VOCs废气危害及处理技术浅析

姜 琳 丁 艳

青岛市生态环境局市北分局

1 引言

大气污染已经成为全球性问题，污染物来源主要为工业废气。工业废气的种类比较多，包含酸雾、粉尘、燃料和有机废气等。工业废气按照排风量、理化性质、浓度和温度不同，需要采用不同的治理方法。VOCs废气是工业废气中所常见的类型，在常压条件下，该废气沸点小于260℃；在室温条件下，废气的饱和蒸汽压超过71Pa，属于一种有机化合物。在工业生产中，挥发性有机化合物为应用频率比较高的溶剂，多应用于医疗行业、印刷领域以及化工企业中。在使用期间会挥发大量物质，严重污染大气环境，还会危害人体健康。

2 VOCs 废气的危害

VOCs 废气含有大量挥发性有机化合物，包括酸类、醛类、烃类、酮类以及氨类等，对人体和环境的危害非常大。其中，工业生产中释放的VOCs 废气危害性最大，具体的表现如下：VOCs废气如果含有较高的苯蒸气浓度，能够产生直接引发人体致死性的急性中毒；VOCs 废气中的多环芳烃有机物、有机氮化合物、芳香胺类化合物等致癌率都非常高；VOCs 废气中的苯酸类有机物进入人体后会直接导致细胞中的蛋白质凝固或者变形，使人体产生不良反应。部分VOCs 废气还含有腈类化合物和硝基苯，可直接入侵人体神经系统和呼吸系统，导致人体呼吸困难、窒息以及神经系统障碍，最终致人死亡。除对人体构成损害之外，部分VOCs 废气排放入大气后，会对臭氧层造成破坏，加剧温室效应，引发全球性气候灾害。

3 常用的VOCs废气治理处理工艺

3.1 冷凝处理工艺

在不同温度下，废气中的VOCs 废气饱和蒸汽压性质不同，采用降低温度或者加压方式，从废气中分离气态污染物冷凝。在一定温度条件下，VOCs 废气的初始浓度越大，则可以提升脱除率。

冷凝处理工艺等优势分析：第一，当废气中含有大量水蒸气，且温度比较高时，采用此种工艺的处理效果显著；第二，如果有机物的沸点高，且部分组分可回收利用，通过该处理技术可以增加回收物纯度。第三，当废气浓度比较高，并且处于常温小风量条件下，可以应用此种工艺。第四，联合其他处理方法，可以有效缓解装置的运行负荷，还可以降低运行成本，处理效率与效益均比较高。

冷凝处理工艺的缺点分析：第一，设备要求高，投资成本大，运行能耗比较高。第二，对于废气浓度，温度以及结露温度的要求比较严格。第三，当溶剂蒸汽压与冷凝温度差异比较大时，且溶剂处于饱和蒸汽压状态时，也不能应用冷凝处理工艺。第四，对于可回收价值低且浓度低的有机废气，也不能使用冷凝处理工艺。

3.2 吸附处理工艺

此种处理方法属于气固结合法，是一种质量传递过程，吸附过程包括物理过程、化学过程。通过分析可知，物理吸附属于物理过程，无选择性，在吸附时不存在电子转移，主要借助范德华引力作用。从本质上看，化学吸附属于化学反应，具备高选择性，在吸附期间，气体与固体会出现化学反应。

吸附法的优势分析：第一，设备结构组成简单，可以实现自动化运行与控制。第二，前期处理效率高，可以应用于大风量、小浓度有机废气处理中。第三，通过脱附处理，可以实现吸附剂重复使用，同时可回收有用组分。

吸附法的不足分析：第一，吸附容量不足，设备占地面积大。需要频繁进行吸附剂更换和脱附处理，且脱附剂存在二次污染问题。第二，随着温度的升高，吸附量会下降。第三，使用活性炭作为吸附剂，无法有效处理含有活性物质的有机废气。第四，如果有机废气的浓度比较高，且处于高湿高温状态，则不能采用吸附剂处理方法。

3.3 吸收处理工艺

此种处理方法是将溶剂从气相传递到液相的过程，通过气体混合物中的不同组分，在不同吸附剂中的不同溶解度，可以从气流中分离有害组分。吸附法控制VOCs废气是一种湿法工艺，通过VOCs 废气的物化性质，使液体修复剂直接接触废气，从而将VOCs废气转移到吸收剂中。

吸收法的优势分析：第一，吸收法可以有效处理和回收气体污染物，可以应用于低浓度，低温度且大风量的废气处理中。第二吸收剂价格成本低，且运行费用低廉。第三，吸收法可以应用于废气预处理中。

吸收处理工艺的不足分析：第一，整体工艺比较复杂，吸收液可能会吸取毒害物质。第二，吸收液的使用剂量比较多，需要进行二次处理，降低污染。第三，不能对高稳定性、不溶水的废气进行处理。第四，整体吸收效率不高。

3.4 光催化氧化工艺

此种处理工艺需要借助光作用，从而产生化学反应。分子在吸收电磁辐射后，会使其达到激发状态，相应产生化学产应，衍生出新物质。同时，应用该项技术可以将大分子物质转化为小分子。

光催化氧化法的优势分析：第一，整个反应过程比较温和，可以在常温、常压状态下进行分解。第二，具备较高的自动化水平。第三，对于恶臭气体和高分子污染物的处理效果显著，具备较高的除臭效率。

