有機(jī)廢氣治理技術(shù)與應(yīng)用探討

高 雷

（安徽一二三環(huán)?？萍加邢薰?，安徽 宣城 242000）

在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生很多有機(jī)廢氣，而環(huán)保領(lǐng)域?qū)⑵渲心軈⑴c大氣光化學(xué)反應(yīng)的有機(jī)化合物稱為揮發(fā)性有機(jī)物（VOC）。常見(jiàn)的有機(jī)廢氣包括甲醛、苯、甲苯、二甲苯、乙酸乙酯等。如果這些有機(jī)廢氣不經(jīng)處理被直接排放，其會(huì)在大氣環(huán)境中參與一系列的光化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生二次有機(jī)氣溶膠，成為霧霾的前體物質(zhì)；也會(huì)參與到二氧化硫、氮氧化物等的氧化還原反應(yīng)中，且形成一系列的硫酸鹽、硝酸鹽以及銨鹽等，從而會(huì)造成酸雨等不良天氣；其還會(huì)與氮氧化物反應(yīng)生成臭氧，會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)各類污染物的轉(zhuǎn)變。上述這些變化，不僅會(huì)形成一系列能腐蝕建筑物、鋼材的大氣附著物，還會(huì)降低大氣能見(jiàn)度，提高空氣中細(xì)顆粒物的數(shù)量，從而誘發(fā)呼吸系統(tǒng)疾病，影響人們身體健康。此外，若人體直接吸入或沾染了一定量的揮發(fā)性有機(jī)物，還有可能誘發(fā)癌癥、白血病等惡性疾病，這對(duì)人們身體健康造成了極大危害[1]。但隨著科技的發(fā)展和人們的廣泛重視，有機(jī)廢氣處理技術(shù)得到了相應(yīng)完善和具體優(yōu)化，從而有效提高了有機(jī)廢氣的處理效率。在實(shí)際應(yīng)用中，由于生產(chǎn)過(guò)程所使用的原料、加工技術(shù)和操作規(guī)程不盡一致，企業(yè)需要結(jié)合自身的實(shí)際情況，在保證污染物處理效果的前提下選擇合適的有機(jī)廢氣處理技術(shù)。

1 有機(jī)廢氣處理的重要性

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，也促進(jìn)了制造業(yè)的成長(zhǎng)，但隨著工業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)，環(huán)境污染所造成的負(fù)面影響逐漸顯現(xiàn)，造成了諸如霧霾、人群呼吸系統(tǒng)疾病、水源地污染等現(xiàn)象。常見(jiàn)的有機(jī)廢氣及其危害主要包括：（1）苯會(huì)對(duì)人體的中樞神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生損害，且高濃度（高達(dá)2%）的苯很容易造成急性中毒以及死亡；（2）當(dāng)苯甲酸類有機(jī)氣體進(jìn)入人體后，會(huì)使蛋白質(zhì)變性和凝固，人們會(huì)出現(xiàn)呼吸困難和窒息問(wèn)題；（3）硝基苯會(huì)對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)以及身體器官功能造成損壞；（4）有機(jī)磷類的有機(jī)廢氣能夠極大降低血液中所含的膽堿酯酶活性，從而會(huì)引發(fā)人們出現(xiàn)功能性以及神經(jīng)系統(tǒng)方面的疾病。因此，必須要對(duì)有機(jī)廢氣進(jìn)行有效治理。

此外，大氣中的有機(jī)廢氣容易產(chǎn)生次生的細(xì)顆粒物聚集情況，這是也造成大氣污染問(wèn)題的原因之一。因此，在企業(yè)日常生產(chǎn)過(guò)程中，建議使用水性油漆等低揮發(fā)性涂料，以此代替高揮發(fā)性涂料，并采用更清潔的生產(chǎn)工藝和技術(shù)來(lái)抑制和預(yù)防有機(jī)廢氣的污染。而且，應(yīng)用有效的廢氣處理技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢氣的凈化和綜合利用。一般情況下，其處理方法主要包括吸收、冷凝、吸附和熱解，且應(yīng)用范圍因處理方法而異[2]。

