含氯揮發(fā)性有機(jī)物（Cl-VOCs）廢氣處理方法分析

鄭雯倩，仲曉倩，趙婷婷

（1.石家莊市環(huán)境監(jiān)控中心；2.河北省石家莊環(huán)境監(jiān)測中心，石家莊 050000）

當(dāng)前，環(huán)境污染是全世界面臨的重要問題，為了改善環(huán)境質(zhì)量，人們必須高度重視大氣污染問題。揮發(fā)性有機(jī)物是造成大氣污染的重要因素之一，而含氯揮發(fā)性有機(jī)物是眾多生產(chǎn)領(lǐng)域必不可少的生產(chǎn)物質(zhì)，此種物質(zhì)造成的廢氣會(huì)嚴(yán)重破壞大氣環(huán)境。因此，需要深入研究處理該廢氣的有效方法，減少對環(huán)境的污染。

1 含氯揮發(fā)性有機(jī)物的檢測方法

1.1 膜萃取氣相色譜技術(shù)

現(xiàn)階段，受客觀因素的影響，人們在檢測揮發(fā)性有機(jī)物時(shí)多應(yīng)用膜技術(shù)[1]。此種檢測方法在膜萃取的過程中可以保證減少相間混合的問題發(fā)生，同時(shí)降低了溶劑形成乳液狀的可能，確保能在應(yīng)用最少溶劑的情況下進(jìn)行正常的檢測，并且在萃取劑與檢測樣品發(fā)生接觸時(shí)，也能夠保證檢測的準(zhǔn)確性。利用此種檢測技術(shù)檢測含氯揮發(fā)性有機(jī)物時(shí)，被檢測物質(zhì)可以透過纖維膜與惰性氣體有效結(jié)合，同時(shí)伴隨被吸收和壓縮的現(xiàn)象，此時(shí)可以利用電流加熱，造成時(shí)間間隔，之后可以將其注入相應(yīng)裝置中。經(jīng)過一定時(shí)間后，膜萃取可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)恒定的狀態(tài)，此種方式可以保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

1.2 質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜

含氯有機(jī)物本身具有活性高的特點(diǎn)，因此在采集和應(yīng)用儀器分析此種物質(zhì)時(shí)均較為困難。為了解決這一問題，可以利用在線分析的方法，此種方法可以避免被檢測物質(zhì)出現(xiàn)衍生化的問題，進(jìn)而提高檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜這種方法可以高質(zhì)量、高效地檢測出大氣中含有的揮發(fā)性物質(zhì)，其靈敏度高，同時(shí)在檢測過程中不需要濃縮檢測物質(zhì)就可以實(shí)現(xiàn)快速的性能分析。

1.3 吸附劑富集檢測法

此種檢測方法主要應(yīng)用一些固體的吸收劑實(shí)現(xiàn)檢測目的，利用吸收劑可以對檢測物質(zhì)進(jìn)行濃縮，并且可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)采樣與濃縮，實(shí)用性較高。未選擇吸附劑時(shí)，需要應(yīng)用吸附管選取污染物的濃度，進(jìn)而檢測出污染物的平均濃度，之后可以科學(xué)地選擇適合的吸附劑，值得注意的是，吸附劑的填充量要保持在19 以內(nèi)。相較于以上兩種方法，此種檢測法的運(yùn)行成本較低，可以重復(fù)使用，同時(shí)自身的采集體積空間非常廣泛，但是在面對揮發(fā)性非常高的化合物時(shí)，此種方法則無法正常檢測。

2 常見的含氯揮發(fā)性有機(jī)物的廢氣處理方法

2.1 焚燒法

焚燒法是處理該有機(jī)物廢氣最有效的方法之一，其處理原理為將有機(jī)氯轉(zhuǎn)化為HCI，在熱回收尾氣之后可以利用膜吸收實(shí)現(xiàn)回收鹽酸的目的[2]。在應(yīng)用此種方法時(shí)，技術(shù)人員需要控制好焚燒溫度和焚燒停留時(shí)間，避免在焚燒過程中出現(xiàn)一些劇毒物質(zhì)，如二噁英。通常情況下，此種方法多用于處理高濃度的廢氣，但是在燃燒過程中會(huì)產(chǎn)生一些腐蝕性氣體，在燃燒不完全的情況下會(huì)產(chǎn)生濃度更大的含氯有機(jī)物廢氣，如呋喃或者光氣等物質(zhì)。此種方法還具有投資成本大、運(yùn)行成本高等缺點(diǎn)，一般不用于處理濃度低的含氯有機(jī)物廢氣。