光催化氧化处理工艺的不足：第一，设备投资成本和运行成本比较高，并且装置内部对于光、强度的要求均比较高，对于光线不充足的区域，可能会对处理效果造成影响。第二，在对易燃易爆物质进行处理时，具有一定的安全隐患。催化剂使用时极易引发失活问题。

3.5 低温等离子处理工艺

该种处理工艺主要通过自由基、高能电子等粒子，可以有效作用于废气污染物中，在较短时间内，可以促使污染物分子分解，从而引发后续反应，对VOCs污染物的降解效果比较明显。

低温等离子处理工艺的优势：第一，整个分解反应可以在常温、常压状态开展，对于外部环境的要求不高。第二，自动化水平高，反映流程比较短，不会受到风阻力影响。第三，装置设备的结构比较简单，整个反应器应用模块结构，便于安装和搬迁。第四，可以有效处理恶臭气体和高分子污染物，除臭效率比较高。

低温等离子工艺的处理缺点：第一，整体设备的投资成本比较高，会相应提升设备构件的制造精度，并且对设备设计、严密性要求比较高。第二，选择3mm 直径填充材料，电场强度为每厘米4kV。由于产生火花和击穿问题，无法彻底分解对苯有机物。

3.6 燃烧工艺

应用燃烧工艺，能够借助VOCs 毒害物质的燃烧性能，将其转化为无害物质。燃烧处理方法主要为直接法和催化法。所谓直接燃烧法，指的是将VOCs直接通入焚烧炉内，当VOCs浓度足够高时，可以实现充分燃烧；如果VOCs浓度较低，那么就需要增加其他的辅助燃料使VOCs 实现充分燃烧。催化燃烧方法是利用催化剂进行气-固相催化反应，降低废气进行燃烧反应的活化能，使其在250℃左右进行污染燃烧，最后能够将有机物分成无毒、无污染的CO2和H2O。这种方法只能处理气体量小的有毒废气。催化燃烧需要用到催化剂，催化剂的种类比较多，每一种催化剂的活性也不一样，常见的催化剂主要有贵金属催化剂和非贵金属催化剂，一般贵金属催化剂的活性比较高，也有很好的耐高温性，但是这类催化剂价格高。而非贵金属氧化物催化剂有铜、锰、铈等非贵金属氧化物，比贵金属氧化剂的价格低很多，也有不错的催化活性，所以常常被用作贵金属催化剂的替代品，是这几年来环境催化燃烧的研究热点之一。

燃烧法的工艺优势：第一，实现全自动控制效果，具备较高的处理效率，可以回收利用余热，从而增加经济效益。第二，可以应用于热度高、浓度高的有机废气处理中。

燃烧法的不足分析：第一，投资成本比较高，对于设备严密性和构造要求比较高。第二，不能应用到低浓度废气处理中。第三，如果使用催化剂，则必须注重废气成分中是否含有催化剂中毒物质。

4 加强VOCs治理的措施

4.1 提高VOCs回收率

VOCs 废气的治理面临着非常大的挑战，包括高排放量、大范围的污染物排放、更多的污染点散布以及更复杂的污染物成分。从目前的废气处理状态来看，许多公司的废气收集仍然不完善，VOCs 排放没有得到有效控制，一些油漆制造商以及油墨生产和使用单位没有完善的VOCs 处理措施。为了提高挥发性有机化合物废气的最终处理效率，有必要提高挥发性有机化合物废气的收集能力，从源头上对其进行控制，强化对污染企业的监督管理。废气收集系统应尽可能靠近VOCs排放源。

4.2 提高VOCs处理效率

VOCs 的最终处理技术在工程中最广泛使用的是燃烧、吸附、光催化和低温等离子体电离。低温等离子体法、活性炭吸附法和光分解催化剂法被广泛使用，因为这些工艺的装置简单且成本低。同时也存在许多问题，例如光催化和低温等离子体方法在实际操作中不是很有效；使用活性炭吸附时，必须定期更换活性炭，这是一个管理起来很困难的过程，而且所使用过的活性炭也非常难处理，处理成本较高。

4.3 科学运用组合处理工艺

VOCs实际处理过程中影响因素是非常复杂的，仅仅依靠单一的处理方法不一定能够完全满足处理需求。因此，组合处理工艺就成为当前VOCs处理中的常见方法，尤其是对于低浓度的VOCs，在对其进行处理时，通常都会选择使用“活性炭+燃烧”，“活性炭+冷凝”或“分子筛转轮+燃烧法”的组合处理工艺对其进行处理。组合处理工艺的科学设计与运用，极大的提升了VOCs的处理效率。

5 结束语

综上所述，我国现代工业化的发展给环保工作的开展带来了巨大的压力，工业废气中的VOCs 排放到空气中之后，在强光照射下，会与氮氧化物发生光化学反应，使细小粒子污染渐趋严重，同时，人类如果长期接触VOCs，会引发一系列的疾病，如全身无力、瞌睡、皮肤瘙痒，严重的还可能导致肝脏与神经系统病变，因此，必须要采取合适的工艺和技术对VOCs 进行处理。文章对冷凝、吸附、吸收、光催化氧化、低温等离子以及燃烧工艺在VOCs 处理中的应用进行了分析，指出在工业生产中，可以结合实际情况，将多种工艺进行组合来共同对VOCs 进行处理，提升VOCs处理效率，降低工业废气对环境的污染。