關(guān)于VOC廢氣治理的研究

江蘇省環(huán)境工程技術(shù)有限公司 惠斌

近年來(lái)，面對(duì)日益嚴(yán)峻的大氣污染問(wèn)題，我國(guó)逐年加大對(duì)VOC廢氣的治理力度，陸續(xù)推出多項(xiàng)降解方法，初步實(shí)現(xiàn)對(duì)VOC廢氣污染范圍與大氣環(huán)境受污程度的有效控制。與此同時(shí)，在VOC廢氣治理期間，各項(xiàng)治理技術(shù)表現(xiàn)出明顯差異，適用范圍與治理效果存在差異，實(shí)際的治理效果不理想。因此，對(duì)VOC廢氣治理技術(shù)的優(yōu)化改進(jìn)是十分必要的，也是實(shí)現(xiàn)完全去除目的的重要舉措。

一、VOC廢氣概述

（一）VOC廢氣含義

VOC全稱為揮發(fā)性有機(jī)化合物，自身含有大量易揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)，當(dāng)VOC暴露在空氣環(huán)境時(shí)，與大氣進(jìn)行一系列光化學(xué)反應(yīng)，快速形成含有硫、氟等有機(jī)物的有機(jī)化合物。不同國(guó)家與機(jī)構(gòu)單位對(duì)VOC廢氣的定義不一致，如世界衛(wèi)生組織（WHO）認(rèn)為熔點(diǎn)低于室溫、沸點(diǎn)保持在50℃-260℃區(qū)間范圍內(nèi)的揮發(fā)性有機(jī)化合物即為VOC廢氣，美國(guó)基于ASTM D3960-98標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為任何具備參與大氣光化學(xué)反應(yīng)的有機(jī)化合物均為VOC，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 4618/1-1998則認(rèn)定VOC判定標(biāo)準(zhǔn)為常溫常壓環(huán)境下具備自發(fā)揮發(fā)特性的有機(jī)化合物。

（二）VOC廢氣來(lái)源

目前來(lái)看，VOC廢氣來(lái)源包括室外交通運(yùn)輸與燃料燃燒、室內(nèi)燃料產(chǎn)物與吸煙采暖煙霧、化工與家具裝飾等行業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)、建筑裝飾材料與家用電器自身排放四方面。例如，在化工行業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中，在有機(jī)液體儲(chǔ)罐區(qū)域、化工合成與過(guò)濾蒸餾等工序環(huán)節(jié)、物料在儲(chǔ)存器轉(zhuǎn)移過(guò)程中、生產(chǎn)設(shè)備與儲(chǔ)罐因老化腐蝕嚴(yán)重出現(xiàn)原料泄露問(wèn)題時(shí)，都將形成一些VOC廢氣。而在電子電氣行業(yè)生產(chǎn)期間，所加工元件、電子五金件表面噴涂的清潔溶劑在高溫條件下產(chǎn)生揮發(fā)現(xiàn)象，形成大量VOC廢氣。

（三）VOC廢氣的危害

VOC廢氣的危害性主要體現(xiàn)在影響人體健康、破壞環(huán)境兩方面。其中，在影響人體健康方面，VOC廢氣中含有多種對(duì)人體有害的化學(xué)物質(zhì)，包括乙二醇、甲醛、氨等，如果人體長(zhǎng)時(shí)間停留在VOC濃度超標(biāo)的空間環(huán)境中，因吸入過(guò)量VOC廢氣，將出現(xiàn)頭痛、乏力與惡心干嘔等一系列癥狀，隨著時(shí)間推移，陸續(xù)出現(xiàn)昏迷、抽搐情況，對(duì)人體的記憶力、腎臟與神經(jīng)系統(tǒng)造成永久性傷害，還有可能患上白血病、癌癥等嚴(yán)重疾病。而在破壞環(huán)境方面，如果持續(xù)向大氣環(huán)境中排放大量未經(jīng)處理的VOC廢氣，將導(dǎo)致大氣臭氧濃度增加，形成區(qū)域性光化學(xué)煙霧遮擋視線，嚴(yán)重時(shí)引發(fā)臭氧污染、形成酸雨、產(chǎn)生大量PM2.5污染物、煙霧復(fù)合污染等一系列環(huán)境污染問(wèn)題出現(xiàn)，加重生態(tài)環(huán)境負(fù)擔(dān)。