2.2 催化燃燒法

由于焚燒法具有運(yùn)行成本高、運(yùn)行能耗大的缺點(diǎn)，因此焚燒法的應(yīng)用范圍較小，為了更好地處理該廢氣，人們需要對廢氣處理法進(jìn)行深入的研究。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用催化燃燒法處理廢氣成為研究重點(diǎn)。常用的催化劑有貴金屬、金屬氧化物等。催化劑直接影響廢氣處理效率，例如，種類、燃燒溫度、水蒸氣含量等都會(huì)影響廢氣處理效果。該方法對于特定廢氣可以獲得良好的處理效果，但是應(yīng)用此方法必須保持較高的燃燒溫度，同時(shí)在不完全燃燒的情況下會(huì)產(chǎn)生一些有害物質(zhì)，此種廢氣處理方法仍需進(jìn)一步完善。

2.3 冷凝法

冷凝法可以有效處理具有高濃度、高沸點(diǎn)特點(diǎn)的含氯有機(jī)物廢氣，并且能夠有效回收原料。但是，此種方法只能處理高濃度廢氣，無法對低濃度廢氣進(jìn)行有效處理，在處理低沸點(diǎn)廢氣時(shí)會(huì)消耗大量能量。此外，應(yīng)用此方法處理的廢氣通常無法滿足廢氣排放規(guī)定，因此此方法只能用于車間廢氣的預(yù)處理環(huán)節(jié)。

2.4 生物法

生物法是利用生物濾池或者濾塔中的微生物，并通過微生物發(fā)揮的新陳代謝作用有效地處理有機(jī)氯化合物，實(shí)現(xiàn)對此種有機(jī)物的轉(zhuǎn)化分解[3]。生物法本身需要的操作設(shè)備簡單，其運(yùn)行成本較低，在使用過程中不易發(fā)生二次污染，但是在處理毒性較大的廢氣時(shí)，毒性會(huì)導(dǎo)致微生物活性降低，造成微生物滅亡，無法實(shí)現(xiàn)廢氣處理的目標(biāo)。因此，此種廢氣處理方法效率較低。

生物法處理廢氣的具體步驟為：首先，將污染物與水接觸，主要目的是將廢氣溶解在水中；其次，溶解于水中的污染物會(huì)在水中形成不同成分的濃度差，濃度差可以將污染物擴(kuò)散到生物膜中，這一過程微生物可以對其進(jìn)行捕獲；再次，微生物可以利用碳源實(shí)現(xiàn)生長代謝，在此情況下再利用生化法就可以將污染物分解為兩個(gè)部分，一部分是無毒的有機(jī)物，另一種是毒性較低的有機(jī)物；最后，生物的代謝產(chǎn)物屬于一項(xiàng)循環(huán)運(yùn)動(dòng)的過程，其間會(huì)有一部分物質(zhì)重新變回液相，此種狀態(tài)下的氣態(tài)物質(zhì)可以擺脫生物膜，再經(jīng)過擴(kuò)散作用回到大氣。此種方法可以應(yīng)用于中低濃度的廢氣處理，其對于生物降解能力好的廢氣處理效果較好，處理成本較少。

2.5 催化還原法

催化還原法主要分為兩種。一是單金屬催化還原脫氧，金屬鐵在通常情況下可以實(shí)現(xiàn)脫氧，但是自身的反應(yīng)速率較慢。二是雙金屬催化還原脫氧，金屬鐵表面可以添加其他物質(zhì)以形成雙金屬體系，有效加快反應(yīng)速率。雙金屬還原法主要是通過加入加氫催化劑來實(shí)現(xiàn)金屬還原，加氫催化劑主要為Ni、Pt 等。加氫催化劑在H2的轉(zhuǎn)移中發(fā)揮了重要作用，同時(shí)新產(chǎn)生的H2具有增加鐵還原效果的作用。

2.6 氧化法

氧化法可以有效降解廢氣，將含氯有機(jī)物廢氣降解成為小分子物質(zhì)，此種小分子物質(zhì)的毒性較小，有助于應(yīng)用生物降解的方法。氧化法主要包括臭氧氧化等方法。諸多試驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)，氧化法可以獲得較好的廢氣處理效果，但是其運(yùn)行成本高，要想實(shí)現(xiàn)有效推廣，人們需要著重研究如何降低其運(yùn)行成本。

2.7 紫外光解法

紫外光解法需要應(yīng)用UV 光，但是我國對該方法的研究較少。魏瑩瑩等人利用真空紫外光解來處理廢氣，試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)廢氣濃度保持在200 mg/m3、光解停留時(shí)間為90 s、相對濕度在80%時(shí)，此種處理方法可以實(shí)現(xiàn)最佳效果[4]。

2.8 吸收法

吸收法操作簡便，對廢氣的雜質(zhì)含量等要求較低，安全性較高，很多企業(yè)應(yīng)用該方法處理廢氣。但是，該方法凈化效率比較低，特別是應(yīng)用非水溶性溶劑時(shí)，無法實(shí)現(xiàn)凈化廢氣的目的。使用有機(jī)吸收液雖然有助于提高吸收率，卻會(huì)產(chǎn)生新的污染源。

