揮發(fā)性有機物治理技術(shù)的相關(guān)探究

李凌洋

（重慶市長壽區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站，重慶 401220）

揮發(fā)性有機物主要存在于大氣中，是形成霧霾和PM2.5的主要物質(zhì)之一，對環(huán)境有著很嚴重的影響。同時揮發(fā)性有機物還會破壞臭氧層，并產(chǎn)生光化學(xué)煙霧，在不知不覺中危害著人類的身心健康。隨著我國現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展，企業(yè)在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生了大量的烴類、醛類等揮發(fā)性有機物，若不經(jīng)過有效地防污染處理就排放到大氣當(dāng)中，就會造成嚴重的大氣污染。揮發(fā)性有機物的種類非常多，而且不同行業(yè)排放的物質(zhì)也有較大差別，所以在治理技術(shù)方面也都各自存在著優(yōu)缺點，但往往由于操作成本的制約，各行各業(yè)揮發(fā)性有機物的治理效果并沒有達到標(biāo)準(zhǔn)[1]。而且目前仍有很多人對揮發(fā)性有機物了解甚少，缺乏治理防范意識，因此本文針對此現(xiàn)象，簡要介紹了揮發(fā)性有機物的定義、來源及危害，并對目前國內(nèi)學(xué)者的研究現(xiàn)狀進行了綜述，旨在為相關(guān)從業(yè)人員了解更多揮發(fā)性有機物治理技術(shù)，并研究出更先進的揮發(fā)性有機物治理技術(shù)提供一些借鑒。

1 揮發(fā)性有機物定義、來源和危害

1.1 揮發(fā)性有機物的定義

根據(jù)世界衛(wèi)生組織（WHO）的定義，揮發(fā)性有機物就是沸點以蒸汽形式存在于空氣中的一類有機物。具有揮發(fā)性的有機化合物在常溫下的飽和蒸汽壓大于71 Pa，常壓下沸點在260 ℃以下的有機化合物；常溫沸點下低于100 ℃或者25 ℃時飽和蒸汽壓大于133 Pa的有機化合物也被稱為揮發(fā)性有機物。

1.2 揮發(fā)性有機物的來源

揮發(fā)性有機物主要來源于天然源和人為源兩種，其中在自然環(huán)境中，我國部分植物在生長過程中會產(chǎn)生揮發(fā)性有機物，還會伴隨著一些自然災(zāi)害出現(xiàn)，這些都是無法避免的；而人為源主要來自于人類的生產(chǎn)生活，揮發(fā)性有機物產(chǎn)生于石油化工、包裝印刷、造紙、制革、涂料裝飾等行業(yè)，包含了各種烴類、醇類、醛類等有機物。揮發(fā)性有機物還經(jīng)常出現(xiàn)在人們的日常生活當(dāng)中，比如剛裝修房間內(nèi)的油漆、涂料等都會釋放出一定量的有毒氣體，因此剛裝修的房子不能馬上入住，需要采用一定的廢氣處理方法降低室內(nèi)揮發(fā)性有機物濃度并達到國家標(biāo)準(zhǔn)，才不會對人體健康造成危害。根據(jù)專業(yè)人士的估算，每年全球天然源揮發(fā)性有機物的排放量約為11.5億噸碳，遠遠大于人為源排放量[2]。近年來隨著我國現(xiàn)代化工業(yè)的不斷發(fā)展，人為源揮發(fā)性有機物的排放量逐年上升，因此人們要加大對揮發(fā)性有機物的防治和處理，以減少其對人類健康的危害和對自然環(huán)境的污染。

1.3 揮發(fā)性有機物的危害

大部分揮發(fā)性有機物都具有致癌性，如人們所熟知的甲醛，是一種室內(nèi)油漆涂料的組成成分，裝修完后會釋放出甲醛氣體，這種氣體被人們吸入到身體中就會損害人體的多種器官，并可能會誘發(fā)癌變。在人們?nèi)粘＞幼〉姆孔赢?dāng)中或多或少都會存在一定含量的揮發(fā)性有機物，若是處理不當(dāng)就會嚴重危害人們的身心健康。揮發(fā)性有機物的濃度較低，不易被人們發(fā)現(xiàn)，而且還會造成人類內(nèi)分泌系統(tǒng)紊亂以及導(dǎo)致與造血系統(tǒng)的相關(guān)的疾病。

