VOC凈化研究進展

張紅陽 李林威 聶蓉蓉 張鵬錫 榮俊鋒

摘要：揮發(fā)性有機物（VOC），是目前廢氣治理領(lǐng)域的難點，本文綜述了VOC凈化方法：燃燒法，光催化氧化法，低溫等離子體技術(shù)，超聲波解析技術(shù)，吸附法，吸收法，冷凝法，膜分離法，生物法，重點介紹了旋轉(zhuǎn)超重力法，并對未來發(fā)展趨勢進行了展望。

關(guān)鍵詞：揮發(fā)性有機物，等離子體，旋轉(zhuǎn)超重力

一、VOCs的凈化方法：

1.燃燒法

燃燒法是將噴漆廢氣中的有機物燃燒氧化，轉(zhuǎn)換成CO2和H2O無害物質(zhì)達到廢氣凈化目的。燃燒法可分為直接燃燒法、熱力燃燒法、催化燃燒法、蓄熱燃燒法等類型。

（1）直接燃燒法高濃度可燃有機廢氣宜采用直接燃燒法。直接燃燒法需要足夠高溫度，并保證燃燒空間內(nèi)擁有足夠氧氣。若氧氣量不足則燃燒不完全;若氧氣量過多，會使可燃物濃度不在著火界限范圍內(nèi)導(dǎo)致不完全燃燒。為防止氣體爆炸，一般在鍋爐或敞開的燃燒器中燃燒廢氣，燃燒溫度大于1100℃;但當燃燒不完全時，會導(dǎo)致一些污染物和煙塵排放到大氣中，同時燃燒的熱能無法回收，

造成燃料能量損失。

（2）熱力燃燒法―低濃度可燃有機廢氣可采用熱力燃燒法處理。濃度低可燃性物質(zhì)導(dǎo)致在燃燒過程中不足以釋放支持整個燃燒過程所需的能量，因此需加輔助燃料作為助燃氣體，通過燃燒助燃氣體提高熱量，使廢氣達到反應(yīng)溫度并充分燃燒。熱力燃燒法溫度一般在500～900℃范圍內(nèi)，低于直接燃燒法溫度。

（3）催化燃燒法―催化燃燒法被視為處理VOCs的一種高效技術(shù)，在催化劑作用下VOCs可在較低溫度下（通常為200～400℃）氧化生成無污染的CO2和H2O。催化燃燒法無二次污染，工藝操作簡單，安全性高，起燃溫度低;但催化劑性能優(yōu)劣決定VOCs凈化效果，因此高性能催化劑選擇和研究開發(fā)是高效新型催化燃燒法的核心問題。處理高濃度、小風量有機廢氣可采用催化燃燒法，但噴漆廢氣風量大、VOCs濃度一般低于300mg/m3，不太適合處理噴漆廢氣。

（4）蓄熱燃燒法當有機廢氣濃度不高時，常規(guī)的熱力燃燒和催化燃燒不足以維持自燃，需要額外補充大量熱能，因此宜采用蓄熱燃燒。蓄熱燃燒技術(shù)優(yōu)勢在于凈化效率高、無二次污染，同時實現(xiàn)能量回收，節(jié)約燃料，具有良好應(yīng)用前景。

在眾多的揮發(fā)性有機物治理技術(shù)當中，燃燒法是最為常見且應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)之一，它主要由催化燃燒和直接燃燒兩種方法組合構(gòu)成。其工作的原理為：利用催化燃燒和直接燃燒時產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)對大氣中的揮發(fā)性有機物進行破壞和摧毀，然后使其產(chǎn)生反應(yīng)，降低大氣中有機物的含量，也使得其危害性得到控制。這種方法對于低濃度的揮發(fā)性有機物處理效果較好，但燃燒法需要在特定的條件下才能進行，這也就使得它的治理成本較高，在未來還需對其進行優(yōu)化和改進。

2.光催化氧化法

光催化氧化法主要是利用特定波長的光（通常為紫外光）照射光催化劑，激發(fā)出“電子–空穴”對，產(chǎn)生具有極強氧化能力的自由基活性物質(zhì)，將吸附在催化劑表面上的VOCs氧化成為CO2和H2O等無毒無害物質(zhì)。光催化氧化技術(shù)反應(yīng)條件溫和、設(shè)備簡單，但存在光子效率低、催化劑易失活等缺點。

