大气环境中挥发性有机废气治理技术分析

挥发性有机物是指在常温下，沸点50 ～ 260 ℃的各种有机化合物，简称VOCs。含有挥发性有机物的废气即为挥发性有机废气。主要形态为挥发性和有机物两个部分。主要成分包括苯系物、有机氯化物、氟利昂系列、有机酮、胺、醇、醚、酯、酸和石油烃化合物等。产生途径为人们日常活动及企业生产过程、日常生活有加油站油气的挥发、装修涂料的晾干过程和酒精等日常的消毒等；企业生产过程产量较大，包括喷涂、印刷、有机溶剂清洗作业等，大量使用挥发性有机溶剂。VOCs 对人的健康影响较大，容易引发人体畸变和癌变，属于大气防治的主要内容。

1 挥发性有机废气带来的危害

室内危害指污染气体的浓度超标，人长时间处于含有挥发性有机废气的室内环境中，就会出现恶心、四肢乏力和头疼等感觉，严重时还会出现记忆力下降、抽搐，甚至昏迷，其会导致人体肝肾与神经系统受到严重损伤。

室外危害分为直接与间接危害。其中，直接危害对人体健康与植物生长带来影响；间接危害给气候环境带来危害。大气中的挥发性有机废气增加，容易形成光化学反应，导致雾霾天气的产生，损害人体机能且发生病变。植物受到的危害体现在以下方面：硫化物与氟化物等有害物质含量急剧上升，可导致植物发病、枯萎、死亡，农作物的产量与农产品的质量将受到巨大影响；同时对气候环境也有影响，可导致空气浑浊，遮挡阳光，地面光照辐射下降，动植物生长的光合作用不足。而微粒对水汽有凝结核作用，从而导致降水量加大，气候环境发生变化。

2 源头防控

首先，在工业生产中，生产高含量挥发性有机化合物原料的企业，特别是石油化工、煤炭加工等行业，应注重生产技术的优化和完善，加强先进清洁生产技术的研究，提升原材料的转化率与利用率，研发并采用新技术，逐步响应国家标准，生产出挥发性有机化合物含量较低并符合客户需要的原料产品。生产过程需要注意车间的密闭，并做好设备与生产管线组建的检查与维护工作，阀门、泵体、材料存储、法兰、运输装置等均属于易泄露设备与组件，要避免管线组件损伤而导致废气泄露的情况出现，从源头减少挥发性有机废气的产生量。

对于喷涂、印刷等以含高挥发性有机溶剂为原辅材料的几大行业，将挥发性有机物产品作为生产企业的原料时，除了做好全程防止废气外泄的情况出现之外，还应选用新的生产工艺，选用低挥发性新原料代替原来使用的高含量挥发性有机废气的生产原料用于生产。

其次，做好挥发性有机废气的监测工作，加大排放监控力度，将大气环境污染减少。生态环境部门要做好监督和引导，按照规范监测挥发性有机废气，做好挥发性有机废气治理设备的维护和日常管理，不断完善和规范管理制度，保证挥发性有机废气的治理设备设施与仪器设备正常高效运行。例如，近年来，针对高VOCs 产生的几大行业出台制定的“一企一策”方针，要求企业提标改造老旧废气处理设施，削减企业废气排放总量，督促企业加速转型。出台的政策收到了明显的效果，空气质量得到极大的改善。

3 过程管理

一是注重工业清洁生产技术的优化。既要注重对挥发性有机废气排放方面的宣传与引导，又要引导企业做好生产技术与设备的升级改造，注重清洁生产技术与设备的研发与应用，使挥发性有机物排放量得到有效控制。

二是注重业务培训，不断强化企业的环保意识，召集行业企业参与挥发性有机废气治理技术与案例分析培训会，强化挥发性有机废气治理先进技术的宣传和典型治理案例的分析，讲解和学习行业大气污染排放标准，做好企业挥发性有机废气治理的部署。

三是各企业在生产现场做好对产品和生产装置以及工艺特点的排查，采用检测仪器，做好生产现场的溯源，对挥发性有机废气的来源进行精准定位，并结合排查的问题做好对其的整改，以在生产过程中强化其的规避，确保挥发性有机废气在“源头防控、过程管理、末端治理”的治理模式下得到高效防治。

4 末端治理

4.1 回收技术

4.1.1 吸收技术

吸收技术是对挥发性有机废气进行回收的技术，将不易挥发的液体作为吸收剂，利用其所具有的吸收功能，借助吸收装置来回收挥发性有机废气。在回收过程中，借助组分溶解度和化学反应间的差异，挥发性有机废气的有害组分可以得到充分吸收。

4.1.2 吸附技术

吸附技术采用固体介质的吸附剂所具有微孔结构，将挥发性有机废气的吸附质吸附在表面，废气中的目标物质与主体得以分离。吸附塔设施有两套，分别为1#、2#。首先是挥发性有机废气从风机进入1#吸附塔中吸附。1# 吸附塔的吸附饱和，就会切换到2# 吸附塔中继续吸附，此时的1# 吸附塔脱附和再生。其间不断进行交替操作，挥发性有机废气得以连续处理。常见的吸附剂是活性炭和沸石。其中，活性炭吸附是最为常见的吸附技术。利用活性炭吸附挥发性有机废气，饱和之后活性炭脱离吸附进行再生，有机废气在吹脱之后开展催化燃烧，将挥发性有机废气的有害物质销毁，并转化成无害物质。再生的活性炭还能实施二次利用，活性炭的作用得到有效发挥。在吸附过程中，应统计活性炭吸附能力，若活性炭吸附能力存在明显下降的情况，应将活性炭及时地更换或者再生活性炭。置换后得到的活性炭为危险废物，很多有害物质在其内部存储，对其实施专项处理，委托有相关处置资质的单位进行回收，避免二次污染。

