VOC處理技術(shù)綜述

摘要：本文簡述了VOC定義、主要成分、來源及其危害，綜述了目前幾種VOC末端處理的技術(shù)方法，并對其優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍進(jìn)行比較。

關(guān)鍵詞：VOC；揮發(fā)性有機(jī)化合物；惡臭氣體

中圖分類號：X701 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-672X（2018）07-0098-01

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.07.057

Overview of VOC treatment technology

Chen Ruizhang

（China Resources Cement Holdings Limted，Shenzhen Guangdong 518000，China）

Abstract： This paper described VOC definition， main components， sources and harms， summarized the technical methods of several VOC terminal treatment， and compared their advantages and disadvantages and applied range.

Keywords： VOC；Volatile organic compound；Malodorous gas

1 VOC概述

VOC揮發(fā)性有機(jī)物一般是指飽和蒸氣壓較高（20℃下大于或等于0.01KPa）、沸點(diǎn)較低、分子量小、常溫狀態(tài)下易揮發(fā)的有機(jī)化合物。

VOC其主要成分為烴類、鹵代烴、氮烴、含氧烴、硫烴及低沸點(diǎn)的多環(huán)芳烴等，特點(diǎn)是沸點(diǎn)較低、分子量小、常溫狀態(tài)下易揮發(fā)。

VOC廣泛來源于石油化工、有機(jī)化工、表面涂裝、包裝印刷、機(jī)動車、涂料生產(chǎn)、制藥、溶劑使用、“三廢”處理、生物質(zhì)燃燒和煤炭燃燒等人為污染源和森林、植被、土壤微生物和農(nóng)作物等天然污染源。

2 VOC危害

其一，VOC中的有些物質(zhì)會對人體造成直接損害，引起呼吸困難、頭疼、胸悶、 肺氣腫等呼吸系統(tǒng)傷害，嚴(yán)重的傷害到人的肝臟、腎臟、大腦和神經(jīng)系統(tǒng)。長期處于這類環(huán)境中甚至?xí)鹕窠?jīng)質(zhì)或憂郁癥。其二，VOC破壞大氣生態(tài)環(huán)境，例如，VOC碳?xì)浠衔锖偷趸镌陉柟夂蜔岬淖饔孟聲l(fā)生一系列復(fù)雜反應(yīng)而形成光化學(xué)煙霧，此外還會破壞高空中的臭氧層。其三，VOC含有易燃易爆的化合物，這也給企業(yè)的日常生產(chǎn)帶來了安全隱患。

3 VOC末端處理技術(shù)

VOC末端處理技術(shù)可分為回收處理及氧化處理兩大類。

3.1 回收處理技術(shù)

回收處理VOC技術(shù)包括冷凝、膜分離、吸附、吸收等。為了獲得具有足夠純度的有機(jī)物，在利用吸附、吸收和接觸式冷凝等方法使氣相VOC轉(zhuǎn)移至固相或液相之后，還需要借助熱解析、氣提、精蒸餾等手段分離有機(jī)組分。

3.1.1 冷凝法

冷凝回收法是利用有機(jī)物在不同溫度下，其飽和蒸氣壓不同，通過冷凝器降溫或升壓，使有機(jī)物冷凝成液體，從氣相中分離出來。冷凝提取后，有機(jī)廢氣便可得到比較高的凈化。最通用的冷凝方法有表面冷凝和接觸冷凝。

冷凝法主要應(yīng)用于高濃度VOC氣體處理，盡管在理論上可達(dá)到很高的凈化程度，但是其操作難度大，難于在常溫下用冷卻水來完成，需要給冷凝水降溫，當(dāng)濃度低至每升數(shù)百毫升時(shí)，處理成本會大大提高。所以冷凝法常作為吸附、膜分離或者其他VOC深度凈化方法的前處理措施，以回收有機(jī)物，并降低后續(xù)處理的負(fù)荷。

3.1.2 膜分離法

不同氣體分子通過具有選擇性的膜時(shí)，其擴(kuò)散滲透率不同，在膜兩側(cè)施加推動力時(shí)，有機(jī)選擇滲透膜將氣體分成2種物流，不能通過膜的氣體為脫除了VOC的潔凈空氣被排放，通過膜的有機(jī)氣體繼續(xù)被循環(huán)冷凝。膜分離法回收VOC就是借助真空泵，在納米級的氣體分離膜兩側(cè)形成壓力差，使得VOC氣體透過膜，而空氣透過膜的速率小得多，通常高分子膜對VOC的速率比空氣高10～100倍。

膜分離法主要應(yīng)用于濃度在1000mg/m3以上的VOC氣體回收處理，回收率能夠達(dá)致90%～99.9%。膜分離法最大的優(yōu)點(diǎn)運(yùn)化效果好，無二次污染物，回收的VOC無須后續(xù)處理。但是，膜處理技術(shù)投資運(yùn)行費(fèi)用高，且污染的膜被丟棄后會造成污染。分離的效率可能會受到諸如腐蝕性氣體、含塵氣體或氣體接近露點(diǎn)等的影響。

3.1.3 吸附法

吸附法去除有機(jī)物是利用比表面積大，具有多孔結(jié)構(gòu)的活性炭、碳纖維、沸石等吸附劑，將有機(jī)物分子截留，當(dāng)廢氣通過吸附床時(shí)，有機(jī)物就被吸附在孔內(nèi)，使氣體得到凈化。

