低浓度VOCs废 气处理技术及其应用探究

林泽武

（安徽伊尔思环境科学有限公司，安徽 合肥 230000）

1 当前挥发性有机废气的概况

挥发性有机废气有人为排放源、自然排放源等多种不同的排放源。其中，人为的排放源包括移动源、生活源与工业源等，自然的排放源包括湿地厌氧过程、森林火灾、动物排放、植被排放等。一般来说，挥发性有机废气在自然界中分布广泛，大量的挥发性有机废气使得环境受到巨大危害，寻找合理、有效的处理技术已经迫在眉睫。

在挥发性有机废气中，挥发性的有机化合物较多，如氨类、酮类、烃类、醛类、酸类等。其中释放挥发性有机废气危害最大的是工业生产。①若挥发性有机废气中包含的苯蒸气浓度较高，人们在吸入后会急性中毒，具有致死性的特点。②挥发性有机废气中的芳香胺、有机氮、多环芳烃等类型的化合物有较高的致癌率。③挥发性有机废气包含苯酸类有机物，一旦进入到人体将会让细胞蛋白质出现变形、凝固等现象，引起人体各种不良反应。④一些挥发性有机废气中的硝基苯、腈类化合物能够入侵到人体的呼吸系统与神经系统，直接让人感到窒息、呼吸困难，直至死亡。

2 低浓度挥发性有机废气处理技术与应用

2.1 生物技术

关于挥发性有机废气利用生物法处理的研究，早在20世纪80年代就已经开始，从国内外先进的实践中可以看出，生物法是当前低浓度挥发性有机废气处理的一个有效途径。借助生物技术对挥发性有机废气进行处理时，主要利用了挥发性有机化合物组分能够成为微生物养分或生命活动能源，在代谢降解以后，使有机物向细胞组成物质、简单无机物等进行转化。用于生物技术的挥发性有机废气处理装置包括生物滴滤池、生物滤池与生物洗涤塔等。人们通过生物技术来处理挥发性有机废气时，大部分采用生物滴滤池这一系统，此种处理技术操作十分便捷[1]。

很多研究人员深入研究了动力学模式、有机物去除率、充填床特性等不同方面。整体来看，生物过滤器包括封闭式的多滤床、开放式的单滤床等主要形式，滤床厚度通常为1 m左右，面积根据处理器体量与设计处理效果来决定。在选择过滤的材料时，通常以活性炭、泥炭、土壤、堆肥等水分保持能力强、适合微生物生存的材料。其中，堆肥这种材料应用得最多，它是谷壳、干草、树叶、碎木屑与生活垃圾共同组成的一种混合物，可以有效满足挥发性有机废气对于过滤材料的各项要求，获取较为容易，并且自身包含多种类型的微生物和无机营养成分。

2.2 吸附、解吸与催化燃烧技术与应用

吸附、解吸与催化燃烧技术的工艺原理为：大风量、低浓度挥发性有机废气在进入到高效回转式吸附区时，其有机物将会被吸附，净化完废气以后将会排放；处于转动状态的吸附床有部分区域正在热解吸，能够将高浓度挥发性有机废气释放解吸，然后送到催化器中进行一系列催化燃烧。这一过程中，形成的热量一些用在高浓度预热解吸后的挥发性有机废气，还有一些用在热解吸中。

2.3 脉冲电晕放电技术

脉冲电晕放电这种处理废气的技术原理为：借助窄脉冲高压，使挥发性有机废气能够在常压常温状态下进行电晕放电，形成高能电子对有机分子，其他原子与分子进行撞击，原子产生活性粒子或降解，并继续参与到反应中[2]。这种处理技术得到大多数国家的应用，并认为其是废气处理的一个高效途径，早期用在脱除废气中的NOX、SO2等，近些年开始用在处理挥发性有机废气上。国内外大量学者研究了反应器、处理效率、主要机理等。研究挥发性有机废气用脉冲电晕放电技术进行处理时，现阶段更多地停留于实验室的阶段。

应用脉冲电晕放电技术来处理甲苯时，对钢瓶内的空气作出了干燥处理，并将其分成两路，有一路会进入到甲苯的原料瓶，把甲苯的蒸气带出，借助阀门对气体甲苯浓度与气体流量进行控制，还有一路会直接进入到电晕放电的反应器中。通常电晕放电的反应器形式多样，线板式与线筒式是经常用到试验中的两个类型。这两类反应器都是一个非对称的电场，其电场在内部的分布不具备均匀性。为了使反应器中电晕的放电得到加强，须为线筒式反应器包扎金属细丝网或将钛粉涂抹在表面上。经过较长的时间，发现反应器里有催化剂存在时，去除挥发性有机废气含有的有机物比率就会显著提高，并且气体经过反应器的过程中会增加阻力，因此，研究人员会将催化器涂于反应器的内部，从而进一步提升去除挥发性有机废气含有的有机物比率。