2 常見(jiàn)的有機(jī)廢氣治理技術(shù)

2.1 吸附法

目前，吸附法是有機(jī)廢氣最常見(jiàn)且廉價(jià)的處理方式之一，按照其吸附材質(zhì)不同，可分為固體吸附法與液體吸附法。

2.1.1 固體吸附法

固體吸附法主要是依靠固體吸附材質(zhì)表面的空穴、孔洞等微觀結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)物的捕捉，其捕捉過(guò)程是一種物理變化?，F(xiàn)階段，為了降低廢氣的處理成本，企業(yè)普遍選用價(jià)格較為低廉的多孔活性炭作為吸附材質(zhì)。

2.1.2 液體吸附法

液體吸附法的原理與固體吸附法稍有不同，有些類似于分液萃取的原理，是利用有機(jī)物在特定溶劑中的高溶解度將廢氣中的有機(jī)物捕捉至溶劑中，其本質(zhì)是溶解，也是物理過(guò)程。由于不同有機(jī)物在不同溶劑中的溶解度各有不同，因此，液體吸附法的應(yīng)用范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于固體吸附法，而且，其應(yīng)用前需要明確廢氣中的有機(jī)物種類，這樣才能有針對(duì)性地選擇相應(yīng)的液體吸附介質(zhì)。

目前，吸附法在使用過(guò)程中主要存在三點(diǎn)問(wèn)題：一是有機(jī)物并沒(méi)有被消滅，而僅是被吸附材質(zhì)捕捉，因此，吸附飽和后的吸附材質(zhì)反而形成新的固體/液體廢棄物；二是活性炭等吸附材料受到溫度、濕度等環(huán)境條件的影響比較大，而且，吸附材質(zhì)對(duì)于部分有機(jī)物的處理效果較差，例如，活性炭對(duì)于部分苯系物的吸附效果就很不理想；三是隨著使用時(shí)間的增加，固體吸附設(shè)備的吸附效率下降得十分明顯，所以需要經(jīng)常更換吸附材質(zhì)。為了解決上述問(wèn)題，現(xiàn)在經(jīng)常采用吸附裝置與吸附介質(zhì)再生裝置聯(lián)用的方法，例如，活性炭吸附-熱空氣再生處理裝置。

2.2 冷凝法

近年來(lái)，冷凝處理技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，其原理是通過(guò)降溫或升壓使廢氣中的有機(jī)組分液化，并與空氣分離，進(jìn)而可以進(jìn)行收集。在實(shí)際應(yīng)用中，由于不同有機(jī)物在不同壓力下的液化溫度不同，所以此類處理設(shè)備并不適用于多組分有機(jī)廢氣的處理，同時(shí)在應(yīng)用處理設(shè)備前，還需明確廢氣中的有機(jī)物種類、廢氣量與濃度，以此來(lái)確定設(shè)備的耐壓范圍與有效容積。相比于吸附法，冷凝處理法處理效率較高，也無(wú)需更換耗材，更不用擔(dān)心處理效率下降的問(wèn)題，但其在使用過(guò)程中的能源消耗較大。若企業(yè)可以將冷凝收集的有機(jī)組分進(jìn)行二次利用，則可以極大地降低企業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本，因此，這也是一種有價(jià)值的處理方式。

2.3 氧化/燃燒法

氧化/燃燒法是使廢氣中的有機(jī)組分與空氣中的氧氣發(fā)生完全氧化反應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)樗?、二氧化碳等小分子物質(zhì)的方法。根據(jù)氧化條件不同，可分為熱燃燒法與催化燃燒法。

2.3.1 熱燃燒法

熱燃燒法是通過(guò)直接升溫的方式增加分子內(nèi)能，從而使有機(jī)物發(fā)生氧化的方式。該方法對(duì)于不同的有機(jī)物，其發(fā)生完全氧化的溫度以及反應(yīng)時(shí)間會(huì)有所不同。而對(duì)于大部分有機(jī)物，當(dāng)溫度升至800 ℃左右時(shí)即可完全分解，但對(duì)于二噁英等少部分物質(zhì)，在需要大量破壞的情況下，需將反應(yīng)溫度提升至1 000 ℃以上。