二、VOC廢氣治理現(xiàn)狀

（一）冷凝式治理

冷凝式治理是當(dāng)前我國(guó)VOC廢氣治理活動(dòng)中應(yīng)用最為常見(jiàn)的一項(xiàng)技術(shù)手段，憑借VOC廢氣在不同溫度環(huán)境時(shí)飽和度存在差異性的特征，人為調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力與環(huán)境溫度，控制經(jīng)過(guò)預(yù)處理后處于蒸汽狀態(tài)的VOC廢氣產(chǎn)生冷凝液化反應(yīng)，在反應(yīng)過(guò)程中分離析出廢氣所含有機(jī)物，對(duì)析出有機(jī)物進(jìn)行消除處理，對(duì)剩余物質(zhì)進(jìn)行回收利用處理，完成VOC廢氣治理任務(wù)。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)看，冷凝式治理技術(shù)有著操作簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)，但適用范圍有限，當(dāng)前主要用于處理單組分、小氣量與高濃度的VOC廢氣，如果所處理廢氣未滿足這些條件，將嚴(yán)重影響到廢氣分離、治理效果。

此外，為突破冷凝式技術(shù)適用范圍小、中低濃度VOC廢氣治理效果不佳的工藝局限，當(dāng)前部分企業(yè)選擇搭配應(yīng)用冷凝法與吸附法，采取吸附-冷凝工藝，將VOC廢氣置放在溫度不超過(guò)45℃的環(huán)境中，持續(xù)監(jiān)測(cè)廢氣情況，放置并定期更換活性炭吸附裝置，由吸附裝置持續(xù)吸附VOC廢氣中含有的有機(jī)物，再使用蒸汽對(duì)活性炭進(jìn)行脫附回用處理，以此來(lái)改善冷凝治理效果、提升廢氣凈化率。此項(xiàng)組合工藝多用于處理低濃度、中濃度VOC廢氣，吸附裝置最多可吸附VOC廢氣中90%以上的有機(jī)物，具有功活性炭與溶劑可回收、系統(tǒng)維護(hù)成本與前期建設(shè)成本低廉、直接對(duì)原有廢氣冷凝處理系統(tǒng)加以簡(jiǎn)單改造的工藝優(yōu)勢(shì)。

（二）溶解吸收式治理

溶解吸收式治理是憑借VOC廢氣可溶性特征而采取的一項(xiàng)治理技術(shù)，將VOC廢氣通過(guò)水體，使廢氣中含有的絕大多數(shù)有害成分在水體中溶解，在水體中微生物生長(zhǎng)繁殖過(guò)程中，持續(xù)將水中溶解的有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)廢氣治理目的，直接將處理后的廢氣向外排放即可。此項(xiàng)技術(shù)有著操作簡(jiǎn)單、不會(huì)造成二次污染、VOC廢氣處理效果顯著的優(yōu)勢(shì)，但會(huì)消耗大量水資源，因而為保障水資源充足，水溶解吸收技術(shù)在VOC廢氣治理項(xiàng)目中定位為一項(xiàng)輔助技術(shù)，多用于完成小氣量的VOC廢氣治理任務(wù)，治理范圍有限。同時(shí)，也可將VOC廢氣通過(guò)200#汽油、柴油等有機(jī)溶劑，可以在溶劑中溶解VOC廢氣中含有的絕大多數(shù)有害物質(zhì)，并將吸收后的溶劑用作為稀釋劑或是燃料，以此來(lái)分?jǐn)俈OC廢氣治理成本，此項(xiàng)工藝有著操作簡(jiǎn)單、成本低廉的優(yōu)勢(shì)，但經(jīng)過(guò)溶解吸收處理后的廢氣仍會(huì)殘留少量揮發(fā)性有機(jī)化合物，需要搭配其他技術(shù)進(jìn)行二次處理。

例如，某煉化企業(yè)采取低溫柴油吸收+堿液脫硫的VOC廢氣治理技術(shù)，控制待處理VOC廢氣通過(guò)低溫柴油，柴油吸收廢氣中含有的硫化氫氣體以及油氣，隨后，使用氫氧化鈉溶液對(duì)通過(guò)廢氣加以脫硫處理，根據(jù)處理后廢氣檢測(cè)結(jié)果顯示，總烴濃度為20600mg/m3、苯濃度為520mg/m3、甲苯與二甲苯濃度為378mg/m3與416mg/m3，有機(jī)硫化物去除率在99%以上，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

