工業(yè)VOC的危害及處理技術(shù)分析

韓冬冬

（泰安市生態(tài)環(huán)境局岱岳分局，山東 泰安 271000）

在近幾十年的經(jīng)濟發(fā)展過程中，我國工業(yè)行業(yè)取得了突飛猛進的進步和發(fā)展，在一定程度上推動著國民經(jīng)濟的發(fā)展，但是其中也存在一定的問題，比如：工業(yè)VOC對大氣環(huán)境造成了十分嚴重的污染，影響著社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。在工業(yè)產(chǎn)業(yè)的實際生產(chǎn)過程中，VOC種類較多且覆蓋范圍十分廣泛，所以治理的工作難度較大。而隨著我國對VOC污染問題重視力度的不斷提升，各種環(huán)保法規(guī)也在嚴格控制工業(yè)VOC的排放，同時VOC治理技術(shù)也在不斷進步和改善。由此可見，對工業(yè)VOC污染進行深入分析，并采取科學(xué)合理的回收與處理措施具有十分重要的現(xiàn)實意義。

1 VOC污染的主要來源

根據(jù)世界衛(wèi)生組織所提出的標準，沸點在50～260 ℃，室溫條件下飽和蒸氣壓超過了133.23 Pa，且常溫條件下以蒸汽形式存在于空氣中的有機化合物被稱為VOC污染。從結(jié)構(gòu)組成角度來看，VOC主要的成分為烴類、氮烴、硫烴以及沸點較低的多環(huán)芳烴等[1]。作為污水處理廠、制藥廠、石油化工工業(yè)以及有機合成業(yè)等場所主要排放的污染物，VOC中含有大量對人體各個器官具有刺激性作用的物質(zhì)，毒性十分強烈，有些物質(zhì)甚至還會出現(xiàn)致癌和致突變等效應(yīng)，對環(huán)境安全和人體健康都造成了嚴重地危害。所以，為了有效控制工業(yè)VOC的排放，各個國家都相繼頒布了廢氣排放標準，并不斷增加VOC污染物排放的限制種類。我國早在1996年就規(guī)定了以污染空氣為主的33種污染物的額定排放值，其中包括苯、三氯乙烯等具有揮發(fā)性的有機化合物。此外，在工業(yè)生產(chǎn)的流程中，涉及很多排放VOC的企業(yè)，如煙草、紡織、石油化工以及家居裝飾等，也就是說具有VOC排放的企業(yè)幾乎占我國工業(yè)體系的一半，特別是在石油化工行業(yè)中，污染排放問題更加突出。而在石油化工行業(yè)油氣裂解與后期加工過程中，通常會產(chǎn)生三烯與三苯等合成物，在復(fù)雜工藝和生產(chǎn)原料的影響下，必然會排放揮發(fā)性有機物質(zhì)，而且VOC的排放總量十分驚人，其工藝改造難度也非常大。

2 工業(yè)VOC污染的主要特點

工業(yè)生產(chǎn)排放的VOC具有數(shù)量多和排放量大的特征。在實際工業(yè)生產(chǎn)過程中，有毒有害氣體的種類很多，包括鹵化物、碳氧化物、硫氧化物以及VOC等，在這些污染物中，對大氣環(huán)境造成危害的污染被稱之為氣態(tài)污染[2]。由于有毒有害氣體的來源與基本性質(zhì)不同，所以必須要采取科學(xué)合理的方法進行控制，也就是從源頭控制污染的產(chǎn)生，同時要采取科學(xué)合理的回收與處理方式，充分發(fā)揮大自然的自凈能力，并應(yīng)用經(jīng)濟的措施和政策來控制VOC污染物的總量。雖然氣態(tài)污染物屬于一種混合物，以原子或非顆粒狀態(tài)存在于空氣當中，但是可以根據(jù)氣態(tài)污染物的濃度來選擇合適的凈化方式，這不僅可以實現(xiàn)理想的凈化目標，同時還可以減少處理成本，提高整體社會效益與經(jīng)濟效益。但是需要注意的是，在處理濃度較高的氣態(tài)污染物時，一定要提前做好預(yù)處理。

