VOCs 廢氣來(lái)源、危害及處理技術(shù)研究

任成浩

（山東科麥爾熱能工程有限公司，山東 淄博 255000）

VOCs 廢氣本身所含有酸類、酮類、苯類、有機(jī)氮、有機(jī)磷、含氧有機(jī)化合物等眾多污染物，使其成為阻礙我國(guó)可持續(xù)發(fā)展以及國(guó)民身體素質(zhì)健康的重要威脅之一[1]。因此需要有關(guān)企業(yè)以及廢氣處理有關(guān)領(lǐng)域的專家學(xué)者，能夠進(jìn)一步優(yōu)化我國(guó)傳統(tǒng)VOCs 廢氣處理技術(shù)的同時(shí)，不斷的創(chuàng)新新型VOCs 廢氣處理技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)將有害氣體阻斷在生產(chǎn)過(guò)程中，避免進(jìn)入大氣而對(duì)人們的身體健康以及人們賴以生存的地球環(huán)境造成破壞。

1 VOCs 廢氣的來(lái)源

VOCs 廢氣是指飽和蒸汽壓在常溫下＞133.32pa 和沸點(diǎn)常壓下在50～260℃之間具備揮發(fā)性的有機(jī)化合物(也可稱是在常溫常壓狀態(tài)下可以任意揮發(fā)的有機(jī)固體或是液體)。作為自然界中分布范圍較廣的一種廢氣類型，VOCs 廢氣的排放源主要來(lái)自于自然源(植被排放、森林火災(zāi)、濕地厭氧過(guò)程、野生動(dòng)物排放等）和人為源(工業(yè)、生活、交通源等)，其中VOCs 廢氣排放主要的“貢獻(xiàn)者”或是“源頭”來(lái)自于人類活動(dòng)。在人們的日常生活中(廚房油煙、農(nóng)田秸稈焚燒、建筑裝修)、交通工具(飛機(jī)、火車、汽車等)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行、石油化工產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中都會(huì)對(duì)周圍環(huán)境排放一定的VOCs 廢氣。

2 VOCs 廢氣的危害

VOCs 廢氣含有酸類、酮類、苯類、有機(jī)氮、有機(jī)磷、含氧有機(jī)化合物等可在常溫常壓環(huán)境下大量揮發(fā)出有機(jī)化合物，因此這些易揮發(fā)的有機(jī)化合物對(duì)人體以及周圍環(huán)境會(huì)造成極大的危害。其中VOCs 廢氣危害性最大的源頭來(lái)自于工業(yè)生產(chǎn)所排放出的有機(jī)化合物：芳胺類有機(jī)物進(jìn)入人體后會(huì)造成人體產(chǎn)生缺氧現(xiàn)象或是細(xì)胞癌變；苯類有機(jī)物廢氣進(jìn)入人體后會(huì)對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重的損壞，當(dāng)人體吸收苯類有機(jī)物廢氣超過(guò)2%濃度時(shí)，輕者會(huì)造成神經(jīng)系統(tǒng)障礙，嚴(yán)重者則會(huì)造成休克乃至生命危險(xiǎn)；苯酸類有機(jī)廢氣進(jìn)入人體后會(huì)損害人體細(xì)胞蛋白質(zhì)而出現(xiàn)全身器官中毒現(xiàn)象；有機(jī)磷化合物進(jìn)入人體后會(huì)出現(xiàn)因?yàn)檠茨憠A酯酶活性下降而引起的神經(jīng)系統(tǒng)障礙；含氧有機(jī)化合物進(jìn)入人體后嚴(yán)重會(huì)造成生命危險(xiǎn)；戊醇有機(jī)廢氣進(jìn)入人體后未出現(xiàn)嘔吐、腹瀉、頭疼等狀態(tài)的中毒現(xiàn)象；多環(huán)烴有機(jī)物廢氣進(jìn)入人體短期內(nèi)不會(huì)發(fā)生急性癥狀，但是如果長(zhǎng)時(shí)間吸入該種有機(jī)廢氣會(huì)造成器官癌變；有機(jī)物硝基苯進(jìn)入人體后會(huì)對(duì)選項(xiàng)功能、肝臟功能、神經(jīng)系統(tǒng)等人功能系統(tǒng)造成破壞，如果人的皮膚表面大面積接觸有機(jī)物硝基苯會(huì)造成生命危險(xiǎn)；有機(jī)氮化合物進(jìn)入人體后會(huì)出現(xiàn)器官癌變；有機(jī)硫化物進(jìn)入人體后會(huì)根據(jù)氣體的濃度來(lái)對(duì)人體造成損害(濃度過(guò)低和濃度過(guò)高分別會(huì)造成中毒現(xiàn)象或是人體死亡)；丙烯醛有機(jī)物廢氣進(jìn)入人體后會(huì)對(duì)人體器官粘膜組織造成嚴(yán)重?fù)p害。

