化工行業(yè)VOCs廢氣治理措施分析

梁長(zhǎng)華

（沈陽(yáng)綠恒環(huán)境咨詢(xún)有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110169）

近年來(lái)，隨著我國(guó)工業(yè)化和城市化的快速發(fā)展，以及城市機(jī)動(dòng)車(chē)保有量的持續(xù)增長(zhǎng)，城市區(qū)域以細(xì)顆粒物（PM2.5）和臭氧（O3）為特征污染物的大氣污染現(xiàn)象日益凸顯。十三五以來(lái)，為了切實(shí)改善大氣環(huán)境質(zhì)量，從根本上解決PM2.5和O3等污染問(wèn)題，協(xié)同控制溫室氣體排放，國(guó)家出臺(tái)了一系列政策標(biāo)準(zhǔn)、工作方案，并制定了揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）階段性減排的目標(biāo)任務(wù)，旨在積極推進(jìn)臭氧和霧霾生成關(guān)鍵前體物VOCs的污染防治工作，建立健全VOCs污染防治管理體系。但是，由于我國(guó)VOCs污染防治起步較晚，且VOCs物質(zhì)種類(lèi)繁多、排放形式多樣、理化性質(zhì)復(fù)雜，現(xiàn)階段的治理基礎(chǔ)以及技術(shù)水平仍較為薄弱?；ば袠I(yè)作為VOCs的重點(diǎn)排放源是現(xiàn)階段治理的重點(diǎn)行業(yè)，如何結(jié)合我國(guó)化工行業(yè)發(fā)展的實(shí)際過(guò)程開(kāi)展VOCs污染防治工作，選取有針對(duì)性的治理方式實(shí)現(xiàn)廢氣達(dá)標(biāo)排放，是一項(xiàng)艱巨而復(fù)雜的任務(wù)。

1 化工行業(yè)VOCs廢氣基本概述

1.1 主要含義

揮發(fā)性有機(jī)物（又稱(chēng)VOCs）通常是指常溫下，沸點(diǎn)在50 ℃至260 ℃的各種有機(jī)化合物的總稱(chēng)，其包含的多數(shù)有機(jī)物質(zhì)均具備一定的易揮發(fā)性，并且能參加大氣光化學(xué)反應(yīng)，對(duì)大氣臭氧污染、PM2.5污染具有重要的影響。

1.2 VOCs廢氣的產(chǎn)生環(huán)節(jié)

工業(yè)生產(chǎn)中諸多行業(yè)都會(huì)產(chǎn)生揮發(fā)性有機(jī)物，如在油漆、涂料、油墨、膠粘劑、溶劑、農(nóng)藥等生產(chǎn)和使用過(guò)程中，以及燃油儲(chǔ)存、運(yùn)輸和銷(xiāo)售過(guò)程，都會(huì)產(chǎn)生VOCs廢氣。同時(shí)VOCs廢氣也會(huì)分布在化工行業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，其產(chǎn)生的主要環(huán)節(jié)如下：一是有機(jī)液體儲(chǔ)罐區(qū)，受限于儲(chǔ)罐“大呼吸”以及“小呼吸”會(huì)產(chǎn)生一定的揮發(fā)性氣體；二是化工生產(chǎn)環(huán)節(jié)，比如合成、蒸餾以及成型等相關(guān)生產(chǎn)環(huán)節(jié)均會(huì)產(chǎn)生VOCs廢氣；三是物料轉(zhuǎn)移環(huán)節(jié)，從一個(gè)儲(chǔ)存器向另一個(gè)器具轉(zhuǎn)移時(shí)，因?yàn)槠渲袝?huì)涉及氣體的吸收及放出，因此會(huì)有VOCs廢氣的形成；四是在化工生產(chǎn)中出現(xiàn)跑冒滴漏，長(zhǎng)時(shí)間處在運(yùn)行狀態(tài)的生產(chǎn)設(shè)備會(huì)被磨損、腐蝕，加之沒(méi)有及時(shí)采取針對(duì)性的養(yǎng)護(hù)手段，易引發(fā)物料的泄露；五是事故排放，因工作人員操作不當(dāng)，致使有機(jī)物無(wú)法規(guī)范排放或是出現(xiàn)泄露。

1.3 主要危害

在空氣中彌漫VOCs廢氣有很多危害，由于其理化性質(zhì)不穩(wěn)定，在日光照射下易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生霧霾。大多數(shù)揮發(fā)性有機(jī)物是有毒且致癌的，如果人們吸入這些空氣，很容易對(duì)肺部功能造成影響，若是大量且長(zhǎng)時(shí)間吸入，會(huì)增加細(xì)胞癌變的概率，從而引發(fā)癌癥疾病。與此同時(shí)，多數(shù)揮發(fā)性有機(jī)物為易燃易爆化學(xué)品，存在安全隱患[1]。

