挥发性有机物控制技术进展

陈兵兵

（中航长沙设计研究院有限公司，湖南 长沙 410014）

环境污染问题是影响人类社会发展的关键，尤其是在现代化工业生产体系下，由于只关注生产效益及利润，忽视了自然生态环境的重要性，导致空气质量普遍下降。挥发性有机物包含了多种类型，比如萜烯类、脂肪烃类和卤代烃类等等，而且其组成成分具有多样性的特点，一旦进入到大气环境中会引发一系列的环境问题。面对高排放量的挥发性有机物，如何采用针对性技术手段进行治理与控制，成了当前面临的主要问题。在发挥传统治理技术优势的同时，也应该注重先进工艺和设备的引进，提高技术之间的融合度，以获得良好的控制和治理成效[1]。

1 挥发性有机物概述

挥发性有机物的沸点在50～260 ℃之间，包括了不饱和脂肪烃、芳香烃、脂肪酸类等。在当前空气污染中，挥发性有机物的浓度逐渐提高，如果缺乏有效的控制措施，将会对人类的健康造成威胁。在交通运输行业、石油化工行业、印刷行业等领域中，挥发性有机物的产出量较大，尤其是在社会生产速度逐渐加快的趋势下，汽车尾气、工业排放和装饰装修材料制造等，都会引起挥发性有机物的污染问题，容易产生较多的芳香烃类挥发性有机物。而建筑装饰材料和粘合剂等，容易产生较多的含氧有机物[2]。由于挥发性有机物的刺激性较强，当空气中污染物的浓度超标时，会对人体心肺功能和免疫系统造成威胁，甚至引发人体某些器官的癌变。臭氧层也会受到挥发性有机物的影响，从而引起环境问题及人类健康问题。挥发性有机物的毒性较大，而且其中包含多种成分，对于挥发性有机物的治理难度较大。我国虽然在挥发性有机物治理中取得了初步成效，但是与发达国家相比仍面临较大的挑战。

2 挥发性有机物控制技术的进展

2.1 吸附法

吸附法在处理挥发性有机物时应用较为广泛，尤其是很多先进的处理工艺也要以吸附法为核心，通过对污染物质的有效吸附和统一处理，来改善大气的整体环境。运用吸附法处理挥发性有机物，不仅能够保障处理工艺的安全性和高效性，而且去除率可以达到相关标准的要求，还可以防止对环境造成二次污染。此外，吸附处理中用到的设备较为成熟，能够降低系统运行的能耗，具有经济性特点。挥发性有机物的浓度、类型、材料特点、环境压力及温度等，都会对处理效果造成直接的影响，因此在运用该方法实施控制与治理工作时，应该明确不同要素的影响特点及原理，从而确保良好的吸附分离效果。在物理吸附处理中会有大量热量的产生，因此应该适当降低处理温度，而化学吸附处理则相反，需适当提高温度以改善处理工艺。

2.2 吸收法

吸收法也是处理挥发性有机物的常用工艺手段，主要是采用特定的吸收剂对挥发性有机物加以吸收和分离处理，包括了柴油、煤油等，尤其是当污染物的浓度较高或者存在较大的压力时，就可以采用吸收法进行处理。在应用工艺过程中，整体处理成效取决于设备的结构性能和吸收剂的类型，因此可以从上述两个方面入手对工艺操作流程进行优化。应该确保吸收剂不具备毒性，而且能够实现挥发性有机物的快速溶解，保持良好的理化稳定性。在选择处理设备时，也应该对其结构进行检查，保障挥发性有机物和吸收剂的全面接触，控制设备运行压降，使设备处于高效运行状态当中。在应用吸收剂时需要经过专门处理，使得吸收工艺的复杂程度升高，而且容易由于操作不当引发二次污染，只有在特定类型的挥发性有机物处理中才能获得良好的成效。

