于 群

(葫蘆島市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，遼寧 葫蘆島 125000)

1 概述

為落實(shí)《十三五生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃》，《十三五節(jié)能減排綜合工作方案》，《十三五揮發(fā)性有機(jī)物污染防治工作方案》相關(guān)要求，全面加強(qiáng)固定污染源廢氣揮發(fā)性有機(jī)物污染防治工作，強(qiáng)化揮發(fā)性有機(jī)物排放控制與治理，促進(jìn)環(huán)境空氣質(zhì)量持續(xù)改善，2018年1月23日，環(huán)境保護(hù)部以環(huán)辦監(jiān)測(cè)函[2018]123號(hào)文，下發(fā)《關(guān)于加強(qiáng)固定污染源廢氣揮發(fā)性有機(jī)物監(jiān)測(cè)工作的通知》。《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》實(shí)施以來(lái)，全國(guó)二氧化硫、氮氧化物、煙粉塵排放控制取得明顯進(jìn)展，但重點(diǎn)區(qū)域臭氧濃度明顯上升趨勢(shì)，揮發(fā)性有機(jī)物是大氣污染物中臭氧和PM2.5的重要前驅(qū)體，也是導(dǎo)致灰霾和光化學(xué)煙霧的重要來(lái)源。WHO將其定義為，沸點(diǎn)為50～260℃之間且熔點(diǎn)低于室溫，室溫下飽和蒸氣壓超出133.32Pa的一系列易揮發(fā)性有機(jī)物[1]。

VOCs排放源之廣，且其對(duì)人體健康以及環(huán)境生態(tài)都有著不可小看的影響。當(dāng)人類長(zhǎng)期暴露在揮發(fā)性有機(jī)物污染的環(huán)境中，可能會(huì)導(dǎo)致慢性中毒。揮發(fā)性有機(jī)物對(duì)人類呼吸系統(tǒng)，血液，神經(jīng)系統(tǒng)，肝腎臟等都會(huì)造成損害，對(duì)皮膚、眼睛有刺激作用。同時(shí)，其有“三致”作用，特別是苯系物最為突出。對(duì)環(huán)境而言，揮發(fā)性有機(jī)物會(huì)和大氣中的二氧化氮反應(yīng)生成臭氧，可形成光化學(xué)煙霧，且VOCs物種較強(qiáng)的光化學(xué)反應(yīng)活性，也是大氣中二次氣溶膠的重要前體物[2]。

因此，對(duì)于VOCs排放控制迫在眉睫。不僅關(guān)系到環(huán)境問題，也是對(duì)于人類健康具有重要意義的工作。近年來(lái)，相關(guān)行業(yè)的VOCs治理工作正在不斷推進(jìn)。

2 VOCs來(lái)源及治理重點(diǎn)行業(yè)

2.1 VOCs來(lái)源及治理重點(diǎn)行業(yè)

VOCs主要包括烴類、氧烴、氮烴以及鹵代烴等。其來(lái)源也十分廣泛，其中主要的來(lái)源包括油漆噴涂、石油化工、垃圾處理、污水處理、機(jī)動(dòng)車尾氣以及一些有機(jī)廢物的生物轉(zhuǎn)化等。

2.2 治理的重點(diǎn)行業(yè)

治理的重點(diǎn)行業(yè)主要有三類，一是化工類：制藥、農(nóng)藥、橡膠制品、涂料、油墨、膠粘劑、染料、化學(xué)助劑、日用化工等。二是工業(yè)涂裝類：汽車、木質(zhì)家具、工程機(jī)械、鋼結(jié)構(gòu)、電子、家用電器等制造行業(yè)；三是包裝印刷類：紙制品包裝、塑料軟包裝、金屬類包裝等。

3 VOCs污染防治原則

VOCs污染防治是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，應(yīng)實(shí)現(xiàn)科學(xué)治污、精準(zhǔn)治污、因地制宜，主要遵循源頭控制、過(guò)程防治、末端治理的原則。

主要強(qiáng)調(diào)三方面內(nèi)容，一是原輔材料推廣使用低或無(wú)VOCs含量、低反應(yīng)活性的原輔材料和產(chǎn)品。二是含VOCs物料的儲(chǔ)存、輸送、投料、卸料，涉及VOCs物料的生產(chǎn)及含VOCs產(chǎn)品分裝等過(guò)程應(yīng)密閉操作。三是產(chǎn)生揮發(fā)性有機(jī)物的主要生產(chǎn)工藝和裝置必須設(shè)立氣體收集系統(tǒng)和高效處理裝置，采用熱力焚燒、催化燃燒、吸附加燃燒等高效處理技術(shù)。

