孫塔娜

（中國(guó)石油大慶煉化公司檢維修中心，黑龍江大慶 163400）

0 引言

VOCs（Volatile Organic Compounds，揮發(fā)性有機(jī)化合物），是指常溫下飽和蒸汽壓大于70 Pa、常壓下沸點(diǎn)在260 ℃以下的有機(jī)化合物，或在20 ℃條件下蒸汽壓大于等于10 Pa，具有相應(yīng)揮發(fā)性的全部有機(jī)化合物。VOCs 有多種來(lái)源，主要分人工和天然兩類(lèi)，其中，天然生成的異戊二烯類(lèi)和其他污染物會(huì)形成難以控制的VOCs 排放氣體；而人工污染源則以燃煤、汽車(chē)尾氣、噴涂涂料等為主。

1 VOCs 有機(jī)廢氣治理

1.1 有機(jī)污染物排放監(jiān)測(cè)體系缺乏科學(xué)性和合理性

隨著環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，國(guó)家環(huán)保監(jiān)管力度日益加強(qiáng)，在對(duì)有機(jī)污染物排放的治理過(guò)程中，VOCs 的治理占有舉足輕重的地位。只有廢氣的排放得到了有效治理，空氣質(zhì)量才能提高。但是，在某些環(huán)境治理較差的地方，監(jiān)測(cè)體系還不夠健全，為此，有關(guān)方面應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)管制度的改進(jìn)與完善。

1.2 VOCs 有機(jī)物排放物治理難度大

VOCs 氣體可以對(duì)人體造成很大的傷害，有可能導(dǎo)致癌癥。若僅采用一種工藝進(jìn)行處理，則無(wú)法確保其控制的有效性。因此，對(duì)VOCs 有機(jī)廢氣進(jìn)行治理，必須采用多種工藝，而在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)具體情況選用合適的工藝進(jìn)行治理。在對(duì)VOCs 進(jìn)行治理的同時(shí)，還要考慮到性能指標(biāo)、建設(shè)使用成本和排放標(biāo)準(zhǔn)等方面的技術(shù)問(wèn)題。目前VOCs 治理技術(shù)已有統(tǒng)一的規(guī)范，但由于各行業(yè)的VOCs 氣體組成與性質(zhì)往往不同，因此難以統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

2 VOCs 的治理技術(shù)

2.1 常規(guī)工藝

2.1.1 凝結(jié)工藝

VOCs 是指生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的工業(yè)廢料。在處理過(guò)程中，要避免這些有害物質(zhì)在廢品中的生成，應(yīng)將廢棄物置于冷凝池內(nèi)，通過(guò)低溫處理，避免有機(jī)廢氣VOCs 排放。本工藝技術(shù)以有機(jī)物的性質(zhì)為基礎(chǔ)，利用氣體的低溫使其發(fā)生過(guò)飽和，再液化回收。對(duì)VOCs 氣體的污染主要采用凝結(jié)工藝進(jìn)行處理。通常，這一技術(shù)廣泛用于高濃度氣體和低溫環(huán)境下的石化產(chǎn)品的制造、儲(chǔ)存和運(yùn)輸，其應(yīng)用效果十分明顯。

2.1.2 吸收工藝

（1）一種吸收和再生的方法。該工藝是采用纖維活性碳、顆粒型活性碳等吸附劑對(duì)有機(jī)物進(jìn)行吸附，當(dāng)其達(dá)到一定程度時(shí)，為了研究其吸收與再生作用，采用超熱氣將其送回，然后將其與脫附的三苯基氣體進(jìn)行冷縮、分離，以獲得三苯基溶液。在排氣與吸收劑發(fā)生反應(yīng)時(shí)，利用吸附劑類(lèi)似于有機(jī)氣體的兼容性原則，將VOCs 氣體中和、氧化、化學(xué)破壞。而吸附裝置的特性及吸附品質(zhì)直接影響該工藝的成效。因此，為了保證設(shè)備的工作效率，可以適當(dāng)?shù)剡x用吸附劑。采用吸收再生技術(shù)的不足之處是所需的裝置規(guī)模較大，并且過(guò)程運(yùn)行較為繁瑣；投入使用后操作成本高，會(huì)造成環(huán)境的二次污染，而在排氣中存在其他的雜質(zhì)如膠體顆粒時(shí)，很可能引起工人中毒。但是，這種工藝具有快速解吸、結(jié)露和吸收效果好的特點(diǎn)，適合于高濃度、低風(fēng)量、低排放氣體的治理。另外，這項(xiàng)技術(shù)在實(shí)踐中還有待于不斷的創(chuàng)新與完善。

