常用VOCs廢氣處理工藝的優(yōu)缺點分析

關超敏

（廣東昱和環(huán)境科技有限公司，廣東 惠州 516000）

1 引言

揮發(fā)性有機物（Volatile Organic Compounds，以下簡稱VOCs）是指在室溫下飽和蒸汽壓大于70.91Pa，常壓下沸點小于260℃的有機化合物。世界衛(wèi)生組織（WHO，1989）對總揮發(fā)性有機物（TVOC）的定義是：熔點低于室溫，沸點范圍在50℃～260℃之間的揮發(fā)性有機化合物的總稱[1]。

現(xiàn)階段，揮發(fā)性有機化合物通常作為工業(yè)生產的溶劑使用，常出現(xiàn)在化工、印刷、烤漆和醫(yī)藥等行業(yè)領域。這些有機溶劑在使用過程中揮發(fā)出來的物質，不僅會對大氣環(huán)境造成嚴重污染，而且人體吸入被污染的氣體后，會對健康產生一定的危害。生態(tài)環(huán)境部在2019年全國大氣污染防治工作要點中明確提出“要加快推進重點行業(yè)揮發(fā)性有機物（VOCs）治理”。

2 常用VOCs廢氣治理技術

大氣污染治理是指通過化學、熱力學或其他技術分解或安全處置大氣污染物，適用于以大氣污染預防與控制方法無法消減的大氣污染物。當前，應用較廣泛的VOCs治理技術主要包括冷凝法、吸附法、吸收法、光催化氧化法、低溫等離子法和燃燒法等。本文針對常用的VOCs廢氣治理技術的優(yōu)缺點進行分析研究。

2.1 冷凝工藝

冷凝法主要是利用廢氣中VOCs在不同溫度下具有不同的飽和蒸汽壓的性質，采用加壓或降低溫度，使處于氣態(tài)的污染物冷凝，從廢氣中分離出來[2]。在一定的溫度下，VOCs的初始濃度越大，其脫除率越高。

冷凝法的優(yōu)點：1）適合處理含有大量水蒸氣的高溫廢氣；2）自動化程度高、適合沸點較高的有機物，可回收有用組分，回收物質純度高；3）適用于常溫、高濃度的小風量有機廢氣的處理；4）可與其他處理技術相結合，降低處理裝置的運行成本和處理負荷，提高處理效率。

缺點：1）設備要求較高、投資大、能耗高、運行費用大[3]；2）對廢氣的溫度、濃度、結露溫度等均有較嚴格的要求；3）在實際溶劑蒸汽壓低于冷凝溫度下的溶劑飽和蒸汽壓時，此法不適用[4]；4）不適用于處理低濃度、可回收物質價值較低的有機廢氣。

2.2 吸附工藝

吸附法為一個氣體結合到固體上去的質量傳遞過程，是一種表面現(xiàn)象。吸附過程可能是物理過程，也可能是化學過程。物理吸附的實質是一種物理過程，一般沒有選擇性，在吸附過程中沒有電子轉移，沒有化學鍵的生產與破壞，沒有分子重排等，主要是范德華引力起作用。化學吸附實質上是一種化學反應，具有選擇性，在化學吸附過程中，氣體和固體表面發(fā)生了化學反應[5]。

吸附法的優(yōu)點：1）吸附設備簡單、易實現(xiàn)自動化控制；2）吸附劑前期處理效率高，適宜處理小濃度、大風量的有機廢氣；3）吸附劑經過脫附可重復使用；4）可回收有用組分。

缺點：1）吸附容量較小，設備體積較大；2）需脫附或定期更換吸附劑，失效的吸附劑存在二次污染的問題；3）吸附量隨溫度上升而下降，空氣濕度增大，則可吸附的負荷降低[6]；4）若用活性炭做吸附劑，不宜用于處理含酮、醛、脂硫等活性物質的有機廢氣；5）不宜用于處理濕度大、高含塵量、高溫和高濃度的有機廢氣。

2.3 吸收工藝

吸收法是溶質從氣相傳遞到液相的相際間傳遞過程，利用氣體混合物中不同組分在吸收劑中溶解度的不同，或者與吸收劑發(fā)生選擇性化學反應，從而將有害組分從氣流中分離出來[7]。吸收法控制VOCs屬于濕法工藝，是利用VOCs的物理和化學性質，使用液體吸收劑與廢氣直接接觸而將VOCs轉移到吸收劑中，吸收劑不同可以吸收不同的有機氣體。