VOCs的處理主要包括回收技術(shù)和銷毀技術(shù)。回收技術(shù)主要包括一些以物理方法為基礎(chǔ)的吸附、吸收、冷凝以及膜分離等技術(shù)對(duì)VOCs進(jìn)行回收處理，一般適用于一些回收有用的VOCs氣體的處理。銷毀技術(shù)則是為一些化學(xué)或者生化反應(yīng)為基礎(chǔ)，將VOCs進(jìn)行破壞分解成為CO2和水分子或者一些無(wú)毒或毒性較小的小分子化合物。主要的技術(shù)包括催化燃燒、高溫焚燒、生物法、等離子體以及光催化技術(shù)等。

4 常用VOCs處理技術(shù)

VOCs污染的危害如此嚴(yán)重，就需要對(duì)其加以有效的控制，可以通過(guò)創(chuàng)新生產(chǎn)技術(shù)以及優(yōu)化生產(chǎn)流程來(lái)實(shí)現(xiàn)，面對(duì)日益嚴(yán)重的VOCs污染，當(dāng)前的處理技術(shù)主要包括以下幾類。

4.1 冷凝法

該方法主要是應(yīng)用加壓或降溫手段，使得處在氣體狀態(tài)的污染物冷凝從而加以分離，它是利用了VOCs在各種溫度下有著不一樣的飽和蒸氣壓這一特點(diǎn)。該方法更多的是應(yīng)用在高濃度的廢氣處理過(guò)程中，經(jīng)冷凝處理后仍會(huì)殘留一定比例的VOCs，這就需要進(jìn)行再次處理。因?yàn)樵摲椒▽?duì)設(shè)備的需求較高，一般會(huì)與吸附法或別的處理方法結(jié)合起來(lái)使用，這樣既能夠減少去污成本，又能夠增強(qiáng)污染處理效率。

4.2 膜分離法

該技術(shù)主要是通過(guò)天然膜或者一些人工合成的膜材料，因?yàn)椴煌瑲怏w的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)不一致，從而對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)行分離。在處理時(shí)，滲透?jìng)?cè)實(shí)用真空泵，營(yíng)造兩側(cè)的一個(gè)壓力差，作為動(dòng)力使其過(guò)程得以進(jìn)行[3]。膜分離法主要用于有利用價(jià)值的有機(jī)化合物。并且膜分離技術(shù)的應(yīng)用對(duì)VOCs的要求少，具有較好的普適性，其回收效率可觀，通常可達(dá)90%以上。但該方法也存在一定的缺點(diǎn)，在該技術(shù)的運(yùn)行中，核心技術(shù)“膜”需要定期的進(jìn)行清洗，以防堵塞，其處理要求較高。

4.3 吸附法

該方法主要是應(yīng)用吸附技術(shù)來(lái)吸收VOCs。對(duì)吸附性能會(huì)產(chǎn)生影響的主要是VOCs的類型、密度、吸附素材的選擇等。該方法具有以下特點(diǎn)，應(yīng)用簡(jiǎn)便、排污效率較高(能夠達(dá)到90%)、脫附后還能加以再利用，當(dāng)前已是處理VOCs污染的重要手段之一。該方法更多的是應(yīng)用在低濃度的廢氣處理過(guò)程中，如果遇到高濃度的情況，就需要先利用冷凝等技術(shù)進(jìn)行處理，然后再進(jìn)行吸附處理。

4.4 吸收法

吸收法主要是通過(guò)利用廢氣組分在吸收劑中的不同溶解度來(lái)使其分離，從而廢氣得以凈化。其過(guò)程有物理過(guò)程，也存在化學(xué)過(guò)程。吸收法的核心在于吸收劑的選擇，對(duì)于吸收劑來(lái)說(shuō)，必須對(duì)于廢氣有較大的溶解度，同時(shí)對(duì)廢氣應(yīng)該具有較好的選擇性。為了避免該方法帶來(lái)的二次污染，吸收劑要便于使用、再生等[4]。

4.5 催化燃燒法

催化燃燒技術(shù)主要是依托于催化劑的作用，將揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)行氧化分解為水和二氧化碳的過(guò)程。因此其對(duì)可燃以及高溫下可分解的揮發(fā)性有機(jī)物具有較好的處理效果。催化燃燒在催化劑的作用下使得所需轉(zhuǎn)化溫度得以降低，且對(duì)于揮發(fā)性有機(jī)物有較強(qiáng)的選擇性，在眾多處理技術(shù)當(dāng)中，該方法是目前兼具經(jīng)濟(jì)效益的VOCs處理技術(shù)，得到廣泛使用。該技術(shù)的關(guān)鍵在于催化劑。目前貴金屬催化劑效果最優(yōu)，如Pt。此類催化劑通常借助于載體而使用，其具有高活性以及高選擇性，但是其昂貴的價(jià)格使得在工業(yè)上的廣泛應(yīng)用受到了極大的限制。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者為了找到來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉的催化劑，發(fā)現(xiàn)過(guò)渡金屬氧化物對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物的去除有較好的效果，如Mn等。且與貴金屬相比，成本相對(duì)較低，但其活性仍需進(jìn)一步研究改進(jìn)。

