大氣環(huán)境揮發(fā)性有機(jī)廢氣治理研究

王婉雪，劉思遠(yuǎn)，董澤林

[1.思立博（北京）環(huán)境技術(shù)有限公司，北京 101318；2.奧來國(guó)信（北京）檢測(cè)技術(shù)有限責(zé)任公司，北京 101318]

隨著我國(guó)現(xiàn)代化工業(yè)的不斷發(fā)展，切實(shí)推動(dòng)了我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，但也造成了嚴(yán)重的空氣污染，大氣環(huán)境揮發(fā)性有機(jī)氣體產(chǎn)生量急速增長(zhǎng)。盡管我國(guó)針對(duì)這一現(xiàn)狀制定了治理大氣污染的相關(guān)措施，但由于受到各方面因素的影響，導(dǎo)致大氣環(huán)境揮發(fā)性有機(jī)廢氣治理效果并不明顯，大氣環(huán)境質(zhì)量不斷下降。解決這一問題的根本途徑是對(duì)大氣環(huán)境揮發(fā)性有機(jī)廢氣治理技術(shù)進(jìn)行不斷優(yōu)化和完善。

1 大氣環(huán)境揮發(fā)性有機(jī)氣體的特點(diǎn)

大氣環(huán)境中揮發(fā)性有機(jī)氣體主要指的是沸點(diǎn)在50～250℃之間的有機(jī)化合物，由于揮發(fā)性有機(jī)氣體沸點(diǎn)不高，所以在一般溫度下通常都以蒸汽的形式存在，由碳?xì)浠衔?、烴分子中的氫原子被鹵素原子取代后的化合物以及氮烴等組成。大氣環(huán)境中的揮發(fā)性有機(jī)氣體對(duì)人類人體健康能夠造成巨大傷害，嚴(yán)重可引發(fā)人體畸形生長(zhǎng)，出現(xiàn)癌變。形成揮發(fā)性有機(jī)氣體污染的重要原因是工業(yè)生產(chǎn)持續(xù)快速增長(zhǎng)，生產(chǎn)規(guī)模的日益擴(kuò)大。二十世紀(jì)四十年代，美國(guó)是第一個(gè)發(fā)現(xiàn)揮發(fā)性有機(jī)氣體能夠使大氣環(huán)境變渾濁的國(guó)家，對(duì)植物的健康生長(zhǎng)也會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重影響，導(dǎo)致植物出現(xiàn)大面積死亡，同時(shí)人類眼疾和呼吸道疾病患者人數(shù)大幅增加。目前，大氣環(huán)境中的揮發(fā)性有機(jī)氣體由企業(yè)廠區(qū)內(nèi)燃料燃燒和生產(chǎn)工藝過程中產(chǎn)生的各種排入空氣的含有污染物氣體和汽車從排氣管排出的廢氣組成，并在紫外線的作用下變成了致命毒氣[1]。

2 大氣環(huán)境中揮發(fā)性有機(jī)氣體產(chǎn)生的危害

2.1 室內(nèi)危害

室內(nèi)危害主要體現(xiàn)在污染氣體濃度嚴(yán)重超標(biāo)，如果人們長(zhǎng)期處于這樣的室內(nèi)環(huán)境中，就很容易引發(fā)頭疼、惡性嘔吐、四肢無力等不良癥狀，嚴(yán)重可導(dǎo)致人類記憶力快速下降、出現(xiàn)昏迷伴有抽搐、癲癇持續(xù)狀態(tài)，同時(shí)還會(huì)對(duì)人體肝腎功能、神經(jīng)系統(tǒng)等造成傷害。而大氣環(huán)境中的大量污染氣體遇光發(fā)生的一系列化學(xué)反應(yīng)能夠形成危害人類身體健康的物質(zhì)，這些物質(zhì)在人體內(nèi)長(zhǎng)期沉淀必將引發(fā)嚴(yán)重的病變，對(duì)人體身體健康造成嚴(yán)重危害，進(jìn)而威脅到人類的生存和發(fā)展。

