化工行业 VOCs治理技术研究

吴晓东(广东臻致科技有限公司，广东 茂名 525000)

0 引言

化工行业的进步有助于国家经济的发展，但该行业的生产工序较为繁杂，不仅需依托于先进技术，还需保证生产安全。实际生产过程中，会生成大量挥发性有机物(VOCs)，不仅造成严重的大气环境污染，而且不利于作业人员身体健康。因此，需重视对VOCs的治理，加强多样化、实用性治理技术的运用，为作业人员乃至国民的健康提供保障。

1 挥发性有机物定义及危害

挥发性有机物是一种沸点不高于260 ℃，室温下饱和蒸气压不小于133.32 Pa的可挥发性气态分子有机化合物，当其挥发时，产生的物质不仅会污染生态环境，还会对大众的身体健康构成严重的威胁。若在环境监测的角度对VOCs的含义加以分析，其主要是指借助氢火焰离子检测器检测出的非甲烷烃类的总称。

当前，通过对化工行业产生的VOCs种类进行记录，发现共有300余种，绝大部分的VOCs会威胁生态环境与人身健康。对于生态环境的污染主要体现在三方面：其一，当VOCs在强烈光照与热的共同作用下，其本身会与空气中的氧气进行反应，最终形成臭氧，而且VOCs是光化学烟雾、城市雾霾的主要成分，致使空气环境指标大幅度下降，影响空气质量。其二，VOCs是形成PM2.5和臭氧的前提，经过多数次的测量，发现大气中PM2.5各物质含量有20%～40%为VOCs，还有一些成分由VOCs转化而来。其三，当VOCs挥发时，会生成温室效应气体，致使大范围内的温度持续上升[1]。

对于人身健康的危害主要有三点：其一，当VOCs的浓度大于标准浓度时，会刺激人的眼睛与呼吸道，导致其咽痛、乏力，还会引发皮肤过敏现象；其二，大脑无法完全将VOCs隔离在外，当部分化合物在血液的驱使下流入大脑后，会对中枢神经造成严重的影响甚至损害；其三，增加人类患癌概率，若孕妇吸入过多VOCs，不利于胎儿的健康发育，极易出现胎儿畸形的风险，与此同时，还会使生殖系统生成较大毒性。

2 化工行业VOCs产污环节

化工行业VOCs排放主要来自物料生产、运输、装载和废物处理等过程：(1)化学合成、分离等工艺过程中有组织地排放；(2)各种工艺管线和设备密封点的密封失效致使内部蕴含VOCs物料逸散；(3)有机液体储存过程中蒸发静置损失和接受物料过程中产生的工作损失；(4)有机液体物料在装载过程中，收料容器内的有机液体蒸汽被物料置换产生；(5)含有VOCs的废水在废水集输、储存、处理处置过程中VOCs逸散等多个环节。

3 化工行业VOCs治理技术探讨

3.1 生物处理技术

此技术是近年来新研制而成的一种VOCs治理技术，相较于传统工艺，更具简单性、成本节约性、应用范围广的优势，若加以进一步优化，能够替代燃烧治理技术与吸附治理技术。生物处理技术的实现原理是使用生物处理的方法，对化工行业运作时产生的有机废气进行处理，处理原则是将有害物质转化为不具环境危害性的无机物如CO2、H2O等。通常来说，完整的生物治理有机废气的流程包括三个步骤：首先，让废气中的有机污染物与水充分融合，达到有机物溶解的目的；其次，调整液态形式下的有机物浓度，促使其渗透到生物膜中，被生物膜上的微生物尽数吸收；最后，被吸收后的有机废气会在微生物自身代谢下被降解，从而转化成为不会对环境构成污染的化合物质。

生物处理技术主要是依托于微生物生命活动转变废气中的有害物质，并再次组合，构成结构简单且不会污染环境的无机物，实际处理过程中，会应用到多种操作工艺，比如生物洗涤法、过滤法、滴滤法等。若气态污染物的成分与浓度不同，则意味着生物净化系统也不同。生物洗涤塔主要处理的是气量小、浓度大、易溶解的废气，而生物过滤床处理的废气与其刚好相反，若废气的负荷较高，且当内部含有的污染物被降解后会生成酸性物质，则可以使用生物滴滤床加以处理。

3.2 燃烧处理技术

燃烧处理技术是通过氧化燃烧有机物实现VOCs的降解，这一技术极具破坏性，能够治理可燃或高温分解的有害物质。该技术是现阶段化工行业最为常用的有机废气治理技术之一，燃烧过程中，会产生大量热能，可以采取科学的手段将热能尽数回收，重复利用的同时减少能源损耗。燃烧处理技术又可细化为直接燃烧技术、蓄热燃烧技术以及催化燃烧技术。

