VOCs廢氣危害及處理技術(shù)淺析

姜 琳 丁 艷

青島市生態(tài)環(huán)境局市北分局

1 引言

大氣污染已經(jīng)成為全球性問題，污染物來源主要為工業(yè)廢氣。工業(yè)廢氣的種類比較多，包含酸霧、粉塵、燃料和有機廢氣等。工業(yè)廢氣按照排風(fēng)量、理化性質(zhì)、濃度和溫度不同，需要采用不同的治理方法。VOCs廢氣是工業(yè)廢氣中所常見的類型，在常壓條件下，該廢氣沸點小于260℃；在室溫條件下，廢氣的飽和蒸汽壓超過71Pa，屬于一種有機化合物。在工業(yè)生產(chǎn)中，揮發(fā)性有機化合物為應(yīng)用頻率比較高的溶劑，多應(yīng)用于醫(yī)療行業(yè)、印刷領(lǐng)域以及化工企業(yè)中。在使用期間會揮發(fā)大量物質(zhì)，嚴(yán)重污染大氣環(huán)境，還會危害人體健康。

2 VOCs 廢氣的危害

VOCs 廢氣含有大量揮發(fā)性有機化合物，包括酸類、醛類、烴類、酮類以及氨類等，對人體和環(huán)境的危害非常大。其中，工業(yè)生產(chǎn)中釋放的VOCs 廢氣危害性最大，具體的表現(xiàn)如下：VOCs廢氣如果含有較高的苯蒸氣濃度，能夠產(chǎn)生直接引發(fā)人體致死性的急性中毒；VOCs 廢氣中的多環(huán)芳烴有機物、有機氮化合物、芳香胺類化合物等致癌率都非常高；VOCs 廢氣中的苯酸類有機物進入人體后會直接導(dǎo)致細胞中的蛋白質(zhì)凝固或者變形，使人體產(chǎn)生不良反應(yīng)。部分VOCs 廢氣還含有腈類化合物和硝基苯，可直接入侵人體神經(jīng)系統(tǒng)和呼吸系統(tǒng)，導(dǎo)致人體呼吸困難、窒息以及神經(jīng)系統(tǒng)障礙，最終致人死亡。除對人體構(gòu)成損害之外，部分VOCs 廢氣排放入大氣后，會對臭氧層造成破壞，加劇溫室效應(yīng)，引發(fā)全球性氣候災(zāi)害。

3 常用的VOCs廢氣治理處理工藝

3.1 冷凝處理工藝

在不同溫度下，廢氣中的VOCs 廢氣飽和蒸汽壓性質(zhì)不同，采用降低溫度或者加壓方式，從廢氣中分離氣態(tài)污染物冷凝。在一定溫度條件下，VOCs 廢氣的初始濃度越大，則可以提升脫除率。

冷凝處理工藝等優(yōu)勢分析：第一，當(dāng)廢氣中含有大量水蒸氣，且溫度比較高時，采用此種工藝的處理效果顯著；第二，如果有機物的沸點高，且部分組分可回收利用，通過該處理技術(shù)可以增加回收物純度。第三，當(dāng)廢氣濃度比較高，并且處于常溫小風(fēng)量條件下，可以應(yīng)用此種工藝。第四，聯(lián)合其他處理方法，可以有效緩解裝置的運行負荷，還可以降低運行成本，處理效率與效益均比較高。

冷凝處理工藝的缺點分析：第一，設(shè)備要求高，投資成本大，運行能耗比較高。第二，對于廢氣濃度，溫度以及結(jié)露溫度的要求比較嚴(yán)格。第三，當(dāng)溶劑蒸汽壓與冷凝溫度差異比較大時，且溶劑處于飽和蒸汽壓狀態(tài)時，也不能應(yīng)用冷凝處理工藝。第四，對于可回收價值低且濃度低的有機廢氣，也不能使用冷凝處理工藝。

3.2 吸附處理工藝

此種處理方法屬于氣固結(jié)合法，是一種質(zhì)量傳遞過程，吸附過程包括物理過程、化學(xué)過程。通過分析可知，物理吸附屬于物理過程，無選擇性，在吸附時不存在電子轉(zhuǎn)移，主要借助范德華引力作用。從本質(zhì)上看，化學(xué)吸附屬于化學(xué)反應(yīng)，具備高選擇性，在吸附期間，氣體與固體會出現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)。

