王 群

摘要： VOCs有機廢氣具有一定的揮發性和燃燒性，也具有一定的危害性。因此，在化工裝置的制造工序中，會發生該氣體的泄漏和揮發，很有可能會引起火災和爆炸。所以，化工企業必須注意改進制造工序中的防火設備，避免造成危險。本文分析了VOCs的排放現狀，討論了有機廢氣處理技術的應用情況，并結合我國的實際情況，探究了各種VOCs處理技術的特點，以期為保護環境提供一定幫助。

關鍵詞：VOCs；廢氣處理技術；進展

VOCs的來源十分廣泛，主要包括人為來源和自然來源。其中，大自然中產生的異戊二烯化合物和其他物質會形成VOCs有機廢氣，這種情況一般是不可控的。而人為來源主要是工業生產和人們的生活產生的VOCs有機廢氣，如煤炭燃燒、汽車排氣、噴涂、涂料的使用等。人們日常生活中常見的噴涂涂料就很容易產生這種廢氣。

1 VOCs有機廢氣處理技術的應用情況

1.1 VOCs有機廢氣監控系統缺乏科學性、合理性

       目前，人們越來越關注環境保護，同時環境保護部門的監督也越來越嚴格，且在VOCs有機廢氣的管理中發揮著非常重要作用。由于廢氣得到了有效控制，使霧霾大幅減少。但在污染嚴重的地區，監控系統并不完善。因此，相關部門要加大力度改善和優化該系統。

1.2 VOCs有機廢氣的組成復雜,很難處理

       在日常生活中，在使用涂料等過程中，會產生VOCs有機廢氣。這些材料生成的VOCs有機廢氣，會嚴重影響人們的神經，甚至會有致癌的危險。如果只使用單一技術治理該氣體，其治理效果就不能保證。因此，VOCs有機廢氣的處理需要使用各種處理技術，在實際處理過程中，為了最大限度地發揮其處理效果，需要選擇最佳的處理方案。除了要處理的VOCs有機廢氣外，還需要綜合考慮性能指數、建設運用成本、排放標準等各種技術因素來選擇相應的處理技術。VOCs處理技術有通用的規則和標準，但在實際工業生產中，因企業排放的VOCs氣體的構成和特性經常存在很大的差異，因此，很難用一個標準涵蓋所有情況。所以，在實際處理過程中，常常需要在主要工序之前增加不同的工藝組合。

2 VOCs的處理技術

2.1 傳統技術方法

2.1.1 冷凝法

       VOCs有機廢氣是由工業廢棄物殘渣生成的。為了防止這種氣體在工業廢棄物殘渣中產生，可以將廢棄物殘渣放入冷凝槽中，使其中的有機物在低溫作用下自動分離，以防止VOCs有機廢氣的產生。該技術方法主要是基于有機氣體的特性，通過氣體溫度的下降，有機蒸汽出現過飽和，然后液化、回收。VOCs廢氣基本上可以通過冷凝法進行有效的處理，但是冷凝法不能用于低濃度廢氣的處理。一般情況下，該技術主要應用在石油化工產品的制造、儲存、運輸等高濃度氣體、低溫條件下使用，該技術的應用效果非常顯著。

2.1.2 吸附法

       （1）吸附再生法。該方法主要是利用纖維活性炭和粒狀活性炭等吸附劑吸附有機廢氣，在吸附接近飽和后，為了解吸再生，使用過熱蒸汽將活性炭吹回，再將水蒸氣和解吸的三苯基氣體冷凝分離，回收三苯基液。當廢氣與吸收液接觸時，是采用吸收液與有機廢氣相似的相容性原理從廢氣中去除VOCs，然后VOCs被化學試劑中和、氧化、化學破壞。且吸收設備的性能和吸收的質量決定了該技術的最終效果。所以，在確保儀器性能良好的基礎上，可合理選擇吸收劑。吸附再生法的缺點在于需要的設備體積比較龐大，且工藝操作比較復雜；投資后運行費用較高且有二次污染產生，當廢氣中有膠粒物質等其他雜質時，則吸附劑容易導致工作人員中毒。但該方法也有快速解吸、良好的結露和吸附效率高等優點，因此，適用于高濃度、風量小和廢氣處理。此外，在實際應用中，該技術還需要進一步創新和改進。