2.3.2 催化燃燒法

催化燃燒法是通過(guò)催化劑降低反應(yīng)活化能，從而增加有機(jī)物氧化的速率。在實(shí)際應(yīng)用中，為了盡量增加有機(jī)物、氧氣與催化劑的接觸面積，需要優(yōu)化設(shè)備內(nèi)的風(fēng)道設(shè)置，一般情況下可使用多孔陶瓷作為催化劑的負(fù)載基質(zhì)。目前，常見(jiàn)的有機(jī)催化劑大部分為鉑（Pt）、鈀（Pd）和銠（Rh）等貴金屬催化劑。由于使用了催化劑，反應(yīng)活化能會(huì)大幅降低。對(duì)于大部分催化劑來(lái)說(shuō)，其反應(yīng)溫度可以控制在350 ℃以下，而對(duì)于部分優(yōu)秀催化劑，其反應(yīng)溫度更可以降低至200～250 ℃左右。

總體而言，氧化/燃燒法具有處理效率高、工藝簡(jiǎn)單、無(wú)附加污染物的特點(diǎn)。但也會(huì)因?yàn)橛袡C(jī)物氧化放熱的熱量不足難以維持設(shè)備消耗，所以，需要采用天然氣或電加熱的方式進(jìn)行額外熱量補(bǔ)充。因此，為了減少設(shè)備運(yùn)行成本，此類設(shè)備常與陶瓷蓄熱裝置、尾氣換熱裝置聯(lián)用。需要注意的是，為了保障安全性，此類設(shè)備中有機(jī)物的濃度不得超過(guò)其爆炸極限的25%。

2.4 化學(xué)吸收法

從形式上而言，化學(xué)吸收法和液體吸附法較為類似，均是使有機(jī)廢氣通過(guò)液體并截留有機(jī)組分的方式，但它們的原理并不相同?；瘜W(xué)吸收法的原理是有機(jī)物與溶液中的活性成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并會(huì)留在溶液中，其本質(zhì)是化學(xué)反應(yīng)而非物理變化。其處理效果不僅受有機(jī)廢氣在溶液中溶解度的影響，還會(huì)受到溫度、濕度、活性成分等多方面的影響，所以，此類方法的應(yīng)用范圍相比于液體吸附法更小。

3 有機(jī)廢氣處理的新技術(shù)

3.1 低溫等離子體技術(shù)

低溫等離子體技術(shù)是通過(guò)高壓電弧放電，使廢氣中遍布電離后的氧自由基與臭氧分子，并與有機(jī)組分發(fā)生氧化反應(yīng)而成為無(wú)害小分子的過(guò)程。此種方法原理的本質(zhì)和氧化燃燒法類似，都是通過(guò)人工方法為有機(jī)物的氧化提供能量。與氧化燃燒法相比，低溫等離子法的優(yōu)勢(shì)是運(yùn)行功耗更低，設(shè)備更簡(jiǎn)單，也更安全。但也存在著電離濃度不易控制、處理效果難以保證、會(huì)產(chǎn)生臭氧副產(chǎn)物等缺點(diǎn)。一般來(lái)說(shuō)，在處理低濃度、低風(fēng)量的有機(jī)廢氣時(shí)，低溫等離子法是一種見(jiàn)效較快的簡(jiǎn)易技術(shù)[3]。

3.2 變壓吸附技術(shù)

變壓吸附的原理主要是運(yùn)用不同吸收器對(duì)廢氣進(jìn)行轉(zhuǎn)化。變壓吸附是對(duì)廢氣進(jìn)行氣體分離以及凈化，并能充分考量吸收容量壓力的整體變化。變壓吸附是以壓力波動(dòng)為特征，實(shí)現(xiàn)吸附劑組分在低壓狀態(tài)下的解吸和吸附劑的再生。該技術(shù)由于周期短，吸附熱不會(huì)隨著時(shí)間的推移而降低，因此，可以用于解吸。而吸附層吸附解吸溫度的變化一般較小，波動(dòng)較大。在實(shí)際應(yīng)用變壓吸附技術(shù)處理有機(jī)廢氣時(shí)，需要與吸附劑適當(dāng)結(jié)合，如硅膠、分子篩、活性炭等。該技術(shù)具有成本投入低、功耗低、加工效果好的優(yōu)點(diǎn)。

