淺析VOCs 危害及治理技術(shù)

劉勇華 ，洪文躍 ，吳 京 ，王 偉

（1.生態(tài)環(huán)境部南京環(huán)境科學(xué)研究所，江蘇南京 210042；2.南京國環(huán)環(huán)境研究院有限公司，江蘇南京 210042；3.南京市江寧生態(tài)環(huán)境局，江蘇南京 211000）

1 VOCs 介紹

VOCs 是一種混合成分，由于不同的國家發(fā)展中產(chǎn)生的有害氣體不盡相同，所以對于VOCs 的具體定義不同的國家會有所不同。在美國ASTM 標準中規(guī)定凡是能夠在大氣中主動或者被動參與光化學(xué)反應(yīng)的有機化合物都是VOCs；有些組織認為大氣中除了含碳、含氮的有機物以外，其他任何參加大氣光化學(xué)反應(yīng)的化合物都是VOCs。有機化合物一般是指熔點要小于室溫同時沸點的分布區(qū)間范圍比較大的物質(zhì)，通常情況下沸點的分布區(qū)間在50～260℃，同時這種有機化合物具有很強的揮發(fā)性，很容易對人體造成嚴重的傷害。VOCs 的主要成分中有臭氧等對大氣污染嚴重的氣體，在有光照的情況下容易與大氣中的其他化合物發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，從而環(huán)境造成二次傷害，給人們的身心健康帶來威脅。

2 VOCs 的產(chǎn)生及危害

我國的環(huán)境治理部門通過對大氣的分析發(fā)現(xiàn)VOCs 的主要來源不僅是工業(yè)生產(chǎn)等人為的排放，其中自然界也有大量的VOCs 存在。自然界中的VOCs 主要是發(fā)生各種自然災(zāi)害時帶來的，比如火山噴發(fā)中含有大量的有害氣體其中就有VOCs 的成分；而人為排放的VOCs 主要是來自人們的生活以及生產(chǎn)活動。生活中汽車的使用等都會排放很多VOCs 的成分氣體。而工業(yè)生產(chǎn)中的排放是人為排放的主要部分。工業(yè)生產(chǎn)中包括VOCs 的生產(chǎn)、儲存和運輸不得當、以VOCs 為原料的工藝生產(chǎn)和使用含VOCs 產(chǎn)品。我國的石油化工等重工業(yè)比較發(fā)達，而這些企業(yè)在生產(chǎn)的過程中會產(chǎn)生大量的揮發(fā)性有機化合物。同時部分倉儲和運輸行業(yè)中也會有揮發(fā)性有機物產(chǎn)生。很多有機物在生產(chǎn)的過程中會伴隨揮發(fā)性有機物產(chǎn)生，這就是以VOCs 為原料的來源。此外，制造塑料制品、印刷、汽車噴漆等行業(yè)的產(chǎn)品中都會產(chǎn)生大量的VOCs 成分氣體。

在經(jīng)濟的不斷發(fā)展中，大氣污染帶來的傷害開始逐漸顯現(xiàn)出來，國家開始加大力度對大氣的治理，而許多企業(yè)為了保護自己的利益不被迫害，并沒有真正實行對VOCs 的控制導(dǎo)致治理效果不明顯。因此，國家采取重點城市重點治理的措施，加大了對環(huán)境治理的力度，尤其是VOCs 的控制。

