工業(yè)廢氣中VOC處理技術(shù)簡介

崔鳳

【摘 要】針對VOC對環(huán)境造成的影響，本文探討了工業(yè)廢氣中VOC的處理技術(shù)，同時(shí)給出了不同VOC濃度排放的企業(yè)可以選擇的VOC處理技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】VOC；處理技術(shù)

0 引言

揮發(fā)性有機(jī)物（VOC）是生成近地層臭氧（O3）的前體物之一，而O3是光化學(xué)氧化劑，具有刺激性、氧化性，近地層O3會危害人體健康[1]；同時(shí)，VOC本身含有的某些成分本身也具有刺鼻性味道，對人體健康產(chǎn)生危害。世界衛(wèi)生組織（WHO，1989）對VOC的定義為，熔點(diǎn)低于室溫而沸點(diǎn)在50～260℃之間的揮發(fā)性有機(jī)化合物的總稱。VOC的來源分為自然源和人為源，且包含的有機(jī)物種類繁多。人為源排放中，涂裝、印刷、粘接和橡膠等行業(yè)對VOC的貢獻(xiàn)較大，而VOC中對O3生成潛勢較大的物種主要是甲苯、二甲苯和三甲苯等[2]。因此?？刂聘餍袠I(yè)VOC達(dá)標(biāo)排放至關(guān)重要，而選擇合適的VOC處理技術(shù)成為各行業(yè)VOC達(dá)標(biāo)排放的關(guān)鍵。

1 VOC處理技術(shù)

VOC處理技術(shù)大體可以分為“回收”和“分解”兩大類。

1.1 回收法

VOC的回收處理技術(shù)主要包括吸附法、凝縮法和吸收法。

1.1.1 吸附法

吸附法是通過采用選擇性吸附劑物理性吸附和捕捉VOC的方法，吸附材料可分為兩類，一類是活性碳（普通活性炭、破碎狀碳素纖維蜂窩等），另一類是無機(jī)類吸附材料（沸石、硅石等）?；钚蕴渴且蕴紴橹饕煞值亩嗫踪|(zhì)物質(zhì)，其細(xì)孔可以選擇性的吸附比細(xì)孔小的粒狀的有機(jī)物，通過升溫、減壓、吹入水蒸氣等來實(shí)現(xiàn)解吸附?；钚蕴课椒ǖ膬?yōu)點(diǎn)是可以回收VOC再利用，且吸附時(shí)不需要能源，缺點(diǎn)是需要再生成本，吸附材料會逐漸劣化，解吸附時(shí)會有部分VOC殘留?；钚蕴课ㄖ饕迷诨瘜W(xué)成套設(shè)備的清洗、大樓空調(diào)等。沸石是結(jié)晶結(jié)構(gòu)相對有較大空隙的鋁硅酸鹽的總稱，目前人工合成可以生產(chǎn)各種材質(zhì)的沸石。與活性炭吸附類似，沸石也是利用其空隙吸附有機(jī)物，通過升溫、減壓等來實(shí)施解吸附。沸石吸附法除了具備活性炭吸附的優(yōu)點(diǎn)外，還具有不燃性，其缺點(diǎn)是成本要高。沸石吸附法主要用于化學(xué)成套設(shè)備清洗、加油站等。在選擇吸附材料時(shí)應(yīng)該根據(jù)其優(yōu)缺點(diǎn)及生產(chǎn)工藝合理選擇，比如，普通活性炭因成本較低利用較為廣泛，但是由于其容易吸附水，所以不適用于溫度高于40℃、氣體相對濕度大的氣體吸附處理，也不適用于易發(fā)生反應(yīng)、活性大的溶劑的吸附，因?yàn)樵擃愑袡C(jī)物會與活性炭表面反應(yīng)而造成堵塞，這種情況下應(yīng)該選擇破碎狀碳素纖維蜂窩或者沸石作為吸附材料。

1.1.2 吸收法

吸收法是根據(jù)有機(jī)物相似相溶的原理，采用低揮發(fā)溶劑對VOC進(jìn)行吸收，再利用VOC分子和吸收劑物理性質(zhì)的差異進(jìn)行分離的方法。按照吸收機(jī)理可以分為物理吸收和化學(xué)吸收。通常VOC的吸收為物理吸收，使用的吸收劑常為柴油、煤油或者其它溶劑。任何可溶解于吸收劑的VOC均可以從氣相轉(zhuǎn)移到液相中，之后對吸收液進(jìn)行處理。吸收法的優(yōu)點(diǎn)在于可以回收有用成分，其缺點(diǎn)在于吸收劑很難選取，吸收范圍有限，費(fèi)用高，且容易造成二次污染。吸收法通常適用于中等濃度、排氣量大的VOC的處理。

1.1.3 凝縮法

凝縮法是利用不同溫度下有機(jī)物質(zhì)的飽和度不同，通過降低或提高系統(tǒng)壓力，把處于蒸汽環(huán)境中的物質(zhì)通過冷凝方式提取出來。凝縮法的優(yōu)點(diǎn)是凝縮后有機(jī)廢氣可得到比較高的凈化，其缺點(diǎn)是操作難度很大，常溫下也不容易用冷卻水來完成，需要給冷凝水降溫，所以需要的費(fèi)用昂貴。凝縮法主要適用于濃度高且溫度比較低的有機(jī)廢氣的處理。