吸收法的優(yōu)點：1）可用于氣體污染物的處理與回收；2）適用于風量大、溫度低、濃度低的廢氣；3）吸收劑價格便宜、投資少、運行費用低；4）常用于廢氣的預處理。

缺點：1）工藝較復雜，吸收液對有害組分的選擇性較大；2）需消耗吸收液，且吸收液需再次處理，否則會造成二次污染；3）難以處理化學性質穩(wěn)定且難溶于水的有機廢氣[8]；4）吸收效率不高。

2.4 光催化氧化工藝

光催化氧化反應即在光的作用下進行的化學反應，分子吸收特定波長的電磁輻射后，使分子達到激發(fā)態(tài)，然后發(fā)生化學反應，產生新的物質，最終將大分子有機物氧化成CO2、H2O及無機小分子物質。

光催化氧化法的優(yōu)點：1）可在常溫、常壓狀態(tài)下進行分解反應，反應條件溫和；2） 自動化程度高，裝置風阻低；3）對于高分子污染物和惡臭氣體具有好的處理效果，除臭效率高。

缺點：1）設備投資成本和運行費用都較高；2）對裝置內光強度有一定的要求，光線暗淡區(qū)域處理效果受限；3）用于處理易燃易爆廢氣時，存在一定的安全隱患；4）催化劑具有選擇性，存在失活的問題。

2.5 低溫等離子工藝

低溫等離子體降解污染物是利用高能電子、自由基等活性粒子與廢氣中的污染物作用，使污染物分子在極短的時間內發(fā)生分解，并發(fā)生后續(xù)的各種反應以達到降解污染物的目的[8]。

低溫等離子法的優(yōu)點：1）可在常溫、常壓狀態(tài)下進行分解反應，對環(huán)境沒有嚴格要求；2）自動化程度高，裝置風阻低，反應流程短；3）裝置簡單，反應器為模塊式結構，并且容易進行易地搬遷和安裝[9]；4）對于高分子污染物和惡臭氣體具有好的處理效果，除臭效率高。

缺點：1）設備投資成本高，對設備部件的構型設計、制造精度、嚴密性等要求很高；2）當填充材料直徑為3mm、電場強度為4kV/cm時，由于擊穿和火花的產生，對苯等有機物的分解并不十分完全；3）可能產生一些有害產物（如O3、NOx等），造成二次污染；4）易產生火花放電，增大電能消耗，破壞放電的正常進行，用于處理易燃易爆廢氣時，存在一定的安全隱患。

2.6 燃燒工藝

燃燒法是利用廢氣中某些有害物質可以氧化燃燒的特性，使之燃燒變成無害物質的方法。燃燒法分為直接燃燒法和催化燃燒法。直接燃燒也稱為直接火焰燃燒，是把廢氣中可燃的有害組分當作燃料直接燒掉；催化燃燒又稱為催化氧化，即在催化作用下，使廢氣中的有害可燃組分完全氧化為CO2和H2O[10]。

燃燒法的優(yōu)點：1）系統(tǒng)可實現(xiàn)全自動化控制；2）處理效率高，余熱可回收利用，產生經濟效益；3）適用于濃度高、熱值高、粉塵量少、組分復雜且沒有回收價值的有機廢氣。

缺點：1）投資成本較高，對設備的構造及嚴密性要求嚴格；2）不適宜用于處理低濃度、間斷形成的廢氣，否則應配套相應的濃縮裝置；3）若用催化劑，需注意廢氣成分中是否存在導致催化劑中毒的物質。

VOCs廢氣處理除上述處理方法外，還有生物處理法、膜分離法等。這些方法均適用于VOCs廢氣的處理，但具體采用何種方法，則取決于廢氣濃度、設備裝置和環(huán)境溫度等條件。此外，還需要考慮操作人員的操作水平。

3 結語

VOCs廢氣的處理一直以來都是影響大氣環(huán)境的關鍵因素，工業(yè)高速發(fā)展以來，排放到大氣中的有機氣體不論是量還是類，都發(fā)生了質的變化，大氣環(huán)境治理刻不容緩。不同類型、含不同污染物的工業(yè)廢氣污染源及污染物，治理及處理方法各有不同，應當根據(jù)廢氣中污染物的化學和物理性質、濃度、排放量、排放標準以及有無回收價值等因素選擇經濟有效的治理方法[11]。VOCs治理方法本身沒有好與壞之分，只要針對不同VOCs廢氣的特點，確定最合適的方法，就能取得好的處理效果。