揮發(fā)性有機(jī)污染（VOCs）治理方法綜述

祁洪剛，劉 靜

（天津市聯(lián)合泰澤環(huán)境科技發(fā)展有限公司，天津 300042）

揮發(fā)性有機(jī)化合物普遍存在于工業(yè)生產(chǎn)中，具有較強(qiáng)的刺激性和毒性，進(jìn)入大氣中會(huì)給周圍環(huán)境帶來(lái)不良影響。VOCs主要來(lái)自石油化工、汽車尾氣以及制藥等行業(yè)。近年來(lái)，政府及其相關(guān)部門加強(qiáng)了揮發(fā)性有機(jī)物污染的治理。2010年，國(guó)務(wù)院轉(zhuǎn)發(fā)環(huán)境保護(hù)部等部門發(fā)布的《關(guān)于推進(jìn)大氣污染聯(lián)防聯(lián)控工作改善區(qū)域空氣質(zhì)量指導(dǎo)意見的通知》，首次將VOCs與氮氧化物、細(xì)顆粒物并列列為大氣污染聯(lián)防聯(lián)控的主要對(duì)象之一，有效推動(dòng)了VOCs的治理和技術(shù)的進(jìn)步。2014年，科技部與環(huán)境保護(hù)部聯(lián)合出臺(tái)《大氣污染防治先進(jìn)技術(shù)匯編》，提出了多種VOCs防治技術(shù)，為指導(dǎo)VOCs治理提供了理論參考和實(shí)踐依據(jù)。

1 VOCs污染物特征

2010年，國(guó)務(wù)院辦公廳轉(zhuǎn)發(fā)環(huán)境保護(hù)等部門的文件從國(guó)家治理層面將VOCs與二氧化硫、氮氧化物、顆粒物等一起作為改善大氣環(huán)境質(zhì)量?jī)?yōu)控重點(diǎn)污染物之一。VOCs主要來(lái)自化工業(yè)、機(jī)動(dòng)車尾氣，不同行業(yè)的VOCs含量及排放特點(diǎn)有其行業(yè)特征。具體來(lái)說(shuō)，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1.1 工業(yè)固定VOCs排放源污染特點(diǎn)

工業(yè)固定排放源VOCs主要包括石油化工、煉油行業(yè)、制藥業(yè)和煉焦行業(yè)等。其中，石油化工業(yè)在運(yùn)輸、存儲(chǔ)、配送有機(jī)溶劑過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的有機(jī)酮、酯、醚、胺以及石油烴化合物等，石油化工業(yè)VOCs污染物排放濃度高且量大；煉油行業(yè)在煉油生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生硫化物、三氯甲烷以及氯乙烷等，煉油行業(yè)VOCs產(chǎn)生也具有濃度高和排放量大等特點(diǎn)[1]。制藥業(yè)在生物發(fā)酵、分離精制、制劑加工以及化學(xué)反應(yīng)中會(huì)產(chǎn)生苯、二氯甲烷、乙酸乙酯、二甲苯、乙醇和甲醛等各種有機(jī)溶劑，制藥業(yè)VOCs產(chǎn)生具有成分復(fù)雜、濃度高的特征，且伴有惡臭氣味等。煉焦行業(yè)常會(huì)在焦?fàn)t裝煤、熄焦和脫硫等工序生產(chǎn)作業(yè)環(huán)節(jié)產(chǎn)生大量的苯、酚類，以及苯并芘、非甲烷總烴等有機(jī)污染物。煉焦行業(yè)的VOCs產(chǎn)生具有濃度高、排放量適中等特點(diǎn)。

1.2 機(jī)動(dòng)車固定VOCs排放源污染特點(diǎn)