2 揮發(fā)性有機物治理技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 揮發(fā)性有機物無組織排放情況嚴重

隨著我國現(xiàn)代化工業(yè)的不斷發(fā)展，化工企業(yè)也得到了較大的發(fā)展，但是部分企業(yè)處理生產(chǎn)廢氣時未按照國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，在裝料、裝卸、儲存以及生產(chǎn)過程中都出現(xiàn)了大量的無組織排放現(xiàn)象，這些廢料、廢氣直接排放到大自然中對環(huán)境造成了較大的污染，同時也危害著人類的生命健康安全。即使國家和地方政府出臺了對揮發(fā)性有機物治理和排放的標(biāo)準(zhǔn)要求，但是部分企業(yè)為了降低成本、獲得更大利益，對政策視而不見，因此我國目前揮發(fā)性有機物的排放量還是較大，企業(yè)對其的處理效率較低[3]。

2.2 揮發(fā)性有機物治理技術(shù)不達標(biāo)

我國化工行業(yè)近年來得到了快速發(fā)展，化學(xué)制品種類繁多，各種化學(xué)反應(yīng)也使揮發(fā)性有機物的類型更加復(fù)雜，不同類型和濃度的揮發(fā)性有機物需要采用不同的處理方法才能得到有效地去除和回收，但是一些企業(yè)的處理條件和技術(shù)都沒有達到相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，部分操作人員為了盡快完成任務(wù)、降低成本，在處理揮發(fā)性有機物時，對相關(guān)溶劑或催化劑進行減量而導(dǎo)致反應(yīng)不充分，這就使得處理后的廢氣中仍然存在著較多的揮發(fā)性有機物，而且未進行進一步處理就排放到環(huán)境中，因而造成了對環(huán)境的二次污染。

2.3 相關(guān)部門運行管理不規(guī)范

目前我國制定的有關(guān)揮發(fā)性有機物治理和排放的法律法規(guī)和管理制度還存在缺陷，雖然在一定程度上得到了較大改善，但由于相關(guān)人員的管理不規(guī)范，企業(yè)也對工作抱著應(yīng)付的態(tài)度，導(dǎo)致企業(yè)對揮發(fā)性有機物治理的管理不嚴格，使大量有害氣體直接排放到空氣中。且相關(guān)人員對于設(shè)施的運行維護管理工作也做得不到位，影響了揮發(fā)性有機物處理的效果。隨著人們生活水平的不斷提高，人們對各種物質(zhì)都有了較高的要求，而且近年來人們的環(huán)境保護意識也有了較大程度的提升，所以加強對揮發(fā)性有機物的治理是非常有必要的。

2.4 揮發(fā)性有機物種類復(fù)雜，治理途徑多樣化

目前存在于人們生活中的揮發(fā)性有機物種類豐富，因此人們也針對不同組成成分的揮發(fā)性有機物形成了多樣的治理途徑，其中主要途徑有清潔生產(chǎn)、過程控制和末端治理三種，現(xiàn)有的治理技術(shù)主要就是針對末端產(chǎn)生的廢氣，包括回收技術(shù)、銷毀技術(shù)和組合技術(shù)等[4]。

3 揮發(fā)性有機物治理技術(shù)

3.1 銷毀技術(shù)

3.1.1 高溫焚燒技術(shù)

在所有的銷毀類技術(shù)中，高溫焚燒技術(shù)操作比較簡單，這種技術(shù)是通過高溫將有機物進行氧化分解，主要針對的是組成成分比較復(fù)雜而且濃度比較高的揮發(fā)性有機物，其中包含的處理方法有直接焚燒法和多孔介質(zhì)焚燒法等。直接焚燒法就是將揮發(fā)性有機物和燃料、空氣等一同送入熱爐中進行燃燒，采用該處理方法一般處理的是揮發(fā)性有機物組成較復(fù)雜、濃度較高且沒有可利用價值的物質(zhì)。多孔介質(zhì)燃燒法是第三代氣體燃燒技術(shù)，是利用機器內(nèi)部組織的熱量進行回收的過程，這種處理方式可以節(jié)約更多能源，燃燒也更加充分，銷毀效果更好?？偠灾?，高溫焚燒技術(shù)操作簡單，運行比較穩(wěn)定，所需的能量相對較少，適合處理比較復(fù)雜和濃度較高的揮發(fā)性有機物，比如生活中出現(xiàn)較多的噴漆、包裝材料和絕緣材料等。

