工业VOC的危害及处理技术分析

韩冬冬

（泰安市生态环境局岱岳分局，山东 泰安 271000）

在近几十年的经济发展过程中，我国工业行业取得了突飞猛进的进步和发展，在一定程度上推动着国民经济的发展，但是其中也存在一定的问题，比如：工业VOC对大气环境造成了十分严重的污染，影响着社会经济的可持续发展。在工业产业的实际生产过程中，VOC种类较多且覆盖范围十分广泛，所以治理的工作难度较大。而随着我国对VOC污染问题重视力度的不断提升，各种环保法规也在严格控制工业VOC的排放，同时VOC治理技术也在不断进步和改善。由此可见，对工业VOC污染进行深入分析，并采取科学合理的回收与处理措施具有十分重要的现实意义。

1 VOC污染的主要来源

根据世界卫生组织所提出的标准，沸点在50～260 ℃，室温条件下饱和蒸气压超过了133.23 Pa，且常温条件下以蒸汽形式存在于空气中的有机化合物被称为VOC污染。从结构组成角度来看，VOC主要的成分为烃类、氮烃、硫烃以及沸点较低的多环芳烃等[1]。作为污水处理厂、制药厂、石油化工工业以及有机合成业等场所主要排放的污染物，VOC中含有大量对人体各个器官具有刺激性作用的物质，毒性十分强烈，有些物质甚至还会出现致癌和致突变等效应，对环境安全和人体健康都造成了严重地危害。所以，为了有效控制工业VOC的排放，各个国家都相继颁布了废气排放标准，并不断增加VOC污染物排放的限制种类。我国早在1996年就规定了以污染空气为主的33种污染物的额定排放值，其中包括苯、三氯乙烯等具有挥发性的有机化合物。此外，在工业生产的流程中，涉及很多排放VOC的企业，如烟草、纺织、石油化工以及家居装饰等，也就是说具有VOC排放的企业几乎占我国工业体系的一半，特别是在石油化工行业中，污染排放问题更加突出。而在石油化工行业油气裂解与后期加工过程中，通常会产生三烯与三苯等合成物，在复杂工艺和生产原料的影响下，必然会排放挥发性有机物质，而且VOC的排放总量十分惊人，其工艺改造难度也非常大。

2 工业VOC污染的主要特点

工业生产排放的VOC具有数量多和排放量大的特征。在实际工业生产过程中，有毒有害气体的种类很多，包括卤化物、碳氧化物、硫氧化物以及VOC等，在这些污染物中，对大气环境造成危害的污染被称之为气态污染[2]。由于有毒有害气体的来源与基本性质不同，所以必须要采取科学合理的方法进行控制，也就是从源头控制污染的产生，同时要采取科学合理的回收与处理方式，充分发挥大自然的自净能力，并应用经济的措施和政策来控制VOC污染物的总量。虽然气态污染物属于一种混合物，以原子或非颗粒状态存在于空气当中，但是可以根据气态污染物的浓度来选择合适的净化方式，这不仅可以实现理想的净化目标，同时还可以减少处理成本，提高整体社会效益与经济效益。但是需要注意的是，在处理浓度较高的气态污染物时，一定要提前做好预处理。

3 工业VOC的主要危害

3.1 对人体健康造成危害

工业VOC污染会对人体健康带来直接危害，应当避免与其发生接触。根据当前研究结果显示，工业VOC污染对人体所造成的危害包括三个方面：一是感官与气味方面的影响，具体包括身体的皮肤干燥、感觉异常、迟缓等。二是对黏膜产生的刺激和其他症状，一般都会使眼黏膜和鼻黏膜受到刺激，进而由各种呼吸道疾病引发咳嗽甚至是上呼吸道感染[3]。如果刺激情况十分严重，还会波及到人体的内脏器官，压制人的中枢神经系统，使人有精神萎靡、浑身乏力等症状。三是工业VOC具有较强的致癌性与基因毒性，如果VOC造成的污染在空气中的浓度较大，那么人体就会出现一系列的反应症状，可能会导致记忆力衰退，且对人体的肝脏、神经系统以及大脑都会造成不同程度的损伤。现如今，部分工业VOC污染已经被列入到致癌物质当中，像甲醛、苯等，都会对人体健康造成巨大的伤害。

3.2 造成光化学污染

VOC是形成近地臭氧层的前体物之一，臭氧就是光化学氧化剂，它具有较强的刺激性与氧化性，直接与人们的日常生活相关。在阳光的直接照射作用下，VOC会与大气中的碳氢化合物与氧氮化合物发生反应，生成危害性强且活性较高的烟雾，因而会对环境造成严重的二次污染，影响人们的正常生活。随着臭氧浓度的不断增加，人们生活环境的雾霾天气次数也会随之增加，这不仅对人体健康造成了不良影响，同时也会危及到农作物的生长。另外，VOC还会在一定环境条件下与大气环境中的颗粒物发生反应形成二次有机溶胶，从而对大气能见度造成严重影响，甚至会使区域乃至于全球气候环境变得更差。

3.3 引起火灾爆炸危害

工业VOC污染还包含乙烯和丙烯等脂肪类物质，这些物质都是石油化工行业的基本单体，在工厂的应用范围十分广泛，虽然这些化合物在通常情况下都会呈现出较低的毒性，不会对人体造成巨大危害，但是它却属于易燃易爆的高危险化合物，会给工业企业带来十分严重的火灾隐患。现如今，我国由VOC污染导致的火灾事故与爆炸事故频繁发生，严重影响了工业企业的正常生产。