3 工業(yè)VOC的主要危害

3.1 對人體健康造成危害

工業(yè)VOC污染會對人體健康帶來直接危害，應(yīng)當避免與其發(fā)生接觸。根據(jù)當前研究結(jié)果顯示，工業(yè)VOC污染對人體所造成的危害包括三個方面：一是感官與氣味方面的影響，具體包括身體的皮膚干燥、感覺異常、遲緩等。二是對黏膜產(chǎn)生的刺激和其他癥狀，一般都會使眼黏膜和鼻黏膜受到刺激，進而由各種呼吸道疾病引發(fā)咳嗽甚至是上呼吸道感染[3]。如果刺激情況十分嚴重，還會波及到人體的內(nèi)臟器官，壓制人的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，使人有精神萎靡、渾身乏力等癥狀。三是工業(yè)VOC具有較強的致癌性與基因毒性，如果VOC造成的污染在空氣中的濃度較大，那么人體就會出現(xiàn)一系列的反應(yīng)癥狀，可能會導(dǎo)致記憶力衰退，且對人體的肝臟、神經(jīng)系統(tǒng)以及大腦都會造成不同程度的損傷。現(xiàn)如今，部分工業(yè)VOC污染已經(jīng)被列入到致癌物質(zhì)當中，像甲醛、苯等，都會對人體健康造成巨大的傷害。

3.2 造成光化學(xué)污染

VOC是形成近地臭氧層的前體物之一，臭氧就是光化學(xué)氧化劑，它具有較強的刺激性與氧化性，直接與人們的日常生活相關(guān)。在陽光的直接照射作用下，VOC會與大氣中的碳氫化合物與氧氮化合物發(fā)生反應(yīng)，生成危害性強且活性較高的煙霧，因而會對環(huán)境造成嚴重的二次污染，影響人們的正常生活。隨著臭氧濃度的不斷增加，人們生活環(huán)境的霧霾天氣次數(shù)也會隨之增加，這不僅對人體健康造成了不良影響，同時也會危及到農(nóng)作物的生長。另外，VOC還會在一定環(huán)境條件下與大氣環(huán)境中的顆粒物發(fā)生反應(yīng)形成二次有機溶膠，從而對大氣能見度造成嚴重影響，甚至?xí)箙^(qū)域乃至于全球氣候環(huán)境變得更差。

3.3 引起火災(zāi)爆炸危害

工業(yè)VOC污染還包含乙烯和丙烯等脂肪類物質(zhì)，這些物質(zhì)都是石油化工行業(yè)的基本單體，在工廠的應(yīng)用范圍十分廣泛，雖然這些化合物在通常情況下都會呈現(xiàn)出較低的毒性，不會對人體造成巨大危害，但是它卻屬于易燃易爆的高危險化合物，會給工業(yè)企業(yè)帶來十分嚴重的火災(zāi)隱患?，F(xiàn)如今，我國由VOC污染導(dǎo)致的火災(zāi)事故與爆炸事故頻繁發(fā)生，嚴重影響了工業(yè)企業(yè)的正常生產(chǎn)。

4 工業(yè)VOC的有效治理措施

4.1 回收技術(shù)

4.1.1 吸附措施

吸附措施就是在選擇附帶吸附性物質(zhì)的基礎(chǔ)上捕捉工業(yè)VOC污染，吸附材料可以分為活性炭與無機吸附材料兩種[4]。活性炭是指以碳為主要成分的多孔物質(zhì)，像破碎碳素、纖維蜂窩以及常規(guī)活性炭等。這些活性炭上的細孔將吸附大量的顆粒狀有機物，再通過提高溫度與降低壓力來獲得良好的吸附效果。采用活性炭吸附方法的優(yōu)勢為能夠?qū)I(yè)VOC污染物進行回收再利用，并且在整個吸附過程中并不需要提供任何能源。其缺點就是無法實現(xiàn)完全吸附，無論怎樣吸附都會殘留一部分工業(yè)VOC，另外吸附材料在使用過程中也會逐漸降低吸附性能，且再生的成本非常高。通常情況下，活性炭吸附方法一般都是用于化學(xué)設(shè)備成套清洗和大型空調(diào)方面。無機吸附材料一般是指沸石和硅石這兩大類。其中，沸石主要是利用結(jié)晶結(jié)構(gòu)孔隙較大的特點來完成對VOC的吸附，整個吸附過程同樣需要降低壓力和提高溫度。但是此類方法除了具備活性炭吸附方式的諸多優(yōu)點之外，由于其不含碳，所以不具備可燃性，但是缺點就是成本非常高。沸石吸附方式一般都應(yīng)用在化學(xué)成套設(shè)備清洗和加油站領(lǐng)域。

4.1.2 吸收法

與通過物理物質(zhì)的細孔來吸附VOC污染的方式不同，吸收法主要是利用有機物的相似相溶原理來完成對工業(yè)VOC污染的吸收。在此方法的應(yīng)用過程中，先是采用低揮發(fā)性的溶劑來吸收VOC，隨后再通過VOC分子與吸收劑之間物理特性的差異來完成二者的分離。通常情況下，吸收VOC的物理方式都會選擇柴油和煤油作吸收劑。在工業(yè)企業(yè)的實際生產(chǎn)過程中，只要VOC能夠溶解于吸收劑，那么就可以利用吸附法來進行有效處理，隨后再對吸收液進行分離和處理，從而實現(xiàn)再回收有目的。此方法的優(yōu)勢就是可以回收那些有利用價值的VOC，缺點是吸收劑的吸收范圍存在限制，且費用較高，很容易出現(xiàn)二次污染。另外，在實際應(yīng)用過程中，吸收法一般都會用在中等濃度且排氣量很大的VOC處理領(lǐng)域中。