3.3 膜生物反應(yīng)器

近年來(lái)，隨著我國(guó)膜生物反應(yīng)器的迅速發(fā)展，該反應(yīng)器已逐漸應(yīng)用于有機(jī)氣體的處理。在膜生物反應(yīng)器的實(shí)際應(yīng)用中，膜技術(shù)可以與現(xiàn)有廢氣微生物處理技術(shù)有效結(jié)合，從而有效提高了有機(jī)廢氣處理的效果，也保持了良好的分解效果。該方法的原理與化學(xué)吸收法類似，只不過(guò)由于生物膜的作用，水中的“化學(xué)吸收劑”可以不斷地再生。該方法與化學(xué)吸收法相同，也同樣會(huì)受到有機(jī)物在水中溶解度的影響，而且，由于涉及到使用微生物，其廢氣和環(huán)境的溫度變化也會(huì)極大地影響設(shè)備的處理效果[4]。

3.4 微波吸收解吸技術(shù)

這種技術(shù)主要是在固體吸附-解吸再生技術(shù)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。該技術(shù)是使用微波解吸代替熱解吸，能有效地減少能耗，同時(shí)也能使解吸時(shí)間更少。此外，該方法解吸效率高，對(duì)環(huán)境溫度影響小，完全可以滿足有機(jī)廢氣預(yù)處理的各種要求。目前，微波吸收解吸技術(shù)的主要研究方向是如何減少電磁波對(duì)外環(huán)境的影響。

3.5 綜合處理技術(shù)

綜合處理技術(shù)主要是對(duì)各種處理技術(shù)進(jìn)行有效結(jié)合，然后再對(duì)有機(jī)廢氣進(jìn)行處理，這樣可以實(shí)現(xiàn)更好的處理效果?，F(xiàn)階段，工業(yè)廢氣處理技術(shù)主要是使用催化吸附、組合吸附、降壓振蕩解吸、吸附劑濃度變化等。其中，吸附催化吸附技術(shù)可以吸附廢氣中的有害物質(zhì)，降低廢氣中污染物的濃度，符合國(guó)家處理標(biāo)準(zhǔn)。

4 有機(jī)廢氣處理的管理方向

4.1 強(qiáng)化源頭管理

在對(duì)有機(jī)廢氣進(jìn)行處理的過(guò)程中，很多企業(yè)只重視對(duì)有機(jī)廢氣進(jìn)行處理，而沒(méi)有重視對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的有效管理。因此，為了能夠從源頭上對(duì)有機(jī)廢氣進(jìn)行處理，企業(yè)需要高度重視生產(chǎn)過(guò)程的管理。首先，要詳細(xì)分析有機(jī)廢氣的成分，對(duì)其生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化，以此有效減少有機(jī)廢氣的產(chǎn)生。在實(shí)際管理工作中，要合理規(guī)劃工業(yè)生產(chǎn)，做好對(duì)揮發(fā)性化學(xué)品貯藏的有效管理，以減少因材料儲(chǔ)存引起的問(wèn)題。同時(shí)，企業(yè)還應(yīng)設(shè)立相應(yīng)的管理機(jī)構(gòu)，制定工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程和原材料儲(chǔ)運(yùn)控制方案，以此有效控制污染源有機(jī)廢氣的排放。同時(shí)，在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，如汽車和家具生產(chǎn)企業(yè)，要督促其優(yōu)化生產(chǎn)用原材料，盡量使用VOC含量低的涂料、染料等[5]。

4.2 縮短傳輸路徑

因有機(jī)廢氣與生產(chǎn)物料的性質(zhì)、儲(chǔ)存條件、密封條件等因素有關(guān)，所以，為了減少生產(chǎn)過(guò)程中有機(jī)廢氣的排放，應(yīng)盡量?jī)?yōu)化生產(chǎn)工藝，簡(jiǎn)化工藝流程，減少有機(jī)原料的傳輸次數(shù)，并盡可能使用密封式儲(chǔ)存，且原材料在輸送過(guò)程盡量使用真空泵送手段。此外，企業(yè)還需要嚴(yán)格監(jiān)控生產(chǎn)過(guò)程，確保各類容器、管道的密封性，盡量采用耐腐蝕的容器、管道材質(zhì)，以此做到無(wú)泄漏、無(wú)破損。