2.2 室外傷害

室外傷害指的是在大氣環(huán)境中造成的污染，包括直接傷害和間接傷害。直接傷害指的是揮發(fā)性有機(jī)廢氣的毒性對(duì)人類身體健康帶來巨大影響和導(dǎo)致植物出現(xiàn)大面積死亡現(xiàn)象。電正性較強(qiáng)的金屬或非金屬與硫形成的一類化合物和含負(fù)價(jià)氟的有機(jī)或無機(jī)化合物的含量是影響植物生長(zhǎng)過程的重要因素，而持續(xù)向大氣環(huán)境中排放揮發(fā)性有機(jī)廢氣是造成電正性較強(qiáng)的金屬或非金屬與硫形成的一類化合物和含負(fù)價(jià)氟的有機(jī)或無機(jī)化合物含量大幅上升的主要原因。污染物的濃度或總量超標(biāo)不僅給植物生長(zhǎng)過程帶來了嚴(yán)重影響，還會(huì)使其發(fā)生病變或者出現(xiàn)大面積死亡。即便污染的濃度或總量較低也能夠給植物帶來慢性影響，最終發(fā)生病變，這也是現(xiàn)階段影響我國(guó)農(nóng)作物產(chǎn)量和農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的因素之一。間接傷害指的是對(duì)氣候環(huán)境帶來的影響，間接危害已經(jīng)在全球范圍內(nèi)發(fā)生，如全球氣候變暖。揮發(fā)性有機(jī)廢氣含量的持續(xù)增加使大氣混濁度逐漸提升，陽光無法直射造成地面接收的光照輻射直線下降，對(duì)動(dòng)物和植物的成長(zhǎng)和健康發(fā)育都產(chǎn)生了影響。另外，由于這一氣體形成的微粒具有強(qiáng)烈的凝結(jié)水氣作用，導(dǎo)致降水量逐年增大，影響了氣候和環(huán)境的變化[2]。

3 大氣環(huán)境中揮發(fā)性有機(jī)廢氣治理技術(shù)分析

研究發(fā)現(xiàn)，揮發(fā)性有機(jī)廢氣是嚴(yán)重威脅大氣環(huán)境和人類健康的重要因素，揮發(fā)性有機(jī)廢氣不僅能夠與氮氧化物，如一氧化二氮（N2O）、一氧化氮（NO）、二氧化氮（NO2）、三氧化二氮（N2O3）等光化作用，形成光化學(xué)煙霧，還是引發(fā)人類患癌，造成動(dòng)植物出現(xiàn)畸形的重要原因。產(chǎn)生揮發(fā)性有機(jī)廢氣的產(chǎn)品種類有很多，而且數(shù)量也比較大，如油漆涂料、石油的開采和石油產(chǎn)品的制成等都是產(chǎn)生揮發(fā)性有機(jī)廢氣的主要來源，給空氣質(zhì)量管理帶來了一定的難度，因此，必須對(duì)揮發(fā)性有機(jī)廢氣進(jìn)行有效治理，并對(duì)其治理技術(shù)進(jìn)行深入分析。

3.1 吸附凈化技術(shù)

此技術(shù)是一種比較成熟的化工單元反應(yīng)，是總結(jié)各種化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)過程得出的具有共同化學(xué)變化特點(diǎn)的基本過程，吸附凈化技術(shù)被用于不同有機(jī)溶劑的回收，在印刷、印染、電子、噴漆及膠黏劑等生產(chǎn)行業(yè)中活性炭吸附法得到了廣泛應(yīng)用，經(jīng)常用于對(duì)無色透明易揮發(fā)的二甲苯、能溶解脂肪、油漆等多種物質(zhì)的四氯化碳等有機(jī)溶劑的回收。最近幾年，由于環(huán)保政策要求越來越嚴(yán)格，吸附凈化技術(shù)也得到了迅猛發(fā)展，新的吸附凈化工藝和設(shè)備不斷涌現(xiàn)，吸附凈化技術(shù)的改進(jìn)，如經(jīng)過活化的含碳纖維和沸石的大力推廣和廣泛使用，在一定程度上增加了吸附凈化技術(shù)的應(yīng)用范圍，提高了吸附凈化技術(shù)的使用率，使吸附成為揮發(fā)性有機(jī)廢氣治理技術(shù)的首選方法。造成大氣污染的廢氣及污染物主要來自工業(yè)污染和交通運(yùn)輸工具，如汽車、火車、飛機(jī)、輪船等產(chǎn)生的廢氣，工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)中通常以煤炭、石油等作為主要燃料和原料，為了對(duì)揮發(fā)性有機(jī)廢氣進(jìn)行有效治理，工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)過程中可以采用吸附凈化技術(shù)，利用吸附劑吸附大量的揮發(fā)性有機(jī)廢氣，這一技術(shù)不僅具有成本小、吸附強(qiáng)、工藝技術(shù)穩(wěn)定的特點(diǎn)，還給企業(yè)帶來了較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，對(duì)大氣環(huán)境污染治理工作的順利開展具有重要意義。但目前我國(guó)在采用吸附凈化技術(shù)處理?yè)]發(fā)性有機(jī)廢氣時(shí)，對(duì)低濃度的揮發(fā)性有機(jī)廢氣不能起到顯著作用，因此，相關(guān)科研人員還應(yīng)積極開發(fā)能夠適應(yīng)我國(guó)揮發(fā)性有機(jī)廢氣的處理方法。

