揮發(fā)性有機(jī)物處理新技術(shù)的研究

劉麗

摘要：揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）是一種來源廣泛、成分復(fù)雜且對(duì)自然環(huán)境和人體健康有嚴(yán)重威脅的物質(zhì)?，F(xiàn)階段關(guān)于揮發(fā)性有機(jī)物的處理技術(shù)，大體可以分為回收、分解兩種類型，回收技術(shù)又包括低溫冷凝回收、吸附回收、膜分離回收等;分解技術(shù)則包括燃燒分解、生物分解、光催化分解等。隨著相關(guān)技術(shù)的創(chuàng)新和處理要求的提升，近年來組合式技術(shù)得到了推廣使用。例如“冷凝+吸收”組合技術(shù)、“噴淋洗滌+催化氧化”組合技術(shù)等。組合式技術(shù)可以將兩種及以上技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)加以整合，從而讓揮發(fā)性有機(jī)物的處理效率更高，處理結(jié)果更加徹底。

關(guān)鍵詞：揮發(fā)性有機(jī)物 ?膜分離技術(shù) ?光催化技術(shù) ?低溫等離子體凈化

中圖分類號(hào)：X701文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1672-3791（2021）12（a）-0000-00

Study on New Technology of Volatile Organic Compounds Treatment

LIU Li

（Shenyang Environmental Technology Assessment Center，Shenyang， Liaoning Province，110141 China）

Abstract： Volatile organic compounds （VOCs） are a wide range of sources， complex components and a serious threat to the natural environment and human health. At present， the treatment technology of volatile organic compounds can be divided into two types： recovery and decomposition. The recovery technology includes low-temperature condensation recovery， adsorption recovery， membrane separation recovery， etc.; the decomposition technology includes combustion decomposition， biological decomposition， photocatalytic decomposition， etc. With the innovation of related technology and the improvement of processing requirements， combined technology has been widely used in recent years. For example， "condensation + absorption" combined technology， "spray washing + catalytic oxidation" combined technology. Combined technology can integrate the application advantages of two or more technologies， so that the treatment efficiency of VOCs is higher and the treatment results are more thorough.

Key Words：Volatile organic compounds; Membrane separation technology; Photocatalytic technology; Low temperature plasma purification

2013年國(guó)家環(huán)保部發(fā)布了《揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）污染防治技術(shù)政策》，分別從源頭預(yù)防、過程控制、末端治理和綜合利用等幾個(gè)方面，對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物的預(yù)防及處理技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)。技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展，在進(jìn)一步提升揮發(fā)性有機(jī)物處理成效方面起到了關(guān)鍵作用。現(xiàn)有的技術(shù)體系基本上可以滿足人們對(duì)于揮發(fā)性有機(jī)物處理的要求，但是也存在處理成本較高、處理不夠徹底、處理流程繁瑣等問題。因此，今后要繼續(xù)加強(qiáng)揮發(fā)性有機(jī)物處理新技術(shù)的研究，按照先試點(diǎn)、再推廣的順序，將更多新技術(shù)、新方法應(yīng)用到揮發(fā)性有機(jī)物的處理工作中。

1揮發(fā)性有機(jī)物的回收技術(shù)

1.1低溫冷凝回收

將含有揮發(fā)性有機(jī)物的空氣收集起來，置于密閉容器中，通過降低溫度的方式，讓揮發(fā)性有機(jī)物從氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，凝結(jié)形成的液珠附著在光滑的容器壁上，在重力作用下匯集到容器下方的收集瓶中，完成回收。低溫冷凝回收適用于那些空氣中揮發(fā)性有機(jī)物含量較高的情況，在較為緩和的條件下能夠取得理想的回收效果。但是在實(shí)際應(yīng)用中，空氣中揮發(fā)性有機(jī)物的含量較低，因此一般很少單純地使用低溫冷凝技術(shù)進(jìn)行回收[1]。出于對(duì)經(jīng)濟(jì)性考慮，需要采用吸附等方法進(jìn)行預(yù)處理，將空氣中分散的揮發(fā)性有機(jī)物聚集起來，達(dá)到一定濃度后再進(jìn)行冷凝，效果更加理想。