吸附法的優(yōu)勢分析：第一，設(shè)備結(jié)構(gòu)組成簡單，可以實現(xiàn)自動化運行與控制。第二，前期處理效率高，可以應(yīng)用于大風(fēng)量、小濃度有機廢氣處理中。第三，通過脫附處理，可以實現(xiàn)吸附劑重復(fù)使用，同時可回收有用組分。

吸附法的不足分析：第一，吸附容量不足，設(shè)備占地面積大。需要頻繁進行吸附劑更換和脫附處理，且脫附劑存在二次污染問題。第二，隨著溫度的升高，吸附量會下降。第三，使用活性炭作為吸附劑，無法有效處理含有活性物質(zhì)的有機廢氣。第四，如果有機廢氣的濃度比較高，且處于高濕高溫狀態(tài)，則不能采用吸附劑處理方法。

3.3 吸收處理工藝

此種處理方法是將溶劑從氣相傳遞到液相的過程，通過氣體混合物中的不同組分，在不同吸附劑中的不同溶解度，可以從氣流中分離有害組分。吸附法控制VOCs廢氣是一種濕法工藝，通過VOCs 廢氣的物化性質(zhì)，使液體修復(fù)劑直接接觸廢氣，從而將VOCs廢氣轉(zhuǎn)移到吸收劑中。

吸收法的優(yōu)勢分析：第一，吸收法可以有效處理和回收氣體污染物，可以應(yīng)用于低濃度，低溫度且大風(fēng)量的廢氣處理中。第二吸收劑價格成本低，且運行費用低廉。第三，吸收法可以應(yīng)用于廢氣預(yù)處理中。

吸收處理工藝的不足分析：第一，整體工藝比較復(fù)雜，吸收液可能會吸取毒害物質(zhì)。第二，吸收液的使用劑量比較多，需要進行二次處理，降低污染。第三，不能對高穩(wěn)定性、不溶水的廢氣進行處理。第四，整體吸收效率不高。

3.4 光催化氧化工藝

此種處理工藝需要借助光作用，從而產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。分子在吸收電磁輻射后，會使其達到激發(fā)狀態(tài)，相應(yīng)產(chǎn)生化學(xué)產(chǎn)應(yīng)，衍生出新物質(zhì)。同時，應(yīng)用該項技術(shù)可以將大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)化為小分子。

光催化氧化法的優(yōu)勢分析：第一，整個反應(yīng)過程比較溫和，可以在常溫、常壓狀態(tài)下進行分解。第二，具備較高的自動化水平。第三，對于惡臭氣體和高分子污染物的處理效果顯著，具備較高的除臭效率。

光催化氧化處理工藝的不足：第一，設(shè)備投資成本和運行成本比較高，并且裝置內(nèi)部對于光、強度的要求均比較高，對于光線不充足的區(qū)域，可能會對處理效果造成影響。第二，在對易燃易爆物質(zhì)進行處理時，具有一定的安全隱患。催化劑使用時極易引發(fā)失活問題。

3.5 低溫等離子處理工藝

該種處理工藝主要通過自由基、高能電子等粒子，可以有效作用于廢氣污染物中，在較短時間內(nèi)，可以促使污染物分子分解，從而引發(fā)后續(xù)反應(yīng)，對VOCs污染物的降解效果比較明顯。

低溫等離子處理工藝的優(yōu)勢：第一，整個分解反應(yīng)可以在常溫、常壓狀態(tài)開展，對于外部環(huán)境的要求不高。第二，自動化水平高，反映流程比較短，不會受到風(fēng)阻力影響。第三，裝置設(shè)備的結(jié)構(gòu)比較簡單，整個反應(yīng)器應(yīng)用模塊結(jié)構(gòu)，便于安裝和搬遷。第四，可以有效處理惡臭氣體和高分子污染物，除臭效率比較高。

低溫等離子工藝的處理缺點：第一，整體設(shè)備的投資成本比較高，會相應(yīng)提升設(shè)備構(gòu)件的制造精度，并且對設(shè)備設(shè)計、嚴(yán)密性要求比較高。第二，選擇3mm 直徑填充材料，電場強度為每厘米4kV。由于產(chǎn)生火花和擊穿問題，無法徹底分解對苯有機物。

