揮發(fā)性有機化合物的控制技術

張艷君

（上海格林曼環(huán)境技術有限公司上海200001）

揮發(fā)性有機化合物的控制技術

張艷君

（上海格林曼環(huán)境技術有限公司上海200001）

隨著我國環(huán)境問題的日益突出和相關法律法規(guī)的逐步完善，揮發(fā)性有機化合物(Volatile Organic Compounds,VOCs)已經(jīng)成為大氣污染治理中的一項重要內(nèi)容，對VOCs的控制技術和方法也提出更高的要求。VOCs從源頭控制到末端處理，需環(huán)環(huán)把關，全過程控制。目前單一的傳統(tǒng)處理技術已難以滿足需求，而技術間的耦合和協(xié)同處理又展現(xiàn)出了新的活力。部分新技術的發(fā)展開辟了新的思路，但仍需不斷的完善和提高。VOCs治理方法本身沒有好壞之分，只要針對不同VOCs廢氣的特點，確定最合適的方法，就能取得好的處理效果。

揮發(fā)性有機物；控制政策；控制技術

1　引言

伴隨國家工業(yè)的發(fā)展，各類環(huán)境問題日益突出，其中隨著大家對霧霾現(xiàn)象的重視，VOCs的污染控制已經(jīng)成為重點關注對象。我國在2015年新發(fā)布的《石油煉制工業(yè)污染物排放標準》《石油化學工業(yè)污染物排放標準》和《合成樹脂工業(yè)污染物排放標準》中對揮發(fā)性有機物的定義為：參與大氣光化學反應的有機化合物，或者根據(jù)規(guī)定的方法測量或核算的有機化合物。VOCs的種類繁多，成分復雜，是臭氧和二次有機顆粒物的重要前體物，部分組分還具有毒性、刺激性及致癌作用。

2　VOCs的控制政策

國家環(huán)保部近年來大力推進VOCs相關行業(yè)標準的制定（包括，石化、涂裝、醫(yī)藥、印刷，農(nóng)藥等），其中煉油化學工業(yè)、石油化學工業(yè)及合成樹脂工業(yè)排放控制標準已于2015年4月發(fā)布，其他行業(yè)標準也在加緊編制中。因VOCs種類多，來源廣泛且分散，各地及重點行業(yè)正在進行VOCs源核查工作，VOCs管控的法規(guī)標準和采樣監(jiān)測等監(jiān)督監(jiān)控技術手段也正在研發(fā)中，如上海市已針對印刷、涂料油墨及其類似產(chǎn)品、汽車制造業(yè)（涂裝）等重點VOCs排放行業(yè)制定了地方標準。目前對VOCs的控制和治理可分為三個目標階段，第一個階段為以末端治理為主，治理與預防相結合；第二階段為以預防為主，預防與末端治理相結合；最終目標為逐步完成行業(yè)轉(zhuǎn)型升級，提高行業(yè)清潔生產(chǎn)水平。

3　VOCs的控制技術

VOCs的控制路線為清潔生產(chǎn)路線，主要包括改進工藝，更換設備和防止泄漏為主的預防性措施，如泄漏檢測與修復（LDAR）技術；另外是末端控制為主的技術路線，目前常用或已有實際應用的方法包括熱力氧化法RTO、催化氧化法RCO、工業(yè)鍋爐或加熱器燃燒法、吸附法、冷凝法、生物法、吸收法、膜分離法等，其他正在開發(fā)的方法有光催化氧化法、等離子法等[1-3]。末端控制技術又可細分為回收技術和處理技術。以下章節(jié)對目前VOCs的主要回收和處理技術及其分別的適用性進行了簡單介紹。需要說明的是，VOCs治理方法本身沒有好壞之分，只要針對不同VOCs廢氣的特點，確定最合適的方法，就能取得好的處理效果。

3.1VOCs回收技術

3.1.1冷凝法

冷凝是利用污染物與載氣二者沸點不同進行分離的方法，主要用于含高濃度有機蒸氣和高沸點無機氣體的凈化回收或預處理[4]。該方法所需設備和操作條件都比較簡單，所回收的VOC純度比較高，其回收率與VOC初始濃度、沸點有關，VOC的初始濃度越大、沸點越高，回收率越高，一般情況下對有機物的凈化回收率在30%～70%，當VOCs組分比較單一且具有回收價值時，用冷凝法回收VOCs有明顯經(jīng)濟優(yōu)勢。冷凝在實際應用中常與其它濃縮工藝組合使用，例如冷凝法與壓縮、吸附、吸收等過程聯(lián)合使用，以吸收或吸附手段濃縮VOCs，然后以冷凝法回收有機物，從而達到經(jīng)濟且高回收率的目的。

3.1.2吸收法

液體吸收是利用氣體溶解度的不同，通過廢氣與液體接觸，使氣態(tài)污染物轉(zhuǎn)入液相。本質(zhì)是濃縮過程，結合吸收液的解吸或精餾可分離回收有機物，如二甲基甲酰胺（DMF）的吸收回收。但對于非極性有機物通常無法采用水溶液進行吸收，需采用一些大分子的有機物（如柴油、白油等），但此方法會存在吸收劑排放和分離產(chǎn)品的純度等問題。吸收法主要適于大氣量和中等濃度的有機廢氣處理[5]。

3.1.3吸附法

吸附原理為讓廢氣與多孔固體接觸，其中的氣態(tài)污染物分子被微孔表面捕集。吸附本質(zhì)上也是一個富集濃縮過程。吸附與各種脫附技術組合后可實現(xiàn)連續(xù)可靠的凈化和回收。常見的吸附劑有活性炭和疏水性沸石等[6-7]。