（三）燃燒式治理

VOC廢氣燃燒式治理方法由直接燃燒、催化燃燒、再生燃燒三項(xiàng)技術(shù)組成。第一，直接燃燒法是將VOC廢氣視作一種可燃物，在高溫條件下產(chǎn)生燃燒反應(yīng)，VOC廢氣中所含有害物質(zhì)在高溫環(huán)境下逐漸分解為無(wú)害物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)廢氣治理目的，此項(xiàng)技術(shù)多用于處理風(fēng)量小、高濃度VOC廢氣，有著前期建設(shè)成本低廉、廢氣治理效果顯著、具備余熱回收條件與操作簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)，理想情況下的廢氣凈化率在99%以上。但VOC廢氣治理成本較高，適用范圍有限，如果用于處理低濃度VOC廢氣，難以取得理想的治理效果，需要根據(jù)項(xiàng)目情況加以慎重選擇。第二，催化燃燒法是在廢氣處理過(guò)程中添加適量催化劑，起到控制廢氣對(duì)燃燒溫度依賴性的作用，在不改變?nèi)紵龡l件、較低點(diǎn)火溫度的情況下，將VOC廢氣轉(zhuǎn)化為水與二氧化碳。此項(xiàng)方法有著操作簡(jiǎn)單、治理成本低廉、符合清潔生產(chǎn)概念與廢氣處理效率高的優(yōu)勢(shì)，多用于處理中濃度與高濃度VOC廢氣，理想情況下的廢氣凈化率在95%以上。第三，再生燃燒法是在廢氣處理期間添加適量輔助燃料，由輔助燃料起到廢氣引燃作用，可以取得加快廢氣燃燒速度、使燃燒過(guò)程更加徹底的效果，主要用于處理小風(fēng)量、高濃度VOC廢氣，理想情況下的廢氣凈化率超過(guò)99%。然而，再生燃燒法有著明顯局限，需要在廢氣處理期間持續(xù)消耗大量的輔助燃料，包括燃油、燃料等，使得廢氣治理成本較為高昂，缺乏經(jīng)濟(jì)適宜性。

（四）吸附式治理

吸附式治理是使用活性炭等多孔結(jié)構(gòu)材料作為吸附劑，在儲(chǔ)存、處理VOC廢氣的設(shè)施設(shè)備內(nèi)部放入吸附劑，在吸附劑多孔結(jié)構(gòu)內(nèi)部與表面吸附廢氣中含有的有害物質(zhì)，在吸附劑放置一段時(shí)間后，取出原有吸附劑，放入全新吸附劑，對(duì)取出的吸附劑進(jìn)行蒸汽脫附回收或是集中拋棄處理，并同步監(jiān)測(cè)VOC廢氣濃度，直至VOC廢氣濃度低于一定標(biāo)準(zhǔn)、滿足排放要求后，即可完成廢氣治理任務(wù)，將廢氣向外排放。相比于其他治理技術(shù)，吸附式治理技術(shù)有著操作簡(jiǎn)單、技術(shù)要求寬泛、治理成本適中的優(yōu)勢(shì)，多用于處理中低濃度與大氣量的VOC廢氣，但廢氣處理效果相對(duì)較差，對(duì)于凈化標(biāo)準(zhǔn)較為嚴(yán)格的VOC廢氣治理項(xiàng)目，不建議采用吸附式治理技術(shù)。

三、新型VOC廢氣治理技術(shù)手段

（一）光分解治理

光分解技術(shù)是采用特制高能高臭氧UV紫外線，在紫外線光束作用下使VOC廢氣進(jìn)行降解的治理方法。光分解治理系統(tǒng)由光解空氣凈化器、水洗塔、排風(fēng)機(jī)與管路等設(shè)施設(shè)備組成，在系統(tǒng)運(yùn)行期間，預(yù)先對(duì)VOC廢氣進(jìn)行水洗、除霧處理，將預(yù)處理完畢的廢氣送入U(xiǎn)V光解空氣凈化器內(nèi)，在常溫、常壓條件下使用UV紫外線光束反復(fù)照射VOC廢氣，紫外線光束與凈化器內(nèi)空氣接觸后，與氧分子進(jìn)行分解反應(yīng)，形成活性氧并轉(zhuǎn)化為臭氧，憑借臭氧對(duì)有機(jī)物極強(qiáng)的強(qiáng)氧化特性，使廢氣中原本處于游離狀態(tài)的污染物分子與臭氧產(chǎn)生氧化反應(yīng)，生成二氧化碳、水與低分子化合物，經(jīng)由排風(fēng)管道排出室外，實(shí)現(xiàn)VOC廢氣治理、脫臭殺菌的技術(shù)目的。相比于傳統(tǒng)的VOC廢氣治理技術(shù)，光分解治理技術(shù)有著高效除惡臭、具備全天候廢氣治理?xiàng)l件、設(shè)備占地面積小、運(yùn)行成本低廉的工藝優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，可以在VOC廢氣治理過(guò)程中添加適量催化劑，以半導(dǎo)體材料或是納米材料作為催化劑，起到加快治理速度、提升廢氣凈化率的作用。