在进行吸附回收时，应注重各项工艺参数的控制，以达到良好的处理效果。吸附温度应超过40 ℃。当采用颗粒吸附剂时，其气流速度大于0.6 m/s；当采用纤维状吸附剂时，其气流速度大于0.15 m/s；当采用蜂窝状吸附剂时，其气流速度大于1.2 m/s。颗粒物含量应大于1 mg/m³。就吸附单元压力损失而言，采用纤维状吸附剂时，其损失在4 kPa 之下，采用其他形状的吸附剂时，其损失在2.5 kPa 之下；就脱附温度而言，水蒸气再生、热空气再生、分子筛吸附剂的脱附温度分别是低于140、120、200 ℃。

4.1.3 冷凝技术

冷凝技术针对一定浓度下的有机蒸汽形成的挥发性有机废气，强行进行降温处理，以确保挥发性有机废气中的有机物蒸汽浓度得到维持，饱和蒸汽气压比其组分分压值要低，从而将其组分凝结为液体，废气内的组分分压值得到减少，达到分离气体的目的。一般而言，挥发性有机废气冷凝后形成的液体所需方法采取冷却和压缩两种相结合的方式进行处理。当挥发性有机废气的浓度较高时，采取冷凝技术做好对其的预处理、回收。

4.2 销毁技术

4.2.1 燃烧技术

燃烧技术借助有机气相污染物容易燃烧的特点，进行燃烧，将废气转变成无机小分子，对挥发性有机废气进行分解。根据废气有机物的浓度大小，可采取直接燃烧、吸附脱附燃烧或者催化燃烧等方式，将挥发性有机废气中的污染物进行有效清除，清除率往往超过95%。

在燃烧技术中，RTO 技术的应用较为成熟和广泛，这一技术将高温环境作为处理的前提，并通过化学反应将可燃挥发性有机废气转化成等量的氧化物和水。利用RTO 技术处理挥发性有机废气时释放的热量被蓄热式热力氧化炉吸收后，RTO 自身运行对能源的消耗降低，而且对有机废气的分解率得到提升。当RTO 热回收率超过95% 时，挥发性有机废气分解率往往超过99%。蓄热式热力氧化炉结构简单，其中的切换阀提升了RTO 的灵活性，人们还能结合实际而采取针对性的热回收方式。

催化燃烧技术利用催化剂在低温情况下对挥发性有机废气进行完全氧化，有效地对工业挥发性有机废气进行净化处理，在化工、喷漆、涂料等行业中得到应用。其中，最为关键的就是催化燃烧设备的选择，催化燃烧设备通常包含预热、催化燃烧、烟道、电加热和废热回收等装置。另外，要做好催化剂的选择，稀土催化剂的催化效果较好，催化过程更安全。在利用设备进行催化处理时，挥发性有机废气在高温环境下与空气混合容易引起爆炸，在催化燃烧净化中做好有机物与空气配比的控制，确保配比始终处于爆炸范围的下限。在具体的处理中，应注重以下技术参数的控制：催化燃烧装置内的挥发性有机废气温度应低于400 ℃；催化床的温度应控制在250 ～ 350 ℃；催化燃烧装置内的颗粒物含量应保持在10 mg/m³ 之下；换向阀泄漏率应控制在0.2% 之下，压力损失应保持在2 kPa 以下。

除了上述燃烧技术外，还可以采取吸附浓缩催化技术，这一技术是将吸附技术和催化燃烧技术进行有机结合。首先利用活性炭吸附挥发性有机废气，吸附饱和之后，净化设备停止吸附，再利用设备热气流在活性炭中将挥发性有机废气脱离，活性炭再生后便能再次利用，而挥发性有机废气脱附后，浓缩成之前的几十倍，再将其送入催化燃烧室中进行催化燃烧，得到二氧化碳与水。挥发性有机废气的浓度达到一定程度，器就可以在催化床上燃烧，而燃烧形成的气体基本处于吸附床中，成为活性炭脱附所需的热气流，只有少量排入大气中，热能得到多次利用。

4.2.2 生物技术

生物处理技术属于一种新型技术，在利用其治理挥发性有机废气时，人们可以借助生物降解的方式来处理。有的微生物在污染物中有着较强的适应力，所以可以将有机物作为微生物的养料进行新陈代谢，从而降解挥发性有机废气中的化合物。该法不仅安全性较强，而且便于操作，不会形成二次污染，对所需的设备要求不高，经济性较强，目前在我国得到逐步发展，在低浓度与恶臭治理中得到有效应用。在处理过程中，微生物的成长养分靠有机物，将挥发性有机废气中的有机物进行转化和分解后，形成水与二氧化碳，从而有效地将挥发性有机废气对大气环境带来的污染降低。在利用这一方法对挥发性有机废气进行治理时，为确保治理效果得到提升，废气中的污染物如何由气相被捕捉至液相是关键，直接影响去除效率。人们必须考虑填料层的碰撞密度和吸收液的选择添加，捕捉下来的挥发性有机废气再被微生物分解成水与二氧化碳。运行过程做好生物处理系统的指标控制，在具体进行控制时，结合指标内容来确定控制标准。就填料温度而言，一般控制在25 ～ 43 ℃，空塔停留时间一般超过9s，系统湿度保持在40% ～ 60%，营养物质主要有BOD、N、P，三者的比例为100 ∶ 5 ∶ 1，pH 介于4 ～ 10。

5 结语

本研究基于“源头防控、过程管理、末端治理”的思路，对挥发性有机废气治理模式进行了梳理，注重挥发性有机废气的全程化防治，以确保挥发性有机废气的治理成效得到提升。