曾人寬

（深圳市智盾環(huán)保科技有限公司，廣東深圳 518300）

VOCs 是指常溫下飽和蒸汽壓大于70Pa，常壓下沸點在260℃以下的全部有機化合物總稱。主要包括烷類、芳烴類、酯類、醛類和其他等，以苯、甲苯、二甲苯、非甲烷總烴等為典型代表。VOCs 來源廣泛，既包括自然源（如植被排放、森林火災(zāi)、野生動物排放和濕地厭氧過程等），也包括人為源（如工業(yè)源、交通運輸源、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)源及生活源等），排放量比較大的工業(yè)源包括煉油廠、噴漆、汽車涂裝、包裝印刷等。VOCs 的危害分為直接危害和間接危害，直接危害是指VOCs直接與人體接觸，刺激人體眼睛、呼吸管道及神經(jīng)系統(tǒng)等，誘發(fā)眾多疾病問題；間接危害是指VOCs 會參與光化學(xué)反應(yīng)，形成二次污染物，從而增加煙霧和臭氧濃度，危害人體健康和農(nóng)作物的生長。因此為改善大氣環(huán)境質(zhì)量，維護人民身體健康，VOCs 的排放治理已刻不容緩[1]。

1 單一VOCs治理技術(shù)

1.1 冷凝法

冷凝法是利用物質(zhì)在不同溫度下具有不同飽和蒸氣壓的特性，采用降溫或提壓的方式使廢氣中VOCs 氣體量達到飽和，并冷凝成液體與廢氣分離，從而達到凈化和回收有機物的目的。該方法比較適合處理濃度高、氣體量小的有機廢氣，理論上冷凝法可達到比較高的凈化程度，可使大多數(shù)的有機物得到回收利用。冷凝法分為表面冷凝和接觸冷凝，在表面冷凝中，冷凝劑既不與蒸汽接觸，也不與冷凝物接觸。與表面冷凝相反，在接觸冷凝中，則是通過直接向氣體噴射冷卻液的方法使VOCs 氣體冷凝。對于企業(yè)來說，冷凝法的缺點就是運行成本比較高，但卻是必不可少的技術(shù)。

1.2 吸收法

吸收法是比較常用的VOCs 廢氣末端治理技術(shù)之一。這種技術(shù)在吸收凈化氣態(tài)污染物的同時，還可以通過精餾或萃取回收有機物，以達到資源循環(huán)利用的目的。該法比較適合處理大氣量，中低濃度的有機廢氣。對于吸收劑，它與被吸收組分有比較大的溶解性，同時如果需回收有用的VOCs 組分，則回收組分不得與其他組分互溶。采用低揮發(fā)或不揮發(fā)液體對VOCs 進行吸收，利用不同廢氣分子與吸收劑的溶解度差異進行分離，使廢氣中的有害組分被吸收劑吸收，從而達到凈化廢氣的目的。吸收法具有操作方便、占地面積少、投資少、運行費用低等優(yōu)點，在噴漆、皮革、制藥和化工等行業(yè)中廣泛應(yīng)用于有機廢氣的治理。

1.3 吸附法

吸附技術(shù)是利用吸附劑表面豐富的微孔結(jié)構(gòu)與廢氣分子接觸，通過物理吸附和化學(xué)吸附作用使廢氣組分附著在固體表面，以達到消除有害污染物的目的。吸附技術(shù)的凈化效率在很大程度上取決于所選取吸附劑的特性。吸附劑基本上是多孔性固體材料，一般具有微孔結(jié)構(gòu)豐富，吸附容量大和良好的機械強度等特點。目前使用最廣泛的吸附劑是活性炭，具有比較大的比表面積，良好的選擇性，足夠的熱穩(wěn)定行及化學(xué)穩(wěn)定性，對苯系物、酯類、氯代烴等有機物的吸附效果良好；并且活性炭的來源廣泛，價格低廉，具有一定的脫附再生性能，可被多次循環(huán)使用，因此廣泛應(yīng)用于VOCs 的治理當(dāng)中。吸附技術(shù)具有凈化效率高、投資少、操作方便的優(yōu)點，適用于較低濃度高通量的有機廢氣的凈化。

1.4 催化燃燒法

催化燃燒法其實是完全的催化氧化，在催化劑的作用下，VOCs 分子可與空氣中的氧氣發(fā)生低溫（350℃左右）氧化反應(yīng)，常用催化劑有貴金屬催化劑和非貴金屬催化劑：Pt、Pd 等貴金屬催化劑的活性好，壽命長，使用穩(wěn)定，對于低濃度VOCs治理有著比較好的催化效果，而且反應(yīng)溫度低，安全性高；而對于非貴金屬催化劑，因具有成本優(yōu)勢，也是當(dāng)前的研究熱點，但目前其催化效率比較低，應(yīng)用受限。焦向東等[1]通過浸漬法制備的Pd-Pt-Ce/Al2O3催化劑，在催化氧化甲苯廢氣的實驗中顯示，適當(dāng)?shù)奶岣叽呋M分的負(fù)載量，可大大提高催化劑活性，當(dāng)P、Pt 和Ce 質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.05%、0.005%和1%時，即使在低溫條件下Pd-Pt-Ce/Al2O3催化劑處理甲苯時也顯示出了比較高的凈化效率。