1.2吸附回收

利用特定的吸附劑可以使空氣中飄散的揮發(fā)性有機(jī)物附著在吸附物上，然后對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)行集中處理。根據(jù)組成成分的不同，常用的吸附劑可以分為活性炭吸附劑、硅膠吸附劑等多種類型。使用方法是將多孔狀的吸附劑，置于某管道或容器的開口處，在風(fēng)力作用或壓力作用下，讓含有揮發(fā)性有機(jī)物的空氣，從吸附劑的一側(cè)通向另一側(cè)。揮發(fā)性有機(jī)物在通過吸附物時(shí)，會(huì)附著在上面。一段時(shí)間后，吸附劑達(dá)到飽和狀態(tài)，將其替換下來，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物的回收。吸附回收技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于成本較低，且操作簡(jiǎn)便，適用于空氣中揮發(fā)性有機(jī)物含量較低的情況。另外，纖維狀、蜂窩狀的吸附劑，表面積更大，吸附效果更佳。

1.3膜分離回收

隨著膜技術(shù)的成熟，膜分離也成為揮發(fā)性有機(jī)物回收處理中較為常見的一種技術(shù)形式。生物膜具有選擇透過性，回收方式與上文的吸附回收類似，將吸附劑替換為生物膜，當(dāng)含有揮發(fā)性有機(jī)物的空氣經(jīng)過生物膜時(shí)，揮發(fā)性有機(jī)物被攔截下來，并附著在生物膜的表面，達(dá)到了分離、回收的目的。膜分離回收是一種較為成熟的技術(shù)，早在20世紀(jì)40年代，美國(guó)已經(jīng)開始使用這一技術(shù)回收揮發(fā)到空氣中的汽油分子。之后隨著膜技術(shù)的發(fā)展，逐漸在芳香族化合物、含氧有機(jī)化合物的分離中得到了推廣使用。根據(jù)空氣中揮發(fā)性有機(jī)物濃度的不同，膜分離回收效果也有較大差異。在一些濃度較高的情況下，揮發(fā)性有機(jī)物的回收率可以達(dá)到90%以上[2]。

2揮發(fā)性有機(jī)物的分解技術(shù)

2.1燃燒分解

揮發(fā)性有機(jī)物具有可燃性，通過燃燒將大分子有機(jī)物分解為小分子無機(jī)物，從而降低其危害。根據(jù)燃燒方式的不同，又可以分為直接燃燒、蓄熱燃燒、多孔介質(zhì)燃燒3種常見技術(shù)。

2.1.1直接燃燒

當(dāng)揮發(fā)性有機(jī)物達(dá)到一定濃度后，向其中加入助燃劑，然后直接燃燒。由于揮發(fā)性有機(jī)物的成分復(fù)雜，個(gè)別成分在燃燒過程中會(huì)釋放出有毒的、刺激性氣體。因此，在直接燃燒法中，還需要對(duì)燃燒氣體進(jìn)行檢測(cè)，并且對(duì)其中的有害成分進(jìn)行無害化處理。直接燃燒法雖然對(duì)設(shè)備要求不高，處理成本較低，但是也存在許多缺陷。除了產(chǎn)生有害氣體外，還需要提供高溫條件，而溫度越高，安全隱患越多。

2.1.2蓄熱燃燒

對(duì)于待處理的廢氣，燃燒分解前可以先進(jìn)行預(yù)熱，其目的主要有兩個(gè)：一是增強(qiáng)揮發(fā)性有機(jī)物的分子活躍度，以便于燃燒更加充分，對(duì)有害物質(zhì)的去除更加徹底;二是縮短處理時(shí)間，降低對(duì)燃燒系統(tǒng)的運(yùn)行要求。蓄熱燃燒系統(tǒng)由若干個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成，包括閥門系統(tǒng)、蓄熱式、燃燒室等。隨著工藝改良，現(xiàn)階段蓄熱燃燒系統(tǒng)大多采用雙室蓄熱工藝，蓄熱室由陶瓷、高鋁土等導(dǎo)熱性較好的材料構(gòu)成，進(jìn)一步提高了熱回收效率，降低了燃燒分解的成本和能耗。

