VOCs危害及其處理技術(shù)

梁晶 王世朋 柯冬冬

摘 要：揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）是大氣污染的主要源頭之一，石油化工廢氣、垃圾焚燒發(fā)電和汽車尾氣排放等都會(huì)產(chǎn)生VOCs，其會(huì)對(duì)人民身體產(chǎn)生巨大損傷，并導(dǎo)致光化學(xué)煙霧、霧霾等的產(chǎn)生。文章綜述了目前國(guó)內(nèi)外各項(xiàng)VOCs處理技術(shù)的原理及各自特點(diǎn)，并重點(diǎn)介紹吸附法、吸收法、膜分離法、冷凝法、燃燒法、光催化氧化、生物降解法以及等離子體法等控制技術(shù)。

關(guān)鍵詞：VOCs；危害；控制技術(shù)

中圖分類號(hào)：X701 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）27-0148-03

Abstract： Volatile organic compounds （VOCs） is one of the main sources of air pollution. VOCs can be produced by petrochemical waste gas， waste incineration， power generation and vehicle exhaust emissions， which will cause great damage to people's health. And lead to photochemical smog， haze， and so on. The principle and characteristics of various VOCs treatment technologies at home and abroad are reviewed in this paper， and the control technologies such as adsorption， absorption， membrane separation， condensation， combustion， photocatalytic oxidation， biodegradation and plasma are introduced in detail.

Keywords： VOCs； harm； control technology

1 概述

近年來(lái)，工業(yè)化程度越來(lái)越深入，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也越來(lái)越迅速，人類社會(huì)的物質(zhì)文明得到了前所未有的長(zhǎng)足進(jìn)步與發(fā)展。但同時(shí)，隨之而來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題也變得更加嚴(yán)重和突出，已悄悄逐漸演變成了阻礙我國(guó)各方面發(fā)展的主要因素。在紛繁復(fù)雜的各類環(huán)境污染問(wèn)題中，易隱蔽和擴(kuò)散是大氣污染獨(dú)有的特點(diǎn)，這使其容易對(duì)人民身體健康造成長(zhǎng)久侵害，并成為我國(guó)環(huán)境污染問(wèn)題中最為嚴(yán)重的一種。

揮發(fā)性有機(jī)化合物英文縮寫一般為VOCs，是一類具有特定沸點(diǎn)與飽和壓力（常溫）的氣體化合物[1]，在常溫常壓就有容易被點(diǎn)燃和發(fā)生爆炸的威脅，如脂肪烴、鹵代烴、醇、醛、酮、醚、酯、梭酸類、胺類以及含硫、氯有機(jī)化合物等[2]。VOCs是一種主要的大氣污染物，其不僅對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重影響，威脅人民群眾健康，同時(shí)也是一種對(duì)可用能源的極大浪費(fèi)與損失，對(duì)現(xiàn)代社會(huì)各方面的發(fā)展起到了很不利的阻礙作用，對(duì)孩童身體的健康生長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步提升發(fā)展都造成了嚴(yán)重的威脅和阻礙。于是對(duì)VOCs產(chǎn)生的控制和治理VOCs已經(jīng)造成的污染，已經(jīng)變成現(xiàn)今氣體污染防治亟待解決的棘手任務(wù)。

2 VOCs的產(chǎn)生及危害

VOCs來(lái)源廣泛，人們平常生活中排放VOCs的來(lái)源主要是包含建材行業(yè)、化學(xué)涂料以及各類燒油機(jī)器乃至平常的洗衣做飯等的排放；工業(yè)生產(chǎn)中的一般常見(jiàn)來(lái)源主要有石油化工廢氣、電廠鍋爐尾氣、燃料燃燒過(guò)程、各種垃圾焚燒、印刷、電子行業(yè)清洗、油漆和橡膠等的生產(chǎn)與使用。

VOCs不單是產(chǎn)生途徑多種多樣，它的類型也是各式各樣，并且?guī)?lái)很大的危害。VOCs絕大多數(shù)具有毒害作用，對(duì)人的視力、嗅覺(jué)造成嚴(yán)重?fù)p傷，而且對(duì)頭發(fā)、皮膚和內(nèi)分泌系統(tǒng)都有很大的潛在威脅，甚至可能造成中毒事故發(fā)生；目前一部分VOCs更是被確定為致癌物質(zhì)，比如甲醛和多環(huán)芳烴等；不少的VOCs是屬于容易燃燒和發(fā)生爆炸的化合物，給企業(yè)的安全運(yùn)行構(gòu)成了不小的威脅；而且大多數(shù)VOCs會(huì)與臭氧反應(yīng)，導(dǎo)致臭氧層破壞形成空洞，使紫外線輻射危險(xiǎn)加劇[3，4]。

隨著社會(huì)生產(chǎn)力越來(lái)越發(fā)達(dá)，VOCs造成的污染也愈加嚴(yán)重，人們開(kāi)始一步步意識(shí)到其危害，也越來(lái)越迫切的尋求對(duì)VOCs進(jìn)行管制的新型控制技術(shù)。