       （2）吸附催化氧化。當吸附達到相應的飽和后，可使用熱風加熱，除去吸附中的三苯基等廢氣。而且通過吸附催化氧方法，可以實現有機廢氣凈化處理的目的。另外，還可以回收熱氣體，實現再利用。通過應用該方法，再綜合利用各種吸附方法，可以有效解決風量大和低濃度有機廢氣的處理問題。但該工藝存在著設備規模投入大、工藝流程復雜、成本高、二次污染等缺點。

2.1.3 催化燃燒法

       氣體凈化的目的是通過VOCs的可燃性來實現的。一般來說，化工、絕緣材料、噴漆或其他產業在對VOCs廢氣進行處理時，燃燒法多于凈化法，多以廢氣的可燃性為基礎，采取直接燃燒法，可用火直接燃燒。該技術操作方法簡單，投資較小，因此，催化燃燒法主要用于濃度比較高、空氣量比較小的VOCs廢氣。

       （1）預熱。這是催化燃燒最常見的方法。當有機廢氣的溫度在100 ℃以下時，濃度低，熱量不能自給自足，因此進入核反應堆之前需要在預熱室加熱。而燃燒凈化后的氣體與熱交換器內未處理的廢氣可以交換熱量、回收熱量。該技術一般可利用氣體或電加熱將溫度提高到催化反應所需的熄滅溫度。

       （2）自身熱平衡。有機廢氣的排出溫度高于起始溫度（約300 ℃左右），有機物含量較高時，換熱器的回收在正常工作時能夠保持熱平衡的熱量。一般來說，需要將電加熱器安裝在催化燃燒反應器中。具體工藝流程如圖1所示。

       （3）吸附催化燃燒。當有機廢氣流量大時，濃度低、溫度低選用催化燃燒需耗很多燃料時，可先采用吸附法將有機廢氣吸附于吸附劑上進行濃縮，然后將有機廢氣解吸，濃縮成高濃度有機廢氣（可濃縮10倍以上），此時，再進行催化燃燒不需要補充熱源而維持。隨著燃料減少，會產生更少的CO，但啟動和冷卻時間卻比熱氧化系統少。且低溫操作可去除NOx的生成，而隨著溫度的下降，標準材料可以更換為昂貴的特殊材料，從而增加了RCO系統整體機械的壽命。此外，在處理鹵化物和硫化物后，會生成酸性氣體，需要清洗塔臺進一步處理。如果廢棄物催化劑不能回收利用，也需要處理，且吸氣濃度不能超過25%。在實際應用中，催化燃燒技術的研究隨著工業生產迅速發展，而有機廢氣的多樣性也在不斷增加。因此，需要進一步提高有機廢氣的處理效率，這就需要研究和創新催化燃燒新技術。

2.2 新興技術方法

2.2.1 膜分離技術

       膜分離技術是利用聚合物膜的特性，通過在規定的壓力下滲透到廢氣中，分離出有機物和VOCs，但單個階段很難滿足分離要求。而新集成的膜分離技術實現的分離是通過有機選擇膜的表面，將膜分成兩種流動的氣體，使除去VOCs的非滲透性的純化氣體大部分直接排出，而滲透流是回收到壓縮機入口的有機水。目前，石油化學、醫藥品、食品加工和其他產業紛紛采用這種方法。該方法具有可以回收廢氣中高濃度、流量小、高回收價值的有機溶劑，但通常投入成本較高。

2.2.2 生物處理技術

       應用生物處理技術處理VOCs廢氣，是為了處理中、低濃度的廢氣。其優點是具有處理輕度反應條件、儀器簡單、方便操作、運營成本低、二次污染小和不同特性混合氣體的能力。據統計，21世紀初已有7500套設備投入運行。而有機廢棄物處理法主要是以微生物的功能為基礎，利用氣體的生物學處理方法，通過分解有機廢氣中的有害物質，將其轉化為水和二氧化碳等有機物。以生物洗滌塔為例，一個為吸收，另一個為生物降解，循環液從吸收室上部噴出。日本的污水處理引入了從VOCs廢氣中去除臭氣的系統，其實際效率高達98%。這表明在現代工業生產中，用生物學方法處理VOCs廢氣的效果非常明顯，該方法也在進行進一步的深化研究。

