工業(yè)VOCs廢氣治理工藝研究

陳小梅

（惠州市綠科環(huán)保有限公司，廣東 惠州 516008）

工業(yè)VOCs廢氣主要是由多種有機(jī)氣體構(gòu)成，同時(shí)具有一定的揮發(fā)性、刺激性、毒性且存在特殊氣味。因此，為了加強(qiáng)對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)以及為人們提供健康的工作生活空間，有必要加強(qiáng)對(duì)VOCs廢氣的收集與處理，從而保證相關(guān)氣體經(jīng)過處理后不具有危害性與污染性，為生態(tài)環(huán)境建設(shè)的推進(jìn)與人們的身體健康提供一定的保障。

1 當(dāng)前工業(yè)廢氣的處理特點(diǎn)與技術(shù)選擇

工業(yè)VOCs廢氣的來源主要是工業(yè)生產(chǎn)過程中燃料與涂料的使用。現(xiàn)階段，工業(yè)廢氣已成為大氣污染的主要污染物，其主要包括酸霧、粉塵以及有機(jī)廢氣等。通常情況下，在工業(yè)廢氣排風(fēng)量、理化性質(zhì)、濃度等方面存在差異的時(shí)候其所選用的處理方法也不同。值得注意的是，在工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的VOCs廢氣，其刺激性與揮發(fā)性會(huì)對(duì)周圍環(huán)境以及人體健康造成十分嚴(yán)重的威脅[1]。因此有必要重點(diǎn)加強(qiáng)對(duì)VOCs廢氣的治理，減少其對(duì)大氣環(huán)境與人體健康的危害。

2 工業(yè)VOCs廢氣的危害

VOCs即揮發(fā)性有機(jī)物，是指常溫下飽和蒸汽壓大于70.91 Pa、標(biāo)準(zhǔn)大氣壓101.3 kPa下沸點(diǎn)在50～260 ℃以下且初餾點(diǎn)等于250 ℃的有機(jī)化合物，或在常溫常壓下能揮發(fā)的有機(jī)固體或液體。VOCs廢氣會(huì)產(chǎn)生十分嚴(yán)重的危害：一方面，VOCs廢氣中存在大量酸類、醛類等有機(jī)化合物，這部分物質(zhì)會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生極大威脅，而其中危害最為嚴(yán)重的當(dāng)屬工業(yè)VOCs廢氣。其具體表現(xiàn)為：如果VOCs廢氣當(dāng)中含有大量的苯蒸氣將會(huì)直接引發(fā)人體出現(xiàn)中毒反應(yīng)；而VOCs廢氣中的有機(jī)氮化合物等還存在一定的致癌性，并且，VOCs廢氣中的苯酸類有機(jī)物會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)而引發(fā)人體的不良反應(yīng)[2]。除此以外，VOCs廢氣還會(huì)損害人體的神經(jīng)系統(tǒng)和呼吸系統(tǒng)，嚴(yán)重的時(shí)候會(huì)導(dǎo)致死亡。另一方面，VOCs廢氣還會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，破壞臭氧層，進(jìn)而加劇溫室效應(yīng)。VOCs廢氣在與氮氧化物結(jié)合之后會(huì)生成硝酸鹽等物質(zhì)，由于這部分物質(zhì)具有不易沉降的特性，會(huì)長(zhǎng)時(shí)間存在于空氣中且降低空氣能見度，從而進(jìn)一步造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。因此，需要不斷加強(qiáng)對(duì)VOCs廢氣的綜合科學(xué)治理，減少其對(duì)人體以及環(huán)境的損害。

