淺談常見的VOC廢氣治理技術(shù)

朱禮波

（甘肅恒信安環(huán)科技發(fā)展有限公司，甘肅 蘭州 730000）

引言

隨著工業(yè)化的發(fā)展和化工生產(chǎn)的增加，VOC排放已成為環(huán)境污染的重要來源。VOC不僅對大氣造成污染，還會(huì)對人體健康產(chǎn)生危害。因此，VOC廢氣治理技術(shù)的研究和應(yīng)用對于保護(hù)環(huán)境和人類健康具有重要意義。本文綜述常見的VOC廢氣治理技術(shù)，為相關(guān)領(lǐng)域的研究提供參考和借鑒。

1 吸附技術(shù)

吸附技術(shù)是一種常見的VOC廢氣治理技術(shù)，該技術(shù)通過吸附劑吸附VOC，從而實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢氣的凈化。常用的吸附劑包括活性炭和分子篩等[1]。吸附劑通常具有多孔結(jié)構(gòu)，能夠吸附廢氣中的VOC分子。活性炭是一種多孔材料，具有較大的比表面積和豐富的微孔結(jié)構(gòu)，因此具有較強(qiáng)的吸附能力；分子篩則是一種具有特定孔徑和選擇性吸附能力的材料，能夠根據(jù)VOC分子的大小和極性進(jìn)行選擇性吸附。該方法通過氣體和液體之間的接觸，從被污染的流體中分離和純化出有機(jī)廢氣。某項(xiàng)目提出了一種氣液反向吸收的方法，也就是將液體從塔頂噴射成霧狀（或小液滴），排出的氣體通過塔體（反向流動(dòng)）實(shí)現(xiàn)氣-液接觸。該工藝能冷卻廢氣，去除微粒，使廢氣得到凈化，脫霧部分進(jìn)入下一個(gè)工藝階段。

1.1 原理

吸附技術(shù)是一種常見的VOC廢氣治理技術(shù)，其原理是利用吸附劑表面的吸附作用將VOC分子從氣相吸附到固相表面。當(dāng)VOC廢氣通過吸附裝置時(shí)，VOC分子會(huì)在吸附劑表面停留，從而被有效去除。吸附過程遵循物理吸附或化學(xué)吸附的原理，具體取決于VOC分子與吸附劑之間的相互作用力。在物理吸附中，VOC分子與吸附劑之間主要是由范德華力引起的吸引力。吸附劑表面具有許多微孔和大孔，這些孔洞可以提供大量的吸附位點(diǎn)，使得廢氣中的VOC分子能夠充分地吸附到吸附劑表面。一旦VOC分子被吸附到表面上，它們就會(huì)停留在那里，從而實(shí)現(xiàn)VOC廢氣的凈化[2]?；瘜W(xué)吸附則是指VOC分子與吸附劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成化合物的過程。在這種情況下，吸附劑的表面通常具有特定的官能團(tuán)，能夠與VOC分子中的特定官能團(tuán)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成穩(wěn)定的化合物。這種化學(xué)吸附的方式可以更加徹底地去除VOC廢氣中的有機(jī)物。

1.2 優(yōu)缺點(diǎn)

吸附技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)包括操作簡單、成本較低、對VOC的適用范圍廣等。此外，吸附劑可以通過再生來循環(huán)使用，減少了廢物處理的負(fù)擔(dān)。在眾多去除污染物的水處理技術(shù)中，吸附技術(shù)是目前應(yīng)用最廣泛、效率最高、成本較低的一種技術(shù)。然而，吸附技術(shù)也存在一些缺點(diǎn)，例如需要定期更換和再生吸附劑，再生過程可能需要消耗能源，且會(huì)對環(huán)境造成一定的影響。目前，在工程應(yīng)用過程中，許多吸附技術(shù)仍有不足之處，國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)對此進(jìn)行了大量研究，雖然未能徹底解決這一技術(shù)難題，但也取得了不少科研成果。

1.3 應(yīng)用現(xiàn)狀

吸附技術(shù)在工業(yè)廢氣治理中得到了廣泛應(yīng)用。特別是在石化、印染、油漆、化工等行業(yè)，吸附技術(shù)被廣泛應(yīng)用于VOC的去除和回收。在一些小型企業(yè)或者設(shè)備周轉(zhuǎn)較慢的企業(yè)中，吸附技術(shù)由于其操作簡單、成本較低的特點(diǎn)也備受青睞。此外，吸附技術(shù)還常常與其他廢氣治理技術(shù)結(jié)合使用，如熱解吸附、膜分離等，以實(shí)現(xiàn)更高效的廢氣處理效果。同時(shí)，吸附技術(shù)也存在吸附劑更換和再生等問題。在工業(yè)廢氣治理中，吸附技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，并且在不斷發(fā)展和完善中。未來，隨著吸附材料和再生技術(shù)的不斷改進(jìn)，吸附技術(shù)將能夠更加有效地應(yīng)用于VOC廢氣治理，為環(huán)境保護(hù)和人類健康做出更大貢獻(xiàn)。

