李劍雄

（廈門華和元環(huán)保科技有限公司，福建 廈門 361006）

按照世衛(wèi)組織定義，揮發(fā)性有機(jī)廢氣（VOCs）是指在常溫下沸點(diǎn)為50 ℃～260 ℃的各種有機(jī)化合物。在我國環(huán)保領(lǐng)域多指參與大氣光化學(xué)反應(yīng)的有機(jī)化合物，或者按有關(guān)規(guī)定確定的有機(jī)化合物。近年來，由VOCs參與引起的大氣復(fù)合污染問題突出，日益受到社會(huì)各界的關(guān)注。國家及地方生態(tài)環(huán)境部門對于VOCs的治理及監(jiān)管力度也在不斷強(qiáng)化。

1 VOCs的來源和特征

揮發(fā)性有機(jī)廢氣（VOCs）來源廣泛，包括石化、化工、工藝涂裝、包裝印刷、油品儲(chǔ)運(yùn)銷、紡織、制革等行業(yè)。揮發(fā)性有機(jī)廢氣具有揮發(fā)性強(qiáng)、成分復(fù)雜等特點(diǎn)，按照組分可分為烴類（烷烴、芳香烴、鹵代烴類、烯烴）、醇類、酮類、酯類、醚類及其它化合物。VOCs性質(zhì)活潑，具有光化學(xué)反應(yīng)特性、健康毒性，可對人體皮膚、呼吸道黏膜產(chǎn)生刺激作用，甚至增加人們患白血病、肺炎、肺癌的幾率。部分VOCs具有異味，可使人產(chǎn)生感官上不悅、頭暈、惡心等生理反應(yīng)，諸如注塑異味、橡膠惡臭、噴漆惡臭等污染現(xiàn)象，是較為常見的環(huán)保投訴類型，也是引發(fā)廠群關(guān)系不睦的重要原因之一。

2 VOCs治理技術(shù)及其影響

揮發(fā)性有機(jī)廢氣（VOCs）治理技術(shù)有吸附法、燃燒法、吸收法、冷凝法、膜分離法、生物法、低溫等離子法及催化氧化法[1]。

2.1 吸附法

吸附法在VOCs廢氣治理中的應(yīng)用主要是利用高性能吸附材料的多孔介質(zhì)比表面積大及其范德華力作用等特性，將污染物吸引富集在多孔介質(zhì)中，適用于大風(fēng)量、低濃度的有機(jī)廢氣治理，能吸附苯系物、醇類、酮類、烴類、酯類等有機(jī)溶劑。這種吸附過程是可逆的，當(dāng)吸附介質(zhì)飽和后即失去吸附能力。常見的吸附介質(zhì)有活性炭、分子篩、活性氧化鋁等，其中以活性炭的應(yīng)用最廣，是中小型工業(yè)企業(yè)的首選。按照吸附介質(zhì)的狀態(tài)，吸附裝置可分為固定床、移動(dòng)床、流化床，其中以固定床的應(yīng)用最廣泛（如活性炭吸附箱）。

吸附法治理VOCs廢氣包括吸附及吸附劑再生的全部過程，但在環(huán)評實(shí)踐中更多的中小企業(yè)采用一次性活性炭吸附拋棄法。主要原因在于活性炭吸附法具有初設(shè)成本低、技術(shù)適應(yīng)性較高等優(yōu)點(diǎn)?；钚蕴课椒▽OCs廢氣的凈化效率可達(dá)90%以上，但在應(yīng)用中大量未經(jīng)合理設(shè)計(jì)的吸附裝置由設(shè)備商直接提供安裝，造成實(shí)際處理效率較低（50～60%），與HJ 2026-2013《吸附法工業(yè)有機(jī)廢氣治理工程技術(shù)規(guī)范》的控制要求存在一定差距，甚至由于活性炭更換不及時(shí)導(dǎo)致廢氣幾乎直排；廢氣停留時(shí)間不足、活性炭碘量值不足，也是導(dǎo)致吸附效率低下的原因；雨季潮濕以及一些采用水簾法預(yù)處理但缺乏除濕工序的活性炭吸附裝置，由于活性炭中毒失效可導(dǎo)致廢氣非正常排放。采用活性炭拋棄法還可能面臨活性炭頻繁更換以及高額危廢處置費(fèi)用等問題；另外，飽和后的廢棄活性炭在更換后若不及時(shí)存放在密閉容器或密封袋內(nèi)，會(huì)以無組織的形式釋放VOCs。故在采用活性炭吸附法處理VOCs時(shí)，應(yīng)注意避開以上誤區(qū)，確保凈化裝置穩(wěn)定達(dá)標(biāo)運(yùn)行，杜絕非正常排放及二次污染。