2.1.3 多孔介質(zhì)燃燒

該方法是現(xiàn)階段技術(shù)含量較高、且應(yīng)用效果最為理想的燃燒分解方法。使用多孔狀的介質(zhì)材料，增大了材料表面與揮發(fā)性有機(jī)物的接觸面積，其原理類似于吸附技術(shù)中蜂窩狀的吸附劑。在介質(zhì)材料的選擇上，優(yōu)先考慮導(dǎo)熱性能好、蓄熱能力強(qiáng)的材料。先利用上游廢棄進(jìn)行材料預(yù)熱，然后再通過燃燒產(chǎn)生熱量進(jìn)行分解，進(jìn)一步提升了揮發(fā)性有機(jī)物的處理效果。從實(shí)際應(yīng)用效果來看，多孔介質(zhì)燃燒技術(shù)的顯著優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在兩點(diǎn)：一是燃燒更加穩(wěn)定，對(duì)反應(yīng)容器和燃燒設(shè)備的要求相對(duì)較低，安全性更好;二是揮發(fā)性有機(jī)物的去除率更高，通常在98%以上[3]。

2.2生物分解

利用微生物活動(dòng)可以將成分復(fù)雜的揮發(fā)性有機(jī)物，轉(zhuǎn)化為比較簡(jiǎn)單的無機(jī)物，例如H20、CO2等。生物降解的基本流程為：首先選擇溶解度較強(qiáng)的溶劑，將待處理的廢氣通入溶劑中;當(dāng)廢氣中的揮發(fā)性有機(jī)物溶于溶劑后，使溶劑緩慢的流過生物膜;在流動(dòng)過程中，附著在生物膜上的微生物，會(huì)對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)行降解、轉(zhuǎn)化。例如，某些微生物以揮發(fā)性有機(jī)物作為食物，經(jīng)過消化后產(chǎn)生無毒無害的排泄物，從而降低了揮發(fā)性有機(jī)物的危害。影響生物分解揮發(fā)性有機(jī)物效果的因素，主要有溫度（影響微生物生命活動(dòng)）、菌種（影響分解速率）等。生物分解技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)在于易于操作、不產(chǎn)生二次污染。但是缺點(diǎn)也比較明顯，例如：溫度過高或過低，都會(huì)影響微生物的活動(dòng)，分解效果不穩(wěn)定。

2.3光催化分解

光催化降解法是利用光能促使半導(dǎo)體（通常為TiO2）催化劑在其表面發(fā)生光化學(xué)作用，引發(fā)某些氧化還原反應(yīng)的進(jìn)行，從而對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)行去除。利用模塊法制備TiO2納米材料，發(fā)現(xiàn)制得的催化劑表面因?yàn)檠蹩瘴惠^多，可以將體積分?jǐn)?shù)為300×10-6的苯在4 h內(nèi)去除完全[4]。從實(shí)踐應(yīng)用效果來看，光催化分解的優(yōu)勢(shì)明顯，比如：能耗較低，去除率高，并且適用于不同濃度的揮發(fā)性有機(jī)物處理。但是作為一項(xiàng)新技術(shù)，光催化分解也存在不完善的地方，比如：分解過程中產(chǎn)生較多的中間產(chǎn)物。這些產(chǎn)物中有一部分存在污染性，如果處理不當(dāng)，很容易引發(fā)二次污染。還有就是對(duì)催化劑的選用較為嚴(yán)格，催化劑失活，達(dá)不到反應(yīng)條件等，都無法保證光催化分解的進(jìn)行。

2.4低溫等離子體凈化

低溫等離子法利用等離子體放電的方式，可以處理較多的揮發(fā)性有機(jī)物，對(duì)質(zhì)量濃度小于100 mg/m3的揮發(fā)性有機(jī)物處理效率極高，可在常溫常壓下進(jìn)行。有研究人員利用電子束照射產(chǎn)生低溫等離子體，對(duì)含有甲苯和四氯甲苯的混合型揮發(fā)性有機(jī)物氣體進(jìn)行處理，處理結(jié)果較為樂觀。在應(yīng)用這一方法時(shí)，溫度的控制是決定揮發(fā)性有機(jī)物去除率的關(guān)鍵因素?？紤]到低溫等離子體凈化處理中，可能會(huì)產(chǎn)生有機(jī)廢氣，因此在處理工藝中，還需要針對(duì)中間產(chǎn)物的特性，增加專門的處理設(shè)備。

