吸收法、冷凝法等具有一定的局限性，而近年來新興發(fā)展起來的催化燃燒法、生物處理法、低溫等離子體分解法等不僅能夠有效解決傳統(tǒng)技術(shù)對處理低濃度、大風(fēng)量有機廢氣不適用的難題，而且具有投資及運行費用低、流程簡單、能耗小、無二次污染等優(yōu)點，相信在今后的有機廢氣治理領(lǐng)域會有更大的發(fā)展。

[1]張曉勇,王振紅.淺析有機廢氣的治理[J]．環(huán)境科學(xué)與管理,2007,32（11）：87-88.

[2]劉嬡,王鴦鴦，揚威．淺析揮發(fā)性有機廢氣治理技術(shù)[J]．中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2012，12：40-41．

[3]曲茉莉．大氣中VOCs的污染現(xiàn)狀及治理技術(shù)研究進展[J]．環(huán)境科學(xué)與管理,2012,37（6）：102-103．

[4]何毅,王華,李光明,等．有機廢氣催化燃燒技術(shù)［J］.江蘇環(huán)境科技,2004,17(1):35-38．

[5]蔣卉.揮發(fā)性有機物的控制技術(shù)及其發(fā)展[J].資源開發(fā)與市場,2006，22(4):316-317.

[6]趙永才,鄭重.VOCs催化燃燒技術(shù)及其應(yīng)用[J].絕緣材料,2007,40（5）:70-74.

[7]欒志強,郝鄭平,王喜芹．工業(yè)固定源VOCs治理技術(shù)分析評估[J]．環(huán)境科學(xué),2011,32（12）：3476-3486．

[8]中國環(huán)境保護產(chǎn)業(yè)協(xié)會廢氣凈化委員會．我國有機廢氣治理行業(yè)2013年發(fā)展綜述[J]．中國環(huán)保產(chǎn)業(yè),2014,10：4-9．