3 VOCs控制方法

對(duì)VOCs的控制方法包括兩大類，分別是前端的預(yù)防性管控和末端的處理性控制。預(yù)防控制的指導(dǎo)思路是通過(guò)革新工藝流程，改良或更換生產(chǎn)設(shè)備，加大研究和開(kāi)發(fā)深度，以減少或消除VOCs的排放。末端控制又按照處置形式分為兩大類，分別是回收性質(zhì)類技術(shù)和處理銷毀性質(zhì)類技術(shù)。預(yù)防性管控對(duì)生產(chǎn)技術(shù)水平的要求很高，目前來(lái)說(shuō)很難達(dá)到，大部分企業(yè)都多多少少的在生產(chǎn)流程中向環(huán)境排放各種VOCs，所以更新和發(fā)展以回收法和銷毀法為主的末端控制技術(shù)就格外重要。

3.1 回收方法

VOCs回收方法是指一類非破壞性的技術(shù)，是采用具有特殊性質(zhì)的吸附劑或者滲透膜，在特定的物理化學(xué)條件下將VOCs分離出來(lái)，幾種常用的回收方法如下。

3.1.1 吸附技術(shù)

該方法脫除VOCs的思路是利用具有特定性質(zhì)的吸附劑對(duì)VOCs微粒進(jìn)行處理，隨后把截留下來(lái)的有機(jī)物分子在特定狀態(tài)下脫附，繼而起到凈化的作用，這是當(dāng)前一種使用比較多的VOCs回收方法[5，6]。

吸附法重中之重是吸附劑，探究如何改變其比表面積、表面化學(xué)性質(zhì)、孔徑分布和孔容等可以使吸附劑對(duì)VOCs的選擇性以及吸附容量得到優(yōu)化，這也是當(dāng)前一個(gè)重要的研究方向[7]。這個(gè)方法的優(yōu)勢(shì)是去除效率相對(duì)比較高且凈化比較完全，但是它初期投資成本較高，且生產(chǎn)運(yùn)行費(fèi)用高、更換費(fèi)用昂貴，另外吸附劑易失去活性，再生起來(lái)困難較多，同時(shí)無(wú)法避免二次污染的問(wèn)題，以上問(wèn)題都阻礙了這個(gè)技術(shù)得到較為普及的應(yīng)用。

3.1.2 吸收技術(shù)

相似相容原理是吸收法的主旨理論，它是用不易揮發(fā)的吸收劑將VOCs回收，然后再根據(jù)VOCs與吸收劑性質(zhì)上的不同，使VOCs從混合氣體中剝離出來(lái)。多種因素都會(huì)對(duì)吸收效果產(chǎn)生影響，吸收劑也不能隨便選取，其主要選用原則是要對(duì)被處理污染氣體的溶解度要大，且吸收劑本身的蒸氣壓低，不具有毒性，而且應(yīng)該市場(chǎng)價(jià)格便宜且相對(duì)比較容易獲得等[8]。這個(gè)方法的優(yōu)點(diǎn)是可利用的市場(chǎng)廣泛，可以處理所有能溶解在吸附劑里的污染氣體，而且能回收到有價(jià)值的副產(chǎn)品；弊端是相比較而言，工藝流程繁雜，無(wú)法保證吸收效率；另外還有一個(gè)大問(wèn)題是必須對(duì)吸收液進(jìn)行二次處理，否則又會(huì)造成污染。

3.1.3 冷凝技術(shù)

該方法的指導(dǎo)原理是，不同溫度下不同的氣體飽和蒸汽壓也不同，由此可以利用這個(gè)性質(zhì)，運(yùn)用冷卻劑將廢氣冷卻，當(dāng)溫度低到VOCs的露點(diǎn)溫度時(shí)，就可以分離出已經(jīng)變成液體的VOCs廢氣[9]。幾種經(jīng)常見(jiàn)到的冷卻劑有冷水和液氨等。這個(gè)方法是全部VOCs控制技術(shù)里最簡(jiǎn)單的，但同時(shí)也有不少弊端：只能用于具有較高的沸點(diǎn)和較高濃度的VOCs，如果處理對(duì)象很容易揮發(fā)，則處理效果會(huì)大打折扣。又因?yàn)闉閿?shù)眾多的VOCs具有容易點(diǎn)燃甚至爆炸的特點(diǎn)，受到爆炸極限的掣肘，廢氣里的VOCs含量不能太高，可是為了盡可能的提升回收效果，就需要采用加大壓力或降低溫度的措施，這又勢(shì)必會(huì)相應(yīng)的加大設(shè)備成本和運(yùn)行維護(hù)的支出。因而為了不使成本太高，這個(gè)方法一般不會(huì)獨(dú)自運(yùn)用，而是將它與其他相應(yīng)的技術(shù)結(jié)合起來(lái)聯(lián)合使用。

3.1.4 膜技術(shù)

該方法的指導(dǎo)思想是，應(yīng)用能讓分子甄別性通過(guò)的特性薄膜，在膜兩端加上不同的壓力作為推力，由于VOCs與其他廢氣成分對(duì)所用分子膜穿透率的差異，最終將VOCs分離出來(lái)[10]。利用膜實(shí)施分離的方法對(duì)于具有較高濃度的氣體處理效果較好，這在化工行業(yè)里會(huì)經(jīng)常用到，具有回收效率高的優(yōu)點(diǎn)，但伴隨的弊端就是需要的設(shè)備初投資成本也很高。