3揮發(fā)性有機(jī)物處理新技術(shù)

揮發(fā)性有機(jī)物的組成成分極為復(fù)雜，含量較高的有鹵代烴、含氧有機(jī)化合物、非甲烷碳?xì)浠衔锏葞状箢?，每個(gè)類別下又可以細(xì)分成若干種單體物質(zhì)。由于不同化合物的分子結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)存在較大差異，如果使用單一處理技術(shù)，往往并不能取得理想的效果[5]。近年來，組合式處理技術(shù)得到了推廣使用，兩種或多種技術(shù)進(jìn)行優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，進(jìn)一步提高了揮發(fā)性有機(jī)物的處理效果。

3.1冷凝+吸收組合技術(shù)

當(dāng)空氣中揮發(fā)性有機(jī)物的含量較低時(shí)，單一地使用冷凝法或吸收法進(jìn)行回收，需要較為嚴(yán)苛的條件和較高的成本。如果采用“冷凝+吸收”組合技術(shù)，則可以避免此類問題。先將含有揮發(fā)性有機(jī)物的廢氣，通過低溫冷凝設(shè)備，在低溫、高壓的環(huán)境下，揮發(fā)性有機(jī)物的濃度升高。然后再通過吸收法，可以較為方便和高效地完成揮發(fā)性有機(jī)物的吸收。該組合式技術(shù)的工藝穩(wěn)定、操作方便、成本較低，相比于單一的回收技術(shù)，揮發(fā)性有機(jī)物的回收效率可以達(dá)到95%以上。

3.2吸附濃縮+燃燒組合技術(shù)

吸附技術(shù)可以將空氣中低濃度的揮發(fā)性有機(jī)物富集起來。經(jīng)過吸附達(dá)到飽和狀態(tài)的吸附劑，如何進(jìn)行無害化處理，是應(yīng)用吸附技術(shù)時(shí)必須要考慮的問題。采用“吸附濃縮+燃燒”組合式技術(shù)，首先利用活性炭等吸附劑，富集揮發(fā)性有機(jī)物。然后將飽和的活性炭，放置于密閉的反應(yīng)容器內(nèi)，經(jīng)過燃燒后得到無毒無害的無機(jī)物。由于揮發(fā)性有機(jī)物和活性炭都屬于可燃物，燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱量可以用于供暖、發(fā)電，實(shí)現(xiàn)了資源的循環(huán)利用。

3.3噴淋洗滌+催化氧化組合技術(shù)

揮發(fā)性有機(jī)物可溶于水，根據(jù)這一特性，可以設(shè)置一處噴淋室，讓含有揮發(fā)性有機(jī)物的廢氣通過噴淋室。噴淋出來的水可以與廢氣充分接觸，可以吸收其中的揮發(fā)性有機(jī)物。經(jīng)過水洗處理后，將含有揮發(fā)性有機(jī)物的廢水，倒入相應(yīng)的反應(yīng)裝置中，在特定條件下，加入催化劑，發(fā)生催化氧化反應(yīng)，將廢水中的揮發(fā)性有機(jī)物轉(zhuǎn)化為溶于水的無機(jī)物（如H20、C02等）[6]。經(jīng)過處理后的廢水，還可以重新進(jìn)入到噴淋系統(tǒng)中，循環(huán)利用。既可以降低處理成本，又符合當(dāng)前提倡的綠色環(huán)保理念。

4結(jié)語(yǔ)

2020年是決勝“藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”的關(guān)鍵之年。揮發(fā)性有機(jī)物具有成分復(fù)雜、來源廣泛、危害嚴(yán)重等特點(diǎn)，是空氣治理工作中的重點(diǎn)對(duì)象。選擇恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)方法，能夠以較低的成本、簡(jiǎn)單的設(shè)備，提高揮發(fā)性有機(jī)物的去除率，從而達(dá)到凈化環(huán)境、保護(hù)生態(tài)的目的。現(xiàn)階段，在使用冷凝回收、吸附回收、燃燒分解、生物分解等技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用多種方法的組合式技術(shù)，可以進(jìn)一步提高處理效果，具有推廣使用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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