河北晶淼環(huán)境咨詢有限公司 李佳

VOC是造成PM2.5污染和臭氧污染的兩大主要因素，在其中起著重要作用。近幾年來，臭氧層污染日益嚴(yán)重，濃度增加。VOCs在大氣環(huán)境中發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生臭氧等光化學(xué)氧化物質(zhì)，嚴(yán)重影響環(huán)境空氣質(zhì)量，隨著近年來國家對于環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的不斷提升，VOC的污染效果被越來越多的專家學(xué)者所關(guān)注。VOCs以固體或液體形式排放時，將直接產(chǎn)生PM2.5。在大氣溫度下，以氣體的形式排放，迅速凝結(jié)成微粒。其中大多數(shù)可凝結(jié)微粒都屬于PM2.5。VOCs的排放也是二次顆粒物產(chǎn)生的主要前驅(qū)因素。大氣中的硫酸鹽、氮氧化物和氨等污染物與之發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，生成微粒，導(dǎo)致大多數(shù)PM2.5污染。隨著我國的工業(yè)化水平不斷提升，VOC污染的情況也越來越不可忽視，近年來受到新冠疫情的影響，我國的工業(yè)生產(chǎn)水平再創(chuàng)新高，隨之而來的是更加嚴(yán)峻的VOC治理問題。改善城市環(huán)境空氣質(zhì)量，減少霧霾天氣，加強(qiáng)工業(yè)固定源揮發(fā)性有機(jī)物排放控制勢在必行。因此，要全面推進(jìn)VOCs污染治理，逐步提高重點(diǎn)行業(yè)VOCs污染防治水平，有效降低VOCs排放總量。VOCs污染控制通?？梢酝ㄟ^污染預(yù)防、過程控制和末端處理三個層次來實(shí)施。污染防治、過程控制等措施與行業(yè)特點(diǎn)密切相關(guān)，應(yīng)分別研究。

一、VOCs定義、來源、危害

不同的國家和組織對VOCs有不同的定義。通常在室溫下以蒸氣形式存在于空氣中的有機(jī)化合物類型之一是揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)。固體源包括生活源和工業(yè)源。生活的主要來源是建筑裝修、油煙、垃圾焚燒、衣物干洗等。工業(yè)來源包括許多高輻射、高濃度和各類污染的行業(yè)。工業(yè)源VOC的生產(chǎn)有四個步驟：一是石油煉制、煤化工、有機(jī)化工等VOC產(chǎn)品的生產(chǎn)過程；二是含VOC產(chǎn)品的儲存、運(yùn)輸和銷售；第三，以VOC為原料的產(chǎn)品的制造過程，如消費(fèi)品的生產(chǎn)，醫(yī)藥化學(xué)品、輪胎的生產(chǎn)等；第四，工藝化合物用于化工、人造革的生產(chǎn)、人造板的生產(chǎn)、紡織品的印染和其他含VOC的產(chǎn)品。本文主要考察VOC處理。工業(yè)來源的有機(jī)化合物主要是有毒有害的VOC氣體，其危害的主要原理是：它們參與光化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生光化學(xué)煙霧，危害員工健康，引起各種疾病。如今，直接產(chǎn)生臭氧的前體物有60多種，工業(yè)有機(jī)煙氣已成為主要污染源之一。

二、治理措施解析

清華大學(xué)席勁瑛等人對工業(yè)VOC處理技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀的研究分析表明，國內(nèi)外工業(yè)VOC處理中，催化氧化法、吸附法和生物法是三種主要的處理方法，等離子體法和熱解法次之。目前，VOC處理技術(shù)發(fā)展較快，種類較多。對目前市場份額較大的幾種技術(shù)進(jìn)行了考察。

（一）光催化氧化

其原理是：由于特殊的紫外光照射，氧在特殊催化劑的催化作用下產(chǎn)生負(fù)氧離子，通過特殊的處理方法使廢氣中的微粒氧化還原。反應(yīng)時間和相對濕度影響光催化氧化的效率。若單用光催化氧化，降解速率可達(dá)89.5%左右，降解時間為5s；光催化氧化的降解速率隨濕度的增大而增大，在46.8%以上時達(dá)到最大值，濕度增大。而光催化氧化不能完全分解VOCs生成酮、醛等中間產(chǎn)物，從而造成二次污染，且較高的粉塵濃度和較低的光催化氧化效率。結(jié)果表明，光催化氧化過程的效率主要受處理時間、濕度、粉塵、煙氣濃度等因素的影響，副產(chǎn)物多、臭氧多、二次污染嚴(yán)重。