4.3 提升收集效率

對(duì)于生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)廢氣，若無(wú)法做到有效收集，即使末端處理設(shè)備的凈化效率再高也無(wú)濟(jì)于事。目前，提升廢氣收集效率最有效的手段是密閉和負(fù)壓排風(fēng)。密閉就是，使產(chǎn)生有機(jī)廢氣的工段盡量減少與外界空氣交換的次數(shù)，從而形成一個(gè)密閉的空間，以減少?gòu)U氣的逸散。例如，可以給集氣罩設(shè)置軟簾，在排風(fēng)柜、密閉式噴漆房?jī)?nèi)進(jìn)行噴漆操作，而噴漆房的人員進(jìn)出通道應(yīng)設(shè)置停留室與內(nèi)外兩道門等。負(fù)壓排風(fēng)是指通過(guò)管道向外抽風(fēng)的方式將廢氣送至處理設(shè)備中，這樣可以最大程度避免封閉空間內(nèi)的有機(jī)污染物逸散至外界。

4.4 加強(qiáng)末端處理

在從源頭、傳輸路徑、廢氣收集方面強(qiáng)化有機(jī)廢氣的治理后，則需對(duì)末端處理方面進(jìn)行強(qiáng)化。在實(shí)際處理過(guò)程中，企業(yè)要根據(jù)自身的實(shí)際情況，并結(jié)合廢氣的溫度、濕度、含塵量、有機(jī)廢氣種類、濃度等多方面因素，從廢氣處理效果、一次性投入成本、持續(xù)運(yùn)營(yíng)成本、附加污染物的產(chǎn)生和安全性等多角度進(jìn)行綜合考量，在多種有機(jī)廢氣的處理方式中選擇最適合企業(yè)實(shí)際情況的處理方式。

4.5 保障日常管理

除了“硬件”層面，企業(yè)也需要在“軟件”管理方面輔助控制有機(jī)廢氣。一是需要根據(jù)排污許可證、環(huán)境影響評(píng)價(jià)文件等的要求，積極主動(dòng)地完成自行監(jiān)測(cè)要求，并判斷污染防治設(shè)施的運(yùn)行效果。如果有條件，最好能安裝有機(jī)廢氣在線監(jiān)測(cè)裝置。二是需要對(duì)原輔材料、生產(chǎn)設(shè)備、污染防治設(shè)施等運(yùn)行情況進(jìn)行記錄，且要做好臺(tái)賬，便于分析問(wèn)題，以此為進(jìn)一步強(qiáng)化管理、提升污染治理效率奠定良好基礎(chǔ)。同時(shí)，企業(yè)還要總結(jié)以往的管理工作，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)管理中存在的問(wèn)題，以此為后續(xù)管理過(guò)程提供科學(xué)依據(jù)。為了跟上時(shí)代的步伐，企業(yè)還需要定期學(xué)習(xí)新的污染防治技術(shù)與運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步不斷優(yōu)化有機(jī)廢氣的處理系統(tǒng)。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在選擇有機(jī)廢氣的處理方式時(shí)，應(yīng)通過(guò)對(duì)不同處理方案的對(duì)比，來(lái)確定目前工業(yè)生產(chǎn)條件下最合適的方案。在實(shí)際處理有機(jī)廢氣時(shí)，企業(yè)需要在有機(jī)廢氣處理的質(zhì)量和成本之間取得平衡，爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益的統(tǒng)一。同時(shí)，為了確保有機(jī)廢氣的管理與治理，不僅要做好末端治理設(shè)施的選擇，還要強(qiáng)化源頭管控、縮短傳輸路徑、提升收集效率以及加強(qiáng)日常管理等多方面的工作。此外，在處理有機(jī)廢氣時(shí)，必須要保證處理過(guò)程安全。