1.2 分解法

VOC的分解處理技術(shù)包括燃燒法和非燃燒法。

1.2.1 燃燒法

VOC的燃燒法是指將VOC中的碳氧化分解為二氧化碳的處理方法，分為直接燃燒法、蓄熱燃燒法和催化燃燒法。

大多數(shù)VOC是由碳、氫、氧等構(gòu)成的化合物。直接燃燒法就是利用助燃劑，在650～800℃左右的高溫下使VOC燃燒被分解為二氧化碳、水等物質(zhì)，助燃劑使用煤油、重油、輕油等液體燃料，或者天然氣、液化氣等氣體燃料。直接燃燒法的優(yōu)點(diǎn)是裝置便宜、容易保養(yǎng)，不分VOC種類，其缺點(diǎn)是低濃度的話需要添加助燃劑，且會產(chǎn)生二氧化碳。直接燃燒法通常用于涂裝、印刷、化學(xué)成套設(shè)備等行業(yè)。蓄熱燃燒法是利用蓄熱體（陶瓷）蓄熱燃燒來分解VOC。蓄熱燃燒法的優(yōu)點(diǎn)是熱效率高（90%～95%），自然濃度低，其缺點(diǎn)是裝置很貴，不能間斷運(yùn)轉(zhuǎn)，需要采取對策處理蓄熱材料的網(wǎng)眼堵塞問題。蓄熱燃燒法通常用于涂裝、印刷、化學(xué)成套設(shè)備等行業(yè)。催化燃燒法是利用加入催化劑降低氧化分解VOC所需要的溫度，加入催化劑后VOC氧化的溫度可以降低至200～400度。催化燃燒法的優(yōu)點(diǎn)是可以低溫燃燒，氮氧化物的產(chǎn)生量較少，容易保養(yǎng)，其缺點(diǎn)是催化劑很貴，硅、磷、硫磺等受催化劑影響失去活力。催化燃燒法通常用于印刷、化學(xué)成套設(shè)備等行業(yè)。

1.2.2 非燃燒法

非燃燒法包括生物處理、光催化劑、放電等離子體、膜分離等。

生物處理法是將含有VOC的氣體通過微生物填充層，利用微生物的生理過程把VOC轉(zhuǎn)化為簡單的無機(jī)物，比如二氧化碳、水和其它簡單的無機(jī)物等，這是一種無公害的有機(jī)廢氣處理方式。生物處理法的優(yōu)點(diǎn)是流程和設(shè)備簡單，一般不消耗有用原料，運(yùn)行能耗的費(fèi)用低，較少形成二次污染物；其缺點(diǎn)是設(shè)備體積大，微生物受溫度、濕度影響較大。生物處理法主要用于處理低濃度的VOC。光催化劑法是光催化劑在紫外光的輻射下，產(chǎn)生具有較強(qiáng)氧化能力的空穴，可以分解VOC為二氧化碳和水。光催化法的優(yōu)點(diǎn)是徹底的凈化，對絕大部分VOC都能起到作用，在常溫下可以實(shí)現(xiàn)，不存在飽和問題；其缺點(diǎn)是可能產(chǎn)生二次污染物，比如O3等。放電等離子體法是利用高能電子輻射（分解、氧化或還原）化學(xué)技術(shù)，將VOC的結(jié)構(gòu)破壞，并轉(zhuǎn)化為其他易回收的形式或無害的物質(zhì)。放電等離子體法的優(yōu)點(diǎn)是分辨率高、節(jié)能、常溫處理，缺點(diǎn)是有可能產(chǎn)生氮氧化物、有可能生成其他二次生成物。膜分離法是采用對VOC具有選擇性滲透的高分子膜，在一定壓力下使VOC滲透而被分離的技術(shù)，富集了的VOC氣體需要通過其它回收系統(tǒng)進(jìn)行回收處理。

2 VOC處理技術(shù)的選擇原則

VOC處理技術(shù)較多，在實(shí)際工作中企業(yè)可以根據(jù)VOC排放濃度的差異來選擇采用何種技術(shù)來處理VOC。

（1）高濃度段（VOC含量在1～20%）：因?yàn)閂OC濃度高可以作為資源回收處理，可用油處理、沸石等吸附、膜分離、冷凝方法，VOC含量在1～20%范圍內(nèi)往往含有很多爆炸極限物質(zhì)，所以一般不采用燃燒處理法。

（2）中濃度段（VOC含量在數(shù)百～數(shù)千ppm）：VOC濃度在800～1200ppm以上時(shí)，因?yàn)椴恍枰紕┚涂梢赃M(jìn)行燃燒處理，所以適用于燃燒裝置；也可以用吸附劑處理至自然濃度后進(jìn)行燃燒處理，為了抵消二氧化碳排放的缺點(diǎn)，加進(jìn)余熱回收等節(jié)能技術(shù)。

（3）低濃度段（數(shù)十～100ppm左右）：一般適用吸附劑吸附法進(jìn)行處理。

3 結(jié)論

隨著中國工業(yè)發(fā)展帶來的VOC排放量的增加，以及大眾對環(huán)境安全意識的逐漸增強(qiáng)，環(huán)保部在2013年發(fā)布了《揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）污染控制政策》，各地方政府也相應(yīng)頒布地方標(biāo)準(zhǔn)，對VOC排放限值做出要求，因此各行業(yè)應(yīng)該嚴(yán)格落實(shí)VOC治理要求，保證VOC達(dá)標(biāo)排放，減少VOC排放，進(jìn)而有效緩解O3超標(biāo)問題。

【參考文獻(xiàn)】

[1]唐孝炎，張邵.大氣環(huán)境化學(xué)（第二版）[M].高等教育出版社.2006.

[2]涂偉萍，程建華.涂料生產(chǎn)與涂裝過程中廢氣排放與治理[J].中國涂料.2013（02）.

[責(zé)任編輯：張濤]endprint