2.2 燃燒法

燃燒法可分為催化燃燒法、直接燃燒法及熱力燃燒法等。

2.2.1 催化燃燒法

催化燃燒法是用催化劑使廢氣中可燃物質(zhì)在較低溫度下（最低可達(dá)200 ℃）進(jìn)行氧化分解的凈化方法。催化燃燒為無火焰燃燒，安全性好，燃燒產(chǎn)物為CO2和H2O。催化燃燒法可用于金屬印刷、漆包線、煉焦、油漆、化工等行業(yè)中有機(jī)廢氣的凈化，使用時(shí)需要預(yù)熱。但處理的廢氣組分中不能含有塵粒、霧滴或其它易使催化劑中毒的氣體，主要缺點(diǎn)是催化劑（如貴金屬鉑、鈀、釕）費(fèi)用昂貴。

2.2.2 直接燃燒法

直接燃燒最直觀的描述為“火炬”燃燒，常用在石油和化學(xué)工業(yè)中。它是將廢氣中的有害成分作為燃料燃燒殆盡，燃燒產(chǎn)物為CO2、H2O和N2，適用于凈化高濃度、小風(fēng)量并且可燃性好的有害氣體。在應(yīng)用上，還可將濃度較高的可燃揮發(fā)性廢氣引入鍋爐、爐窯進(jìn)行直燃。直接燃燒法具有成本低的優(yōu)點(diǎn)，但燃燒后產(chǎn)生的大量煙塵可對環(huán)境造成二次污染。

2.2.3 熱力燃燒法

熱力燃燒法適用于處理可燃組分較低、燃燒時(shí)放出的熱量不足以維持燃燒所需最低溫度的VOCs廢氣。熱力燃燒法需要額外加入一定量的輔助燃料，如天然氣、柴油、煤氣等。熱力燃燒所需的停留時(shí)間為0.3～1 s不等，溫度條件達(dá)到740～820 ℃范圍時(shí)可使大部分VOCs完全燃燒成CO2、H2O和N2。當(dāng)熱力燃燒不完全時(shí)可能產(chǎn)生惡臭污染，故采用熱力燃燒法時(shí)通常需要先進(jìn)行預(yù)熱。

熱力燃燒法還可與沸石轉(zhuǎn)輪組合使用。沸石轉(zhuǎn)輪是吸附法的一種典型工藝，它將沸石分子篩作為吸附材料，分子篩可吸附過濾比空氣分子大的有機(jī)物，而空氣可以直接通過，轉(zhuǎn)輪分為吸附區(qū)、冷卻區(qū)及脫附區(qū)，吸附區(qū)吸附廢氣中的有機(jī)物，圖1為沸石轉(zhuǎn)輪工作示意圖。

圖1 沸石轉(zhuǎn)輪工作示意圖

待處理的有機(jī)混合廢氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)的作用，先經(jīng)過預(yù)處理過濾裝置去除廢氣中的雜質(zhì)部分，否則直接吸附會(huì)堵塞沸石的微縮孔，從而影響吸附效果甚至失效，經(jīng)過初步過濾后再進(jìn)入沸石轉(zhuǎn)輪吸附裝置進(jìn)行吸附凈化處理。有機(jī)物質(zhì)被轉(zhuǎn)輪沸石特有的作用力截留在其內(nèi)部，經(jīng)過一段時(shí)間的吸附后，沸石轉(zhuǎn)輪達(dá)到飽和狀態(tài)，轉(zhuǎn)輪按照一定的速度（每小時(shí)2～8轉(zhuǎn)）自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)入冷卻和高溫脫附區(qū)域。凈化的空氣通過冷卻區(qū)加熱后，經(jīng)熱交換器加熱再通過脫附區(qū)，帶走分子篩中的有機(jī)物，此時(shí)的VOC濃度濃縮為原來的3～15倍，脫附出來的廢氣變?yōu)楦邼舛?、小風(fēng)量、高溫度的有機(jī)廢氣，將更有助于燃燒凈化。

以廈門市某公司涂裝廢氣治理為例，該公司采用沸石轉(zhuǎn)輪+蓄熱式熱力氧化RTO組合工藝處理干式噴房的揮發(fā)性有機(jī)廢氣，輔助燃料為天然氣，處理對象為含有甲苯、二甲苯、非甲烷總烴的VOCs廢氣。案例中非甲烷總烴產(chǎn)生濃度約為220 mg/ m3、二甲苯接近8 mg/m3、甲苯接近3 mg/m3，聯(lián)合凈化效率可分別達(dá)到94.53%、94.58%、93.81%，排放濃度和排放速率均滿足福建省地方標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)涂裝工序揮發(fā)性有機(jī)物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB35/1783-2018）的控制要求，對環(huán)境空氣的影響較小。沸石轉(zhuǎn)輪+RTO組合工藝案例治理效果見表1。

表1 沸石轉(zhuǎn)輪+RTO組合工藝案例治理效果一覽表

2.3 低溫等離子及催化氧化法

低溫等離子體處理VOCs的反應(yīng)機(jī)理還不是很明確。有研究認(rèn)為低溫等離子體的反應(yīng)機(jī)理是粒子非彈性碰撞的結(jié)果。一方面，高能電子與氣體分子（原子）發(fā)生非彈性碰撞，將能量轉(zhuǎn)換成基態(tài)分子（原子）的內(nèi)能，發(fā)生激發(fā)、離解、電離等一系列過程，生成一些單原子分子和固體微粒，另一方面，又產(chǎn)生O、OH、HO2等大量自由基和氧化性極強(qiáng)的O3，這些活性粒子和臭氧與VOCs發(fā)生各種化學(xué)反應(yīng)，破壞VOC分子中的C-C、C=C或C-H等化學(xué)鍵，最終使VOCs分解生成CO2和H2O[2]。