2.9 吸附法

吸附材料是吸附法的核心內(nèi)容，其性能決定了廢氣處理效率。多孔材料孔容量大，比表面積也很大，是最為常見的吸附劑?，F(xiàn)階段對吸附材料的研究主要分為四個(gè)方面。

2.9.1 活性炭

夏啟斌等研究了不同金屬離子活性炭對二氯甲烷吸附性能的影響，同時(shí)對軟硬酸堿理論進(jìn)行了深入的分析[5]。二氯甲烷屬于硬堿物質(zhì)，與載有硬酸類金屬離子的活性炭接觸后，會(huì)增強(qiáng)活性炭的硬酸性，二氯甲烷的吸附能力也會(huì)增強(qiáng)。活性炭接觸軟酸物質(zhì)，會(huì)增強(qiáng)其表面的軟酸性，同時(shí)降低二氯甲烷的吸附能力。

李瑩等研究了麻風(fēng)樹種制作而成的活性炭的吸附能力，探究了含氯有機(jī)物廢氣與其吸附量的關(guān)系[6]。相關(guān)試驗(yàn)證明，當(dāng)含氯有機(jī)物廢氣中的氯原子增加時(shí)，活性炭的吸附能力會(huì)增強(qiáng)，簡單來說，活性炭的吸附量與含氯分子的質(zhì)量呈正比。此外，不同位阻或結(jié)構(gòu)的活性炭在吸附相同質(zhì)量的廢氣時(shí)呈現(xiàn)的效果也不同。

2.9.2 活性炭纖維

作為吸附材料，活性炭纖維可以有效地處理高濃度的廢氣，并可以回收廢氣?；厥掌溟g會(huì)產(chǎn)生氯乙烯，氯乙烯的濃度可達(dá)200 mg/L，活性炭纖維可以對廢氣實(shí)現(xiàn)98%的回收，回收效果穩(wěn)定。此外，可以利用氯仿來測試和對比活性炭與活性炭纖維的吸附能力，試驗(yàn)證明，活性炭纖維具有比活性炭更大的比表面積，因此對廢氣的吸附量高于活性炭。

2.9.3 聚合物

浙江大學(xué)通過試驗(yàn)研究了大孔樹脂對廢氣的處理效果，同時(shí)比對分析了熱空氣法與洗滌法對大孔樹脂再生效果的差異[7]。試驗(yàn)證明，利用溶液洗滌法實(shí)現(xiàn)大孔樹脂的再生，其效果明顯好于熱空氣法。但是，熱空氣法操作方便，成本較低，比較環(huán)保。楊清玉等利用PHB 制成了仿生吸附劑，這種吸附劑具有無毒、環(huán)保、安全的特點(diǎn)，對氯苯有良好的吸附作用，因此可以用于處理該種廢氣[8]。

劉鵬等主要研究了NDA-201 對TCE 的靜態(tài)吸附作用，試驗(yàn)表明，物質(zhì)本身的微孔填充對吸附效果影響非常大[9]。為了提高廢氣處理效果，人們建立了樹脂吸附的工業(yè)化裝置，該裝置可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行。

2.9.4 MOFs 材料

王學(xué)海等研究了MOF-5 這種吸附材料的吸附性能[10]。試驗(yàn)表明，MOFs 材料的吸附性能是傳統(tǒng)吸附材料4 ～10 倍，對含氯揮發(fā)性有機(jī)物廢氣具有良好的吸附效果。

3 含氯揮發(fā)性有機(jī)物廢氣處理方法的展望

隨著經(jīng)濟(jì)與科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，含氯揮發(fā)性有機(jī)物逐漸被廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，如制藥業(yè)、農(nóng)藥生產(chǎn)以及有機(jī)物合成等。但是，它非常難降解，容易污染環(huán)境，破壞生態(tài)平衡，威脅人體健康。吸附材料具有多樣性，現(xiàn)階段，人們把吸附法處理廢氣作為重點(diǎn)研究方向，旨在不斷提高吸附材料的廢氣吸附性能。目前，活性炭、沸石等吸附材料得到了廣泛的應(yīng)用，同時(shí)新型吸附材料不斷出現(xiàn)，如MOFs 材料。另外，研究發(fā)現(xiàn)，多孔載體利用適量的聚合物可以有效提高有機(jī)廢氣的親和能力。

4 結(jié)論

現(xiàn)階段，含氯揮發(fā)性有機(jī)物廢氣的處理方法有很多種，每種處理方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。為了達(dá)到最佳的廢氣處理效果，人們需要結(jié)合實(shí)際處理?xiàng)l件和要求，選擇合適的處理方法，對廢氣處理結(jié)果進(jìn)行綜合評(píng)估，以有效保護(hù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。