（二）生物治理法

生物治理法是一種處理不具備回收利用價(jià)值的中濃度、低濃度VOC廢氣的治理技術(shù)，技術(shù)種類包括生物過(guò)濾法、生物濾滴法、生物洗滌法三種，不同生物治理技術(shù)的適用范圍、工藝原理和處理效果有著差異性，需要根據(jù)VOC廢氣濃度、氣量與項(xiàng)目要求加以選擇。

第一，生物過(guò)濾法。修建生物濾池，在濾池內(nèi)部均勻填充填料，將填料層含水率保持在40%-60%區(qū)間范圍內(nèi)，根據(jù)填料種類、VOC廢氣組分來(lái)確定具體含水率，在填料顆粒表面形成一層具備良好生物活性的水膜，控制VOC廢氣穿過(guò)生物濾池中的填料層，將廢氣中所含污染物分子轉(zhuǎn)移、擴(kuò)散至生物膜內(nèi)，作為微生物生長(zhǎng)養(yǎng)分。此項(xiàng)方法適用于處理低濃度、大氣量的一般性VOC廢氣，可以將有機(jī)氣體去除率保持在95%以上，氣態(tài)污染物降解速度在10-100g·m3/h，且惡臭物質(zhì)去除率超過(guò)99%。同時(shí)，在應(yīng)用生物過(guò)濾法時(shí)，為取得理想廢氣治理效果，需要將生物濾池溫度始終保持在35℃左右，在處理憎水性與親水性有機(jī)氣體時(shí)分別將填料含水率控制在40%與60%，并將過(guò)濾池pH值控制在7-8左右，必要時(shí)在濾池填料層中添加適量的大理石等材料，起到控制濾池pH值、改善填料緩沖能力的作用。

第二，生物濾滴法。修建生物濾滴床，濾滴床結(jié)構(gòu)與生物濾池較為相似，但在床體內(nèi)部填充惰性填料，填料層空隙率相對(duì)較大，僅具備生物生長(zhǎng)載體功能，由微生物對(duì)廢氣中含有的污染物進(jìn)行生物降解。在系統(tǒng)運(yùn)行期間，采取投加回流液形式為微生物提供生長(zhǎng)必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)與緩沖液，定期更換全新的回流液體。此項(xiàng)方法適用于處理污染物降解過(guò)程中會(huì)釋放大量酸性物質(zhì)的VOC廢氣，有著易調(diào)節(jié)pH值、具備良好緩沖能力、可承受較大污染物負(fù)荷、高效處理含鹵化物與氮化合物廢氣的工藝優(yōu)勢(shì)，但在廢氣治理系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行期間時(shí)常出現(xiàn)填料堵塞的問(wèn)題，需要定期進(jìn)行清理或更換填料。

第三，生物洗滌法。修建活性污泥曝氣池、沉淀池、洗滌塔與安裝鼓風(fēng)機(jī)等設(shè)備，將VOC廢氣導(dǎo)入洗滌塔中，把污染物氧氣吸收至液相，再通過(guò)活性污泥對(duì)液相所含污染物質(zhì)進(jìn)行分解處理，凈化處理后的氣體自頂端向外排出，完成VOC廢氣治理任務(wù)。此項(xiàng)技術(shù)適用于處理氣量小、高濃度、生物代謝速率低的VOC廢氣，可以將臭氣成分去除率保持在99%以上，但廢氣處理效果將受到曝氣水深、污泥濃度、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)投放頻率與單次投放量等多種因素影響，需要根據(jù)項(xiàng)目情況制定一套合理的生物洗滌廢氣治理方案。

（三）新型吸附治理技術(shù)

考慮到傳統(tǒng)吸附治理技術(shù)有著廢氣處理效果不佳、氧化反應(yīng)表面積有限的工藝局限性，為解決此類問(wèn)題，近年來(lái)，在原有技術(shù)基礎(chǔ)上，對(duì)吸附技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)處理，推出沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮法、UV光解催化-活性炭吸附等新型吸附治理技術(shù)。

