常用VOCs废气处理工艺的优缺点分析

关超敏

（广东昱和环境科技有限公司，广东 惠州 516000）

1 引言

挥发性有机物（Volatile Organic Compounds，以下简称VOCs）是指在室温下饱和蒸汽压大于70.91Pa，常压下沸点小于260℃的有机化合物。世界卫生组织（WHO，1989）对总挥发性有机物（TVOC）的定义是：熔点低于室温，沸点范围在50℃～260℃之间的挥发性有机化合物的总称[1]。

现阶段，挥发性有机化合物通常作为工业生产的溶剂使用，常出现在化工、印刷、烤漆和医药等行业领域。这些有机溶剂在使用过程中挥发出来的物质，不仅会对大气环境造成严重污染，而且人体吸入被污染的气体后，会对健康产生一定的危害。生态环境部在2019年全国大气污染防治工作要点中明确提出“要加快推进重点行业挥发性有机物（VOCs）治理”。

2 常用VOCs废气治理技术

大气污染治理是指通过化学、热力学或其他技术分解或安全处置大气污染物，适用于以大气污染预防与控制方法无法消减的大气污染物。当前，应用较广泛的VOCs治理技术主要包括冷凝法、吸附法、吸收法、光催化氧化法、低温等离子法和燃烧法等。本文针对常用的VOCs废气治理技术的优缺点进行分析研究。

2.1 冷凝工艺

冷凝法主要是利用废气中VOCs在不同温度下具有不同的饱和蒸汽压的性质，采用加压或降低温度，使处于气态的污染物冷凝，从废气中分离出来[2]。在一定的温度下，VOCs的初始浓度越大，其脱除率越高。

冷凝法的优点：1）适合处理含有大量水蒸气的高温废气；2）自动化程度高、适合沸点较高的有机物，可回收有用组分，回收物质纯度高；3）适用于常温、高浓度的小风量有机废气的处理；4）可与其他处理技术相结合，降低处理装置的运行成本和处理负荷，提高处理效率。

缺点：1）设备要求较高、投资大、能耗高、运行费用大[3]；2）对废气的温度、浓度、结露温度等均有较严格的要求；3）在实际溶剂蒸汽压低于冷凝温度下的溶剂饱和蒸汽压时，此法不适用[4]；4）不适用于处理低浓度、可回收物质价值较低的有机废气。

2.2 吸附工艺

吸附法为一个气体结合到固体上去的质量传递过程，是一种表面现象。吸附过程可能是物理过程，也可能是化学过程。物理吸附的实质是一种物理过程，一般没有选择性，在吸附过程中没有电子转移，没有化学键的生产与破坏，没有分子重排等，主要是范德华引力起作用。化学吸附实质上是一种化学反应，具有选择性，在化学吸附过程中，气体和固体表面发生了化学反应[5]。

吸附法的优点：1）吸附设备简单、易实现自动化控制；2）吸附剂前期处理效率高，适宜处理小浓度、大风量的有机废气；3）吸附剂经过脱附可重复使用；4）可回收有用组分。

缺点：1）吸附容量较小，设备体积较大；2）需脱附或定期更换吸附剂，失效的吸附剂存在二次污染的问题；3）吸附量随温度上升而下降，空气湿度增大，则可吸附的负荷降低[6]；4）若用活性炭做吸附剂，不宜用于处理含酮、醛、脂硫等活性物质的有机废气；5）不宜用于处理湿度大、高含尘量、高温和高浓度的有机废气。

2.3 吸收工艺

吸收法是溶质从气相传递到液相的相际间传递过程，利用气体混合物中不同组分在吸收剂中溶解度的不同，或者与吸收剂发生选择性化学反应，从而将有害组分从气流中分离出来[7]。吸收法控制VOCs属于湿法工艺，是利用VOCs的物理和化学性质，使用液体吸收剂与废气直接接触而将VOCs转移到吸收剂中，吸收剂不同可以吸收不同的有机气体。