3 工業(yè)VOCs廢氣的有效處理工藝

3.1 吸附法

吸附法可有效處理VOCs廢氣，工藝原理是通過其對(duì)特殊介質(zhì)的吸附力來對(duì)氣體進(jìn)行吸附，從而在降低其揮發(fā)性的基礎(chǔ)上進(jìn)行過濾?，F(xiàn)階段，吸附法相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)十分成熟，因此也得到了多個(gè)領(lǐng)域的認(rèn)可。通常情況下，可選擇活性炭作為吸附法的核心吸附劑，因其具有穩(wěn)定性強(qiáng)以及成本較低等優(yōu)勢(shì)，所以，成為了VOCs廢氣治理過程中常見的工藝手段。隨著吸附法的不斷廣泛應(yīng)用，相關(guān)技術(shù)人員對(duì)活性炭技術(shù)進(jìn)行了創(chuàng)新，即通過兩段循環(huán)流化床吸附技術(shù)來提升整體VOCs廢氣的吸附水平與過濾效率?，F(xiàn)階段，活性炭纖維材料吸附技術(shù)已經(jīng)成為工業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中最常見的處理工藝，通過該方法進(jìn)行VOCs廢氣吸附不僅可以提升活性炭的可塑性，同時(shí)還可以獲取更大的吸附面積，從而有著廣闊的應(yīng)用前景。但在實(shí)際實(shí)施相關(guān)技術(shù)的過程中，應(yīng)重點(diǎn)做好吸附處理技術(shù)與吸收處理技術(shù)之間差異的區(qū)分，二者之間最明顯的區(qū)別在于吸附法屬于干法工藝，而吸收法是基于吸收液的吸收能力發(fā)揮作用，因此屬于濕法工藝。

3.2 冷凝法

在VOCs廢氣處理過程中，冷凝法屬于一種比較簡(jiǎn)單的工藝，其工藝主要原理是通過物理特性加以處理，因此，在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域當(dāng)中得到了廣泛應(yīng)用。在冷凝法的應(yīng)用過程中，主要是參考?xì)怏w在不同狀態(tài)下的特征，如在不同的溫度環(huán)境下，氣體會(huì)呈現(xiàn)出不同的飽和蒸氣壓。在實(shí)際應(yīng)用中，是通過這樣的特性對(duì)VOCs廢氣進(jìn)行冷卻，在凝結(jié)成為液體之后再進(jìn)一步完成分離，以此對(duì)相關(guān)物質(zhì)進(jìn)行回收與處理[3]。通常，技術(shù)人員在掌握飽和蒸氣壓的情況下就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)VOCs廢氣的有效處理，然而為了實(shí)現(xiàn)更好地凝結(jié)與回收效果，就必須營(yíng)造出低溫度以及高氣壓的狀態(tài)。需要注意的是，通過冷凝法對(duì)廢氣進(jìn)行處理后仍不能達(dá)到國(guó)家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)的，就需要在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上對(duì)回收VOCs廢氣的裝置進(jìn)行升級(jí)，以提升其使用性能，但這也會(huì)在一定程度上增加冷凝法的使用成本。

在實(shí)際應(yīng)用中，為了減少投入，技術(shù)人員會(huì)選擇將冷凝法、吸附法以及吸收法一起使用，通過相關(guān)處理工藝的耦合來實(shí)現(xiàn)更好的回收效果以及更高的經(jīng)濟(jì)效益。通過將多種方法結(jié)合對(duì)VOCs廢氣進(jìn)行處理，雖然在一定程度上降低了總體投入，但也會(huì)限制其適用范圍，因此在實(shí)際應(yīng)用的過程中也會(huì)存在一定局限性。

3.3 低溫等離子處理工藝

低溫等離子處理工藝是，在實(shí)際應(yīng)用的過程中主要通過發(fā)揮自由基、高能電子等粒子的作用，對(duì)廢氣進(jìn)行處理時(shí)可在短時(shí)間內(nèi)將其分解，同時(shí)引發(fā)一系列的后續(xù)反應(yīng)。應(yīng)用低溫等離子處理工藝對(duì)VOCs污染物進(jìn)行處理，具有以下特點(diǎn)：①整個(gè)處理過程均可以在常溫、常壓的環(huán)境下完成，所以降低了處理的難度；②具備較高的自動(dòng)化水平，不僅可以明顯縮短反應(yīng)流程，還可以避免受到外界因素的侵?jǐn)_；③該技術(shù)的裝置設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在相關(guān)設(shè)備的安裝與拆卸上可以減少成本的投入；④對(duì)高分子污染物具有很好的處理效果，同時(shí)還可以提升整體的除臭效率。但低溫等離子工藝也存在一定的弊端，一方面，為提升整體設(shè)備的運(yùn)行精密度，需加強(qiáng)設(shè)備的設(shè)計(jì)與調(diào)試，所以需要較高的投資成本；另一方面，在該技術(shù)使用的過程中往往會(huì)產(chǎn)生火花和擊穿問題，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)苯有機(jī)物的徹底分解。