機(jī)動(dòng)車尾氣VOCs組分主要有氯代烴、苯系物和烷烴等。具體來(lái)說(shuō)，柴油機(jī)動(dòng)車排放VOCs污染物濃度較低，轎車排放的尾氣VOCs中的非甲烷烴類化合物，其芳香烴要大于炔烴，烷烴則大于芳香烴。摩托車尾氣中的VOCs濃度要高于汽油車和柴油車。因此，在治理機(jī)動(dòng)車固定VOCs排放源時(shí)要加大落后排放設(shè)施的機(jī)動(dòng)車淘汰力度，提高機(jī)動(dòng)車燃油標(biāo)準(zhǔn)和燃燒效率[2]。此外，機(jī)動(dòng)車固定VOCs排放源的污染物具有無(wú)組織性，VOCs中的主要污染物為乙醇和丙烷，大多去除效率低于30%，對(duì)城市大氣環(huán)境的影響較大。醚類是機(jī)動(dòng)車尾氣排放源中惡臭氣體的主要污染物。

2 VOCs治理概述

2014年，科技部與環(huán)境保護(hù)部聯(lián)合出臺(tái)《大氣污染防治先進(jìn)技術(shù)匯編》，提出了多種VOCs防治技術(shù)，為指導(dǎo)VOCs治理提供了理論參考和實(shí)踐依據(jù)。下面介紹了VOCs的治理技術(shù)、工藝和特點(diǎn)。

2.1 VOCs治理技術(shù)分類

從大的類別來(lái)看，VOCs技術(shù)主要分為消除類治理技術(shù)和回收類治理技術(shù)。其中，消除類治理技術(shù)包括生物分解法、光催化氧化法、等離子體分解法、燃燒法；回收類治理技術(shù)則主要包括膜分離法、吸附法、冷凝法和吸收法等。無(wú)論是消除治理技術(shù)還是吸收治理技術(shù)主要針對(duì)的是VOCs中的單一污染物或VOCs中成分較少或性質(zhì)較為接近的混合污染氣體[3]。遇到混合復(fù)雜的廢氣，人們要做好治理工藝的選擇等。

2.2 VOCs治理技術(shù)工藝

《大氣污染防治先進(jìn)技術(shù)匯編》中，總結(jié)了多達(dá)18種VOCs治理工藝，并詳細(xì)指出了各工藝的應(yīng)用對(duì)象、適應(yīng)范圍和治理工藝等，為VOCs治理工藝的選擇提供了參考。

2.3 VOCs治理特點(diǎn)

VOCs廢氣成分復(fù)雜多樣，治理VOCs廢氣特點(diǎn)主要表現(xiàn)在治理對(duì)象多、治理行業(yè)差異大。

2.3.1 治理對(duì)象多

無(wú)論是化工業(yè)還是機(jī)動(dòng)車尾氣排放領(lǐng)域，VOCs已經(jīng)查明的種類就多大千種，其中，有200余種VOCs氣體會(huì)影響人體健康，并對(duì)大自然產(chǎn)生污染危害。另外，各種VOCs常常混雜在一起，增加了治理難度。

2.3.2 治理行業(yè)差異大

不同行業(yè)所產(chǎn)生的VOCs治理呈現(xiàn)出各自特點(diǎn)。例如，化工領(lǐng)域VOCs成分較為簡(jiǎn)單、排放物質(zhì)及性質(zhì)較為明確，治理難度相對(duì)較小，治理技術(shù)也較為成熟，如LDAR（泄露檢測(cè)與修復(fù)）管理機(jī)制的應(yīng)用。制藥領(lǐng)域VOCs較化工領(lǐng)域VOCs治理難度大，但比其他行業(yè)的VOCs治理相對(duì)容易，主要是因?yàn)橹扑幮袠I(yè)排放的VOCs成分清晰[4]。但是，排放多呈現(xiàn)間歇性、排放濃度呈不規(guī)律變化，增加了后期的治理難度。涂布行業(yè)的VOCs治理難度較大，主要是工藝中使用的膠液變化大，多為外購(gòu)，配方不了解，相關(guān)企業(yè)缺少先進(jìn)的分析技術(shù)手段。

3 VOCs治理工藝現(xiàn)狀分析

3.1 熱破壞法

熱破壞法又分為催化燃燒和接燃燒，是應(yīng)用較為廣泛的VOCs治理技術(shù)。熱裂解、熱分解以及氧化是VOCs熱破壞的關(guān)鍵破壞機(jī)理，一般包括分解、聚合和自由基反應(yīng)等。