3.1.2 催化燃燒技術(shù)

催化燃燒技術(shù)就是將揮發(fā)性有機物進行預(yù)熱，直到其達到可燃燒的溫度，然后再加入一定量的催化劑，使廢氣在催化劑表面進行氧化分解，以達到凈化的目的。目前工業(yè)中應(yīng)用較多的催化劑就是貴金屬催化劑、復(fù)合物催化劑和非貴金屬氧化物催化劑。催化燃燒技術(shù)具有較多的優(yōu)點，比如能耗低、安全性能較高、操作方便，而且催化劑可以進行重復(fù)利用，且處理成本比較低，但存在著工藝條件要求嚴格等缺點，所以在處理的廢氣中不能含有影響催化劑壽命的物質(zhì)，否則就會降低催化燃燒的效果。

3.1.3 生物凈化技術(shù)

生物凈化技術(shù)就是通過大自然中的微生物對揮發(fā)性有機物進行氧化分解和消化代謝等，從而將有害有機物轉(zhuǎn)化成二氧化碳和水等物質(zhì)。這種技術(shù)需要對相應(yīng)的微生物進行人工培養(yǎng)，而且需求量比較大，但是微生物分解產(chǎn)生的二氧化碳和水又可以作為其生長的能量，因此可以將整個裝置進行循環(huán)使用，只需要在凈化裝置中定期增加微生物生長繁殖所需的營養(yǎng)和水等即可。在1930年前后，我國首次將該技術(shù)運用到處理硫化氫等惡臭氣體當(dāng)中，如今該技術(shù)也被廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外惡臭物質(zhì)的處理。生物凈化技術(shù)具有設(shè)備操作簡單、二次污染小、運行成本低等優(yōu)點，且微生物環(huán)境中的壓力、溫度、濕度、養(yǎng)分等都很容易得到控制[5]。

3.1.4 低溫等離子體技術(shù)

低溫等離子技術(shù)就是通過外加電場的高溫高壓，利用介質(zhì)放出的大量高能粒子破壞揮發(fā)性有機物的結(jié)構(gòu)，達到有機物降解的效果。低溫等離子技術(shù)主要有電子束照射法、介質(zhì)阻擋放電法等，目前我國市場上運用較多的方法主要是介質(zhì)阻擋放電法。該方法是將介質(zhì)放入到兩個電極之間，通過電極之間釋放的高壓電流，實現(xiàn)揮發(fā)性有機物的電離。同時電介質(zhì)在使用過程中還可以充當(dāng)電容器的作用，能夠儲存部分能量，該方法對去除甲醛具有很好的效果。低溫等離子技術(shù)具有較多優(yōu)點，如該技術(shù)可以在常溫下進行操作，安全性能比較高，而且裝置使用比較方便快捷，可以根據(jù)周邊的環(huán)境進行調(diào)節(jié)；該技術(shù)產(chǎn)生的產(chǎn)物不會對環(huán)境造成二次傷害，比較環(huán)保，同時還可以儲存較多的能量，從而可以實現(xiàn)節(jié)能；低溫等離子技術(shù)對很多揮發(fā)性有機物的去除效率都較高。

3.1.5 光催化氧化技術(shù)

光催化氧化技術(shù)在我國應(yīng)用得比較早，且因其具有反應(yīng)活性好和處理效率高等特點，所以在我國的應(yīng)用范圍比較廣泛。該技術(shù)是在光照條件下，通過半導(dǎo)體催化劑氧化分解揮發(fā)性有機物分子，實現(xiàn)有機物的分解。光催化氧化技術(shù)具有節(jié)能、安全和成本較低的特點，而且催化劑的來源廣泛，但是該技術(shù)目前在我國只適合于處理一些中低濃度的揮發(fā)性有機物，原因是在高濃度揮發(fā)性有機物環(huán)境中會造成催化劑的失活，因此，未來還需要研究出新的穩(wěn)定性比較好的催化劑，以改進現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。

3.2 回收技術(shù)

3.2.1 吸附技術(shù)