首先，直接燃烧治理技术。将VOCs视为燃料，或将其看作成助燃辅料，置于1 100 ℃高温环境下，实现有机废气治理的目的。此方法对于设备的依赖程度不高，且操作简便，能够使VOCs完全、快速燃烧，治理效率可达到99%，主要治理的废气为高浓度、高热值、不具备回收重复利用价值的气体。但与其他废气治理技术而言，直接燃烧处理技术会消耗大量的能源，在运行成本方面也远高于蓄热燃烧与催化燃烧治理技术。如果挥发性有机物废气中含有S、N、Cl等元素，使用此技术极易造成生态环境的二次污染，因此尽可能少使用或不使用直接燃烧法对VOCs废气进行处理[2]。

其次，蓄热燃烧治理技术。利用燃烧后产生的高温余热，将适量燃料加入燃烧场所中助其再次燃烧。蓄能燃烧需在500～900 ℃下进行，热力燃烧的影响因素主要有三方面:即温度、停留时间与湍流混合程度，废气中可燃烧成分的浓度、热值越高，燃料的消耗量便越少。蓄热燃烧通常处理可燃有机物含量少的废气，热效率超过95%，治理效率高于99%。

3.3 等离子体技术

等离子体技术通常被用于放电反应中，随着反应时间的延长，便会生成活性粒子，比如臭氧、自由基、高能电子等，在多样化粒子的共同作用下，将VOCs转化成为无污染物质如CO2、H2O等。对于浓度低、气量小的有机废气而言，便可以应用等离子体治理技术，其处理效率较高，一般会达到90%左右，体现出低能耗、操作简单的特点，同时，处理设备在长时间运作后仍可以稳定且连续运行。但该技术消耗的费用较高，目前仍有待完善与进一步推广。

3.4 膜分离治理技术

膜分离治理技术需借助VOCs中含有的不同组分所具有的压力实现膜的穿透，组分与压力不同，透过膜的传递速率也会存在较大的差异，依托于差异性，从根本上实现膜分离的目的。通常该技术被用于天然气分离提纯操作中，实际应用时，需要使用膜接触器，同时还涉及到蒸汽渗透技术与气体膜分离技术的运用。采用该技术回收VOCs的操作流程较为简单且便捷，不仅可以减少能源的损耗，还能规避二次污染的风险，回收率为95%～99%，一般治理的废气为中高浓度、小流量气体。尽管膜分离技术具有多方面的优势，但同样体现出多种不足,即工艺设备资金消耗较多，尤其是膜元件，需大量的资金作为支持，且很多构件的维护与保养费用较高，以此同时，在维护方面的难度大，极易出现进出口堵塞、构件污染等问题，若不能全方位清洗，将严重影响设备运行的稳定性，对于VOCs的治理也达不到预期效果。现阶段，将新型膜材料研发、分离系统集成以及吸附剂优化等作为膜分离技术主要研究方向，以保证该技术的治理水平得到进一步提升。

3.5 吸附与吸收技术

吸附治理技术的实现原理是借助极具吸附性能的物质如活性炭，并在VOCs中烃分子亲和性的作用下，将油气中的烃类物质尽数吸附，当吸附剂饱和后，采取加热手段达到解吸的效果，实现烃类物质再生与重复利用。该技术通常被用于治理成分单一、气流稳定、浓度较低的有机废气。一般情况下，吸附剂性质、VOCs组成成分以及作业条件等均会影响吸附效果，此技术的治理效率在90%～95%左右。吸附治理技术具有耗能低、效率高、工艺成熟等优势，与此同时也体现出多种问题，即运行成本高、吸附剂饱和后需进行再生，在此过程中，极易造成生态环境二次污染[3]。

吸收治理技术的实现需依托于低挥发或不挥发溶剂吸收VOCs，属于借助有机分子与吸收剂物理性质之间存在的差异性而展开的一种分离技术，一般会应用于石油炼制、化工生产等环节中，以此回收烃类气体，在适当加工后重新利用。此技术主要治理的VOCs为高浓度、低温低、高压力的类型，治理效率高达98%。吸收效果受吸收剂性能与吸收设备结构的影响，采用的吸附剂为煤油、柴油等。吸收治理技术体现出节约成本、操作简单的优势，但在吸收容量方面较为有限，同时，还需定期更换吸收剂，增加治理总时长。

3.6 冷凝法

冷凝法是依托于物质在不同温度下具有的不同饱和蒸汽压性质，降低系统温度或提高系统压力，使处于蒸汽状态的污染物从废气中冷凝分离出来的一种VOCs治理方法。此方法适用于高浓度、成分简单且回收价值高的VOCs，但冷凝处理成本较高，单一冷凝处理难实现达标排放，常需搭配其他技术，如冷凝-吸附提高处理效率。

4 结语

化工行业产污环节较多，且各环节产生的VOCs组成成分、浓度、废气量均不同，采用单一的治理技术难以保证VOCs的达标排放。因此，需根据各环节废气特点，结合技术的适用条件、处理效率、运行成本等因素，合理选择治理技术或采用组合技术减少VOCs的排放，实现化工行业绿色、环保、健康经营与发展。