吸收法的优点：1）可用于气体污染物的处理与回收；2）适用于风量大、温度低、浓度低的废气；3）吸收剂价格便宜、投资少、运行费用低；4）常用于废气的预处理。

缺点：1）工艺较复杂，吸收液对有害组分的选择性较大；2）需消耗吸收液，且吸收液需再次处理，否则会造成二次污染；3）难以处理化学性质稳定且难溶于水的有机废气[8]；4）吸收效率不高。

2.4 光催化氧化工艺

光催化氧化反应即在光的作用下进行的化学反应，分子吸收特定波长的电磁辐射后，使分子达到激发态，然后发生化学反应，产生新的物质，最终将大分子有机物氧化成CO2、H2O及无机小分子物质。

光催化氧化法的优点：1）可在常温、常压状态下进行分解反应，反应条件温和；2） 自动化程度高，装置风阻低；3）对于高分子污染物和恶臭气体具有好的处理效果，除臭效率高。

缺点：1）设备投资成本和运行费用都较高；2）对装置内光强度有一定的要求，光线暗淡区域处理效果受限；3）用于处理易燃易爆废气时，存在一定的安全隐患；4）催化剂具有选择性，存在失活的问题。

2.5 低温等离子工艺

低温等离子体降解污染物是利用高能电子、自由基等活性粒子与废气中的污染物作用，使污染物分子在极短的时间内发生分解，并发生后续的各种反应以达到降解污染物的目的[8]。

低温等离子法的优点：1）可在常温、常压状态下进行分解反应，对环境没有严格要求；2）自动化程度高，装置风阻低，反应流程短；3）装置简单，反应器为模块式结构，并且容易进行易地搬迁和安装[9]；4）对于高分子污染物和恶臭气体具有好的处理效果，除臭效率高。

缺点：1）设备投资成本高，对设备部件的构型设计、制造精度、严密性等要求很高；2）当填充材料直径为3mm、电场强度为4kV/cm时，由于击穿和火花的产生，对苯等有机物的分解并不十分完全；3）可能产生一些有害产物（如O3、NOx等），造成二次污染；4）易产生火花放电，增大电能消耗，破坏放电的正常进行，用于处理易燃易爆废气时，存在一定的安全隐患。

2.6 燃烧工艺

燃烧法是利用废气中某些有害物质可以氧化燃烧的特性，使之燃烧变成无害物质的方法。燃烧法分为直接燃烧法和催化燃烧法。直接燃烧也称为直接火焰燃烧，是把废气中可燃的有害组分当作燃料直接烧掉；催化燃烧又称为催化氧化，即在催化作用下，使废气中的有害可燃组分完全氧化为CO2和H2O[10]。

燃烧法的优点：1）系统可实现全自动化控制；2）处理效率高，余热可回收利用，产生经济效益；3）适用于浓度高、热值高、粉尘量少、组分复杂且没有回收价值的有机废气。

缺点：1）投资成本较高，对设备的构造及严密性要求严格；2）不适宜用于处理低浓度、间断形成的废气，否则应配套相应的浓缩装置；3）若用催化剂，需注意废气成分中是否存在导致催化剂中毒的物质。

VOCs废气处理除上述处理方法外，还有生物处理法、膜分离法等。这些方法均适用于VOCs废气的处理，但具体采用何种方法，则取决于废气浓度、设备装置和环境温度等条件。此外，还需要考虑操作人员的操作水平。

3 结语

VOCs废气的处理一直以来都是影响大气环境的关键因素，工业高速发展以来，排放到大气中的有机气体不论是量还是类，都发生了质的变化，大气环境治理刻不容缓。不同类型、含不同污染物的工业废气污染源及污染物，治理及处理方法各有不同，应当根据废气中污染物的化学和物理性质、浓度、排放量、排放标准以及有无回收价值等因素选择经济有效的治理方法[11]。VOCs治理方法本身没有好与坏之分，只要针对不同VOCs废气的特点，确定最合适的方法，就能取得好的处理效果。