有机废气治理技术与应用探讨

高 雷

（安徽一二三环保科技有限公司，安徽 宣城 242000）

在工业生产过程中会产生很多有机废气，而环保领域将其中能参与大气光化学反应的有机化合物称为挥发性有机物（VOC）。常见的有机废气包括甲醛、苯、甲苯、二甲苯、乙酸乙酯等。如果这些有机废气不经处理被直接排放，其会在大气环境中参与一系列的光化学反应，产生二次有机气溶胶，成为雾霾的前体物质；也会参与到二氧化硫、氮氧化物等的氧化还原反应中，且形成一系列的硫酸盐、硝酸盐以及铵盐等，从而会造成酸雨等不良天气；其还会与氮氧化物反应生成臭氧，会进一步促进各类污染物的转变。上述这些变化，不仅会形成一系列能腐蚀建筑物、钢材的大气附着物，还会降低大气能见度，提高空气中细颗粒物的数量，从而诱发呼吸系统疾病，影响人们身体健康。此外，若人体直接吸入或沾染了一定量的挥发性有机物，还有可能诱发癌症、白血病等恶性疾病，这对人们身体健康造成了极大危害[1]。但随着科技的发展和人们的广泛重视，有机废气处理技术得到了相应完善和具体优化，从而有效提高了有机废气的处理效率。在实际应用中，由于生产过程所使用的原料、加工技术和操作规程不尽一致，企业需要结合自身的实际情况，在保证污染物处理效果的前提下选择合适的有机废气处理技术。

1 有机废气处理的重要性

随着我国经济的不断发展，也促进了制造业的成长，但随着工业化进程的推进，环境污染所造成的负面影响逐渐显现，造成了诸如雾霾、人群呼吸系统疾病、水源地污染等现象。常见的有机废气及其危害主要包括：（1）苯会对人体的中枢神经系统产生损害，且高浓度（高达2%）的苯很容易造成急性中毒以及死亡；（2）当苯甲酸类有机气体进入人体后，会使蛋白质变性和凝固，人们会出现呼吸困难和窒息问题；（3）硝基苯会对神经系统以及身体器官功能造成损坏；（4）有机磷类的有机废气能够极大降低血液中所含的胆碱酯酶活性，从而会引发人们出现功能性以及神经系统方面的疾病。因此，必须要对有机废气进行有效治理。

此外，大气中的有机废气容易产生次生的细颗粒物聚集情况，这是也造成大气污染问题的原因之一。因此，在企业日常生产过程中，建议使用水性油漆等低挥发性涂料，以此代替高挥发性涂料，并采用更清洁的生产工艺和技术来抑制和预防有机废气的污染。而且，应用有效的废气处理技术，可以实现有机废气的净化和综合利用。一般情况下，其处理方法主要包括吸收、冷凝、吸附和热解，且应用范围因处理方法而异[2]。

2 常见的有机废气治理技术

2.1 吸附法

目前，吸附法是有机废气最常见且廉价的处理方式之一，按照其吸附材质不同，可分为固体吸附法与液体吸附法。

2.1.1 固体吸附法

固体吸附法主要是依靠固体吸附材质表面的空穴、孔洞等微观结构实现对有机物的捕捉，其捕捉过程是一种物理变化。现阶段，为了降低废气的处理成本，企业普遍选用价格较为低廉的多孔活性炭作为吸附材质。

2.1.2 液体吸附法

液体吸附法的原理与固体吸附法稍有不同，有些类似于分液萃取的原理，是利用有机物在特定溶剂中的高溶解度将废气中的有机物捕捉至溶剂中，其本质是溶解，也是物理过程。由于不同有机物在不同溶剂中的溶解度各有不同，因此，液体吸附法的应用范围远远小于固体吸附法，而且，其应用前需要明确废气中的有机物种类，这样才能有针对性地选择相应的液体吸附介质。

目前，吸附法在使用过程中主要存在三点问题：一是有机物并没有被消灭，而仅是被吸附材质捕捉，因此，吸附饱和后的吸附材质反而形成新的固体/液体废弃物；二是活性炭等吸附材料受到温度、湿度等环境条件的影响比较大，而且，吸附材质对于部分有机物的处理效果较差，例如，活性炭对于部分苯系物的吸附效果就很不理想；三是随着使用时间的增加，固体吸附设备的吸附效率下降得十分明显，所以需要经常更换吸附材质。为了解决上述问题，现在经常采用吸附装置与吸附介质再生装置联用的方法，例如，活性炭吸附-热空气再生处理装置。