3.2 催化燃燒廢氣處理技術(shù)

催化燃燒廢氣處理技術(shù)在催化劑的作用下使大氣環(huán)境中的揮發(fā)性有機(jī)物在低溫狀態(tài)下（通常是200-400℃）進(jìn)行氧化分解，起到凈化處理的效果。催化燃燒廢氣處理技術(shù)被廣泛應(yīng)用在從事化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)和開發(fā)的企業(yè)和單位、噴漆行業(yè)以及涂料、油墨、顏料及類似產(chǎn)品生產(chǎn)制造行業(yè)，這種技術(shù)方法具有能耗少、操作簡(jiǎn)單、安全、凈化效率高等特點(diǎn)?，F(xiàn)階段，市面上出現(xiàn)了多種型號(hào)的設(shè)備可供不同企業(yè)進(jìn)行選擇。催化燃燒廢氣處理設(shè)備的主體結(jié)構(gòu)由催化燃燒裝置主機(jī)、鍋爐引風(fēng)機(jī)及電控柜組成。在早期生產(chǎn)過程中中，人們通常會(huì)采用氧化鋁作為載體的能改變化學(xué)反應(yīng)速度而本身又不參與反應(yīng)的貴金屬材料，但是由于貴金屬催化劑價(jià)格較高，因此逐漸被市面上一些其他催化劑所替代，如我國(guó)具有豐富的稀土資源，利用稀土制造的新型材料，已廣泛應(yīng)用到許多領(lǐng)域，稀土在催化研究方面也取得了新的進(jìn)展，如在納米材料、石油裂化中都有重要的應(yīng)用，應(yīng)用前景非常廣闊。使用催化燃燒處理技術(shù)處理廢氣時(shí)，由于在設(shè)備運(yùn)行過程中，揮發(fā)性有機(jī)廢氣會(huì)在高溫下與空氣混合，極易引發(fā)爆炸。因此，在使用這一技術(shù)時(shí)，必須對(duì)配合比例進(jìn)行嚴(yán)格控制，將其控制在爆炸范圍下限。

3.3 冷凝處理技術(shù)

這一技術(shù)多用于高濃度揮發(fā)性有機(jī)物的回收。尤其適用于處理體積分?jǐn)?shù)在1%以上的揮發(fā)性有機(jī)廢氣，從理論上而言，能夠達(dá)到較高的凈化程度。冷凝處理技術(shù)設(shè)備成本不高，凈化效果較為明顯。但由于工業(yè)廢氣成分比較復(fù)雜，需要維持不同的低溫狀態(tài)，具有一定的技術(shù)難度。因此，冷凝處理技術(shù)經(jīng)常會(huì)與其他廢氣處理技術(shù)聯(lián)合使用，以確保凈化效果。冷凝處理技術(shù)主要適用于以下場(chǎng)合：①處理高濃度揮發(fā)性有機(jī)物，如氣體組分單純的氣體；②將冷凝處理技術(shù)作為吸附凈化或催化燃燒的預(yù)處理，降低后續(xù)操作負(fù)擔(dān)；③處理含有水蒸氣較多的高溫氣體。

3.4 生物處理技術(shù)