2 常用的揮發(fā)性有機(jī)物廢氣治理技術(shù)

2.1 “物理-化學(xué)”治理技術(shù)

2.1.1 吸收法

該方法通過(guò)利用污染物質(zhì)能夠與特定吸收劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的特征，不僅可以將污染物分離，還能進(jìn)行廢氣凈化。目前這項(xiàng)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于化工行業(yè)的廢氣治理中，例如通過(guò)水和表面活性劑吸收廢氣，這種方法具有較好的凈化效果?；て髽I(yè)在治理氮氧化物廢氣時(shí)，可以將尿素溶液（酸性）作為吸收液進(jìn)行氮氧化廢氣的還原及吸收，且吸收效果優(yōu)良。通過(guò)吸收塔之后，氮氧化物的含量從原來(lái)的857～4 285 mg/L下降到85.7～128 mg/L，且廢氣的排放速率維持在0.299～0.45 kg/h，符合我國(guó)大氣污染物排放的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

2.1.2 吸附法

該方法通過(guò)吸附劑能夠在液相、氣相中有效吸附其中含有的有害以及有毒污染組分的特性來(lái)進(jìn)行廢氣凈化?，F(xiàn)階段，常見(jiàn)的吸附劑為具備孔狀結(jié)構(gòu)的活性炭、沸石，以及傳質(zhì)速率較強(qiáng)的纖維結(jié)構(gòu)合成材料。例如，利用活性炭吸附硫化氫，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)利用活性炭進(jìn)行脫硫不僅性能優(yōu)良而且容量較大；用活性炭吸附碘代甲烷的去除率為98.1%；通過(guò)廢物進(jìn)行高溫分解獲得活性炭，吸附煙道含有的氯代廢氣，在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)其去除毒物質(zhì)PCDD以及PCDF的效率分別為85%和41%。這項(xiàng)工藝采用的活性炭是二次產(chǎn)物，而且對(duì)二噁英等廢氣具有很好的吸附效果。沸石是硅鋁酸鹽且具備孔狀結(jié)構(gòu)，其中分布的各種電荷與離子不僅具備特殊的極化電場(chǎng)，并且選擇性與吸附能力較強(qiáng)。通過(guò)合成材料也可達(dá)到處理化工廢氣的目的，例如，通過(guò)PEBAX1657材質(zhì)纖維及其表面通過(guò)沸石所形成的合成膜，能夠有效分離廢氣當(dāng)中含有的有毒氣體與二氧化碳。

2.1.3 放電等離子體法

這種方法是目前國(guó)際公認(rèn)的有害氣體的高效處理方法，其依托高壓放電得到的等離子體，能夠獲得很多活性粒子以及高能電子，破壞C-H、C-C鍵，使污染物進(jìn)行置換反應(yīng)，從而獲得二氧化碳和水。例如，有關(guān)研究人員通過(guò)脈沖電暈法進(jìn)行含苯廢氣的治理實(shí)驗(yàn)，當(dāng)電壓設(shè)定為140 kV并且進(jìn)行混合電暈時(shí)，能有效去除82.73%的苯，這項(xiàng)技術(shù)一般用于濃度較低的有機(jī)廢氣治理。再比如，通過(guò)熱等離子體進(jìn)行PFCs裂解實(shí)驗(yàn)，這種技術(shù)破壞污染物的程度能夠達(dá)到96%。同樣在脫色過(guò)程中，使用這項(xiàng)技術(shù)處理約2 h之后，脫色率可以達(dá)到99%，因此，這種方法因其效率較高而獲得研究人員的高度重視。

2.1.4 焚燒氧化技術(shù)

這種方法通常用于化工行業(yè)不能回收利用且有毒的廢氣治理，既可以通過(guò)有機(jī)物質(zhì)充分燃燒最終生成水和二氧化碳，同時(shí)還可以釋放大量的熱能，將熱能回收后便可以再利用。這種治理技術(shù)凈化徹底，對(duì)部分特殊廢氣具有良好的治理效果。通過(guò)添加合適的助燃劑、催化劑，可進(jìn)一步優(yōu)化這種方法的使用條件，由此提升治理效率[2]。例如PTA裝置排出的濃度較高的污染廢氣，流經(jīng)合適的處理設(shè)備將其進(jìn)行高溫焚燒，可有效控制尾氣的排放，并在一定程度上降低了空氣污染程度，同時(shí)將溴化氫作為催化劑，能夠降低廢氣中溴的含量。