沸石轉(zhuǎn)輪吸附濃縮法是使用陶瓷纖維材料作為基材，制作蜂窩狀結(jié)構(gòu)的大型圓盤輪，在圓盤輪表面均勻涂刷具備疏水特性的沸石作為吸附劑，疏水沸石經(jīng)過(guò)高溫燃燒后有著極強(qiáng)的吸附性，在處理大風(fēng)量、低濃度VOC廢氣時(shí)，可以將有機(jī)廢氣吸收率保持在95%以上。相比于早期型號(hào)吸附轉(zhuǎn)輪，最大處理風(fēng)量提升50%及以上，僅需配置一臺(tái)厚高在400-600mm的沸石轉(zhuǎn)輪，即可滿足絕大多數(shù)情況下的VOC廢氣治理需要，無(wú)需并列配置多臺(tái)吸附轉(zhuǎn)輪。

UV光解-活性炭吸附技術(shù)是同時(shí)在VOC廢氣處理系統(tǒng)中安裝UV光解催化氧化箱與活性炭吸附箱設(shè)備，VOC廢氣在UV光解催化氧化箱內(nèi)產(chǎn)生光催化氧化反應(yīng)，先后使用185nm與254nm波長(zhǎng)的紫外光來(lái)照射VOC廢氣，廢氣產(chǎn)生裂解反應(yīng)，形成水、二氧化碳、臭氧與大量小分子物質(zhì)。隨后，將催化氧化處理后的VOC廢氣送入活性炭吸附箱內(nèi)，在活性炭多孔結(jié)構(gòu)內(nèi)部與表面附著小分子物質(zhì)與活性氧等附屬產(chǎn)物，靜置一段時(shí)間后，將吸附完畢后剩余氣體通過(guò)引風(fēng)機(jī)在地面高點(diǎn)處向外排出。相比于傳統(tǒng)吸附治理技術(shù)，UV光解-活性炭吸附技術(shù)有著氧化反應(yīng)表面積大、充分釋放活性炭表面空間、明顯改善吸附效果的優(yōu)勢(shì)。

（四）低溫等離子體治理

低溫等離子體治理是憑借等離子體在特定條件下瞬時(shí)釋放的強(qiáng)大電場(chǎng)能力，對(duì)VOC廢氣有害物質(zhì)的化學(xué)鍵能進(jìn)行電離、裂解處理，通過(guò)破壞廢氣分子結(jié)構(gòu)的方式起到凈化處理作用。在系統(tǒng)運(yùn)行期間，受到外加電場(chǎng)作用影響，介質(zhì)產(chǎn)生放電反應(yīng)，持續(xù)釋放包含大量電子、自由基以及多種離子等物質(zhì)在內(nèi)的混合體，由混合體轟擊VOC廢氣中的污染物分子，產(chǎn)生一系列物化反應(yīng)，將大分子污染物轉(zhuǎn)變至小分子安全物質(zhì)，并將有害物質(zhì)轉(zhuǎn)變至低害、無(wú)害物質(zhì)。

相比于其他VOC廢氣治理技術(shù)，低溫等離子體治理技術(shù)有著可去除惡臭、凈化能力強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、設(shè)備耗電量小、反應(yīng)速度快、無(wú)二次污染和適用范圍廣的優(yōu)勢(shì)，可以與吸附、溶解吸收等其他技術(shù)搭配使用，以此來(lái)改善廢氣治理效果。同時(shí)，為保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，需要將廢氣處理溫度保持在80℃以內(nèi)，每隔一段時(shí)間全面清理電極組件上附著的雜質(zhì)，及時(shí)更換破損電極組件。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在全新時(shí)代背景下，隨著VOC廢氣產(chǎn)生總量的增加，VOC廢氣治理工程的重要程度明顯提升，也對(duì)廢氣治理技術(shù)水平、治理效果提出更高要求。相關(guān)企業(yè)與從業(yè)人員需要積極踐行可持續(xù)發(fā)展理念，加大對(duì)VOC廢氣治理技術(shù)的應(yīng)用研究力度，根據(jù)實(shí)際治理需要來(lái)選擇適當(dāng)技術(shù)種類，編制科學(xué)合理、切實(shí)可行的VOC廢氣治理技術(shù)方案，重點(diǎn)提升廢氣凈化率與改善技術(shù)條件適用性。