田瑞麗

(山西高騰環(huán)境科技有限公司，山西 太原 030012)

引 言

當(dāng)前形勢下環(huán)境污染的狀況越來越嚴(yán)重，因此也衍生了環(huán)境保護(hù)的重要性。揮發(fā)性有機(jī)化合物是環(huán)境中污染最嚴(yán)重的化合物之一。由于它們的化學(xué)性質(zhì)可以增強(qiáng)人類患癌癥的機(jī)率，濃度過高時還能造成中毒甚至死亡。其他污染物和VOCs匯合在一起的話可以產(chǎn)生更高級的污染物。有187種污染物是被美國環(huán)保局所了解和控制，其中揮發(fā)性有機(jī)化合物就有33種。針對這一情況，我國環(huán)境保護(hù)部以及國家發(fā)展和改革委員會聯(lián)合發(fā)布了《揮發(fā)性有機(jī)物排污收費(fèi)試點(diǎn)辦法》，這一方案開始在2015年10月1日起實(shí)行，對石油化工、印刷、包裝收取排污費(fèi)用。隨著大氣污染的日益嚴(yán)重和大氣污染監(jiān)測手段的日趨細(xì)化，VOCs的監(jiān)測、研究和控制變得越來越重要。

1 揮發(fā)性有機(jī)物的定義和來源

1.1 揮發(fā)性有機(jī)物的定義

國內(nèi)和國外對揮發(fā)性有機(jī)物的定義各有不同的側(cè)重點(diǎn)，透過人體健康、物理性質(zhì)和環(huán)境效益這些方面來定論。在環(huán)境保護(hù)工作中應(yīng)考慮環(huán)境效益和人體健康，而從物理性質(zhì)的角度來看定義主要適用于工業(yè)?！丁笆濉睋]發(fā)性有機(jī)物污染防治工作方案》對VOCs的定義是：VOCs是參與大氣光化學(xué)反應(yīng)的有機(jī)化合物，包含有除甲烷烴類外，還具有含氮有機(jī)物、含氧有機(jī)物和含硫有機(jī)物。WHO(世界衛(wèi)生組織)將它定義為：在室溫下?lián)]發(fā)性有機(jī)化合物，其沸點(diǎn)為50 ℃～260 ℃，通過芳烴、烷烴、醛類、酯類、和其他等等來定義和分化出它們的化學(xué)結(jié)構(gòu)。

1.2 揮發(fā)性有機(jī)物的來源

在當(dāng)前，針對化工企業(yè)和石油煉化企業(yè)所生產(chǎn)的揮發(fā)性有機(jī)化合物做出分析，主要有以下三個來源產(chǎn)生：1) VOCs填充過程中產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體；2) 通過法蘭及密封過程泄漏到大氣中的揮發(fā)性有機(jī)化合物;3) 貯存過程中呼吸閥工作呼出的VOCs。針對這些情況的處理方式，第一點(diǎn)和第三點(diǎn)要通過增加油氣回收裝置來處理。而第二點(diǎn)就需要這些企業(yè)聘請合格的專業(yè)公司進(jìn)行現(xiàn)場檢測，杜絕泄漏[1]。

2 揮發(fā)性有機(jī)物的監(jiān)測方法

2.1 質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜法

由于VOCs的高活度，使得樣品的采集和儀器的分析十分困難。這些問題可以通過質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜法得到有效解決。質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜法采用自動取樣系統(tǒng)進(jìn)行取樣，然后將樣品送入色譜柱進(jìn)行分離。方法有以下特點(diǎn)：可以直接采用自動注入，過程能夠避免混亂現(xiàn)象出現(xiàn)在其中，依此來確定了監(jiān)測的準(zhǔn)確性。除此之外，這種分析方法還具有高效靈敏的特點(diǎn)，過程是不需要進(jìn)行濃縮的。

2.2 膜分離技術(shù)

近年來隨著膜分離技術(shù)的不斷發(fā)展和更新，可揮發(fā)性有機(jī)物的監(jiān)測方法首次采用了膜分離技術(shù)。氣相色譜—膜萃取分離有機(jī)化合物有以下過程：揮發(fā)性有機(jī)化合物首先通過纖維膜，VOCs會與相應(yīng)的惰性氣體結(jié)合，結(jié)合之后的產(chǎn)物會經(jīng)過壓縮和吸收步驟。在一段時間后，判定萃取是否達(dá)成了恒定的狀態(tài)，再來進(jìn)行分離。保證檢測方法的有效性也是萃取分離過程的宗旨，這個過程非常有必要避免相間的混合，杜絕乳化現(xiàn)象的產(chǎn)生，最小程度的去減少溶劑的消耗。

2.3 吸附劑監(jiān)測法

吸附劑監(jiān)測法采用固體吸附劑濃縮揮發(fā)性有機(jī)化合物。該方法將采樣與濃度相結(jié)合，具有較好的實(shí)用性。并且利用吸附管可計算監(jiān)測氣體污染物濃度的平均濃度。對比上訴的兩種方法，這種方法體現(xiàn)出了成本低，可重復(fù)使用的優(yōu)點(diǎn)。但是它并不適合用來針對那些揮發(fā)性較大的化合物，這也是它的缺點(diǎn)。所以在方法的選取過程中，還是要依次對比做出選擇。