（二）活性炭吸附工藝

利用活性炭的天然吸附能力吸附廢氣；吸附飽和后，將活性炭解吸后再生或送往專業(yè)危廢處理廠，這種方式可以有效確保VOC廢棄得到有效處理，不會造成污染擴(kuò)散的情況。吸附效率主要與溫度、相對濕度、酸氣、粉塵等因素有關(guān)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，活性炭在24.8℃左右吸附效果最好，在39.5℃以上吸附效率降低較快，而在39.5%以下吸附效率提高。在39.5%以上的相對濕度條件下，吸附效率顯著降低?；钚蕴繉]發(fā)性有機(jī)物的吸附主要取決于活性炭的比表面積和孔徑。當(dāng)煙氣中含塵量高時，活性炭微孔會被堵塞；當(dāng)煙氣中含塵量低時，比表面積和吸附能力相應(yīng)降低?；钚蕴课焦に嚦跗谕顿Y小，但后續(xù)運(yùn)行維護(hù)成本高，技術(shù)適用性受多種因素影響，處理效果不穩(wěn)定，單獨(dú)使用難以達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)。因此，國內(nèi)采用活性炭吸附系統(tǒng)來控制設(shè)備參數(shù)中所列污染物，該設(shè)備90%的清潔效率為理論值，但在各種工作環(huán)境下難以達(dá)到。

（三）生物法

對于VOC治理來說，氣液混合物、填料比表面和孔隙率對生物處理效率有很大影響。應(yīng)用于易降解污染物，難分解，填料比表面有利于污染物降解，反之亦然。所以，生物法只適用于低濃度VOCs的處理，不適用于高濃度、大體積的VOCs的排放。而且很難實(shí)現(xiàn)自動化控制，維修成本高，故障頻發(fā)。

（四）低溫等離子體技術(shù)

用于煙氣處理的低溫等離子體技術(shù)受大氣氧濃度和電壓比的影響。低溫等離子技術(shù)在含氧量為10%時效果最佳，增加或減少含氧量影響VOC降解效率；電壓越高，VOCs的技術(shù)降解效率越高，反之亦然。而且，當(dāng)VOC成分復(fù)雜時，VOCs不會在1秒內(nèi)分解；電壓越高，產(chǎn)生的副產(chǎn)品越多，例如臭氧。因此，在處理工業(yè)VOC源時，低溫等離子設(shè)備會受到多種混雜條件的影響，產(chǎn)生副產(chǎn)物，造成二次污染導(dǎo)致真正的治療效果難以達(dá)到。

（五）熱力學(xué)燃燒法

熱力燃燒法也是一種十分常見的處理VOC的方法，該方法因?qū)崿F(xiàn)相對簡單，是早期處理的一種重要方法，有較長的歷史。熱燃方法主要有催化燃燒法和高溫燃燒法。催化劑與VOC混合，在低溫下進(jìn)行完全氧化分解，從而獲得純凈的天然氣。在高溫條件下，其燃燒過程主要為復(fù)雜的揮發(fā)性有機(jī)物?，F(xiàn)有三種高溫燃燒技術(shù)：直接燃燒法、二次對流法和三次再生法。高溫燃燒技術(shù)主要應(yīng)用于涂料和制藥工業(yè)廢氣。

三、現(xiàn)場VOCs監(jiān)測

作為VOCs監(jiān)測的重要組成部分，現(xiàn)場監(jiān)測方法的建立非常重要?，F(xiàn)場監(jiān)測要求首先包括連續(xù)排放跟蹤、快速反應(yīng)排放、泄漏和其他無組織排放控制、應(yīng)急監(jiān)測等。政府應(yīng)發(fā)展在線監(jiān)測、便攜式監(jiān)測工具并開發(fā)適當(dāng)?shù)谋O(jiān)測技術(shù)方法。

（一）在線監(jiān)控

目前的在線監(jiān)測方法主要是監(jiān)測甲烷以外的總烴類，有的廠家也開發(fā)了基于色譜法或GC/MS的在線監(jiān)測工具。在線監(jiān)測可以持續(xù)反映排放情況，單個樣品監(jiān)測成本低，常用于廢水和鍋爐廢氣。針對VOCs在線監(jiān)測，國家出臺了非甲烷總烴監(jiān)測儀器安裝驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，部分省市也出臺了非甲烷總烴監(jiān)測儀器監(jiān)測辦法，開展監(jiān)測活動。VOCs子指標(biāo)在線監(jiān)測方法，仍需努力建立可靠的質(zhì)量控制指標(biāo)和驗(yàn)收比對技術(shù)規(guī)范，以實(shí)現(xiàn)VOCs的在線監(jiān)測。