（2）在催化劑的作用下進(jìn)行吸收。在吸附達(dá)到一定程度時(shí)，可用熱風(fēng)進(jìn)行加熱，以去除三苯等氣體。此外，采用吸附式氧化工藝，也能達(dá)到對(duì)有機(jī)物排放進(jìn)行凈化的效果。此外，還能對(duì)熱能進(jìn)行回收，達(dá)到再生的目的。采用此工藝，并結(jié)合多種不同的吸附劑，能較好地解決高風(fēng)速、低密度的有機(jī)物排放問(wèn)題。但是，此方法存在投資規(guī)模大、工藝流程復(fù)雜、成本高、二次污染等問(wèn)題。

2.1.3 催化燃燒技術(shù)

氣體的凈化主要是利用VOCs 的易燃特性來(lái)達(dá)到。一般來(lái)說(shuō)，化學(xué)、絕緣材料、油漆或其他行業(yè)在治理VOCs 尾氣時(shí)，是根據(jù)尾氣的易燃率，采用直接焚燒的方法。由于其工藝簡(jiǎn)便易行，且投入少，故常用了高濃度、低氣量的VOCs 氣體的處理。

（1）預(yù)熱是最常用的一種催化燃燒方式。在低于100 ℃的有機(jī)氣體中，由于其濃度較小，無(wú)法實(shí)現(xiàn)自身的自熱，必須在預(yù)熱室內(nèi)進(jìn)行加熱。而經(jīng)焚燒和凈化后的煙氣與換熱器中沒(méi)有經(jīng)過(guò)加工的尾氣進(jìn)行熱量交換和回收。這項(xiàng)技術(shù)通?？梢酝ㄟ^(guò)燃?xì)饣蛘唠娂訜岬姆绞絹?lái)使其達(dá)到催化燃燒要求的溫度。

（2）自身的熱量均衡。當(dāng)有機(jī)氣體排放的溫度比初始環(huán)境（約300 ℃）高，有機(jī)物濃度高時(shí)，其循環(huán)過(guò)程中可以維持熱的均衡。通常情況下，必須在催化劑的反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置一個(gè)電熱器。具體流程如圖1 所示。

圖1 催化劑的燃燒流程

（3）采用吸附法進(jìn)行催化反應(yīng)。在流量大、低濃度、低溫度反應(yīng)條件下，選擇催化燃燒消耗大量的燃油，可以通過(guò)吸收方法將有機(jī)物氣體吸附在吸收器上，并將其壓縮為高濃度的有機(jī)物（濃度可達(dá)10 倍），這時(shí)，在不增加任何熱量的情況下，繼續(xù)進(jìn)行催化燃燒。由于燃油消耗較低，CO 排放量較低，但其啟動(dòng)與冷卻周期較短，而且采用高成本的專(zhuān)用材料代替常規(guī)的高溫合金，延長(zhǎng)了整個(gè)RCO 的使用周期。另外，經(jīng)過(guò)處理后會(huì)產(chǎn)生一種酸性的廢氣，必須進(jìn)行凈化。對(duì)于無(wú)法再循環(huán)使用的廢物，需進(jìn)行處理，而且吸氣濃度不得大于25%。在實(shí)踐中，隨著工業(yè)化的發(fā)展，催化燃燒技術(shù)的發(fā)展越來(lái)越快，同時(shí)，其排放的污染物種類(lèi)也越來(lái)越多。因此，必須對(duì)現(xiàn)有的新型催化劑燃燒技術(shù)進(jìn)行深入的探索與創(chuàng)新。

2.2 新工藝

2.2.1 隔膜工藝

隔膜是利用高分子薄膜的性質(zhì)，在一定的壓力下，將有機(jī)物質(zhì)和VOCs 從氣體中剝離出來(lái)，但是單一的過(guò)程難以達(dá)到分離的目的。而新型的一體化膜分離技術(shù)則是利用有機(jī)選擇性薄膜把VOCs 分為兩個(gè)不同的氣流，這樣就可以把VOCs 中不能透過(guò)的凈化氣體中的大多數(shù)排放出去，而滲透流則作為一種有機(jī)液體，回收到循環(huán)壓縮機(jī)的進(jìn)口。這種工藝能回收高濃度、低流量、高回收價(jià)值的有機(jī)溶劑，但其投資費(fèi)用較高。

2.2.2 生化工藝

采用生化處理工藝處理VOCs 排放，主要用于處理中、低濃度的工業(yè)廢氣。其優(yōu)勢(shì)在于反應(yīng)條件較低，操作簡(jiǎn)單，操作成本低，二次污染少，以及多種性質(zhì)的混合氣。而有機(jī)垃圾處理采用微生物的生化處理技術(shù)，將有機(jī)廢氣中的有害成分降解成無(wú)機(jī)物，如水、CO2等。以吸附式和生化法處理的生化清洗塔為實(shí)例，回收液體由吸附室內(nèi)的上層排出。一套從VOCs 排放氣體中除去惡臭的方法，該方法的實(shí)際效果達(dá)到98%。說(shuō)明利用生物技術(shù)對(duì)有機(jī)污染物排放的治理具有很好的應(yīng)用前景。