2.2.3 光催化氧化法

       光催化氧化法是一種新的、性能優良的治理方法。第一，使用光分解，可以在短時間內分解有機廢氣。在光溶解的過程中，通常會生成中間物質，但這些物質可以通過長時間的光照射或氫氧化鈉溶液進行處理。第二，光催化分解。該技術能夠通過照射TiO₂，活化紫外線，使H₂O生成無OH的自由基，從而將有機廢氣轉換為CO₂和H₂O。同時，在選擇去除有機廢氣的催化劑時，可以使用普通熒光燈作為光源，去除有機廢氣的惡臭，降低污染濃度。但就目前的經驗來看，有必要改善催化分解的技術和效果。在光催化氧化過程中還存在一些問題，如產品是否會對環境造成二次污染，以及需要進一步探索和研究的催化劑的選擇等，所以，在實際工藝中尚未應用光催化氧化。具體工藝流程如圖2所示。

     （3）吸附催化燃燒。當有機廢氣流量大時，濃度低、溫度低選用催化燃燒需耗很多燃料時，可先采用吸附法將有機廢氣吸附于吸附劑上進行濃縮，然后將有機廢氣解吸，濃縮成高濃度有機廢氣（可濃縮10倍以上），此時，再進行催化燃燒不需要補充熱源而維持。隨著燃料減少，會產生更少的CO，但啟動和冷卻時間卻比熱氧化系統少。且低溫操作可去除NOx的生成，而隨著溫度的下降，標準材料可以更換為昂貴的特殊材料，從而增加了RCO系統整體機械的壽命。此外，在處理鹵化物和硫化物后，會生成酸性氣體，需要清洗塔臺進一步處理。如果廢棄物催化劑不能回收利用，也需要處理，且吸氣濃度不能超過25%。在實際應用中，催化燃燒技術的研究隨著工業生產迅速發展，而有機廢氣的多樣性也在不斷增加。因此，需要進一步提高有機廢氣的處理效率，這就需要研究和創新催化燃燒新技術。

2.2 新興技術方法

2.2.1 膜分離技術

       膜分離技術是利用聚合物膜的特性，通過在規定的壓力下滲透到廢氣中，分離出有機物和VOCs，但單個階段很難滿足分離要求。而新集成的膜分離技術實現的分離是通過有機選擇膜的表面，將膜分成兩種流動的氣體，使除去VOCs的非滲透性的純化氣體大部分直接排出，而滲透流是回收到壓縮機入口的有機水。目前，石油化學、醫藥品、食品加工和其他產業紛紛采用這種方法。該方法具有可以回收廢氣中高濃度、流量小、高回收價值的有機溶劑，但通常投入成本較高。

2.2.2 生物處理技術

       應用生物處理技術處理VOCs廢氣，是為了處理中、低濃度的廢氣。其優點是具有處理輕度反應條件、儀器簡單、方便操作、運營成本低、二次污染小和不同特性混合氣體的能力。據統計，21世紀初已有7500套設備投入運行。而有機廢棄物處理法主要是以微生物的功能為基礎，利用氣體的生物學處理方法，通過分解有機廢氣中的有害物質，將其轉化為水和二氧化碳等有機物。以生物洗滌塔為例，一個為吸收，另一個為生物降解，循環液從吸收室上部噴出。日本的污水處理引入了從VOCs廢氣中去除臭氣的系統，其實際效率高達98%。這表明在現代工業生產中，用生物學方法處理VOCs廢氣的效果非常明顯，該方法也在進行進一步的深化研究。

2.2.3 光催化氧化法

       光催化氧化法是一種新的、性能優良的治理方法。第一，使用光分解，可以在短時間內分解有機廢氣。在光溶解的過程中，通常會生成中間物質，但這些物質可以通過長時間的光照射或氫氧化鈉溶液進行處理。第二，光催化分解。該技術能夠通過照射TiO₂，活化紫外線，使H₂O生成無OH的自由基，從而將有機廢氣轉換為CO₂和H₂O。同時，在選擇去除有機廢氣的催化劑時，可以使用普通熒光燈作為光源，去除有機廢氣的惡臭，降低污染濃度。但就目前的經驗來看，有必要改善催化分解的技術和效果。在光催化氧化過程中還存在一些問題，如產品是否會對環境造成二次污染，以及需要進一步探索和研究的催化劑的選擇等，所以，在實際工藝中尚未應用光催化氧化。具體工藝流程如圖2所示。