2.3 冷凝法

挥发性有机物一般呈现为气态，通过冷凝技术的应用，可以在低温条件和高压条件下转化为液态，从而实现污染物的快速分离。冷凝系统主要包括了制冷设备、冷凝器和冷凝剂等，由于气体之间在不同饱和蒸气压中的状态存在差异性，因此通过特定温度的设置就能实现挥发性有机物的冷凝处理，在浓度和沸点特性上都较高。运用冷凝系统对挥发性有机物进行处理时，无法一次性达到处理标准要求，会有部分挥发性有机物的残留，因此应该通过二次处理控制挥发性有机物含量。对于高浓度挥发性有机物进行分离的同时，可以对其中的可用有机物质进行回收利用，满足循环经济的发展要求。在实践工作中，应该确保气体混合物的沸点和体积分数等达到冷凝处理技术的标准。如果浓度不达标，则会导致设备能耗和运行成本增大。尤其是当挥发性有机物具有中挥发性或者高挥发性时，会对冷凝处理的效果造成影响，通常沸点在60℃左右时能够确保去除率达到80%以上。

2.4 膜分离法

运用人工合成膜或者天然膜，可以对挥发性有机物进行有效分离，尤其是在混合气体中，与其他气体的动力性质存在一定的差异性，可以加快分离处理的效率。如果挥发性有机物的浓度较高，运用膜分离法可以获得良好的处理效果，应该确保体积分数超过0.1%。膜分离法通常不会单独使用，而是与其他挥发性有机物处理技术融合应用，具有适应性强的特点。尤其是当挥发性有机物沸点较低时，运用冷凝处理技术和吸附处理技术会遇到较大的困难，而膜分离技术则能够弥补上述工艺的缺陷，回收效率能够超过90%，不会对环境造成二次污染。然而，应用该工艺时也需要采用先进设备，对于分离膜的性能要求高，加大了成本投入。

2.5 燃烧法

挥发性有机物通常具有易燃性的特点，通过点燃处理的方式可以使其充分燃烧，产生的二氧化碳和水不会造成二次污染，因此具有环保性的特点。催化燃烧和热力燃烧是燃烧法处理挥发性有机物的两种主要方法，对于工艺操作的要求不高，而且设备的结构简单，大大提高了处理工艺效率。在采用热力燃烧法进行处理时，需要确保燃烧温度在700 ℃以上，实现对挥发性有机物的分解处理，去除率能够达到99%左右。运用催化燃烧法处理挥发性有机物时需要借助于特定的催化剂，其反应温度相对较低，一般情况下在250～500 ℃之间，实现了资源的高效利用，对于设备的要求不高。实践中催化燃烧法的应用较多，不仅能够降低能源消耗，而且具有良好的适用性和经济性、便捷性特点。

2.6 低温等离子法

电子在特定电场的作用下会呈现出化学活性，随着能量的不断提升，实现对挥发性有机物化学键的电离和断裂处理，从而实现大分子污染物的分解，使其转化为小分子低毒或者无毒物质。在多种类型的挥发性有机物处理中，低温等离子法都能够发挥有效作用，能够降低设备运行能耗，去除效率更高。为了对无机物和生成物的比例进行有效控制，应该对反应中的气体氛围进行合理掌控，一般需要适当提升湿度并控制电压，二氧化碳的选择率能够超过90%。

2.7 光催化法

在光催化剂的作用下，可以借助电子空穴对进行降解处理，在挥发性有机物污染治理中得到广泛应用。一般情况下，采用TiO2、WO3、ZnO等作为光催化剂，需要确保良好的光照条件，以保障电子空穴对的性能，为氧化反应奠定基础。此外，该技术应用中需要借助于专业的设备，在结构设计上要满足更高的标准要求，需要借助于其他载体对光催化剂进行处理。很多中间产物会对自然生态环境造成污染，其沉积作用也会对分解过程造成抑制，引起催化剂中毒的问题。通常在高浓度挥发性有机物处理中应用光催化法，但是容易造成催化剂失活等问题。为了解决上述问题，通常采用吸附法对光催化法进行改善，使吸附降解的速率大大提升，获得良好的去除率。

3 结论

对于挥发性有机物的控制，可以使当前环境污染问题得到有效治理，防止引发人类的各类疾病，这是落实可持续发展目标要求的关键途径。在实践工作当中，主要是采用吸附法、吸收法、冷凝法、膜分离法、燃烧法、低温等离子法和光催化法等进行处理，不同工艺的原理和特点都有所不同。一般情况下，要根据挥发性有机物的特点进行选择，提高各类工艺的融合度，使其各自的优势得到充分发挥，以提高挥发性有机物的去除率。