吸附劑吸附VOCs的效果除與吸附劑本身性質(zhì)有關外,還與VOCs的種類、濃度、特點以及操作系統(tǒng)的溫度和壓力有關。通常吸附劑對VOCs的吸附能力隨著氣體分子量的增加而提高，低分壓氣體比高分壓的氣體更易吸附。吸附法主要適用于中低濃度和高通量VOCs的回收，它具有高去除效率、低能耗和工藝成熟等優(yōu)點。缺點是吸附劑的容量較小，吸附劑消耗大，設備龐大，費用較高。

3.1.4膜分離

膜分離基本原理是根據(jù)混合氣體中各組分在壓力的推動下透過膜的傳遞速率不同，從而達到分離目的。它與傳統(tǒng)的冷凝和吸附法相比，具有高效、節(jié)能、易操作、不產(chǎn)生二次污染且可回收有機溶劑等優(yōu)點。膜分離法的運轉(zhuǎn)費用與物流流速成正比，與濃度關系不大，適合于處理較高濃度的VOCs。并且大多數(shù)間歇過程的溫度、壓力、流量和VOCs濃度都會隨時間的變化而變化，故要求回收設備有較強的適應性，而膜分離系統(tǒng)能滿足此要求[8]。目前，能夠采用膜系統(tǒng)處理回收的揮發(fā)性有機物有氯烴類(如氯乙烯、三氯乙烯、四氯乙烯)、氟里昂類和烯烴類(如乙烯、丁烯；烴類及苯)等。由于有機蒸汽分子與高分子膜有很強的交互作用，所以要求用于分離揮發(fā)性有機物的膜材料對于有機蒸汽需具有一定的耐受性，以防在使用過程中因有機蒸汽的溶脹而致使膜的性能下降。

3.2VOCs處理技術

3.2.1燃燒法

燃燒法可分為直接燃燒和催化燃燒。直接燃燒是把VOCs中可燃的有機物組分當作燃料在氣流中直接燃燒，溫度一般在1100℃左右。該方法只適用于處理有機物組分燃燒時熱值較高的VOCs，因為只有燃燒時釋放的熱量能夠彌補向環(huán)境中的散失的熱量時，才能維持燃燒區(qū)的溫度，維持燃燒的過程，否則需要消耗大量的輔助燃料，提高處理成本。催化燃燒是以Pt、Pd、CuO和NiO等作為催化劑，在較低的溫度下(150℃～600℃)使VOCs中的有機物可燃組分氧化分解成CO2和H2O。催化劑的存在使VOCs在燃燒時比直接燃燒法需要更少的停留時間和更低的溫度[9]。但由于VOCs中含較多雜質(zhì)，易引起催化劑中毒，而且催化劑常只針對特定類型的化合物起作用，因此催化燃燒的應用在一定程度上受制。

3.2.2低溫等離子體凈化

等離子凈化技術系利用高能電子射線激活、電離、裂解工業(yè)廢氣中各組分，從而發(fā)生氧化等一系列復雜化學反應，將有害物轉(zhuǎn)化為無害物或有用的副產(chǎn)物并加以回收的方法。低溫等離子體(Non-Thermal Plasma，NTP)化學活性高，反應速度快[10]，對高、低濃度的有機物均有良好的去除效果。在NTP中加入催化劑，可進一步降低能耗，不僅大大減少了單采用NTP技術造成的二次污染問題，同時克服了單一催化法的去除效率低、污染物濃度受限制的問題。低溫等離子體凈化技術具有工藝簡單、適用性強、易于操作和能耗低等優(yōu)點，已成為VOCs廢氣處理的前沿技術。這種方法主要適合低負荷的應用場合，同時需考慮采取措施，防止出現(xiàn)因氧化不完全形成的中間產(chǎn)物外排造成二次污染。

3.2.3微生物凈化

微生物凈化氣態(tài)污染物主要是利用微生物的生命活動將廢氣中的污染物轉(zhuǎn)化為CO2、H2O和細胞物質(zhì)等。它與廢水生物處理工藝最大的區(qū)別在于氣態(tài)污染物首先要經(jīng)歷由氣相轉(zhuǎn)移到液相或固相表面液膜中的傳質(zhì)過程，然后才能在液相或固相表面被微生物吸收降解。微生物凈化工藝可分為生物過濾、生物洗滌和生物滴慮等，其中生物過濾法適合于處理亨利系數(shù)＜10、濃度＜l000mg/m3的廢氣。滴慮法則適宜處理亨利系數(shù)＜1、濃度＜500mg/m3的廢氣，同時對可能產(chǎn)生酸性代謝產(chǎn)物的VOCs也有具有良好的去除效果[11]。生物洗滌法適合于處理較低濃度的可溶性有機廢氣，如乙醇、乙醚等，對難溶性的VOCs處理效果不佳。

4　結論與展望

VOCs的控制與生產(chǎn)工藝、操作管理、氣體收集和凈化工藝等環(huán)節(jié)密切相關，需要全過程進行控制?，F(xiàn)有VOCs排放源在清潔生產(chǎn)方面仍有較大潛力，但由于涉及到工藝裝備和管理水平的升級，工作難度較大。在末端控制方面，由于企業(yè)排放的廢氣特征復雜，單一的處理方法難以有效降解VOCs，因此傳統(tǒng)技術間的耦合和新技術的提高，將是VOCs控制的一個發(fā)展方向。

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張艷君（1987—），女，碩士，工程師，主要從事環(huán)境影響評價工作。