3.2 電暈法

電暈法治理VOCs的原理，是通過(guò)驗(yàn)陡峭、脈沖窄的高壓脈電暈的電，在常溫常壓狀態(tài)下獲得非平衡等離子體，從而產(chǎn)生許多高能電子和活性粒子，對(duì)VOCs中的有害物質(zhì)分子進(jìn)行氧化降解反應(yīng)，從而使VOCs污染物中的有害物質(zhì)無(wú)害化，實(shí)現(xiàn)去除效果。

3.3 光分解法

光分解法治理VOCs，主要是通過(guò)光的直接照射使VOCs分解，或者利用催化劑的作用，通過(guò)光照射分解VOCs。光分解法治理VOCs的原理是：光波照射下，光催化劑會(huì)使水生成-OH，-OH又會(huì)將VOCs氧化，生成H2O、CO2[5]。光分解法治理VOCs，由于具有較強(qiáng)的分子擴(kuò)散能力、較高的質(zhì)量傳輸速率以及簡(jiǎn)單的鏈反應(yīng)，光分解法治理VOCs的效果較為理想。

3.4 吸附-解吸技術(shù)

3.4.1 微波解吸法

利用微波能將再生后的吸附劑保持之前的吸附能力，不影響其表面積，且微波解吸法的解吸時(shí)間較短，消耗的能量較少，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。

3.4.2 超聲波解吸法

超聲波解吸法治理VOCs主要是利用超聲波所產(chǎn)生的熱能，提升對(duì)吸附劑解吸能力，實(shí)現(xiàn)去除污染物的解吸效果。實(shí)踐中，利用超聲波解吸法能夠十分便捷地達(dá)到解吸聚合樹脂以及活性炭等污染物的目的。超聲波治理VOCs還具有解吸速度快、所需活化能少等優(yōu)勢(shì)。

3.4.3 催化再生

VOCs中的高沸點(diǎn)化合物容易引起吸附材料孔堵塞，從而影響其壽命，傳統(tǒng)的解吸法對(duì)其化合物作用不明顯。因此，人們?cè)趥鹘y(tǒng)解吸法基礎(chǔ)上提出吸附/焚燒相組合的氧化再生吸附法，取得了較為理想的處理效果。

3.5 低溫等離子體-光催化技術(shù)

低溫等離子體-光催化技術(shù)是一項(xiàng)新興VOCs治理技術(shù)，在環(huán)境污染治理領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。目前，實(shí)踐中，低溫等離子-光催化技術(shù)在脫氮、煙氣脫硫以及VOCs降解等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用效果。將低溫等離子體與光催化技術(shù)結(jié)合起來(lái)，優(yōu)化了低溫等離子體技術(shù)，還能夠有效解決光催化技術(shù)應(yīng)用中的一些難題。將二者有機(jī)結(jié)合，不僅能抑制VOCs治理過(guò)程中的副產(chǎn)物，還能有效降低能耗，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。低溫等離子體-光催化技術(shù)治理VOCs具有凈化率穩(wěn)定、操作流程簡(jiǎn)便以及工藝穩(wěn)定性強(qiáng)等諸多優(yōu)勢(shì)，但也存在一次性投資成本高、等離子表面模塊易污染等缺陷，影響使用壽命和處理效率。

4 結(jié)論

隨著VOCs污染問(wèn)題逐漸受到重視，治理VOCs成為研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)，針對(duì)不同領(lǐng)域，VOCs的成分多樣，種類不同，其污染物特性差異較大。其中，等離子體-光催化技術(shù)可以有效治理VOCs，具有操作條件溫和、二次污染少等優(yōu)勢(shì)，因此具有較好的應(yīng)用前景。下一步，應(yīng)重點(diǎn)做好等離子體-光催化作用機(jī)理的深入研究，做好等離子體放電參數(shù)、材料等光源特性研究，進(jìn)一步加強(qiáng)光催化劑改進(jìn)研究，提高等離子體光源利用率。