3.2 銷毀方法

VOCs銷毀方法是在一定技術(shù)手段和條件下，將VOCs降解為無(wú)毒、無(wú)味的氣體，即是一類破壞性的方法。幾種經(jīng)常能看到的技術(shù)如下。

3.2.1 燃燒技術(shù)

這個(gè)方法主要分下面所列的兩種。

直接燃燒法的指導(dǎo)思想是，利用VOCs氣體容易燃燒的性質(zhì)，直接將VOCs氣體點(diǎn)燃，其對(duì)溫度的要求很高，需要很大的能量[11]。該方法可以去除氣相污染物，處理方式簡(jiǎn)略容易實(shí)行，但其也具有明顯的缺點(diǎn)，即能耗巨大且操作溫度高，有較大的爆炸風(fēng)險(xiǎn)并可能產(chǎn)生有毒廢氣，同時(shí)其適用范圍狹窄，只能用于高濃度氣體，因而已逐步被替代。

催化燃燒的指導(dǎo)思想是，首先是挑選出一種適宜的催化劑，在遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于直接點(diǎn)燃燃燒溫度的情況下，使廢氣里的有機(jī)廢棄物質(zhì)與氧結(jié)合反應(yīng)產(chǎn)生無(wú)污染的H2O及CO2等。它所應(yīng)用的原理是利用催化劑使化學(xué)反應(yīng)要求的活化能大幅度減少，另外在催化劑的作用下，使整體的反應(yīng)進(jìn)程加速，使氧化分解在低溫情況就可實(shí)現(xiàn)。此方法具有耗能較少、起燃溫度低、處理范圍廣泛、安全性相對(duì)穩(wěn)定、去除效率較高、無(wú)二次污染問(wèn)題等很多優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)前VOCs污染治理技術(shù)中極具應(yīng)用前景的方法[12]。

3.2.2 光催化技術(shù)

該方法依據(jù)的指導(dǎo)思想是，在具有特定波長(zhǎng)的光照情況下光催化劑與在其表面附著的水反應(yīng)產(chǎn)生強(qiáng)氧化自由基，隨后通過(guò)一系列反應(yīng)將VOCs最終轉(zhuǎn)化成二氧化碳和水[13]。該方法的生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)略，在日常條件下就可進(jìn)行，但也存在一個(gè)較大弊端是，其只對(duì)部分VOCs脫除效果較好，對(duì)其它VOCs則效率很低，同時(shí)其催化劑容易失去活性，并且由于對(duì)太陽(yáng)能利用的手段方法技術(shù)工藝還不夠完善等問(wèn)題，使其未能在VOCs治理方面實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的應(yīng)用。

3.2.3 生物降解技術(shù)

該方法所依據(jù)的指導(dǎo)思想是，在特定的條件下，利用微小形生物自身特性，把VOCs氣體轉(zhuǎn)化為其生長(zhǎng)所需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和無(wú)機(jī)物[14]。影響該方法使用效率的主要因素是PH值、濕度、溫度、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等。這個(gè)方法的設(shè)備相對(duì)比較簡(jiǎn)單，運(yùn)行容易，而且不會(huì)產(chǎn)生二次污染，存在的弊端是對(duì)其處理效果的影響因素太多，而且一般比較復(fù)雜，其處理速率不高，不容易進(jìn)行批量生產(chǎn)，當(dāng)前只對(duì)低濃度污染物脫除處理使用。

3.2.4 等離子體技術(shù)

這個(gè)方法所依據(jù)的指導(dǎo)思想是，在常溫常壓情況下運(yùn)用高壓脈沖放電激發(fā)高能電子，隨后激發(fā)出的電子不停歇的運(yùn)動(dòng)撞擊空間別處的分子，最后在一系列化學(xué)反應(yīng)后生成二氧化碳和水等[15]。這個(gè)方法所要求的設(shè)備比較簡(jiǎn)單，具有生產(chǎn)運(yùn)行和維護(hù)的費(fèi)用不高的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)很少產(chǎn)生再污染，但遺憾的是目前大部分工作仍停留在實(shí)驗(yàn)狀態(tài)，實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中還沒(méi)有得到使用。

4 結(jié)束語(yǔ)

VOCs是主要的大氣污染物，對(duì)各方面都有很大的危害，對(duì)VOCs排放的控制和處理辦法有很多形式，但又都有不同的局限與缺點(diǎn)。因此治理VOCs污染問(wèn)題，還要繼續(xù)更新與優(yōu)化控制技術(shù)，以不斷提高VOCs脫除率、減少二次污染和降低生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)成本。隨著國(guó)家、社會(huì)對(duì)環(huán)境保護(hù)的認(rèn)識(shí)越來(lái)越深入，VOCs排放限制也將越來(lái)越嚴(yán)格，今后更先進(jìn)、全面的處理技術(shù)一定會(huì)不斷涌現(xiàn)。

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