VOCs 的產(chǎn)生不需要過高的溫度，常溫就可以產(chǎn)生，同時VOCs 具有極強的揮發(fā)性，極易對人體產(chǎn)生傷害。隨著人們生活質(zhì)量的不斷提高，人為排放的VOCs 排放方式越來越多，同時企業(yè)規(guī)模的不斷擴大也使得VOCs 排放量大大增加。圖1 為VOCs對生活生產(chǎn)造成的危害。VOCs 的具體特性及危害可以簡單從四個方面介紹：①VOCs 是一種具有刺激性較強的氣體，空氣中的VOCs 含量過高時，會直接影響人們的正常生活；②VOCs 成分中的大部分氣體都可以發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)。當大氣中的VOCs 含量過高時，VOCs 會與大氣中的氮氧化物在光照條件發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生臭氧等有污染的氣體，不僅嚴重影響了人們的健康，還對農(nóng)業(yè)的發(fā)展有很大的制約；③VOCs 氣體成分中部分氣體具有易燃性。由于氣體具有易燃性，當有明火或者靜電存在時極易發(fā)生不可挽回的事故，這種事故多發(fā)生在工業(yè)生產(chǎn)中；④VOCs 氣體成分中含有的烯、苯的有機物容易引起癌變，同時含氯有機物是一種劇毒氣體。

圖1 VOCs 危害的多樣性

3 VOCs 的治理方法

3.1 吸附技術(shù)

吸附技術(shù)的主要原理是先對VOCs 微粒在吸附劑的作用下進行吸附收集，然后再通過一定的技術(shù)手段把吸附的有機物進行脫附處理，從而使VOCs 中的有害物質(zhì)大大減少，達到保護環(huán)境的目的。吸附技術(shù)工藝流程簡單容易操作是現(xiàn)階段工業(yè)生產(chǎn)中常用的方法。

吸附技術(shù)的使用過程中，重點是吸附劑的選擇。當前使用的吸附劑對VOCs 中有害物質(zhì)吸收的能力有一定的限度，為了提高吸附劑的吸附能力，科研人員從表面積等多方面出發(fā)，不斷對吸附劑進行改良。吸附技術(shù)在使用過程中，對VOCs 的凈化能力比較強同時效果比較明顯。但是吸附技術(shù)在使用時，設(shè)備的搭建費用昂貴，同時設(shè)備在運行中能耗比較高，無形中增加了企業(yè)的成本投入。此外，吸附劑是不可以循環(huán)利用的，使用一段時間必須及時更換否則也會對環(huán)境造成污染?；谖郊夹g(shù)的這些缺陷，吸附技術(shù)在全國范圍內(nèi)的普及難以實現(xiàn)。

3.2 生物降解法

生物降解法主要是通過微生物的新陳代謝，將VOCs 中的有機化合物進行降解，從而減少環(huán)境的污染。VOCs 中的大部分有機化合物都是含碳或者含氮的有機物，通過生物降解產(chǎn)生的物質(zhì)可以直接排放到環(huán)境中去，不會對環(huán)境造成傷害。

生物降解法在應(yīng)用的過程中不會對環(huán)境造成二次傷害，同時生物降解利用的厭氧菌和好氧菌等這些細菌的培養(yǎng)比較簡單，培養(yǎng)成本比較低。因此，人們更傾向于使用生物降解法減少大氣中的VOCs。但是，生物降解法在實際使用過程中，生物的新陳代謝是一個緩慢的過程，導(dǎo)致對VOCs 的效率比較低，當VOCs 的量較大時生物降解起不到明顯的治理效果，所以生物降解法只適用于VOCs 排放量較小的企業(yè)。

3.3 冷凝技術(shù)

冷凝技術(shù)是通過物理方法除去VOCs 中的有害有機化合物。由于不同的有機化合物的飽和蒸汽壓會隨溫度的變化而發(fā)生很大的變化，所以冷凝技術(shù)通過添加冷凝劑對VOCs 進行冷卻，從而將其中的有害成分變成液體，對液體的廢氣進行處理，從而達到環(huán)境保護的目的。冷凝技術(shù)中常用的冷凝劑有冷卻水、液氮。冷凝技術(shù)在實際的使用過程中工藝路程簡單便于操作。但是冷凝技術(shù)也有很多不足之處：首先在冷卻過程中，只有當VOCs 的濃度比較高，且VOCs 中的氣體成分的沸點較高時，才可以使用冷凝技術(shù)，但是當處理的組分揮發(fā)性比較強，很難使用冷凝技術(shù)。其次，VOCs 是一種易燃的有害物質(zhì)，當廢氣中的VOCs 含量過高，為了使冷凝效果更好，需要施加一定的壓力，當壓力足夠大時極易發(fā)生爆炸事故，這對操作人員的生命安全帶來很大的隱患。最后，加壓設(shè)備的添加無形中增加了企業(yè)的成本投入。