吸附法主要適用于風(fēng)量大、濕度低、溫度低、濃度小于5000ppm的VOC氣體的回收處理。VOC吸附效果的影響因素很多，吸附劑本身的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、VOC的分子結(jié)構(gòu)、外界環(huán)境的溫度、濕度及共存污染物等都會影響吸附法的工藝性能。

3.1.4 吸收法

吸收法有物理和化學(xué)吸收兩種途徑。物理吸收法是利用物理性質(zhì)差異進(jìn)行分離。根據(jù)相似相溶和溶解度原理，吸收劑一般選用與揮發(fā)性有機(jī)物性質(zhì)相近的非極性或弱極性液體，沸點(diǎn)高、揮發(fā)性低且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，能夠長期使用。常用的吸收劑有以柴油和洗油為主的礦物油、水型復(fù)合溶劑（例如水-洗油、水-表面活性劑-助劑）及高沸點(diǎn)有機(jī)溶劑。除易溶于水的有機(jī)揮發(fā)性氣體以水或液相有機(jī)物為溶劑進(jìn)行物理吸收外，其他情況以酸液、堿液為溶劑進(jìn)行化學(xué)吸收。

3.2 氧化處理技術(shù)

氧化處理VOC技術(shù)包括直接燃燒、熱力燃燒和催化燃燒等熱氧化技術(shù)以及生物過濾、生物滴濾和生物洗滌等生物降解技術(shù)，低溫等離子體技術(shù)。

3.2.1 直接燃燒技術(shù)

直接燃燒也稱直接火焰燃燒，是將廢氣中VOC組分當(dāng)作燃料的處理方式，因此該法只適用于VOC濃度或熱值較高的廢氣，其燃燒溫度通常維持在1100℃左右。該方法主要處理濃度較高，不回收利用的

VOC氣體，對于低濃度不適合直接燃燒的，需要濃縮后再燃燒。直接燃燒設(shè)備可采用便于使用的普通燃燒爐窯，或?qū)Ｓ萌紵鳌?/p>

3.2.2 熱力燃燒技術(shù)

當(dāng)廢氣中可燃物濃度較低，必須借助輔助燃料（如煤氣、天然氣、油等）來實(shí)現(xiàn)燃燒，稱為熱力燃燒。輔助燃料使溫度提高到VOC氣體足以完全氧化為CO2、H20、N2等無害組分對應(yīng)的溫度，通常為540～820℃。因此，VOC廢氣更像助燃?xì)怏w（含氧量足夠時(shí)）或燃燒的對象（含氧不足時(shí)）?？梢?，熱力燃燒主要用于處理VOC濃度或熱值較低的廢氣。

3.2.3 催化燃燒技術(shù)

催化燃燒法是在催化床層的作用下，加快VOC的化學(xué)反應(yīng)速度，使廢氣中的VOC被氧化分解成CO2、H2O。與直接燃燒和熱力燃燒不同，催化表面為無火焰燃燒，安全性好，燃燒溫度僅200～450℃，輔助燃燒消耗少，對廢氣中可燃組分濃度和熱值要求低，燃燒過程幾乎不產(chǎn)生NOX。

3.2.4 生物處理技術(shù)

生物處理VOC廢氣是在適宜的環(huán)境條件下，附著在濾料介質(zhì)中的微生物利用廢氣中的有機(jī)成分作為碳源和能源進(jìn)行掛膜，將有機(jī)物分解成CO2、H2O，進(jìn)而有效地去除廢氣中的VOC組分。常見的VOC生物處理技術(shù)有生物洗滌法、生物過濾法和生物滴濾法。生物處理法在處理大風(fēng)量、低濃度VOC方面具有處理成分多樣，無二次污染，運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)勢，但其缺點(diǎn)是占地面積大。

3.2.5 低溫等離子處理技術(shù)

等離子處理技術(shù)是在外加電場的作用下，介質(zhì)放電產(chǎn)生的大量攜能電子轟擊污染物分子，使其電離、解離和激發(fā)，經(jīng)過電子碰撞后的氣體分子形成了具有高活性的粒子，高活性粒子對VOC分子進(jìn)行氧化、降解反應(yīng)，將有毒有害污染物轉(zhuǎn)化為CO2、H2O等無毒無害物質(zhì)。

僅僅利用低溫等離子體處理VOC氣體，存在礦化不夠徹底、能耗較高、其降解產(chǎn)物成分復(fù)雜可能造成二次污染等問題。針對這些不足，人們開始關(guān)注低溫等離子體協(xié)同催化、紫外線光解、生物降解和吸收等作用的效應(yīng)，取得較理想的處理效果。

4 結(jié)論

VOC的污染控制技術(shù)包括源頭控制和末端處理兩類。在末端處理技術(shù)的選擇上，不同處理技術(shù)各有其優(yōu)缺點(diǎn)及適用性，應(yīng)當(dāng)根據(jù)VOC廢氣的物理和化學(xué)性質(zhì)，選擇不同的回收方法或幾種方法的組合來處理VOC廢氣。如能回收VOC廢氣中的有機(jī)溶劑，不僅可以減輕環(huán)境污染，還會取得一定的經(jīng)濟(jì)效益；對于濃度較高的VOC廢氣，先使用吸收法、冷凝法等對氣體進(jìn)行預(yù)處理，再通過處理低濃度有機(jī)廢氣的方法進(jìn)行后續(xù)處理，在提高處理效率的同時(shí)減少二次污染。

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收稿日期：2018-05-16

作者簡介：陳銳章（1983-），男，本科，研究方向?yàn)樗幚?，臭氣處理，水泥窯協(xié)同處置。