4.1.3 凝縮法

在工業(yè)VOC的處理過程中，有機物在不同的溫度條件下表現(xiàn)出不同的飽和程度，可以充分利用這一特點，通過提升與降低壓力，以冷凝的方式將蒸汽環(huán)境中的物質(zhì)提取出來。此方式的優(yōu)勢就在于可以對有機廢氣進行最大限度地凈化，而缺點就是該方法的操作難度較大，而且常常需要利用冷凝冰來實現(xiàn)降溫，因而成本非常高。通常情況下，凝縮方法會應(yīng)用在那些濃度很高且溫度相對較低的有機廢氣的處理過程中。除此之外，冷凝法也是回收工業(yè)VOC最直接、最簡單的方法，它主要是利用物質(zhì)在不同溫度條件下的不飽和蒸氣壓，利用冷凝器將VOC降低到有機物的沸點以下，使其冷凝成液滴狀，再依靠重力作用降落到凝結(jié)區(qū)域下方的貯罐中，從而將其分離出來。常用的冷卻介質(zhì)包括冷水、冷凍鹽水與液氨。此技術(shù)對于濃度較高、沸點較高且需要回收的工業(yè)VOC而言，具有十分良好的經(jīng)濟效益。該方法的操作方式與操作條件十分簡單，回收的VOC純度較高，回收率與VOC最開始的沸點和濃度緊密相關(guān)，濃度越大、沸點越高，但是此方法需要較高的回收效率，因此在實際應(yīng)用過程中冷凝法一般都會與吸附、吸收與壓縮等方法配合使用，從而實現(xiàn)經(jīng)濟且回收效率較高的目標。

4.1.4 膜分離法

膜分離法是海水淡化研究中所發(fā)現(xiàn)的一種全新的分離方式，與傳統(tǒng)的冷凝法、吸附法不同，該方法具有回收效率高、操作流程簡單且能源消耗較低的特點，且不會產(chǎn)生二次污染，是一種應(yīng)用前景十分廣闊的分離技術(shù)[5]。此方法一般都會用在濃度較高的VOC分離與回收中。現(xiàn)如今，采用膜分離法可以回收芳香族碳氫化合物、含氯溶劑以及醇、酸、胺等大多數(shù)VOC，隨著高效分離膜的開發(fā)與價格的降低，膜技術(shù)的應(yīng)用范圍也會變得越來越廣泛。除此之外，膜分離法主要是采用對有機化合物具有選擇性滲透作用的高分子膜，在一定壓力條件下能夠讓VOC滲透達到分離，通常都會選擇中空纖維膜和板式膜。膜分離法具體分為三步：一是將VOC與空氣混合物進行壓縮，再將壓縮之后的混合氣流輸入到冷凝器當中，采取膜蒸汽的方式進行分離。當VOC氣體流入分離系統(tǒng)后，就會選擇性地使VOC氣體通過并富集，VOC中的氣體就會留在未滲透側(cè)，從而實現(xiàn)達標排放。經(jīng)過富集后的VOC氣體也會通過冷凝回收系統(tǒng)完成有機溶劑的回收。

4.2 分解技術(shù)

4.2.1 燃燒方法

燃燒法就是采用燃燒的方式，將工業(yè)VOC當中的碳氧化物分解成二氧化碳的一種VOC處理技術(shù)，此技術(shù)可以具體分為催化燃燒法、蓄熱燃燒法以及直接燃燒法。由于大部分工業(yè)VOC都是由碳、氫、氧組成的，所以直接采用燃燒的方法就可以將工業(yè)VOC分解成水和二氧化碳等物質(zhì)。采用直接燃燒方法的優(yōu)勢就是裝置十分便宜，適用于很多種類的VOC。缺點是在濃度較低的條件下需要適當添加助燃劑，并且燃燒生成的二氧化碳對環(huán)境也會造成一定程度的污染。目前，直接燃燒法被應(yīng)用于涂裝和印刷等行業(yè)中；蓄熱燃燒法就是采用陶瓷等蓄熱體對VOC進行燃燒分解，其優(yōu)點是熱效率較高，缺點是裝置成本很高，無法實現(xiàn)間斷運轉(zhuǎn)。一般被應(yīng)用于印刷、化學(xué)成套設(shè)備生產(chǎn)等行業(yè)領(lǐng)域中；催化燃燒法是在燃燒過程中添加合適的催化劑，以降低VOC在氧化分解過程中所遇到的問題，能夠?qū)崿F(xiàn)低溫燃燒，不會產(chǎn)生大量的二氧化氮，但是催化劑在使用過程中成本較高，該方法主要應(yīng)用在印刷與化學(xué)成套設(shè)備生產(chǎn)等行業(yè)中。