催化氧化法以UV光解為代表，利用特制的高能、高臭氧UV紫外線光束照射非甲烷總烴廢氣，當(dāng)這些氣體分子吸收了這類紫外線光后，因紫外光所帶有的能量，使得有機(jī)氣體分子內(nèi)部發(fā)生裂解，使化學(xué)鍵斷裂，形成游離狀態(tài)的原子或基團(tuán)（如C+、H+、O+等）。同時(shí)，混合氣體中的氧氣被紫外線光裂解形成游離氧原子并結(jié)合生成臭氧，產(chǎn)生的分子式如下：

混合氣體中的水蒸氣被紫外線光裂解產(chǎn)生羥基[UV+H2O→H++OH-]，而這些生成的臭氧和羥基具有極強(qiáng)的氧化性，可將廢氣分子裂解產(chǎn)生的原子和基團(tuán)氧化成H2O和CO2等無污染的低分子化合物。

當(dāng)前，國家及地方層面不允許單一地采用低溫等離子、光氧催化等技術(shù)的治理措施，因?yàn)檫@些技術(shù)存在爆炸、VOCs處理效率低、可能產(chǎn)生O3等二次污染物等安全隱患。

2.4 冷凝法

冷凝法可以作為降濃的前處理方法，可與吸附法、燃燒法聯(lián)用，回收有價(jià)值的VOCs組分。對于高濃度的揮發(fā)性有機(jī)物（體積分?jǐn)?shù)在1%以上）需優(yōu)先采用冷凝法回收。以加油站油氣回收為例，從油氣收集系統(tǒng)收集的油氣經(jīng)油氣凝液罐排除冷凝液后（如多級冷凝法的回收率在90～95%）進(jìn)入油氣回收裝置，經(jīng)冷凝回收的汽油進(jìn)入回收汽油收集儲(chǔ)罐，尾氣通過活性炭吸附后可達(dá)標(biāo)排放，活性炭吸附飽和后的脫附油氣經(jīng)真空泵抽吸并送入冷凝器入口進(jìn)行循環(huán)冷凝[3]。

3 VOCs治理技術(shù)的應(yīng)用策略

在多數(shù)情況下，采用單一技術(shù)難以滿足地方生態(tài)環(huán)境保護(hù)的要求。目前關(guān)于揮發(fā)性有機(jī)廢氣治理技術(shù)的研究與工程應(yīng)用五花八門，諸如微波催化氧化技術(shù)、活性炭纖維技術(shù)、生物處理法、納米材料凈化技術(shù)等。在環(huán)評應(yīng)用中，應(yīng)綜合考慮不同行業(yè)的VOCs組分及濃度、理化特性、風(fēng)量等因素，熟悉不同VOCs治理工藝的使用條件、適用范圍，合理選擇組合工藝。以活性炭吸附法為例，當(dāng)采用顆?；钚蕴孔鳛槲絼r(shí)，其碘值不宜低于800 mg/g；采用蜂窩活性炭作為吸附劑時(shí)，其碘值不宜低于650 mg/g；采用活性炭纖維作為吸附劑時(shí)，其比表面積不宜低于1 100 m2/g[4]。以水吸收法為例，它主要適用于處理水溶性高的VOCs（如合成革行業(yè)DMF溶劑回收），還可用于捕集漆霧或其它顆粒物，但不適用于處理小分子脂溶性的VOCs。對于濃度較低的水溶性VOCs也可采用生物滴濾法、生物洗滌法，但應(yīng)注意生物法具有占地面積大、處理負(fù)荷低等缺點(diǎn)。雖然低溫等離子、催化氧化對于VOCs的治理效率低下，但可以作為含有惡臭異味VOCs的預(yù)處理手段。隨著國家不斷加大對VOCs的治理力度，新技術(shù)或工藝組合不斷出現(xiàn)，諸如“沸石轉(zhuǎn)輪吸附+RTO/CO/RCO組合工藝”、“活性炭+CO組合工藝”都是較為創(chuàng)新的治理工藝。

4 結(jié)語

綜上所述，熟悉不同VOCs治理技術(shù)的工程理論對于做好環(huán)境影響評價(jià)具有重要意義。在開展環(huán)境影響評價(jià)過程中，不應(yīng)該只停留在過去簡單的活性炭吸附層面，也不能一味地認(rèn)為“貴的就是好的”。因此，本文簡要介紹了揮發(fā)性有機(jī)廢氣的治理工藝及其影響，概述它們在環(huán)評應(yīng)用過程中存在的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍，對于當(dāng)前“強(qiáng)化事中事后監(jiān)管”的環(huán)境影響評價(jià)具有一定的參考意義。