2.1.5 光催化氧化技術(shù)

這項(xiàng)技術(shù)是通過(guò)在光照環(huán)境下，使部分金屬氧化物質(zhì)產(chǎn)生一定的自由基活性物質(zhì)，受到其高氧化性的影響，VOCs污染物質(zhì)能夠在濃度較低情況下分解生成沒(méi)有毒害的簡(jiǎn)單物質(zhì)。該項(xiàng)技術(shù)因其穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)、較低的運(yùn)行成本等優(yōu)勢(shì)得到科研工作者的廣泛關(guān)注?，F(xiàn)階段，多采取半導(dǎo)體ZnO作為催化劑。例如，可以降解廢氣中的苯系物，將粒徑為20.7 nm的二氧化鈦?zhàn)鳛榇呋瘎?、初始甲苯的質(zhì)量濃度為200 mg/m3、體系濕度為45%，反應(yīng)時(shí)間為60 min，能夠有效去除超過(guò)46%的甲苯。例如通過(guò)這種方法進(jìn)行氯甲烷的處理時(shí)，可將三氧化二鋁作為催化劑，并且在溫度為350 ℃、空速為4 800 h-1的條件下，轉(zhuǎn)化氯甲烷效率與總烴轉(zhuǎn)化效率都能超過(guò)99%。

2.2 生物治理技術(shù)

2.2.1 生物濾池技術(shù)

該技術(shù)主要是把預(yù)處理完成的廢氣送入生物濾池，通過(guò)由土壤、有機(jī)堆肥、木屑等組成的有機(jī)填料層，將污染物從氣相轉(zhuǎn)移進(jìn)入生物層，填料層含有的微生物能夠?qū)τ袡C(jī)物進(jìn)行氧化分解，生成一些小分子物質(zhì)，并從濾池頂端的位置排出。當(dāng)前通過(guò)接種生物濾池進(jìn)行苯乙烯的處理，當(dāng)進(jìn)氣濃度在200～800 mg/m3的情況下，其去除能力最高是66.78 g/（m3·h），具有較為理想的處理效果。據(jù)相關(guān)研究試驗(yàn)表明，如果實(shí)驗(yàn)溫度處在20～30 ℃范圍，二甲苯質(zhì)量濃度為200～800 mg/m3，容積負(fù)荷為6.2～24.7 mg/L·h，時(shí)間為117 s，投配液量為40 L/h，去除對(duì)二甲苯的效率為74%～100%。

2.2.2 生物吸收技術(shù)

在采用這種方法的過(guò)程中，生物懸浮液能通過(guò)壓力噴淋，使化工生產(chǎn)產(chǎn)生的廢氣進(jìn)入水相，通過(guò)污泥池含有的活性物質(zhì)實(shí)現(xiàn)廢氣污染物的去除。例如某家鑄造廠(chǎng)，通過(guò)這一技術(shù)進(jìn)行含有乙醛、酚等廢氣的處理，流經(jīng)兩段洗滌去除污染物的效率能超過(guò)95%。再比如用該方法處理含有苯酚等物質(zhì)的廢氣，在其流量為21～194 mg/h，濃度為650～850 mg/m3的情況下，去除苯酚的效率可以達(dá)到99%。

3 治理化工行業(yè)VOCs廢氣的常見(jiàn)技術(shù)及適用條件

3.1 回收技術(shù)