3 VOCs 廢氣的處理技術(shù)探討

3.1 傳統(tǒng)VOCs 廢氣處理技術(shù)

我國(guó)對(duì)于VOCs 廢氣的傳統(tǒng)處理技術(shù)主要包括吸附法和燃燒法。

3.1.1 吸附法

吸附法主要是利用各種固體吸附劑(活性炭、分子篩等）的吸附功能將低濃度、高凈化要求的惡臭氣體從氣相轉(zhuǎn)化為固體相[2]。吸附法的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在對(duì)于不同類型和組合的惡臭氣體能夠具備較高的凈化效率。但是吸附法的缺點(diǎn)主要表現(xiàn)為所必備的吸附劑價(jià)格昂貴，吸附劑的再生能力有限，而且只能對(duì)較低溫度和含塵量的惡臭氣體進(jìn)行處理。

3.1.2 燃燒法

燃燒法將廢氣中的污染物直接轉(zhuǎn)化為水和二氧化碳，主要是借助直接、催化、熱力三種燃燒方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

熱力燃燒通過(guò)借助天然氣等輔助原料，對(duì)低濃度的有機(jī)廢氣采取燃燒方式處理；催化燃燒主要是借助催化劑，來(lái)與廢氣中的有機(jī)氣體完成化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氧化后，向外界釋放熱量，并排出無(wú)害氣體；直接燃燒是通過(guò)將廢氣中高濃度、熱值高的氣體直接高溫加熱實(shí)現(xiàn)惡臭氣體凈化。[3]燃燒法的優(yōu)缺點(diǎn)分別為惡臭氣體在燃燒法的作用下被氧化分解的凈化效率高、設(shè)備耗能且容易造成二次污染。

3.2 新型VOCs 廢氣處理技術(shù)

3.2.1 吸收法

吸收法主要包括水吸收法和藥業(yè)吸收法兩種。其中水吸收法主要是利用VOCs 廢氣中本身含有的易溶于水的特性，通過(guò)將水與這些物質(zhì)進(jìn)行結(jié)合來(lái)達(dá)到脫臭目的。該方法主要適用于水溶性強(qiáng)且有組織排放源的VOCs 廢氣[4]。水吸收法其工藝、操作、管理簡(jiǎn)單快捷，而且水吸收法設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)和維修費(fèi)用較低。但是水吸收法需要借助洗滌液來(lái)完成廢氣處理，所以使用洗滌液也會(huì)造成二次污染。而且水吸收法對(duì)于硫醇、脂肪酸等物質(zhì)處理能力有限。

藥液吸收法主要是利用藥業(yè)與廢氣中的某些物質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)來(lái)達(dá)到除去臭氣成分的目的。藥液吸收法針對(duì)于大氣量、高中濃度的臭氣有著較強(qiáng)的功效。但是藥液吸收法與水吸收法一樣，使用吸收劑過(guò)程中易造成二次污染。

3.2.2 生物法

生物法主要包括生物濾池式脫臭法、洗滌式活性污泥法、生物滴濾池式、爆氣式活性污泥法四種方法。

生物濾池式脫臭法因?yàn)槠涮幚碣M(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)成為現(xiàn)階段生物法當(dāng)中研究最多、且工藝最成熟的常用生物脫臭方法。該方法通過(guò)靈活使用土壤脫臭法、堆肥脫臭法、泥炭脫臭法來(lái)將惡臭氣體進(jìn)行去塵增濕氣或是降溫等處理后，通過(guò)將惡臭氣體從濾床底部向上穿過(guò)濾料床，從原有的氣象轉(zhuǎn)化為水與微生物混合相[5]。但是生物濾池式除臭法需要占據(jù)大量的面積來(lái)建設(shè)濾床，同時(shí)濾床的填料需要定時(shí)更換，特別是對(duì)于疏水性和難生物降解物質(zhì)的惡臭氣體處理效果較差。