2 催化氧化技術(shù)

催化氧化技術(shù)是一種常用的VOC廢氣治理技術(shù)，它利用催化劑將有機(jī)廢氣中的VOC氧化為無害的二氧化碳和水[3]。在眾多去除污染物的水處理技術(shù)中，吸附技術(shù)是目前應(yīng)用最廣泛、效率最高、成本較低的一種技術(shù)。這種技術(shù)具有高效、低溫、節(jié)能等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于化工、印刷、涂裝等行業(yè)。

2.1 原理

催化氧化技術(shù)是一種常見的VOC廢氣治理技術(shù)，其原理是通過催化劑促進(jìn)VOC的氧化反應(yīng)。在催化氧化設(shè)備中，VOC廢氣首先經(jīng)過預(yù)處理設(shè)備去除顆粒物和水分，然后進(jìn)入催化反應(yīng)室。在催化反應(yīng)室中，VOC與氧氣和催化劑接觸，催化劑表面的活性位點(diǎn)能夠促進(jìn)VOC與氧氣之間的氧化反應(yīng)，將有機(jī)廢氣中的VOC轉(zhuǎn)化為無害的CO2和H2O。最終排放出的廢氣中不再含有VOC，達(dá)到了治理目的。

催化氧化技術(shù)的原理基于氧化反應(yīng)的催化作用。催化劑通常是一種高比表面積的材料，其表面具有許多活性位點(diǎn)，能夠提供反應(yīng)所需的能量，并降低反應(yīng)活化能，從而促進(jìn)VOC與氧氣之間的氧化反應(yīng)。這些活性位點(diǎn)能夠提供吸附VOC分子和氧氣分子的位置，并加速它們之間的化學(xué)反應(yīng)，使VOC轉(zhuǎn)化為無害的二氧化碳和水。催化劑的種類和活性對反應(yīng)的效率和選擇性有重要影響，因此催化劑的選擇和設(shè)計(jì)是催化氧化技術(shù)中的關(guān)鍵問題。

2.2 優(yōu)缺點(diǎn)

首先，催化氧化技術(shù)具有高效的特點(diǎn)，能夠?qū)OC高效降解為無害物質(zhì)，處理效率高。其次，該技術(shù)操作溫度較低，一般在200～400 ℃之間，能夠在相對較低的溫度下實(shí)現(xiàn)VOC的氧化降解，節(jié)能環(huán)保。再者，催化氧化技術(shù)對VOC的成分和濃度較為敏感，能夠處理復(fù)雜成分的廢氣，并且在大多數(shù)情況下不需要對廢氣進(jìn)行預(yù)處理。此外，催化氧化技術(shù)還具有設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、運(yùn)行穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。然而，催化氧化技術(shù)也存在一些缺點(diǎn)。首先，催化劑的選擇和穩(wěn)定性對催化氧化技術(shù)的效果有著重要影響，催化劑的性能和壽命直接關(guān)系到技術(shù)的運(yùn)行成本和穩(wěn)定性。其次，其對VOC成分和濃度較為敏感，特定的VOC組分可能會(huì)對催化氧化技術(shù)的效果產(chǎn)生影響。此外，催化氧化技術(shù)在處理高濃度VOC時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生催化劑中毒等問題，需要對廢氣進(jìn)行稀釋或者采取其他措施。

2.3 應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，催化氧化技術(shù)在很多行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。許多行業(yè)在面臨VOC廢氣治理問題時(shí)，選擇采用催化氧化技術(shù)進(jìn)行處理，催化氧化技術(shù)作為一種高效、可靠的廢氣治理技術(shù)，能夠滿足更嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)和更高的治理要求，因此其應(yīng)用前景非常廣闊。為了滿足更高的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)和治理要求，催化氧化技術(shù)也在不斷進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)和創(chuàng)新。例如，針對不同類型的VOC廢氣，研發(fā)更高效的催化劑；優(yōu)化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)，提高催化氧化反應(yīng)的效率和穩(wěn)定性以及降低能耗，減少運(yùn)行成本等。