2.2 冷凝法

近年来，冷凝处理技术得到了广泛应用，其原理是通过降温或升压使废气中的有机组分液化，并与空气分离，进而可以进行收集。在实际应用中，由于不同有机物在不同压力下的液化温度不同，所以此类处理设备并不适用于多组分有机废气的处理，同时在应用处理设备前，还需明确废气中的有机物种类、废气量与浓度，以此来确定设备的耐压范围与有效容积。相比于吸附法，冷凝处理法处理效率较高，也无需更换耗材，更不用担心处理效率下降的问题，但其在使用过程中的能源消耗较大。若企业可以将冷凝收集的有机组分进行二次利用，则可以极大地降低企业的运营成本，因此，这也是一种有价值的处理方式。

2.3 氧化/燃烧法

氧化/燃烧法是使废气中的有机组分与空气中的氧气发生完全氧化反应，转变为水、二氧化碳等小分子物质的方法。根据氧化条件不同，可分为热燃烧法与催化燃烧法。

2.3.1 热燃烧法

热燃烧法是通过直接升温的方式增加分子内能，从而使有机物发生氧化的方式。该方法对于不同的有机物，其发生完全氧化的温度以及反应时间会有所不同。而对于大部分有机物，当温度升至800 ℃左右时即可完全分解，但对于二噁英等少部分物质，在需要大量破坏的情况下，需将反应温度提升至1 000 ℃以上。

2.3.2 催化燃烧法

催化燃烧法是通过催化剂降低反应活化能，从而增加有机物氧化的速率。在实际应用中，为了尽量增加有机物、氧气与催化剂的接触面积，需要优化设备内的风道设置，一般情况下可使用多孔陶瓷作为催化剂的负载基质。目前，常见的有机催化剂大部分为铂（Pt）、钯（Pd）和铑（Rh）等贵金属催化剂。由于使用了催化剂，反应活化能会大幅降低。对于大部分催化剂来说，其反应温度可以控制在350 ℃以下，而对于部分优秀催化剂，其反应温度更可以降低至200～250 ℃左右。

总体而言，氧化/燃烧法具有处理效率高、工艺简单、无附加污染物的特点。但也会因为有机物氧化放热的热量不足难以维持设备消耗，所以，需要采用天然气或电加热的方式进行额外热量补充。因此，为了减少设备运行成本，此类设备常与陶瓷蓄热装置、尾气换热装置联用。需要注意的是，为了保障安全性，此类设备中有机物的浓度不得超过其爆炸极限的25%。

2.4 化学吸收法

从形式上而言，化学吸收法和液体吸附法较为类似，均是使有机废气通过液体并截留有机组分的方式，但它们的原理并不相同。化学吸收法的原理是有机物与溶液中的活性成分发生化学反应，并会留在溶液中，其本质是化学反应而非物理变化。其处理效果不仅受有机废气在溶液中溶解度的影响，还会受到温度、湿度、活性成分等多方面的影响，所以，此类方法的应用范围相比于液体吸附法更小。

3 有机废气处理的新技术

3.1 低温等离子体技术

低温等离子体技术是通过高压电弧放电，使废气中遍布电离后的氧自由基与臭氧分子，并与有机组分发生氧化反应而成为无害小分子的过程。此种方法原理的本质和氧化燃烧法类似，都是通过人工方法为有机物的氧化提供能量。与氧化燃烧法相比，低温等离子法的优势是运行功耗更低，设备更简单，也更安全。但也存在着电离浓度不易控制、处理效果难以保证、会产生臭氧副产物等缺点。一般来说，在处理低浓度、低风量的有机废气时，低温等离子法是一种见效较快的简易技术[3]。

3.2 变压吸附技术

变压吸附的原理主要是运用不同吸收器对废气进行转化。变压吸附是对废气进行气体分离以及净化，并能充分考量吸收容量压力的整体变化。变压吸附是以压力波动为特征，实现吸附剂组分在低压状态下的解吸和吸附剂的再生。该技术由于周期短，吸附热不会随着时间的推移而降低，因此，可以用于解吸。而吸附层吸附解吸温度的变化一般较小，波动较大。在实际应用变压吸附技术处理有机废气时，需要与吸附剂适当结合，如硅胶、分子筛、活性炭等。该技术具有成本投入低、功耗低、加工效果好的优点。

3.3 膜生物反应器

近年来，随着我国膜生物反应器的迅速发展，该反应器已逐渐应用于有机气体的处理。在膜生物反应器的实际应用中，膜技术可以与现有废气微生物处理技术有效结合，从而有效提高了有机废气处理的效果，也保持了良好的分解效果。该方法的原理与化学吸收法类似，只不过由于生物膜的作用，水中的“化学吸收剂”可以不断地再生。该方法与化学吸收法相同，也同样会受到有机物在水中溶解度的影响，而且，由于涉及到使用微生物，其废气和环境的温度变化也会极大地影响设备的处理效果[4]。