4.6 吸附-催化燃燒工藝

吸附-催化燃燒工藝是20世紀(jì)末發(fā)展起來(lái)的常規(guī)吸附方法與催化燃燒方法的組合工藝。該工藝原理是當(dāng)吸附劑吸附達(dá)到飽和后，用熱氣流將有機(jī)物從吸附劑上脫附下來(lái)，使其再生，解吸釋放的高濃度VOCs廢氣送往催化器催化燃燒，燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的熱量，一部分用于預(yù)熱解吸后的高濃度VOCs廢氣，另一部分用于熱解吸，其典型工藝流程可見圖1。

圖1 吸附-熱再生-催化燃燒工藝

4.6 生物法

該方法主要是對(duì)污染物進(jìn)行生物處理，經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間之后，利用微生物將其中的VOCs以及其他污染物分解成CO2和H2O。該方法的優(yōu)點(diǎn)非常多，應(yīng)用簡(jiǎn)單，所需成本較低，不會(huì)形成二次污染等，不過(guò)因?yàn)樘幚硭俣容^慢，效率不高，更多的被用于低濃度污染物的處理。近些年，隨著生物技術(shù)的不斷發(fā)展，生物菌落等的研發(fā)工作持續(xù)地獲得突破，使得該方法有望在VOCs污染的處理過(guò)程中獲得更為廣泛的使用。

4.7 低溫等離子體技術(shù)

低溫等離子體技術(shù)主要是依托于外加的電場(chǎng)的作用，電極空間里電子加速運(yùn)動(dòng)，電子與氣體分子發(fā)生碰撞，使氣體分子發(fā)生電離，離解的過(guò)程。使揮發(fā)性有機(jī)物大分子降解為二氧化碳和水或者一些較小的分子。使得污染物得以去除或轉(zhuǎn)化[5]。低溫等離子其成本較高，能耗高且系統(tǒng)不穩(wěn)定，設(shè)備易腐蝕，且對(duì)有機(jī)物沒有很好的選擇性，并存在二次污染的問題。目前尚未工業(yè)化應(yīng)用。

4.8 光催化技術(shù)

該技術(shù)主要是在一定波長(zhǎng)的光照條件下，光生電子和空穴與離子或分子形成氧化性或還原性的自由基，進(jìn)而將有機(jī)大分子進(jìn)行降解的過(guò)程。光催化技術(shù)被認(rèn)為是一種高效率且安全友好型的凈化技術(shù)。光催化技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)是光催化劑。光催化劑主要包括以二氧化鈦為基體的催化劑和除二氧化鈦以外的氧化鋅，氧化鎢等的催化劑。

雖然目前對(duì)于光催化劑的研究取得了大量的研究成果，但是光催化分解過(guò)程中，機(jī)理不明確以及VOCs濃度較低時(shí)，光催化反應(yīng)較慢、效率低等缺點(diǎn)還是影響著其應(yīng)用。目前尚未工業(yè)化應(yīng)用。

5 總結(jié)

總的來(lái)講，工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的VOCs類型多樣，特性各異，形成條件復(fù)雜，除了上面介紹的幾類VOCs處理技術(shù)，業(yè)內(nèi)也在不斷研發(fā)更加適合自身發(fā)展的處理技術(shù)，而且也已逐步形成了多種有效的VOCs處理技術(shù)。不過(guò)，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，使用一種技術(shù)常常不能取得非常理想的效果，這就要求結(jié)合多種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)組合工藝來(lái)加以處理，不但能夠提高去污效率，也能盡可能的減少運(yùn)行成本。所以，在未來(lái)的工作中我們要充分掌握各種技術(shù)的特點(diǎn)及其運(yùn)用條件，針對(duì)VOCs的具體情況進(jìn)行綜合分析處理，以獲得最為理想的排污效果。同時(shí)，有針對(duì)性地對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)行處理，減少二次污染的發(fā)生。企業(yè)不僅采取合適處理工藝，而且應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，嚴(yán)格遵守排放標(biāo)準(zhǔn)。

[1]羅家琪.揮發(fā)性有機(jī)物新治理技術(shù)研究進(jìn)展[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016，(21)：181.

[2]楊新興，李世蓮，尉鵬，等.環(huán)境中的VOCs及其危害[J].前沿科學(xué)，2013，(4)：21-35.

[3]徐孟孟.膜生物反應(yīng)器處理二甲苯廢氣的實(shí)驗(yàn)探究[D].杭州：浙江工業(yè)大學(xué)，2015.

[4]趙揚(yáng)，何璐紅，劉斌杰.吸收法處理VOCs工業(yè)廢氣的研究進(jìn)展[J].山東化工，2014，43(5)：78-79.

[5]孫小亮，蔡忠林，胡真.低溫等離子體催化治理氣態(tài)污染物的研究進(jìn)展[J].環(huán)境科技，2009，22(3)：72-75.