在实验室一系列的试验中，发现挥发性有机废气用脉冲电晕放电技术进行处理时存在下列特征。第一，操作过程中，脉冲电压峰值是极为重要的一个参数，去除挥发性有机废气的比率会由于电压峰值提高而增加，其原因是增强电场的强度以后，自由基、高能电子等多种粒子的数量将会不断增加。第二，催化剂能够让挥发性有机废气去除率充分提高，其原因是催化剂能够让反应活化能降低。第三，当电压的峰值相同时，气体流量和挥发性有机废气去除率表现出反比的关系，停留时间和挥发性有机废气去除率表现出正比的关系，去除率会因进口浓度不断提高而相应降低，绝对去除量会因进口浓度不断提高而相应增加。第四，若废气中包含水蒸气的量较少，去除率就会由于水蒸气含量不断增加而相应提高，并在特定峰值开始下降。第五，处理后的产物为CO、H2O与CO2。

2.4 光催化氧化技术

在对挥发性有机废气进行处理时，光催化氧化技术是现阶段较为新颖的一种方法。光催化氧化技术指的是通过光的作用而形成化学反应，让挥发性有机废气包含的有害物质向无害化合物进行不断转化，让挥发性有机废气自身污染性大大降低。起初，光催化氧化技术主要在处理废水的方面应用，后来逐渐开始应用到处理废气。现阶段。国内外的大量专家学者都对应用光催化氧化技术的应用展开了大量研究，其研究结果表明，若催化剂的选择合理，应用光催化氧化技术可以让挥发性有机废气去除污染物的比率高达70%～80%，具有十分明显的处理效果[3]。

应用光催化氧化技术时，特定波长的光照条件下，可借助催化剂具备的光催化性，让表面挥发性有机化合物进行氧化还原反应，然后使有机物最终氧化成为H2O、CO2与无机小分子物质。通过UV紫外线的光束对挥发性有机废气进行照射，将其中的二甲苯、甲苯、苯等分子链结构进行裂解，让高分子化合物的分子链经过紫外线高能光束的照射，向低分子的化合物进行转变与裂解，比如H2O与CO2等。同时，该光束还能将空气氧分子有效分解成游离氧，游离氧自身正负电子不具有平衡性，和氧分子相互结合后会有臭氧形成。由于臭氧自身氧化作用较强，因此，能够充分清除低浓度的挥发性有机废气。按照挥发性有机废气浓度高度与风量大小，光催化氧化过程中为了让设备的使用寿命、处理效果得到保证，需要进行废气源预处理的工作，将酸性的气体取出后方可让其进入到净化设备中。酸性气体能够很好地溶于水中，因此，预处理的工艺应采用水洗装置。

2.5 低温等离子体法

低温等离子法的技术原理是：借助射频放电等技术得到大量活性粒子与高能粒子，通过二者的综合作用，让挥发性有机废气有害化合物与有毒化合物向无害二氧化碳、氮气、水等进行转化。作为一种新型的处理技术，由于其能耗较低、工艺简单等优势，变成处理挥发性有机废气中具有较高应用价值与推广潜力的先进技术。等离子体是原子被剥夺电子或被电离以后形成的气体状、离子化物质，物质除了气态、液态与固态外，它是第四种形态。低温等离子体属于优良的导电体，其磁场通过十分巧妙的设计以后，能够使等离子体加速、移动或被捕捉。等活性粒子能够和不同类型的污染物产生作用，实现净化挥发性有机废气的目的，能够让部分常规条件下难以开展的化学反应顺利进行，且完成时间十分短暂，因此可充分应用到处理低浓度挥发性有机废气。

2.6 纳米微电解氧化技术

纳米微电解净化技术充分运用了纳米级压电性甲供材料，若具备特定湿度条件，可借助微电解电场使纳米微电解材料形成的电性来吸附污染物，并且能够将羟基负离子大量释放出来用于净化气体中的污染物，挥发性有机废气内绝大多数的有机物将会被去除，同时对硫化氢与氨氮等无机臭气进行分析[4]。

3 结语

研究低浓度挥发性有机废气处理技术与应用具有重要的意义。研究人员应对当前挥发性有机废气的概况有一个全面了解，能够将生物技术、脉冲电晕放电技术、脉冲电晕放电技术、光催化氧化技术、低温等离子体技术、纳米微电解氧化技术等多种技术充分应用到处理低浓度挥发性有机废气的过程中，从而实现VOCs污染的有效治理，使排放的VOCs浓度符合国家规定的标准。