化工行業(yè)產(chǎn)生的廢氣中大部分可作為原輔材了，具有一定的回收價(jià)值，因此，回收技術(shù)可在污染物減排的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)資源再利用。治理化工行業(yè)VOCs廢氣使用的回收技術(shù)，主要原理為轉(zhuǎn)變物自身的物理性質(zhì)，比如壓力和溫度等，與此同時(shí)還能通過(guò)質(zhì)量較高的透膜，消除廢氣中所含的有機(jī)物質(zhì)。常見(jiàn)回收技術(shù)能夠劃分為吸收、吸附、冷凝、以及膜分離等。例如，吸收技術(shù)。所使用的吸收劑在廢氣治理的過(guò)程中占據(jù)十分關(guān)鍵的地位，關(guān)于吸收劑的選擇，應(yīng)選用沒(méi)有揮發(fā)性、較低揮發(fā)性液體用作吸收劑。具體使用時(shí)，需研究VOCs廢氣的組成成分，分析吸收劑當(dāng)中廢氣溶解的程度，再利用合適的吸收裝置吸收廢氣中揮發(fā)性較強(qiáng)的有機(jī)物。同時(shí)吸收技術(shù)也對(duì)VOCs廢氣提出較高的要求，例如備氣量應(yīng)盡可能小、壓力高以及低溫，只有滿(mǎn)足上述條件才可以通過(guò)吸收技術(shù)進(jìn)行VOCs廢氣的治理。利用吸附技術(shù)治理VOCs廢氣時(shí)，可通過(guò)吸附劑所具備的吸附選擇性，使廢氣中所含的揮發(fā)性物質(zhì)吸附在其表面，再針對(duì)有害氣體統(tǒng)一回收和凈化。同樣該技術(shù)也會(huì)受限其適用條件，即一般適用于凈化要求較低、濃度低與大氣量的廢氣。冷凝技術(shù)在凈化與回收廢氣時(shí)，要求廢氣均具備飽和性，因物質(zhì)種類(lèi)不同會(huì)存在一定差異，例如廢氣在蒸汽狀態(tài)下實(shí)施冷凝液化，可以通過(guò)兩種技術(shù)實(shí)現(xiàn)，分別是降低溫度和提高壓力，這樣能夠有效分離VOCs廢氣中含有的有害氣體。需要注意的是這項(xiàng)技術(shù)一般運(yùn)用于單組分、高濃度與沸點(diǎn)高的廢氣處理。而膜分離技術(shù)首先要對(duì)廢氣進(jìn)行冷凝，然后將利用透膜完成冷凝的廢氣與液體分離，從而達(dá)到凈化VOCs廢氣的目的。該技術(shù)的適用條件為小氣量、低濃度、具有較高回收價(jià)值的化工行業(yè)產(chǎn)生的VOCs廢氣[3]。

3.2 銷(xiāo)毀技術(shù)

治理化工行業(yè)VOCs廢氣使用的銷(xiāo)毀技術(shù)，重點(diǎn)是利用廢氣自身具備的一些化學(xué)性質(zhì)，合理運(yùn)用微生物、催化劑與熱能輔助，進(jìn)行生化以及常規(guī)反應(yīng)，這樣可以將廢氣中所含的各種有害物質(zhì)，有效轉(zhuǎn)化成小分子無(wú)機(jī)化合物。常見(jiàn)的處理技術(shù)是催化燃燒以及熱力焚燒等。其中催化燃燒技術(shù)在治理過(guò)程中，主要運(yùn)用具備催化屬性的相關(guān)物質(zhì)，依托其能催化廢氣進(jìn)行氧化反應(yīng)的特點(diǎn)，在這一過(guò)程中反應(yīng)溫度的控制十分重要，通常應(yīng)保持在250～500 ℃的范圍內(nèi)。催化燃燒法雖然不需要投入較大的使用成本，但如果成分中包含硫、鹵素等，最好不要選擇該技術(shù)。采用熱力焚燒技術(shù)治理VOCs廢氣時(shí)，應(yīng)該先對(duì)廢氣進(jìn)行加熱，當(dāng)溫度超過(guò)700 ℃時(shí)，能夠分解有機(jī)物質(zhì)，并進(jìn)一步轉(zhuǎn)化生成二氧化碳或是水，而且凈化率能夠超過(guò)九成。但是熱力焚燒的治理成本較高，如果在低濃度條件下應(yīng)該補(bǔ)充燃料，因此通常用在治理較大危害的化工行業(yè)VOCs廢氣。采取低溫等離子體技術(shù)也可進(jìn)行銷(xiāo)毀治理，一般在常溫條件通過(guò)高壓脈沖獲得高能量的或是活性粒子，得到的物質(zhì)能夠和廢氣互相作用，從而將其中的有害氣體變?yōu)榈秃蚴菬o(wú)害物質(zhì)，這項(xiàng)技術(shù)主要應(yīng)用于較低濃度化工行業(yè)VOCs廢氣的治理。

以上兩大類(lèi)VOCs廢氣治理技術(shù)均是相對(duì)成熟并廣泛運(yùn)用在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，治理化工企業(yè)VOCs廢氣具有可觀(guān)的治理效果，各種處理技術(shù)均具備各自的優(yōu)缺點(diǎn)和不同的適用條件。關(guān)于集中處理方法的選擇，需結(jié)合VOCs廢氣的化學(xué)及物理性質(zhì)進(jìn)行，也可以選擇不同方法的組合模式進(jìn)行治理[4]。另外，在對(duì)化工行業(yè)VOCs廢氣進(jìn)行防治時(shí)，主要技術(shù)體系為源頭取替、過(guò)程控制以及末端治理等，相關(guān)企業(yè)及工廠(chǎng)應(yīng)加大在原材料使用、生產(chǎn)工藝等方面的研究力度，最大限度減少VOCs的使用及廢氣排放量。