（二）便攜式監(jiān)測裝置監(jiān)測

目前，市場上有多種基于不同原理的便攜式監(jiān)測儀器，如測量VOCs的便攜式氣體質(zhì)譜儀、測量非甲烷總烴的便攜式氫火焰電離儀、測量總碳?xì)浠衔锏谋銛y式光電離檢測器（PID）。VOCs（按異丁烯計(jì)算）、其他電子傳感器測量VOCs總量等。對于更準(zhǔn)確地便攜式氣相色譜-質(zhì)譜法和便攜式氫火焰電離法，有的還在征求意見，有的已經(jīng)出臺地方標(biāo)準(zhǔn)，因此國家需要加快采用標(biāo)準(zhǔn)方法，ES的測量認(rèn)證正在成為實(shí)驗(yàn)室方法實(shí)施VOCs現(xiàn)場監(jiān)測的等效方法。

四、治理措施

VOCs成分復(fù)雜，不同行業(yè)VOC排放組分差別較大。治理措施主要包含以下三種。

（一）吸附濃縮-蓄熱式燃燒技術(shù)

該技術(shù)利用陶瓷熱器儲存廢氣，通過高溫區(qū)的氣體直接加熱待處理的廢氣，該技術(shù)具有更高的熱轉(zhuǎn)換效率。

（二）催化光氧活性炭吸附技術(shù)

該技術(shù)利用光催化轉(zhuǎn)化技術(shù)凈化低濃度廢氣，利用活性炭吸附殘留的少量廢氣和副產(chǎn)物，提高廢氣凈化效率，防止二次污染。

（三）方法標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量控制指標(biāo)的實(shí)施和改進(jìn)

國家方法標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)包含了一些質(zhì)量控制方法和指標(biāo)限，如標(biāo)記測試、檢測限、空白值、回收率、樣品流量偏差、樣品滲透測試等，以檢查標(biāo)記的準(zhǔn)確性。目前，經(jīng)認(rèn)證的商用VOC質(zhì)量控制樣品的苯系、鹵代烴等指標(biāo)有限，不符合大多數(shù)VOC質(zhì)量控制指標(biāo)的要求。國家建議加快VOC質(zhì)控樣品研制。

五、結(jié)語

VOCs防治“十三五”規(guī)劃對VOCs治理提出了不同要求，特別是對關(guān)鍵行業(yè)和重點(diǎn)污染物的治理。但由于VOCs結(jié)構(gòu)復(fù)雜，行業(yè)差異大，采用單一的技術(shù)和管理?xiàng)l件難以達(dá)到統(tǒng)一的管理效果。達(dá)到預(yù)期管理效果的，應(yīng)保證具有經(jīng)濟(jì)效益的污染物排放條件。

相關(guān)鏈接

揮發(fā)性有機(jī)化合物是指室溫下飽和蒸氣壓超過70.91 Pa或沸點(diǎn)小于260℃的有機(jī)物，如芳香烴、脂肪烴、鹵代烴、含氧烴等，是石油化工、制藥、印刷、建材、噴涂等行業(yè)排放的最常見的污染物。目前已鑒別出300余種，在EPA所列的優(yōu)先控制污染物名單中有50多種是VOCs。

揮發(fā)性有機(jī)化合物的污染控制技術(shù)

VOCs的控制技術(shù)基本分為兩大類：

第一類：以改進(jìn)工藝技術(shù)、更換設(shè)備、防止泄漏乃至消除VOCs排放為主的預(yù)防性措施；

第二類：以末端治理為主的控制性措施。

第一類方法是人們所期望的，但是由于目前生產(chǎn)技術(shù)水平的限制，向環(huán)境中排放和泄露不同濃度的有機(jī)廢氣是不可避免的，這時就必須采用第二類方法。末端控制技術(shù)包含兩類，第一類是非破壞性方法，即采用物理方法將VOCs回收；第二類是通過生化反應(yīng)將VOCs氧化分解為無毒或低毒物質(zhì)的破壞性方法。