3.4 微波吸收解吸技术

这种技术主要是在固体吸附-解吸再生技术的基础上实现的。该技术是使用微波解吸代替热解吸，能有效地减少能耗，同时也能使解吸时间更少。此外，该方法解吸效率高，对环境温度影响小，完全可以满足有机废气预处理的各种要求。目前，微波吸收解吸技术的主要研究方向是如何减少电磁波对外环境的影响。

3.5 综合处理技术

综合处理技术主要是对各种处理技术进行有效结合，然后再对有机废气进行处理，这样可以实现更好的处理效果。现阶段，工业废气处理技术主要是使用催化吸附、组合吸附、降压振荡解吸、吸附剂浓度变化等。其中，吸附催化吸附技术可以吸附废气中的有害物质，降低废气中污染物的浓度，符合国家处理标准。

4 有机废气处理的管理方向

4.1 强化源头管理

在对有机废气进行处理的过程中，很多企业只重视对有机废气进行处理，而没有重视对生产过程的有效管理。因此，为了能够从源头上对有机废气进行处理，企业需要高度重视生产过程的管理。首先，要详细分析有机废气的成分，对其生产过程进行优化，以此有效减少有机废气的产生。在实际管理工作中，要合理规划工业生产，做好对挥发性化学品贮藏的有效管理，以减少因材料储存引起的问题。同时，企业还应设立相应的管理机构，制定工业生产过程和原材料储运控制方案，以此有效控制污染源有机废气的排放。同时，在工业生产过程中，如汽车和家具生产企业，要督促其优化生产用原材料，尽量使用VOC含量低的涂料、染料等[5]。

4.2 缩短传输路径

因有机废气与生产物料的性质、储存条件、密封条件等因素有关，所以，为了减少生产过程中有机废气的排放，应尽量优化生产工艺，简化工艺流程，减少有机原料的传输次数，并尽可能使用密封式储存，且原材料在输送过程尽量使用真空泵送手段。此外，企业还需要严格监控生产过程，确保各类容器、管道的密封性，尽量采用耐腐蚀的容器、管道材质，以此做到无泄漏、无破损。

4.3 提升收集效率

对于生产过程中产生的有机废气，若无法做到有效收集，即使末端处理设备的净化效率再高也无济于事。目前，提升废气收集效率最有效的手段是密闭和负压排风。密闭就是，使产生有机废气的工段尽量减少与外界空气交换的次数，从而形成一个密闭的空间，以减少废气的逸散。例如，可以给集气罩设置软帘，在排风柜、密闭式喷漆房内进行喷漆操作，而喷漆房的人员进出通道应设置停留室与内外两道门等。负压排风是指通过管道向外抽风的方式将废气送至处理设备中，这样可以最大程度避免封闭空间内的有机污染物逸散至外界。

4.4 加强末端处理

在从源头、传输路径、废气收集方面强化有机废气的治理后，则需对末端处理方面进行强化。在实际处理过程中，企业要根据自身的实际情况，并结合废气的温度、湿度、含尘量、有机废气种类、浓度等多方面因素，从废气处理效果、一次性投入成本、持续运营成本、附加污染物的产生和安全性等多角度进行综合考量，在多种有机废气的处理方式中选择最适合企业实际情况的处理方式。

4.5 保障日常管理

除了“硬件”层面，企业也需要在“软件”管理方面辅助控制有机废气。一是需要根据排污许可证、环境影响评价文件等的要求，积极主动地完成自行监测要求，并判断污染防治设施的运行效果。如果有条件，最好能安装有机废气在线监测装置。二是需要对原辅材料、生产设备、污染防治设施等运行情况进行记录，且要做好台账，便于分析问题，以此为进一步强化管理、提升污染治理效率奠定良好基础。同时，企业还要总结以往的管理工作，便于及时发现管理中存在的问题，以此为后续管理过程提供科学依据。为了跟上时代的步伐，企业还需要定期学习新的污染防治技术与运行管理经验，进一步不断优化有机废气的处理系统。

5 结语

综上所述，在选择有机废气的处理方式时，应通过对不同处理方案的对比，来确定目前工业生产条件下最合适的方案。在实际处理有机废气时，企业需要在有机废气处理的质量和成本之间取得平衡，争取实现经济效益、社会效益和环境效益的统一。同时，为了确保有机废气的管理与治理，不仅要做好末端治理设施的选择，还要强化源头管控、缩短传输路径、提升收集效率以及加强日常管理等多方面的工作。此外，在处理有机废气时，必须要保证处理过程安全。