生物處理技術(shù)是一種新興的治理大氣污染技術(shù)，是利用微生物的代謝作用，在有氧或缺氧的條件下，使揮發(fā)性有機(jī)廢氣中有機(jī)污染物氧化分解，轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定、無害物質(zhì)的處理方法。部分微生物對(duì)揮發(fā)性有機(jī)廢氣中污染物具有一定的適應(yīng)能力，利用微生物新陳代謝過程能夠?qū)崿F(xiàn)化合物的降解，生物處理技術(shù)具有安全性高，操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，不會(huì)造成二次污染，同時(shí)不需要昂貴的特殊設(shè)備，經(jīng)濟(jì)性較高[3]。

4 大氣環(huán)境中揮發(fā)性有機(jī)廢氣治理現(xiàn)狀

有機(jī)廢氣的來源十分廣泛，在化工生產(chǎn)、機(jī)械加工等各項(xiàng)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中都會(huì)產(chǎn)生有機(jī)廢氣，而這些有機(jī)廢氣在不同因素影響下就會(huì)直接揮發(fā)于空氣中，對(duì)大氣環(huán)境造成污染，給生態(tài)環(huán)境帶來巨大危害，不僅影響了人們的生活質(zhì)量和環(huán)境質(zhì)量，還對(duì)人體健康造成了損害，增加了人們患癌的幾率。由于揮發(fā)性有機(jī)廢氣對(duì)人體造成了過大的危害，因此，人們對(duì)揮發(fā)性有機(jī)廢氣的治理也越來越重視。世界各國(guó)都頒布了與揮發(fā)性有機(jī)廢氣治理相關(guān)的法規(guī)，制定了相應(yīng)的政策，對(duì)有機(jī)廢氣的排放進(jìn)行了限制，大氣環(huán)境中揮發(fā)性有機(jī)廢氣的治理顯然已成為全球性的問題。目前，我國(guó)在揮發(fā)性有機(jī)廢氣的治理過程中依舊采用的是傳統(tǒng)的治理方法，而傳統(tǒng)技術(shù)經(jīng)常存在一定的局限性，使用范圍也并不廣泛，在治理大氣環(huán)境中揮發(fā)性有機(jī)廢氣過程中并沒有取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。因此，針對(duì)當(dāng)前的情況，我國(guó)對(duì)大氣環(huán)境中揮發(fā)性有機(jī)廢氣的治理技術(shù)做出了深入的研究，并不斷改造和創(chuàng)新治理技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上積極采納世界上先進(jìn)國(guó)家的技術(shù)理念和治理?yè)]發(fā)性有機(jī)廢氣的方法，最終形成了一套獨(dú)特的治理方法，有效改善了我國(guó)當(dāng)前的環(huán)境[4]。

5 大氣環(huán)境中揮發(fā)性有機(jī)廢氣污染的防治

5.1 源頭控制和過程控制

石油化工行業(yè)是我國(guó)的支柱產(chǎn)業(yè)，主要是對(duì)原油、天然氣進(jìn)行加工、銷售。以開采煤炭資源為主的煤炭加工行業(yè)是國(guó)家能源的主要來源之一，也是國(guó)家經(jīng)濟(jì)的重要支柱之一，而這兩大行業(yè)也是工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生揮發(fā)性有機(jī)廢氣的主要來源。為了有效改善這一現(xiàn)狀，可以鼓勵(lì)相關(guān)企業(yè)不斷推進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新，支持企業(yè)采用新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備，對(duì)現(xiàn)有設(shè)施、工藝條件及生產(chǎn)技術(shù)等進(jìn)行改造提升，加快產(chǎn)業(yè)升級(jí)，在生產(chǎn)過程中采用無毒、無害或者低毒、低害的原料，替代毒性大、危害嚴(yán)重的原料；采用能夠達(dá)到國(guó)家或者地方規(guī)定的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)和污染物排放總量控制指標(biāo)的污染防治技術(shù)；采用資源利用率高、污染物產(chǎn)生量少的工藝和設(shè)備，替代資源利用率低、污染物產(chǎn)生量多的工藝和設(shè)備，以達(dá)到控制污染和節(jié)約資源的目的，在降低生產(chǎn)成本，增加企業(yè)效益的同時(shí)，盡量減輕和避免污染給大氣環(huán)境帶來的傷害。另外，選擇將揮發(fā)性有機(jī)物作為生產(chǎn)原料的企業(yè)必須加強(qiáng)生產(chǎn)組件的檢查工作，定期進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)，針對(duì)極易發(fā)生泄漏的生產(chǎn)設(shè)備生產(chǎn)和組件企業(yè)應(yīng)做到檢查和維護(hù)工作，從源頭上防止由于揮發(fā)性有機(jī)廢氣泄漏對(duì)環(huán)境造成的影響[5]。