4 未來(lái)發(fā)展方向設(shè)想

4.1 通過(guò)隔離治理提取廢氣中的有害物質(zhì)

這一技術(shù)首先會(huì)提取廢氣中含有的有害物質(zhì)，再對(duì)相關(guān)有害物質(zhì)進(jìn)行隔離治理，該工藝技術(shù)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)廢氣中所含各類(lèi)有機(jī)物質(zhì)有效地回收利用，體現(xiàn)出理想的節(jié)能降耗優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，采用該項(xiàng)技術(shù)治理廢氣還能避免產(chǎn)生嚴(yán)重的空氣污染問(wèn)題，降低生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)附近自然環(huán)境造成的污染。但該技術(shù)成的本投入相對(duì)較高，因此不適合在小規(guī)模化工企業(yè)使用。一般運(yùn)用在較大廢氣排放量，并且使用此技術(shù)所得的回收物質(zhì)具備更高使用價(jià)值的行業(yè)。該項(xiàng)技術(shù)雖然成本投入相對(duì)較高，但因其環(huán)保優(yōu)勢(shì)突出，因此，未來(lái)應(yīng)通過(guò)技術(shù)水平的提升降低投入成本，這樣能夠?qū)⑵溥m用范圍擴(kuò)大[5]。

4.2 通過(guò)生物分子轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)污染物的充分利用

我國(guó)近些年十分重視節(jié)能環(huán)保工作，并在研發(fā)廢氣治理技術(shù)方面投入了大量的物力及人力，同時(shí)獲得了相對(duì)理想的成績(jī)和成果，而生物分子轉(zhuǎn)化更獲得了行業(yè)的高度認(rèn)可。一方面這項(xiàng)技術(shù)能夠有效轉(zhuǎn)化廢氣中含有的有害物質(zhì)，另一方面能夠?qū)崿F(xiàn)“變廢為寶”的目標(biāo)。該技術(shù)不僅投入成本低而且操作簡(jiǎn)單，所以在我國(guó)擁有廣泛的使用推廣空間。此技術(shù)也是我國(guó)未來(lái)主要推廣及扶持的化工行業(yè)廢氣處理技術(shù)，定能獲得更大發(fā)展。

4.3 光催化分解化工行業(yè)廢氣

光催化分解法是國(guó)內(nèi)現(xiàn)階段最具代表性的一項(xiàng)廢氣處理工藝，是通過(guò)光照和催化劑的反應(yīng)特征實(shí)現(xiàn)廢氣分解。該技術(shù)在實(shí)際使用時(shí)要求運(yùn)用催化效果較強(qiáng)的催化劑，由于催化劑價(jià)格合理，而且不具備危害性，因此受到多數(shù)化工行業(yè)的認(rèn)可?；诓粩噙M(jìn)步的科技與不斷發(fā)展的經(jīng)濟(jì)，在未來(lái)應(yīng)該研究出節(jié)能性與環(huán)保性更出色的催化劑[6]，例如納米材料就擁有這一特性，不管在取材或是用料上均十分安全環(huán)保，而且能在今后的發(fā)展中獲得全新的進(jìn)步和突破。

5 結(jié)語(yǔ)

化工行業(yè)產(chǎn)生了大量的VOCs廢氣，一方面嚴(yán)重污染了自然生態(tài)環(huán)境，另一方面還會(huì)嚴(yán)重威脅人類(lèi)健康?；诖?，應(yīng)針對(duì)VOCs廢氣采取合適的治理措施，減少揮發(fā)性有機(jī)物的排放。現(xiàn)階段化工行業(yè)VOCs廢氣治理主要采取銷(xiāo)毀與回收技術(shù)，在具體使用中，應(yīng)立足VOCs廢氣的理化特征，選擇有針對(duì)性的治理方式實(shí)現(xiàn)廢氣凈化，進(jìn)而降低其對(duì)自然環(huán)境造成的污染程度。但是這些治理技術(shù)具有二次污染、成本偏高等局限性，在未來(lái)期待有更多高效的治理技術(shù)投入到實(shí)際生產(chǎn)，一方面可以促進(jìn)化工行業(yè)的綠色發(fā)展，另一方面也可以為保護(hù)自然環(huán)境做出貢獻(xiàn)。