4.2.2 非燃燒法

非燃燒法通常包括以下幾種類型，分別是生物處理法、光催化劑法以及放電等離子體法。

首先，生物處理方法主要是利用微生物有效降解VOC廢氣當中的有毒有害成分，實現(xiàn)對廢氣的綜合治理，此方法能夠使具有降解作用的微生物附著在多孔介質(zhì)的表面，利用填料將廢氣吸附于細孔內(nèi)來完成生物降解，并產(chǎn)生二氧化碳、水和中性鹽。這一處理技術(shù)主要是將微生物和營養(yǎng)基配制在吸收液體中，隨后在有機物廢氣通過吸收液體之后，廢氣中的VOC就會被過濾和降解。生物處理方法的優(yōu)點是設(shè)備十分簡單，運行成本及能源消耗較低，缺點是氧化分解效率不高，需要定期添加適當?shù)臓I養(yǎng)基，且所應(yīng)用的設(shè)備占地面積較大，對水量、溫度和氣體流速等都有十分嚴格的要求，一般應(yīng)用于石油化工行業(yè)的有機廢氣處理過程中。

其次是光催化法，該方法是利用紫外光輻射下的光催化劑所產(chǎn)生的強氧化能力來完成工業(yè)VOC的氧化分解，可分為復(fù)合光催化與UV光催化兩種方式。其中，UV光催化法是采用對紫外光吸收效率較高且具有催化活性的TiO2作為光催化劑，隨后在光催化作用下，將VOC廢氣降解為二氧化碳和水。然而，在實際的光催化作用下，反應(yīng)效率會非常低，一旦催化劑失活就會導(dǎo)致反應(yīng)過程生成能夠產(chǎn)生二次污染的醛、酮等物質(zhì)，這也是光催化法在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域應(yīng)用較少的主要原因。而復(fù)合光催化就是針對含有苯和硫化物的VOC廢氣進行優(yōu)良處理，在光催化劑的作用下，有效實現(xiàn)有機廢氣的無機化，整個光催化過程基本不會產(chǎn)生污染性的中間產(chǎn)物，在汽車尾氣、工業(yè)VOC有機高分子處理過程中應(yīng)用十分廣泛。另外，帶有TiO2催化劑的三維網(wǎng)還可以有效攔截VOC廢氣中的粉塵，并利用光催化劑將其中的有害化合物分解成無害物質(zhì)，以有效改善大氣環(huán)境的污染問題。

最后是放電等離子體方法，該方法能夠利用高能電子輻射破壞VOC原有的結(jié)構(gòu)，從而將其轉(zhuǎn)化為容易回收且無毒無害的物質(zhì)。

5 VOC技術(shù)應(yīng)用的有效拓展措施

5.1 加大政策支持力度

從當前工業(yè)VOC處理工藝基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)情況看，其成果依然無法滿足工業(yè)生產(chǎn)不斷增長的需求，需要進一步的政策支持和資金支持，使企業(yè)能夠順利完成VOC設(shè)備的改造，從而實現(xiàn)VOC處理從基礎(chǔ)設(shè)備投入到成熟運營的跨越。與此同時，還要大力支持VOC排放企業(yè)落實生產(chǎn)密閉化、連續(xù)化與自動化工藝的改造，確保VOC設(shè)備處理能力能夠與企業(yè)產(chǎn)能保持同步。

5.2 嚴格落實監(jiān)管責(zé)任

目前，工信部門編制出了重點行業(yè)揮發(fā)性有機物的削減計劃，其主要目標就是要大力削減當前工業(yè)領(lǐng)域的VOC排放量，要求相關(guān)部門加大監(jiān)管主體的責(zé)任，督促企業(yè)能夠從根源上控制與削減VOC的排放，從而履行企業(yè)自身的環(huán)保節(jié)能責(zé)任。

6 結(jié)語

綜上所述，伴隨著國家環(huán)保綜合治理力度的不斷加大，工業(yè)改造過程中的VOC應(yīng)用技術(shù)也將迎來一個全新的爆發(fā)期。VOC處理技術(shù)在市場開拓與技術(shù)創(chuàng)新改革的影響下，實現(xiàn)了環(huán)保效能的有效提升。對此，工業(yè)VOC排放企業(yè)可以通過加大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投入、約束廢氣排放行為，來實現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟效益和環(huán)保效益的統(tǒng)一。