3 揮發(fā)性有機(jī)物的治理方式

3.1 傳統(tǒng)的處理方式

在發(fā)展使用現(xiàn)行的處理方式時，也可以將傳統(tǒng)的處理方式做出介紹。生產(chǎn)企業(yè)在傳統(tǒng)的過程中面對揮發(fā)性有機(jī)物的治理方法分為銷毀式和回收式兩種。銷毀式當(dāng)中包含有光催化法，直接燃燒或者催化燃燒法和等離子技術(shù)法以及生物氧化法；回收式主要包括冷凝技術(shù)法、膜技術(shù)法、水噴淋法以及吸附吸收法等等。前者主要是在一定的技術(shù)條件和手段上把揮發(fā)性有機(jī)物降解成無毒無味的氣體，方法具有很強(qiáng)的破壞性。而后者的思路是將揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)行脫除，此過程充分利用了揮發(fā)性有機(jī)物的物化特質(zhì)，結(jié)合特有的裝置將揮發(fā)性有機(jī)物各組分離，實(shí)現(xiàn)凈化的作用。

3.1.1 生物氧化法

生物氧化的技術(shù)原理通過微生物的氧化、代謝以及消化實(shí)現(xiàn)對有機(jī)物的分解或降解等過程。工藝流程為：通入揮發(fā)性有機(jī)化合物的制備再進(jìn)行加濕，加濕氣體隨生物濾池床移動。通過生物膜，接觸生物細(xì)菌，產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)過程，實(shí)現(xiàn)降解VOCs。這項(xiàng)VOCs工藝處理技術(shù)具有消耗成本低、可重復(fù)利用的優(yōu)點(diǎn)。不過還是有著設(shè)備過大、耗費(fèi)周期長、效率低、所需苛刻的生物生長條件的缺點(diǎn)。

3.1.2 冷凝技術(shù)法

冷凝回收技術(shù)是通過提高或降低空氣壓力來實(shí)現(xiàn)的低溫法，將揮發(fā)性有機(jī)物從氣體中轉(zhuǎn)化為其他形式。利用物理的方法改變溫度來分離VOCs。這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是它可以凈化高沸點(diǎn)、高濃度的氣體。但是它本身具有高揮發(fā)性氣體效應(yīng)差，設(shè)備成本高、能耗高的缺點(diǎn)。

3.2 現(xiàn)行的治理技術(shù)

可揮發(fā)性有機(jī)物的治理發(fā)展到今天，也衍生出了一些比較新型的技術(shù)。

納米材料具有特殊的結(jié)構(gòu)，它的熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)導(dǎo)致它的外觀和尺寸都很小，具有量子尺寸、表面與界面、介電極限、宏觀量子隧道等效應(yīng)。納米材料在這些效應(yīng)的驅(qū)使下具有輻射、吸收、催化、吸附等特性存在，因此，它在許多方面具有廣闊的應(yīng)用前景。它的前兩種效果是納米材料應(yīng)用于VOCs的清潔表面的主要根據(jù)。納米技術(shù)應(yīng)用原理和方法，如表1所示。

表1 納米技術(shù)應(yīng)用方法和原理

3.3 復(fù)合型技術(shù)

面對VOCs的種類、性質(zhì)、濃度等不同行業(yè)的特點(diǎn)衍生出了一種特殊方法，這種方法就是將兩種或多種方法混合在一起使用。當(dāng)前發(fā)展背景下僅僅使用一種加工工藝是很難滿足加工要求的，多種技術(shù)結(jié)合在一起可以彰顯更大的特點(diǎn)。復(fù)合型具有很強(qiáng)的互補(bǔ)性和針對性。治理效果遠(yuǎn)好于單一的治理技術(shù)，如采用吸附濃縮法+冷凝回收技術(shù); 吸附濃縮法+燃燒技術(shù)；光催化復(fù)合凈化技術(shù)+等離子體。這些復(fù)合工藝可以避免不同工藝的缺點(diǎn)，發(fā)揮優(yōu)點(diǎn)，最大限度地提高凈化效率從而可以降低投資運(yùn)營成本，增強(qiáng)穩(wěn)定性，簡化運(yùn)營，處理VOCs的過程可以表現(xiàn)為經(jīng)濟(jì)、高效、穩(wěn)定的表現(xiàn)方式。催化燃燒+吸附濃縮復(fù)合方法應(yīng)用比較廣泛，采用吸附分離法對低濃度高風(fēng)量工業(yè)廢氣中的VOCs進(jìn)行了去除分離和濃縮，此后對濃度高的空氣污染通過燃燒來分解和凈化[2]。

4 結(jié)語

對VOCs的定義和來源做出介紹，是為了讓人們更加關(guān)注VOCs，對其特性采取有針對的措施。通過催化燃燒、吸附、生物處理這些方法和復(fù)合工藝分析得出，VOCs控制技術(shù)的選擇過程， VOCs的排放方式、排放濃度和排放量應(yīng)整體考慮，還有污染物的種類和其他因素也要被計算在內(nèi)。低濃度、流量大，多組分且無回收價值的VOCs凈化場所適用催化燃燒技術(shù)，雖然應(yīng)用范圍最廣泛的吸附技術(shù)具有設(shè)備簡單的特點(diǎn)，不過更要及時定期的去更換吸附劑，即使運(yùn)行成本高；設(shè)備操作簡單的生物處理工藝、二次污染小，性能好能耗低，但不能回收利用，這個要類比使用；單一的技術(shù)的處理效果是遠(yuǎn)遠(yuǎn)遜色于復(fù)合類技術(shù)的處理效果，考慮成本方面，技術(shù)還需要進(jìn)一步完善，簡化操作和提高穩(wěn)定性。