洗滌式活性污泥法通過(guò)在吸收器中含有懸浮物泥漿的混合液與惡臭氣體充分接觸后去除，在反應(yīng)器中加入洗滌液來(lái)實(shí)現(xiàn)惡臭物質(zhì)被懸浮生長(zhǎng)的微生物代謝活動(dòng)所降解溶解。洗滌式活性污泥法設(shè)備的占地面積小，而且具備操作環(huán)境易控制、可以處理大氣量的臭氣、適用范圍較廣的優(yōu)勢(shì)。但是該方法具備吸收器、反應(yīng)器等設(shè)備購(gòu)買(mǎi)費(fèi)用較高、操作復(fù)雜、需要添加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等缺陷。

無(wú)論是生物滴濾池式還是生物濾池式脫臭法，濾床都是兩種方法必不可少的必備載體。同時(shí)兩種方法使用的濾床的濾料也存在一定的差距。生物滴濾池式主要是使用不提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的惰性材料，例如木炭、塑料等都是惰性材料的極佳選擇。該方法能污染負(fù)荷承載量和微生物數(shù)量高于生物濾池式脫臭法，而且濾床上的惰性濾料可以不用進(jìn)行定期更換。但是該種方法必須要不斷添加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來(lái)維持池內(nèi)微生物數(shù)量。

3.2.3 低溫等離子體廢氣凈化法

該方法主要適用于向化工、醫(yī)療、塑料、橡膠廠等行業(yè)領(lǐng)域中難以進(jìn)行處理的多組分惡臭氣體的凈化。VOCs 廢氣中的污染物與介質(zhì)阻擋放電過(guò)程中產(chǎn)生的富含極高化學(xué)活性的粒子(電子、自由基、離子、激發(fā)態(tài)分子等)發(fā)生反應(yīng)，通過(guò)轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水等物質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)凈化廢氣的目的[6]。低溫等離子技術(shù)由于其電子能量高、運(yùn)輸費(fèi)用低、設(shè)備啟動(dòng)停止快等優(yōu)勢(shì)，所以在面對(duì)大部分的多組分惡臭氣體有較強(qiáng)的凈化效果。但是低溫等離子體廢氣凈化法所需要的設(shè)備以及配套設(shè)施需要一次性進(jìn)行大量的資金投入。

3.2.4 光催化氧化法

光催化氧化法主要是將VOCs 廢氣中的有害物質(zhì)在光合作用下轉(zhuǎn)化為無(wú)害性化合物，是VOCs 廢氣較為新型的處理技術(shù)。該種處理技術(shù)，主要在光作用之下形成一定化學(xué)反應(yīng)，把廢氣當(dāng)中有害性物質(zhì)有效轉(zhuǎn)化成無(wú)害性化合物，將VOCs廢氣污染性降低。目前，國(guó)內(nèi)光催化的氧化處理技術(shù)還處于進(jìn)一步研究階段[7]。據(jù)悉，通過(guò)光催化的氧化處理技術(shù)來(lái)進(jìn)行VOCs 廢氣處理，VOCs 廢氣當(dāng)中污染物實(shí)際去除率在80%左右，應(yīng)用效果較為理想化。光催化氧化法由于具備設(shè)備面積占地小、運(yùn)行成本低等特點(diǎn)，所以主要適用于煉油廠、化工廠、污水處理廠、制藥廠等惡臭氣體的脫臭凈化處理工作。通過(guò)在光催化氧化法領(lǐng)域的專家學(xué)者的共同探究下，采用合適的催化劑能夠達(dá)到70%～80 的VOCs 廢氣污染物去除率。

4 結(jié)語(yǔ)

自然源和人為源是VOCs 廢氣排放的主要奉獻(xiàn)者和生產(chǎn)者，如果政府、排放VOCs 廢氣的行業(yè)企業(yè)、移動(dòng)源等隨意將有機(jī)廢氣排放至大氣中，最終VOCs 廢氣會(huì)隨著雨水、生物鏈、人類皮膚等危及到人們的身體健康。因此，必須要積極探索新型VOCs 廢氣處理技術(shù)來(lái)應(yīng)對(duì)日益增長(zhǎng)的VOCs廢氣排放量。