2.2.3 光催化氧化法

利用光催化氧化技術(shù)處理廢水具有良好的效果。第一種是利用光熱降解技術(shù)，可以在短時(shí)間就將有機(jī)物氣體進(jìn)行降解。在光解的時(shí)候，一般會(huì)產(chǎn)生一些中間物質(zhì)，但是它們可以通過(guò)長(zhǎng)期的光照或者用氫氧化鈉溶液來(lái)處理。第二種是通過(guò)光合作用進(jìn)行降解。這種方法可以利用二氧化鈦進(jìn)行輻射，激發(fā)紫外光，產(chǎn)生不含氧的游離基，將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為CO2和水。在選用合適的催化劑進(jìn)行有機(jī)物排放的過(guò)程中，可以采用常規(guī)的日光燈來(lái)進(jìn)行處理，從而達(dá)到消除異味、減少污染物的濃度。但是，從現(xiàn)有的研究結(jié)果來(lái)看，提高其工藝及處理的效率是十分有意義的。由于該技術(shù)對(duì)周?chē)亩挝廴?，需要?duì)其進(jìn)行了進(jìn)一步的研究和開(kāi)發(fā)，因此，目前還沒(méi)有應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。圖2 為光催化過(guò)程。

圖2 光催化過(guò)程

2.2.4 等離子體工藝

等離子技術(shù)是利用高能電子、離子、激發(fā)原子和游離基團(tuán)，在不同的高度激發(fā)生成氧氣等離子體和臭氧，并對(duì)VOCs 進(jìn)行催化，使其氧化、還原成CO2、CO、H2O 等?？捎糜谔幚砗倭浚ㄒ话愕陀?00 mg/m3）的有機(jī)物質(zhì)，并對(duì)室內(nèi)的環(huán)境進(jìn)行了徹底的清潔。該工藝具有低溫、操作簡(jiǎn)單、維修簡(jiǎn)單、易操作等特點(diǎn)，但要考慮到廢水的排放安全性，VOCs 的去除率在50%左右。通常，應(yīng)根據(jù)廢氣濃度、流量、特性污染物類(lèi)型及脫除率的需求，選用合適的工藝。在此基礎(chǔ)上，還要考慮設(shè)備成本、運(yùn)營(yíng)成本和維護(hù)成本。

2.2.5 微波催化氧化法工藝

采用微波催化氧化法對(duì)常規(guī)的廢氣進(jìn)行處理，使廢氣處理工藝得到了極大的改善。采用微波催化氧化法對(duì)VOCs 有機(jī)物廢氣進(jìn)行治理，可以顯著地改善廢氣的利用率和降低能源消耗。所以，它在操作過(guò)程中有著諸多優(yōu)勢(shì)，對(duì)其吸附作用顯著，并能重復(fù)利用。同時(shí)，若能將此技術(shù)與廢氣治理技術(shù)相融合，其治理的成效將會(huì)更為顯著。

3 發(fā)展趨勢(shì)

鑒于當(dāng)前國(guó)內(nèi)各個(gè)行業(yè)的VOCs 廢氣有其各自的特點(diǎn)，建議采取多種技術(shù)結(jié)合的方式，以改善其對(duì)污染物的去除率。VOCs 工藝是目前國(guó)內(nèi)外許多有機(jī)廢氣治理技術(shù)中最有前途的一項(xiàng)技術(shù)，其二次污染不顯著，能有效地解決各類(lèi)中低排放的各類(lèi)有機(jī)廢氣。目前，VOCs 有機(jī)物廢氣的治理受到多種因素的制約，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了理論與實(shí)踐的探索，提出一種新型生物凈化設(shè)備的開(kāi)發(fā)方法，并對(duì)其在實(shí)際工程中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

4 結(jié)束語(yǔ)

在VOCs 有機(jī)廢氣的治理中，應(yīng)選用科學(xué)、合理的工藝，以保證廢氣在經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性和能耗的前提下，實(shí)現(xiàn)最佳的工藝效果。VOCs 成分十分豐富，采用單一工藝難以實(shí)現(xiàn)其有效的治理。因此，對(duì)VOCs 有機(jī)廢氣處理技術(shù)進(jìn)行探討研究，并分析有機(jī)廢氣的處理困境，提出優(yōu)化有機(jī)廢氣處理效果的有效措施。