總的來說，催化氧化技術(shù)在化工、印刷、涂裝、家具制造等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，且在面臨更高的環(huán)保要求時(shí)表現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力。隨著技術(shù)的不斷改進(jìn)和創(chuàng)新，催化氧化技術(shù)將能夠更好地滿足嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)和更高的VOC廢氣治理要求。

3 燃燒技術(shù)

燃燒技術(shù)是一種常用的VOC廢氣治理技術(shù)，包括直接燃燒和催化燃燒兩種方式。這兩種方式能夠高效降解VOC，但相對而言能耗較高[4]。VOC廢氣燃燒技術(shù)是指利用煙氣中有毒有害組分的熱氧化性，使其成為無毒或易回收的物質(zhì)。在石油工業(yè)中，烴類廢氣等有害氣體、溶劑工業(yè)廢氣、城市垃圾焚燒等廢氣，以及幾乎所有惡臭物質(zhì)（硫醇、H2S）均可通過燃燒技術(shù)進(jìn)行治理。燃燒法技術(shù)簡單、易操作、凈化效果好、能回收熱量，但在含可燃組分少的情況下，需要進(jìn)行預(yù)熱并消耗能量。

3.1 原理

燃燒技術(shù)是一種常見的VOC廢氣治理技術(shù)，其原理是通過高溫燃燒將VOC氧化分解為無害的CO2和H2O。在燃燒過程中，VOC廢氣與氧氣混合燃燒，高溫能夠使VOC中的有機(jī)物質(zhì)分子發(fā)生裂解和氧化，最終轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水蒸氣。而催化燃燒技術(shù)則是在燃燒過程中加入催化劑，通過催化劑的作用降低燃燒溫度，提高燃燒效率，減少能耗。燃燒技術(shù)的原理基于高溫氧化反應(yīng)，在高溫條件下，VOC廢氣中的有機(jī)化合物會(huì)與氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)，生成二氧化碳和水。燃燒技術(shù)是一種直接而有效的處理方法，通過高溫?zé)崮軐OC廢氣中的有機(jī)物氧化分解，從而達(dá)到治理廢氣的目的。催化燃燒技術(shù)是在常規(guī)燃燒過程中引入催化劑，通過催化劑的作用，在較低的溫度下促進(jìn)VOC的氧化反應(yīng)。催化劑能夠降低燃燒溫度，提高VOC的氧化活性，并且減少了氧化反應(yīng)所需的能量，從而降低了燃燒溫度和燃燒能耗，提高了燃燒效率。此外，催化劑還可以提高燃燒反應(yīng)的選擇性，減少副產(chǎn)物的生成，提升處理效果。

3.2 優(yōu)缺點(diǎn)

燃燒技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于其處理效率高，能夠?qū)OC高效降解為無害物質(zhì)，適用于處理高濃度、復(fù)雜成分的VOC廢氣。另外，燃燒技術(shù)操作簡便，設(shè)備結(jié)構(gòu)相對簡單，穩(wěn)定性較好。但與此同時(shí)，燃燒技術(shù)也存在一些缺點(diǎn)。首先，燃燒技術(shù)能耗較高，需要耗費(fèi)大量的燃料 和能源，運(yùn)行成本較高。其次，燃燒過程中可能會(huì)產(chǎn)生氮氧化物等有害氣體，對環(huán)境造成一定影響。此外，燃燒技術(shù)對VOC的成分和濃度要求較高，特定的VOC成分可能會(huì)對燃燒效果產(chǎn)生影響。

3.3 應(yīng)用現(xiàn)狀

未來燃燒技術(shù)的發(fā)展方向?qū)⒅饕性谔岣吣苄?、減少排放、降低運(yùn)行成本等方面，以滿足更嚴(yán)格的環(huán)保要求和更高的治理要求。針對這些挑戰(zhàn)，燃燒技術(shù)的發(fā)展方向包括提高燃燒設(shè)備的熱效率，減少能源消耗；優(yōu)化燃燒過程，降低氮氧化物和二氧化硫等有害氣體的排放；研發(fā)高效的廢氣預(yù)處理技術(shù)，降低廢氣處理成本等。這些技術(shù)創(chuàng)新將有助于提升燃燒技術(shù)的環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益。

4 生物處理技術(shù)

生物處理技術(shù)是一種利用微生物對VOC進(jìn)行降解的廢氣治理技術(shù)，具有能耗低、無二次污染的優(yōu)點(diǎn)，但對環(huán)境條件和微生物菌種選擇要求較高[5]。以下介紹兩種常用的生物處理技術(shù)。