3.4 光催化處理技術(shù)

光催化技術(shù)是利用VOCs 中的組分容易發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)的特性使用的技術(shù)手段。使用過程中是通過吸附劑先將VOCs 進行吸附，然后在光催化劑的作用下對VOCs 進行催化降解。一般情況下選用的光催化劑為二氧化鈦。通過光催化反應(yīng)，VOCs 中的有害組分可以降解成對水資源沒有污染的物質(zhì)，可以直接排放到水中，但是不能隨意排放到大氣中去。光催化技術(shù)在治理VOCs 的過程中治理效果顯著，同時降解物不會對環(huán)境產(chǎn)生二次污染。目前，部分企業(yè)已經(jīng)開始使用光催化技術(shù)。如何提高催化劑對光的敏感度是目前研發(fā)人員研究的重點。

3.5 燃燒技術(shù)

燃燒技術(shù)可以分為直接燃燒和催化燃燒。

由于VOCs 氣體具有易燃的特性，直接燃燒法是根據(jù)VOCs氣體的主要成分直接對其進行點燃。但是氣體組分的著火點比較高，導(dǎo)致直接燃燒法需要消耗大量的能量。直接燃燒法操作簡單，但是在實際的運用中發(fā)現(xiàn)，直接燃燒法的能耗比較少，同時需要在高溫下才可以進行這種方法，但也增大了操作的危險性以及提高了處理成本。

催化燃燒法通過催化劑的作用降低VOCs 氣體組分的起燃溫度，從而達到處理VOCs 有害氣體的目的。催化劑可以將廢氣里的有機廢棄物質(zhì)與氧反應(yīng)，產(chǎn)生無污染的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)要求的活化能大幅減少，另外在催化劑的作用下，使整體的反應(yīng)進程加速，使氧化分解在低溫情況就可實現(xiàn)。此方法具有耗能較少、起燃溫度低、處理范圍廣泛、安全性相對穩(wěn)定、去除效率較高、無二次污染問題等很多優(yōu)點，是當前VOCs 污染治理技術(shù)中極具應(yīng)用前景的方法。

3.6 復(fù)合型處理技術(shù)

近年來，國內(nèi)外技術(shù)人員對于揮發(fā)性有機氣體處理工作的研究，是在不斷優(yōu)化回收處理技術(shù)的基礎(chǔ)之上降低成本、提高效率、開發(fā)環(huán)境友好型的工藝技術(shù)。揮發(fā)性有機廢氣的成分復(fù)雜，需要的技術(shù)復(fù)雜，綜合各方面的因素進行考慮，進行復(fù)合技術(shù)的處理是較為優(yōu)質(zhì)的選擇，以達到經(jīng)濟利益與環(huán)境效益的平衡。

冷凝法可以用于溶劑的回收，然后加上吸附法和燃燒法可以處理低濃度的VOCs。對于可以生物降解、光降解的有機廢物可以優(yōu)先使用降解法進行處理再進行后續(xù)的回收工作。要注意各個處理工藝的連接環(huán)節(jié)，要避免中間有毒物質(zhì)的釋放。

4 結(jié)論

綜上所述，當前人們在生活中以及工業(yè)生產(chǎn)中都會有大量的VOCs 氣體排放出來。人們追求更高利益的代價就是環(huán)境遭受破壞越來越嚴重。因此，國家必須制定相關(guān)法律法規(guī)，從源頭抓起，減少VOCs 的排放。企業(yè)要根據(jù)自己生產(chǎn)的實際情況，選擇適當?shù)募夹g(shù)手段，做好VOCs 的治理工作。城市居民、企業(yè)以及國家要從我做起，為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展共同努力。