3.6 燃燒工藝

應(yīng)用燃燒工藝，能夠借助VOCs 毒害物質(zhì)的燃燒性能，將其轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)。燃燒處理方法主要為直接法和催化法。所謂直接燃燒法，指的是將VOCs直接通入焚燒爐內(nèi)，當(dāng)VOCs濃度足夠高時，可以實現(xiàn)充分燃燒；如果VOCs濃度較低，那么就需要增加其他的輔助燃料使VOCs 實現(xiàn)充分燃燒。催化燃燒方法是利用催化劑進行氣-固相催化反應(yīng)，降低廢氣進行燃燒反應(yīng)的活化能，使其在250℃左右進行污染燃燒，最后能夠?qū)⒂袡C物分成無毒、無污染的CO2和H2O。這種方法只能處理氣體量小的有毒廢氣。催化燃燒需要用到催化劑，催化劑的種類比較多，每一種催化劑的活性也不一樣，常見的催化劑主要有貴金屬催化劑和非貴金屬催化劑，一般貴金屬催化劑的活性比較高，也有很好的耐高溫性，但是這類催化劑價格高。而非貴金屬氧化物催化劑有銅、錳、鈰等非貴金屬氧化物，比貴金屬氧化劑的價格低很多，也有不錯的催化活性，所以常常被用作貴金屬催化劑的替代品，是這幾年來環(huán)境催化燃燒的研究熱點之一。

燃燒法的工藝優(yōu)勢：第一，實現(xiàn)全自動控制效果，具備較高的處理效率，可以回收利用余熱，從而增加經(jīng)濟效益。第二，可以應(yīng)用于熱度高、濃度高的有機廢氣處理中。

燃燒法的不足分析：第一，投資成本比較高，對于設(shè)備嚴(yán)密性和構(gòu)造要求比較高。第二，不能應(yīng)用到低濃度廢氣處理中。第三，如果使用催化劑，則必須注重廢氣成分中是否含有催化劑中毒物質(zhì)。

4 加強VOCs治理的措施

4.1 提高VOCs回收率

VOCs 廢氣的治理面臨著非常大的挑戰(zhàn)，包括高排放量、大范圍的污染物排放、更多的污染點散布以及更復(fù)雜的污染物成分。從目前的廢氣處理狀態(tài)來看，許多公司的廢氣收集仍然不完善，VOCs 排放沒有得到有效控制，一些油漆制造商以及油墨生產(chǎn)和使用單位沒有完善的VOCs 處理措施。為了提高揮發(fā)性有機化合物廢氣的最終處理效率，有必要提高揮發(fā)性有機化合物廢氣的收集能力，從源頭上對其進行控制，強化對污染企業(yè)的監(jiān)督管理。廢氣收集系統(tǒng)應(yīng)盡可能靠近VOCs排放源。

4.2 提高VOCs處理效率

VOCs 的最終處理技術(shù)在工程中最廣泛使用的是燃燒、吸附、光催化和低溫等離子體電離。低溫等離子體法、活性炭吸附法和光分解催化劑法被廣泛使用，因為這些工藝的裝置簡單且成本低。同時也存在許多問題，例如光催化和低溫等離子體方法在實際操作中不是很有效；使用活性炭吸附時，必須定期更換活性炭，這是一個管理起來很困難的過程，而且所使用過的活性炭也非常難處理，處理成本較高。

4.3 科學(xué)運用組合處理工藝

VOCs實際處理過程中影響因素是非常復(fù)雜的，僅僅依靠單一的處理方法不一定能夠完全滿足處理需求。因此，組合處理工藝就成為當(dāng)前VOCs處理中的常見方法，尤其是對于低濃度的VOCs，在對其進行處理時，通常都會選擇使用“活性炭+燃燒”，“活性炭+冷凝”或“分子篩轉(zhuǎn)輪+燃燒法”的組合處理工藝對其進行處理。組合處理工藝的科學(xué)設(shè)計與運用，極大的提升了VOCs的處理效率。

5 結(jié)束語

綜上所述，我國現(xiàn)代工業(yè)化的發(fā)展給環(huán)保工作的開展帶來了巨大的壓力，工業(yè)廢氣中的VOCs 排放到空氣中之后，在強光照射下，會與氮氧化物發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，使細小粒子污染漸趨嚴(yán)重，同時，人類如果長期接觸VOCs，會引發(fā)一系列的疾病，如全身無力、瞌睡、皮膚瘙癢，嚴(yán)重的還可能導(dǎo)致肝臟與神經(jīng)系統(tǒng)病變，因此，必須要采取合適的工藝和技術(shù)對VOCs 進行處理。文章對冷凝、吸附、吸收、光催化氧化、低溫等離子以及燃燒工藝在VOCs 處理中的應(yīng)用進行了分析，指出在工業(yè)生產(chǎn)中，可以結(jié)合實際情況，將多種工藝進行組合來共同對VOCs 進行處理，提升VOCs處理效率，降低工業(yè)廢氣對環(huán)境的污染。