浅析VOCs 危害及治理技术

刘勇华 ，洪文跃 ，吴 京 ，王 伟

（1.生态环境部南京环境科学研究所，江苏南京 210042；2.南京国环环境研究院有限公司，江苏南京 210042；3.南京市江宁生态环境局，江苏南京 211000）

1 VOCs 介绍

VOCs 是一种混合成分，由于不同的国家发展中产生的有害气体不尽相同，所以对于VOCs 的具体定义不同的国家会有所不同。在美国ASTM 标准中规定凡是能够在大气中主动或者被动参与光化学反应的有机化合物都是VOCs；有些组织认为大气中除了含碳、含氮的有机物以外，其他任何参加大气光化学反应的化合物都是VOCs。有机化合物一般是指熔点要小于室温同时沸点的分布区间范围比较大的物质，通常情况下沸点的分布区间在50～260℃，同时这种有机化合物具有很强的挥发性，很容易对人体造成严重的伤害。VOCs 的主要成分中有臭氧等对大气污染严重的气体，在有光照的情况下容易与大气中的其他化合物发生光化学反应，从而环境造成二次伤害，给人们的身心健康带来威胁。

2 VOCs 的产生及危害

我国的环境治理部门通过对大气的分析发现VOCs 的主要来源不仅是工业生产等人为的排放，其中自然界也有大量的VOCs 存在。自然界中的VOCs 主要是发生各种自然灾害时带来的，比如火山喷发中含有大量的有害气体其中就有VOCs 的成分；而人为排放的VOCs 主要是来自人们的生活以及生产活动。生活中汽车的使用等都会排放很多VOCs 的成分气体。而工业生产中的排放是人为排放的主要部分。工业生产中包括VOCs 的生产、储存和运输不得当、以VOCs 为原料的工艺生产和使用含VOCs 产品。我国的石油化工等重工业比较发达，而这些企业在生产的过程中会产生大量的挥发性有机化合物。同时部分仓储和运输行业中也会有挥发性有机物产生。很多有机物在生产的过程中会伴随挥发性有机物产生，这就是以VOCs 为原料的来源。此外，制造塑料制品、印刷、汽车喷漆等行业的产品中都会产生大量的VOCs 成分气体。

在经济的不断发展中，大气污染带来的伤害开始逐渐显现出来，国家开始加大力度对大气的治理，而许多企业为了保护自己的利益不被迫害，并没有真正实行对VOCs 的控制导致治理效果不明显。因此，国家采取重点城市重点治理的措施，加大了对环境治理的力度，尤其是VOCs 的控制。

VOCs 的产生不需要过高的温度，常温就可以产生，同时VOCs 具有极强的挥发性，极易对人体产生伤害。随着人们生活质量的不断提高，人为排放的VOCs 排放方式越来越多，同时企业规模的不断扩大也使得VOCs 排放量大大增加。图1 为VOCs对生活生产造成的危害。VOCs 的具体特性及危害可以简单从四个方面介绍：①VOCs 是一种具有刺激性较强的气体，空气中的VOCs 含量过高时，会直接影响人们的正常生活；②VOCs 成分中的大部分气体都可以发生光化学反应。当大气中的VOCs 含量过高时，VOCs 会与大气中的氮氧化物在光照条件发生光化学反应，从而产生臭氧等有污染的气体，不仅严重影响了人们的健康，还对农业的发展有很大的制约；③VOCs 气体成分中部分气体具有易燃性。由于气体具有易燃性，当有明火或者静电存在时极易发生不可挽回的事故，这种事故多发生在工业生产中；④VOCs 气体成分中含有的烯、苯的有机物容易引起癌变，同时含氯有机物是一种剧毒气体。

图1 VOCs 危害的多样性

3 VOCs 的治理方法

3.1 吸附技术

吸附技术的主要原理是先对VOCs 微粒在吸附剂的作用下进行吸附收集，然后再通过一定的技术手段把吸附的有机物进行脱附处理，从而使VOCs 中的有害物质大大减少，达到保护环境的目的。吸附技术工艺流程简单容易操作是现阶段工业生产中常用的方法。

吸附技术的使用过程中，重点是吸附剂的选择。当前使用的吸附剂对VOCs 中有害物质吸收的能力有一定的限度，为了提高吸附剂的吸附能力，科研人员从表面积等多方面出发，不断对吸附剂进行改良。吸附技术在使用过程中，对VOCs 的净化能力比较强同时效果比较明显。但是吸附技术在使用时，设备的搭建费用昂贵，同时设备在运行中能耗比较高，无形中增加了企业的成本投入。此外，吸附剂是不可以循环利用的，使用一段时间必须及时更换否则也会对环境造成污染。基于吸附技术的这些缺陷，吸附技术在全国范围内的普及难以实现。