1.5 光催化法

光催化技術(shù)是常溫反應(yīng)技術(shù)，可在室溫條件下將VOCs氧化為無毒無害的物質(zhì)，TiO2是光催化反應(yīng)中應(yīng)用比較廣的催化劑，活性較高且無選擇性。段波等[2]以甲醛、甲苯和苯為實驗廢氣，通過風(fēng)道式反應(yīng)器來模擬環(huán)境艙實驗系統(tǒng)，對光催化反應(yīng)中各廢氣組分的降解性能和不同分子間的相互影響進行了研究分析。實驗顯示，光催化法對單組分VOC 具有良好的降解效果，在催化反應(yīng)后的72min 內(nèi)，廢氣組分的凈化率可達到60%～75%；在雙組分有機廢氣的光催化實驗中，目標(biāo)組分的轉(zhuǎn)化率會受到另一組分的影響。光催化法處理VOCs具有效率高、應(yīng)用范圍廣、反應(yīng)條件溫和等優(yōu)點，適合處理小風(fēng)量、低濃度的有機廢氣，對于臭氣的處理效果也比較好。

1.6 生物法

生物法早期應(yīng)用于臭氣的治理，后來隨著技術(shù)的逐漸成熟，在低濃度VOCs 的處理中應(yīng)用越來越廣，其原理是微生物利用有機污染物為碳源進行新陳代謝，將VOCs 分子分解成無毒無害的物質(zhì)，從而實現(xiàn)污染物的分解凈化，這一過程主要通過吸收、吸附、傳質(zhì)及生物降解等步驟來完成。該法具有安全高效、能耗低、不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)勢。曹菁洋等以某石化污水站產(chǎn)生的VOCs 為研究對象，對生物濾池、生物滴濾和生物洗滌洗滌3種處理方式進行對比分析，實驗顯示，生物滴濾塔由于可以精確控制營養(yǎng)物的濃度與pH，對復(fù)雜工況的VOCs 廢氣凈化表現(xiàn)良好的適應(yīng)性和穩(wěn)定性，處理效率可達到90%以上，有效地控制了VOCs 廢氣的排放[3]。

2 常見的組合式VOCs治理技術(shù)

2.1 活性炭吸附+催化燃燒技術(shù)

活性炭吸附+催化燃燒技術(shù)是采用活性炭或分子篩等作為吸附劑對VOCs 進行吸附，當(dāng)活性炭吸附飽和后，脫附系統(tǒng)開啟，脫附的有機廢氣將會進入催化氧化爐進行氧化反應(yīng)，以達到凈化廢氣的目的，該組合工藝是結(jié)合了吸附法和催化燃燒的優(yōu)點，比較適合大風(fēng)量、低濃度廢氣的處理?；钚蕴课?催化燃燒技術(shù)是我國自主創(chuàng)新的VOCs 治理工藝，該技術(shù)對被處理廢氣的條件要求比較高，需做好預(yù)處理，避免粉塵影響活性炭和催化劑的處理效率。這種技術(shù)具有凈化效率高、應(yīng)用范圍廣、經(jīng)濟效益好等優(yōu)點，在燃燒過程放出的熱量可經(jīng)過換熱器用于脫附氣體的加熱，達到節(jié)能降耗的目的，由于該技術(shù)具有優(yōu)良的特性，已廣泛應(yīng)用于VOCs 廢氣的處理。

2.2 冷凝+催化燃燒技術(shù)

冷凝+催化燃燒技術(shù)是先對廢氣中的水蒸氣進行冷凝，然后將不凝氣引到催化燃燒爐進行氧化反應(yīng)，達到分離凈化廢氣的目的。廢氣中會有部分VOCs 廢氣和水蒸氣在經(jīng)過冷凝器時一起冷凝為液體，它們與體系中小粒徑液滴結(jié)合，形成體積更大的液滴沉降，沒有被冷凝的VOCs 廢氣在風(fēng)機作用下會進入催化燃燒系統(tǒng)，在加熱的條件下進行充分的催化燃燒反應(yīng)，實現(xiàn)有機廢氣的達標(biāo)排放。冷凝+催化燃燒治理技術(shù)可以降低廢氣溫度，有利于處理閃點比較低的VOCs 氣體，同時也降低了催化設(shè)備的燃燒負(fù)荷，使處理系統(tǒng)的安全性得到了保證，但不足之處是系統(tǒng)的能耗將會增加，進而提高了運行成本，回收廢液的處理也是需考慮的問題，因此該技術(shù)還有待改進和完善，未被廣泛推廣應(yīng)用。