3.低溫等離子體技術(shù)

低溫等離子體技術(shù)是近年來發(fā)展起來的廢氣治理新技術(shù)。等離子體中存在大量電子、離子、活性基和激發(fā)態(tài)分子等有極高化學(xué)活性的粒子，使很多需要很高活化能的化學(xué)反應(yīng)能夠發(fā)生，轉(zhuǎn)化或分解有機物。低溫等離子體技術(shù)適用于低濃度VOCs凈化，具有裝置簡單、阻力低等優(yōu)點。在工業(yè)VOCs凈化過程中，存在能耗高、降解產(chǎn)物不完全等缺點。

4.超聲波解析技術(shù)

超聲波解析技術(shù)主要是采用超聲波發(fā)射過程中所產(chǎn)生的熱量來對大氣中的揮發(fā)性有機物進行治理，同時，這種熱量還可以增加吸附劑的吸附能力，使得治理的效果達到最大化。經(jīng)過科研人員無數(shù)次的研究和實驗表明，超聲波解析技術(shù)針對活性炭等污染物能夠發(fā)揮最大的效果。其治理的速度相對較快，同時還具有治理成本較低等一系列優(yōu)點。在實際的揮發(fā)性有機物的治理過程中，超聲波解析技術(shù)也可以看做是傳統(tǒng)的吸附技術(shù)與焚燒技術(shù)相結(jié)合的技術(shù)，但其治理效果又遠遠高于二者中任意一項治理技術(shù)。

二、未來發(fā)展趨勢：

VOCs處理技術(shù)正逐漸由單一化向集成化和高新化轉(zhuǎn)型，各種VOCs治理技術(shù)都有各自的適用性和局限性。以上的諸多方法中不乏凈化效率高的方法，但這僅僅停留在實驗室階段。

就工業(yè)化技術(shù)推廣而言，燃燒法和超重力場技術(shù)是性價比較好的方法。燃燒法應(yīng)用面廣，但儀器設(shè)備不夠靈活，就未來具有更廣的產(chǎn)品推廣意義而言，筆者認為超重力場技術(shù)憑借其靈活、能耗低等符合國家節(jié)能環(huán)保的政策更具優(yōu)勢。旋轉(zhuǎn)超重力場高效除塵器由轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)軸、液體分布器、氣體分布器和外機殼組成。 轉(zhuǎn)子上布置填料，由電動機和轉(zhuǎn)軸帶動高速旋轉(zhuǎn)，利用旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力產(chǎn)生穩(wěn)定可調(diào)的超重力場，強化傳質(zhì)和混合過程。含塵氣體和液體分別通過氣體分布器和液體分布器切向進入。 含塵氣體進入超重力場后，其運動方向改變?yōu)樾D(zhuǎn)方向和徑向方向， 一部分顆粒物在巨大的離心力作用下，向機殼內(nèi)壁運動，被機殼內(nèi)壁上的液膜捕集，從氣相脫除; 另一部分顆粒物會隨氣流穿越高速旋轉(zhuǎn)的填料轉(zhuǎn)子，同時液體被噴灑在轉(zhuǎn)子上，在巨大剪切力的作用下，被切割成液滴、液絲、液膜等微元，這些微元 存在極大的氣液接觸面積，能有效捕捉穿過的氣流中含有的粉塵顆粒，達到除塵的目的。 所以，旋轉(zhuǎn)超重力場高效除塵器是一種集慣性碰撞、正面攔截、離心沉降、機械旋轉(zhuǎn)碰撞和水膜捕集機制于一體的新型除塵技術(shù)。

旋轉(zhuǎn)超重力場技術(shù)可代替?zhèn)鹘y(tǒng)濕法除塵水洗塔，縮小其體積，顯著提高除塵效率;適用于高溫、高濕、高含塵、易結(jié)塊含塵廢氣凈化處理;可適用于振動較大的環(huán)境。

參考文獻

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[2]高素蓮，侯魯健，閆學(xué)軍，劉光輝，夏志勇，王琛.濟南市夏季臭氧重污染時段VOCs污染特征及來源解析[J/OL].生態(tài)環(huán)境學(xué)報

作者簡介：榮俊鋒（1987-），男，碩士，實驗師，從事有機廢水處理，可降解材料研究工作。

基金項目：2020年國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（項目編號：202010361078）。2020年國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（項目編號：202010361079）。