3.2 生物降解法

生物降解法主要是通过微生物的新陈代谢，将VOCs 中的有机化合物进行降解，从而减少环境的污染。VOCs 中的大部分有机化合物都是含碳或者含氮的有机物，通过生物降解产生的物质可以直接排放到环境中去，不会对环境造成伤害。

生物降解法在应用的过程中不会对环境造成二次伤害，同时生物降解利用的厌氧菌和好氧菌等这些细菌的培养比较简单，培养成本比较低。因此，人们更倾向于使用生物降解法减少大气中的VOCs。但是，生物降解法在实际使用过程中，生物的新陈代谢是一个缓慢的过程，导致对VOCs 的效率比较低，当VOCs 的量较大时生物降解起不到明显的治理效果，所以生物降解法只适用于VOCs 排放量较小的企业。

3.3 冷凝技术

冷凝技术是通过物理方法除去VOCs 中的有害有机化合物。由于不同的有机化合物的饱和蒸汽压会随温度的变化而发生很大的变化，所以冷凝技术通过添加冷凝剂对VOCs 进行冷却，从而将其中的有害成分变成液体，对液体的废气进行处理，从而达到环境保护的目的。冷凝技术中常用的冷凝剂有冷却水、液氮。冷凝技术在实际的使用过程中工艺路程简单便于操作。但是冷凝技术也有很多不足之处：首先在冷却过程中，只有当VOCs 的浓度比较高，且VOCs 中的气体成分的沸点较高时，才可以使用冷凝技术，但是当处理的组分挥发性比较强，很难使用冷凝技术。其次，VOCs 是一种易燃的有害物质，当废气中的VOCs 含量过高，为了使冷凝效果更好，需要施加一定的压力，当压力足够大时极易发生爆炸事故，这对操作人员的生命安全带来很大的隐患。最后，加压设备的添加无形中增加了企业的成本投入。

3.4 光催化处理技术

光催化技术是利用VOCs 中的组分容易发生光化学反应的特性使用的技术手段。使用过程中是通过吸附剂先将VOCs 进行吸附，然后在光催化剂的作用下对VOCs 进行催化降解。一般情况下选用的光催化剂为二氧化钛。通过光催化反应，VOCs 中的有害组分可以降解成对水资源没有污染的物质，可以直接排放到水中，但是不能随意排放到大气中去。光催化技术在治理VOCs 的过程中治理效果显著，同时降解物不会对环境产生二次污染。目前，部分企业已经开始使用光催化技术。如何提高催化剂对光的敏感度是目前研发人员研究的重点。

3.5 燃烧技术

燃烧技术可以分为直接燃烧和催化燃烧。

由于VOCs 气体具有易燃的特性，直接燃烧法是根据VOCs气体的主要成分直接对其进行点燃。但是气体组分的着火点比较高，导致直接燃烧法需要消耗大量的能量。直接燃烧法操作简单，但是在实际的运用中发现，直接燃烧法的能耗比较少，同时需要在高温下才可以进行这种方法，但也增大了操作的危险性以及提高了处理成本。

催化燃烧法通过催化剂的作用降低VOCs 气体组分的起燃温度，从而达到处理VOCs 有害气体的目的。催化剂可以将废气里的有机废弃物质与氧反应，产生无污染的H2O 及CO2等。它所应用的原理是利用催化剂使化学反应要求的活化能大幅减少，另外在催化剂的作用下，使整体的反应进程加速，使氧化分解在低温情况就可实现。此方法具有耗能较少、起燃温度低、处理范围广泛、安全性相对稳定、去除效率较高、无二次污染问题等很多优点，是当前VOCs 污染治理技术中极具应用前景的方法。

3.6 复合型处理技术

近年来，国内外技术人员对于挥发性有机气体处理工作的研究，是在不断优化回收处理技术的基础之上降低成本、提高效率、开发环境友好型的工艺技术。挥发性有机废气的成分复杂，需要的技术复杂，综合各方面的因素进行考虑，进行复合技术的处理是较为优质的选择，以达到经济利益与环境效益的平衡。

冷凝法可以用于溶剂的回收，然后加上吸附法和燃烧法可以处理低浓度的VOCs。对于可以生物降解、光降解的有机废物可以优先使用降解法进行处理再进行后续的回收工作。要注意各个处理工艺的连接环节，要避免中间有毒物质的释放。

4 结论

综上所述，当前人们在生活中以及工业生产中都会有大量的VOCs 气体排放出来。人们追求更高利益的代价就是环境遭受破坏越来越严重。因此，国家必须制定相关法律法规，从源头抓起，减少VOCs 的排放。企业要根据自己生产的实际情况，选择适当的技术手段，做好VOCs 的治理工作。城市居民、企业以及国家要从我做起，为实现可持续发展共同努力。