2.2.4 等離子處理技術

       等離子體技術是指在強電場下，氣體放電形成的高能電子、離子、激發原子和自由基，最終在各個水平激發形成氧等離子體和臭氧，作用于VOCs，氧化分解成CO₂、CO、H₂O等小分子物質。該方法適用于凈化低濃度（通常小于500 mg/m³）及較大空氣量的有機物，也能凈化室內空氣。該技術的優點是VOCs可以通過低溫、簡單的操作和維護簡單的設備及方便的開口進行去除，但需要注意排放安全，VOCs的去除率一般約為50%。

       一般來說，適當的處理技術或技術組合必須要根據廢氣的濃度、流量、特性污染物的種類和去除率的要求進行選擇。同時，還需要綜合考慮設備費用、運營成本、維護成本等因素。在化學工業中，人們一般將常見的物質分為多種形態，包括固態、液態和氣態。除此之外，還有低溫等離子體狀態，這種物質其實是一種準中性氣體。其現有形態主要是聚集的，許多帶正、負電荷的粒子和中性粒子。在處理低溫等離子體時，會使用大量高能電子和自由基等活性粒子。這些活性粒子會以一定的頻率轟炸臭氣分子，使廢氣成分電解破裂，發生一系列的化學反應，從而達到轉換有害氣體的目的。這種治理方法有一定的優點，操作簡單、對使用條件要求不高、占用空間小。該方法可以凈化99.9%的低濃度廢氣，且可用于除臭和空氣凈化。但是，該處理技術在使用中容易產生二次污染，處理效率不高，因此不適合高濃度的廢氣處理。

2.2.5 微波催化氧化處理技術

       通過微波催化氧化技術的應用，實現了基于傳統分析處理方法的處理技術的有效變革，有效地提高了廢氣處理技術水平。在VOCs有機廢氣的處理中，通過應用微波催化氧化技術，可有效提高廢氣的處理效率，實現低能耗。因此，該技術在使用工藝中具有很多優點，具有明顯的吸附效果，且可以多次使用。同時，如果該技術與污水處理技術有效結合，其處理效果將更加明顯。

2.2.6 納米材料凈化處理技術

       近年來，有機廢氣處理技術在不斷更新，其中納米材料已經成為凈化處理的新技術。該材料屬于超細材料，其晶體尺寸在1~100 μm之間，其表面活性較強，因此具有較強的吸附力。納米材料可以有效地將有機物轉化為有機酸、二氧化碳、水等。在光的作用下，該材料在處理廢棄物時具有良好的催化效果，可有效地提高廢棄物的分解效率，因此，該材料在處理VOCs有機廢氣時具有很多優點，比如可用于室內空氣的凈化。

3 發展趨勢

       目前，大氣污染防治及環境保護受到全球關注，近年來霧霾天氣對人的影響較大。實際上，可以看到VOCs廢氣的組成非常復雜，各種類型的VOCs廢氣的有機物性能差異很大，目前還沒有針對高濃度廢氣的理想處理方法。因此，基于目前我國各產業和領域排放的VOCs廢氣都具有自身特性，提出采用技術組合方法來提高廢氣中有機物的去除率。在眾多有機廢氣處理技術中，VOCs處理技術具有良好的應用前景，它不具有明顯的二次污染，可以處理中低濃度中各種規模的有機廢氣。目前，由于VOCs有機廢氣處理技術受諸多復雜因素的影響，理論研究和實際應用也不斷深入，今后的研究方向是進行新的生物凈化工藝設備的開發、廢氣的生物凈化技術的應用領域的詳細研究，開發引導實際工程設計運用的生物過濾過程的實用模型。詳細內容如圖3所示

4 結語

        在處理VOCs有機廢氣時，相關企業必須選擇科學合理的處理技術，以確保廢氣在經濟性、實用性及消耗低的基礎上達到最高的處理效率。由于VOCs的組成非常復雜，很難使用相同的處理技術達到處理效果，而且經濟成本很高。在這種情況下，通常可以選擇合適的治理技術，進一步再進行詳細研究，從而有效提高VOCs有機廢氣的處理水平。

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