（1）生物過濾方法

生物過濾方法是一種具有代表性的污染物治理方法，其研究起步較早，技術(shù)也較成熟。該技術(shù)將帶有雜質(zhì)的本體先進(jìn)入濕化器濕潤，再進(jìn)入生物濾池；濕潤后的廢水在經(jīng)過有機(jī)機(jī)械混合填料層時(shí)，會(huì)被吸附在填料表面的微粒吸附，在生物細(xì)胞中分解為二氧化碳、水和二氧化氮等。該工藝能有效去除大部分揮發(fā)性有機(jī)物，如氨氣、硫化氫、甲基硫醇和甲基硫化物。

（2）生物洗滌工藝

生物洗滌工藝是一種懸浮式活性污泥處理工藝，它將污水中的惡臭物質(zhì)通過吸附和物質(zhì)降解兩個(gè)步驟進(jìn)行處理。洗滌器噴淋設(shè)備反向噴射循環(huán)液體，使廢水中的污物與填料表面接觸，通過吸附轉(zhuǎn)化為液態(tài)，從而完成傳質(zhì)過程。洗滌液吸附廢水組分后，流入活性污泥池，吸附后的有機(jī)污染物經(jīng)微生態(tài)轉(zhuǎn)化后，由活性污泥懸液將其從液相中去除。

4.1 原理

生物處理技術(shù)的原理是利用微生物降解VOC，通過微生物代謝作用將VOC分解為無害物質(zhì)，如CO2和H2O。在生物處理系統(tǒng)中，通過合適的生物反應(yīng)器和微生物菌種，使VOC廢氣與微生物接觸，微生物利用VOC作為碳源進(jìn)行生長和代謝，從而實(shí)現(xiàn)VOC的降解和凈化。

4.2 優(yōu)缺點(diǎn)

生物處理技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在能耗低、無二次污染等方面。相比于其他技術(shù)，生物處理技術(shù)不需要高溫高壓條件，能耗較低，且不會(huì)產(chǎn)生二次污染物，符合環(huán)保要求。另外，生物處理技術(shù)操作簡單，維護(hù)成本低，適用于處理低濃度、高濕度的VOC廢氣。

然而，生物處理技術(shù)也存在一些缺點(diǎn)。首先，生物處理技術(shù)對環(huán)境條件要求較高，包括溫度、濕度、氧氣含量等，不同的微生物對環(huán)境條件的適應(yīng)性不同，需要針對性地進(jìn)行調(diào)控。其次，微生物菌種的選擇和培養(yǎng)也是一個(gè)關(guān)鍵問題，不同的VOC廢氣可能需要使用不同的微生物菌種進(jìn)行降解，因此需要一定的研究和開發(fā)成本。此外，生物處理技術(shù)對VOC成分和濃度的適應(yīng)性有一定限制，對于成分復(fù)雜的VOC廢氣，處理效果可能不足。

4.3 應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著人們環(huán)保意識的提升和技術(shù)的不斷進(jìn)步，生物處理技術(shù)有望得到更廣泛的應(yīng)用。特別是在一些對環(huán)境要求更為嚴(yán)格的行業(yè)中，生物處理技術(shù)將成為一種重要的廢氣治理手段。未來，隨著生物處理技術(shù)的不斷改進(jìn)和完善，其在更多領(lǐng)域的應(yīng)用將成為可能。然而，生物處理技術(shù)也面臨一些問題，如環(huán)境條件控制、微生物菌種培養(yǎng)等方面的挑戰(zhàn)。為了進(jìn)一步提高生物處理技術(shù)的穩(wěn)定性和適用性，相關(guān)人員需要加強(qiáng)對微生物的研究和培養(yǎng)，優(yōu)化處理系統(tǒng)的環(huán)境控制條件，以確保生物處理技術(shù)在不同行業(yè)中的穩(wěn)定和有效應(yīng)用。

5 總結(jié)

吸附、燃燒、催化氧化和生物處理是常見的VOC廢氣治理技術(shù)，各自具有一定的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍。未來，隨著環(huán)保技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，VOC廢氣治理技術(shù)有望向著高效、低能耗、無二次污染的方向發(fā)展。在實(shí)際應(yīng)用中，相關(guān)人員應(yīng)根據(jù)VOC的成分、濃度以及工業(yè)生產(chǎn)的特點(diǎn)，并綜合考慮各種技術(shù)的特點(diǎn)，選擇合適的VOC廢氣治理技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)更加有效的廢氣治理和環(huán)境保護(hù)。