3.4 氧化法

使用氧化法處理VOCs較為常見，該方法主要包括燃燒氧化、催化燃燒氧化以及光催化，這三種方法具有不同的優(yōu)缺點(diǎn)。

3.4.1 燃燒氧化法

燃燒氧化法是利用燃燒反應(yīng)來處理工業(yè)中所產(chǎn)生的廢氣，廢氣在經(jīng)過氧化消除后會(huì)呈現(xiàn)出較為無害的狀態(tài)，這種廢氣處理方法通常會(huì)應(yīng)用在濃度較高的廢氣處理中。在使用燃燒氧化法來處理工業(yè)廢氣的時(shí)候，沒有直接使用易燃材料來進(jìn)行燃燒，而是借用燃料釋放熱量，以燃燒熱量來凈化VOCs。一般在高溫下VOCs會(huì)轉(zhuǎn)化為水和二氧化碳，從而達(dá)到清除廢氣中有害物質(zhì)的目的。

在實(shí)際應(yīng)用中，設(shè)計(jì)蓄熱氧化系統(tǒng)時(shí)主要從三個(gè)方面進(jìn)行，即陶瓷蓄熱床、自動(dòng)控制閥和燃燒室。由于陶瓷材料能夠儲(chǔ)存氣體中的熱能，在進(jìn)行燃燒時(shí)可以通過陶瓷釋放熱能來對(duì)燃燒過程補(bǔ)充熱量，整體上對(duì)熱能的消耗要小于其他材質(zhì)。所以陶瓷材料屬于較為優(yōu)質(zhì)的蓄熱材料。除此之外，在熱交換器使用中還能夠?qū)崿F(xiàn)尾氣的熱量回收，使廢氣處理能夠獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益。

3.4.2 催化燃燒氧化法

催化燃燒氧化法是利用催化藥劑使含有VOCs的廢氣在一定溫度下進(jìn)行氧化燃燒，并在燃燒中分解為水和二氧化碳。由于這種方法燃燒的溫度較低，所以在燃燒的整個(gè)過程中VOCs基本上會(huì)處于無焰燃燒的狀態(tài)，這有利于提高燃燒廢氣過程的安全性，會(huì)使燃燒區(qū)內(nèi)的VOCs濃度更加容易控制，從而有效降低了燃燒成本。但該方法也存在一些缺陷，有待完善。比如，當(dāng)廢氣中的重金屬含量較多時(shí)，藥劑容易出現(xiàn)失效的現(xiàn)象；當(dāng)廢氣中VOCs含量過大時(shí)，由于其燃燒反應(yīng)所需溫度較低，會(huì)導(dǎo)致燃燒反應(yīng)中產(chǎn)出的熱量難以滿足催化劑所需要的凈化溫度。

3.4.3 光催化氧化法

光催化氧化法主要利用催化劑所具有的光催化特性，使VOCs廢氣發(fā)生氧化并分解為水和二氧化碳，以此達(dá)到氧化處理VOCs的目的。在實(shí)際應(yīng)用過程中，氧化劑通常以金屬氧化物和金屬硫化物為主，其中較為突出的是TiO2。這種金屬氧化物具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，并且催化性能較好，是目前較為常用的催化劑之一。光催化氧化法下的VOCs廢氣能夠被轉(zhuǎn)化為較為無害的有機(jī)分子，并且，由于整個(gè)反應(yīng)中所產(chǎn)生的副產(chǎn)物較少，也能有效地保障廢氣處理的清潔性。但光催化氧化法目前還存在一些問題，如催化劑在實(shí)際使用時(shí)往往會(huì)由于外界原因而出現(xiàn)活性喪失和難以固定的情況，會(huì)對(duì)廢氣處理產(chǎn)生一定的影響，此外，在需要處理大量廢氣時(shí)，光催化氧化法的應(yīng)用效果并不理想。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著生態(tài)治理工程的不斷推進(jìn)，人們?cè)絹碓疥P(guān)注工業(yè)廢氣的治理工作，特別是對(duì)于VOCs廢氣的治理，相關(guān)部門應(yīng)提出更為有效的廢氣處理策略來減少其對(duì)環(huán)境的損害。同時(shí)，可結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況，重點(diǎn)針對(duì)源頭控制、過程控制以及工藝耦合處理等提出相應(yīng)的優(yōu)化措施，保證最大限度地減少VOCs的排放量及其對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的不利影響，進(jìn)而為社會(huì)生態(tài)環(huán)境的持續(xù)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。