一般在生活中經(jīng)常出現(xiàn)和運用比較多的吸附劑就是活性炭，活性炭也可以運用到吸附揮發(fā)性有機物。吸附技術(shù)就是先用吸附劑將低濃度的揮發(fā)性有機物進行富集，然后再通過高溫或者高壓解吸的方法進行回收。這種方法操作簡單，工藝流程能耗較低，而且去除效果也比較好，但是由于吸附劑的吸附能力有限，因此該方法也只適用于處理中低濃度的揮發(fā)性有機物。

3.2.2 吸收技術(shù)

吸收技術(shù)是利用化學(xué)溶劑與揮發(fā)性有機物中的不同氣體進行反應(yīng)或者分離，并利用溫度、壓力等外界條件的變化來改變揮發(fā)性有機物的物理性質(zhì)，即通過固液氣三種形態(tài)的互相轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)揮發(fā)性有機物的回收及再利用。該方法目前只適用于處理濃度較低、氣體含量較多的有機物，比如對化工廠和煉油廠的油氣進行回收。該技術(shù)操作簡便，二次污染程度較低，并且可以高效降低廢氣中的有機物，且去除效果較好。

3.2.3 冷凝技術(shù)

冷凝技術(shù)就是把揮發(fā)性有機物中混合的氣體進行冷凝分離，并實現(xiàn)回收再利用的效果。由于不同物質(zhì)的飽和蒸汽壓是不同的，因此當(dāng)溫度或者壓力條件不同時，不同物質(zhì)的存在形式也有所不同，所以冷凝技術(shù)普遍應(yīng)用于處理含有水蒸氣的廢氣。該技術(shù)具有回收純度高、工藝簡單、操作簡便等優(yōu)點，但是也具有能耗大、對設(shè)備要求較高等缺點。

3.2.4 膜分離技術(shù)

膜分離技術(shù)就是通過人們研發(fā)的具有一定孔徑大小的膜來實現(xiàn)揮發(fā)性有機物中不同物質(zhì)的分離，由于一定大小的孔徑可以阻擋較大的顆粒物質(zhì)，實現(xiàn)其與氣體的分離，而小分子物質(zhì)經(jīng)過過濾可以實現(xiàn)純化和富集，有利于下一步的分離操作。該技術(shù)工藝具有流程簡單、回收率高、能耗低、成本低等特點，同時產(chǎn)生的物質(zhì)對環(huán)境不會造成二次污染，從而有利于實現(xiàn)對環(huán)境的保護。

3.3 組合技術(shù)

組合技術(shù)就是將以上的技術(shù)結(jié)合起來實現(xiàn)揮發(fā)性有機物的高效處理。由于揮發(fā)性有機物中包含了多種多樣的物質(zhì)，成分也比較復(fù)雜，單一的處理技術(shù)無法實現(xiàn)氣體的有效分解和回收，因此可以根據(jù)不同廢氣的組成成分選擇合適的組合技術(shù)，實現(xiàn)對揮發(fā)性有機物的高效處理。通過合理的工藝組合不僅能夠提高工藝的處理效率，而且還能夠提高廢氣處理效果，同時還能降低處理成本。在實際生產(chǎn)中對于濃度較高的廢氣可以先采用吸附法或者冷凝技術(shù)來降低廢氣的濃度和提高純度，然后再通過光催化氧化等銷毀技術(shù)有效去除低濃度的揮發(fā)性有機物。

4 結(jié)語

在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中，運用單一的揮發(fā)性有機物處理技術(shù)是無法達到國家污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的，因此需要企業(yè)掌握多種揮發(fā)性有機物治理技術(shù)，針對不同類型的污染物采取合適的治理方法，這樣才能夠有效避免對環(huán)境造成污染。目前國內(nèi)的處理技術(shù)仍然會產(chǎn)生二次污染，并存在著安全性能較低等問題，因此需要加大力度去研發(fā)新技術(shù)。

隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，單一的揮發(fā)性有機物處理方式正在向復(fù)合型處理技術(shù)轉(zhuǎn)變，這種創(chuàng)新可以彌補原有技術(shù)的缺陷，提高揮發(fā)性有機物的處理效果，并能在較大程度上改善環(huán)境污染現(xiàn)狀。但聯(lián)合治理技術(shù)的研發(fā)存在投資較大、工藝流程復(fù)雜等問題，因而在后期技術(shù)研發(fā)過程中要不斷創(chuàng)新，降低投資和運行成本，以滿足大多數(shù)企業(yè)的需求。