5.2 積極推進(jìn)揮發(fā)性有機(jī)氣體監(jiān)測(cè)工作

各級(jí)生態(tài)環(huán)境部門進(jìn)一步深化生態(tài)環(huán)境監(jiān)管服務(wù)，提升生態(tài)環(huán)境管理水平是大幅提升揮發(fā)性有機(jī)廢氣排放管控質(zhì)量的重要途徑，通過監(jiān)測(cè)產(chǎn)生揮發(fā)性有機(jī)廢氣的企業(yè)，能夠有效避免企業(yè)在實(shí)際生產(chǎn)過程給大氣環(huán)境帶來的污染和影響，各級(jí)生態(tài)環(huán)境部門要圍繞“質(zhì)量”和“落實(shí)”兩個(gè)方面開展監(jiān)管，不斷提上環(huán)境監(jiān)管水平是現(xiàn)階段提高大氣質(zhì)量的重要途徑。而相關(guān)企業(yè)必須全面配合生態(tài)環(huán)境監(jiān)管部門所開展的各項(xiàng)工作，積極落實(shí)相關(guān)政策，健全與完善揮發(fā)性有機(jī)廢氣處理管理制度，進(jìn)而為企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)儀器的穩(wěn)定運(yùn)行提供基礎(chǔ)保障。

5.3 應(yīng)用與優(yōu)化清潔生產(chǎn)技術(shù)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)化和城市化突飛猛進(jìn)，我國(guó)大氣污染狀況十分嚴(yán)重，大氣環(huán)境中總懸浮顆粒物濃度普遍超標(biāo)，二氧化硫污染保持在較高水平，因此，對(duì)大氣污染進(jìn)行治理迫在眉睫。一方面，應(yīng)積極開展宣傳工作，加大宣傳力度，做好重點(diǎn)區(qū)域及重點(diǎn)排放揮發(fā)性有機(jī)廢氣企業(yè)宣傳工作，向多種類型的工業(yè)企業(yè)傳達(dá)減少揮發(fā)性有機(jī)廢氣排放量的好處起到了巨大作用。另一方面，科學(xué)制定相關(guān)政策，加快推進(jìn)工業(yè)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，堅(jiān)持技術(shù)進(jìn)步，加快清潔生產(chǎn)先進(jìn)技術(shù)研發(fā)，深入扎實(shí)推進(jìn)重點(diǎn)企業(yè)清潔生產(chǎn)工作，進(jìn)一步提升清潔生產(chǎn)水平，為工業(yè)企業(yè)提供更多更優(yōu)質(zhì)的清潔生產(chǎn)設(shè)備。企業(yè)還應(yīng)根據(jù)自身實(shí)際發(fā)展規(guī)劃，積極組織科學(xué)技術(shù)人員有針對(duì)性地開展研發(fā)工作，爭(zhēng)取獲得關(guān)鍵技術(shù)的突破，進(jìn)而在根本上降低揮發(fā)性有機(jī)廢氣的排放量[6]。

6 結(jié)束語

隨著我國(guó)現(xiàn)代化工業(yè)的不斷發(fā)展，許多工業(yè)產(chǎn)品的產(chǎn)量增長(zhǎng)迅猛，使得我國(guó)空氣污染情況也越來越嚴(yán)重。但在社會(huì)文明發(fā)展和進(jìn)步下，人們對(duì)環(huán)境的重視程度日益加深。在未來發(fā)展中，我國(guó)必須堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展的原則，加大生態(tài)環(huán)境保護(hù)治理力度，以提高環(huán)境質(zhì)量為核心，積極宣傳綠色環(huán)保知識(shí)，不斷提高生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，集結(jié)多方力量，堅(jiān)持走綠色發(fā)展、生態(tài)崛起之路，建設(shè)完善生態(tài)體系。同時(shí)，加大對(duì)大氣環(huán)境中揮發(fā)性有機(jī)廢氣治理的投入力度，形成高效的治理方式。