2.3 吸附+冷凝技術(shù)

吸附+冷凝技術(shù)是先通過降溫方式將廢氣中的高濃度可凝組分冷凝成液體，而部分低濃度不凝廢氣通過活性炭的吸附進行凈化處理。對于小風(fēng)量、高濃度的廢氣，冷凝技術(shù)具有穩(wěn)定、高效的凈化效果，但對風(fēng)量大、濃度低的廢氣處理能力有限，達不到預(yù)期的效果，與吸附法形成組合技術(shù)可以實現(xiàn)優(yōu)勢互補，擴大了該技術(shù)的應(yīng)用范圍。并且，廢氣經(jīng)過冷凝器后，會除去部分雜質(zhì)，可以避免粉塵顆粒物破壞活性炭微孔結(jié)構(gòu)，提高了其吸附效率。同時，經(jīng)過冷凝器的預(yù)處理可以有效降低廢氣溫度，避免活性炭因高溫引發(fā)自燃事故的發(fā)生。對多組分有機廢氣的處理，吸附+冷凝技術(shù)還處在研究階段，因此為了保證治理系統(tǒng)的處理效率，還需針對廢氣的實際特征，選用合適的吸附劑和冷凝劑，并對設(shè)備結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，該組合技術(shù)才能達到良好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。

2.4 吸附+光催化技術(shù)

吸附+光催化技術(shù)是指在吸附劑的表面負(fù)載一層光催化劑，通過紫外光的照射，有機廢氣在催化劑的作用下被分解為CO2、H2O 和無機小分子。這種組合技術(shù)比較適合低濃度廢氣的處理，首先通過活性炭表面豐富的微孔結(jié)構(gòu)，將VOCs富集到光催化劑表面，提高VOCs 濃度，進而在紫外光和催化劑的作用下進行光催化反應(yīng)，提高凈化效率，此外，吸附劑也可以吸附?jīng)]有反應(yīng)完全的中間產(chǎn)物，避免二次污染。吸附+光催化組合技術(shù)優(yōu)化了設(shè)備空間結(jié)構(gòu)，大大降低了設(shè)備占地面積，而且光催化反應(yīng)的條件溫和、能耗低和操作簡單，有著很好的應(yīng)用前景。但該技術(shù)仍存在催化劑易失活、活性炭吸附容量有限等缺點，會造成設(shè)備浄化效率不穩(wěn)定，為了使該技術(shù)實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用，還需進一步研究出具有優(yōu)良特性的吸附材料和催化材料。

2.5 低溫等離子體+光催化技術(shù)

低溫等離子體+光催化技術(shù)是指在等離子體反應(yīng)器中填充TiO2催化劑，當(dāng)反應(yīng)器產(chǎn)生的高能量粒子將有機污染物分解成小分子時，這些物質(zhì)在催化劑的作用下進一步被氧化分解成無機小分子，以達到凈化分離廢氣的目的。光催化劑與等離子體放電之間是相互影響的，催化劑可以改變等離子體放電的性質(zhì)，使其放電產(chǎn)生氧化性更強的新活性物質(zhì)；而等離子體放電會影響催化劑的化學(xué)組成、比表面積及催化結(jié)構(gòu)，提高其催化活性，大大提升低溫等離子體+光催化技術(shù)凈化VOCs 的效率。該組合技術(shù)比較適合處理大風(fēng)量、低濃度的有機廢氣，具有運行成本低、反應(yīng)速率快、無二次污染等優(yōu)點。

3 結(jié)論

隨著人們越來越重視環(huán)保污染問題，VOCs 的排放標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格。而VOCs 廢氣成分復(fù)雜、濃度波動范圍大，單一VOCs 末端治理技術(shù)容易受廢氣特征工況的影響，不能穩(wěn)定達標(biāo)排放。因此，隨著治理技術(shù)的不斷完善和改進，組合技術(shù)越來越受到人們的關(guān)注。每種有機廢氣末端治理技術(shù)都有自己的優(yōu)勢和局限性，在選擇處理工藝時，需考慮技術(shù)、經(jīng)濟以及管理指標(biāo)，最大限度地發(fā)揮每種治理技術(shù)的優(yōu)勢，取長補短，以達到企業(yè)投資最優(yōu)化。并且在當(dāng)前處理技術(shù)的基礎(chǔ)上，對各技術(shù)所用到的材料和設(shè)備應(yīng)不斷改進和完善，開發(fā)治理效果好、投資小、無二次污染的新技術(shù)，以調(diào)動企業(yè)的積極性，做好大氣污染的防治工作。