4 工业VOC的有效治理措施

4.1 回收技术

4.1.1 吸附措施

吸附措施就是在选择附带吸附性物质的基础上捕捉工业VOC污染，吸附材料可以分为活性炭与无机吸附材料两种[4]。活性炭是指以碳为主要成分的多孔物质，像破碎碳素、纤维蜂窝以及常规活性炭等。这些活性炭上的细孔将吸附大量的颗粒状有机物，再通过提高温度与降低压力来获得良好的吸附效果。采用活性炭吸附方法的优势为能够对工业VOC污染物进行回收再利用，并且在整个吸附过程中并不需要提供任何能源。其缺点就是无法实现完全吸附，无论怎样吸附都会残留一部分工业VOC，另外吸附材料在使用过程中也会逐渐降低吸附性能，且再生的成本非常高。通常情况下，活性炭吸附方法一般都是用于化学设备成套清洗和大型空调方面。无机吸附材料一般是指沸石和硅石这两大类。其中，沸石主要是利用结晶结构孔隙较大的特点来完成对VOC的吸附，整个吸附过程同样需要降低压力和提高温度。但是此类方法除了具备活性炭吸附方式的诸多优点之外，由于其不含碳，所以不具备可燃性，但是缺点就是成本非常高。沸石吸附方式一般都应用在化学成套设备清洗和加油站领域。

4.1.2 吸收法

与通过物理物质的细孔来吸附VOC污染的方式不同，吸收法主要是利用有机物的相似相溶原理来完成对工业VOC污染的吸收。在此方法的应用过程中，先是采用低挥发性的溶剂来吸收VOC，随后再通过VOC分子与吸收剂之间物理特性的差异来完成二者的分离。通常情况下，吸收VOC的物理方式都会选择柴油和煤油作吸收剂。在工业企业的实际生产过程中，只要VOC能够溶解于吸收剂，那么就可以利用吸附法来进行有效处理，随后再对吸收液进行分离和处理，从而实现再回收有目的。此方法的优势就是可以回收那些有利用价值的VOC，缺点是吸收剂的吸收范围存在限制，且费用较高，很容易出现二次污染。另外，在实际应用过程中，吸收法一般都会用在中等浓度且排气量很大的VOC处理领域中。

4.1.3 凝缩法

在工业VOC的处理过程中，有机物在不同的温度条件下表现出不同的饱和程度，可以充分利用这一特点，通过提升与降低压力，以冷凝的方式将蒸汽环境中的物质提取出来。此方式的优势就在于可以对有机废气进行最大限度地净化，而缺点就是该方法的操作难度较大，而且常常需要利用冷凝冰来实现降温，因而成本非常高。通常情况下，凝缩方法会应用在那些浓度很高且温度相对较低的有机废气的处理过程中。除此之外，冷凝法也是回收工业VOC最直接、最简单的方法，它主要是利用物质在不同温度条件下的不饱和蒸气压，利用冷凝器将VOC降低到有机物的沸点以下，使其冷凝成液滴状，再依靠重力作用降落到凝结区域下方的贮罐中，从而将其分离出来。常用的冷却介质包括冷水、冷冻盐水与液氨。此技术对于浓度较高、沸点较高且需要回收的工业VOC而言，具有十分良好的经济效益。该方法的操作方式与操作条件十分简单，回收的VOC纯度较高，回收率与VOC最开始的沸点和浓度紧密相关，浓度越大、沸点越高，但是此方法需要较高的回收效率，因此在实际应用过程中冷凝法一般都会与吸附、吸收与压缩等方法配合使用，从而实现经济且回收效率较高的目标。

4.1.4 膜分离法

膜分离法是海水淡化研究中所发现的一种全新的分离方式，与传统的冷凝法、吸附法不同，该方法具有回收效率高、操作流程简单且能源消耗较低的特点，且不会产生二次污染，是一种应用前景十分广阔的分离技术[5]。此方法一般都会用在浓度较高的VOC分离与回收中。现如今，采用膜分离法可以回收芳香族碳氢化合物、含氯溶剂以及醇、酸、胺等大多数VOC，随着高效分离膜的开发与价格的降低，膜技术的应用范围也会变得越来越广泛。除此之外，膜分离法主要是采用对有机化合物具有选择性渗透作用的高分子膜，在一定压力条件下能够让VOC渗透达到分离，通常都会选择中空纤维膜和板式膜。膜分离法具体分为三步：一是将VOC与空气混合物进行压缩，再将压缩之后的混合气流输入到冷凝器当中，采取膜蒸汽的方式进行分离。当VOC气体流入分离系统后，就会选择性地使VOC气体通过并富集，VOC中的气体就会留在未渗透侧，从而实现达标排放。经过富集后的VOC气体也会通过冷凝回收系统完成有机溶剂的回收。

4.2 分解技术

4.2.1 燃烧方法

燃烧法就是采用燃烧的方式，将工业VOC当中的碳氧化物分解成二氧化碳的一种VOC处理技术，此技术可以具体分为催化燃烧法、蓄热燃烧法以及直接燃烧法。由于大部分工业VOC都是由碳、氢、氧组成的，所以直接采用燃烧的方法就可以将工业VOC分解成水和二氧化碳等物质。采用直接燃烧方法的优势就是装置十分便宜，适用于很多种类的VOC。缺点是在浓度较低的条件下需要适当添加助燃剂，并且燃烧生成的二氧化碳对环境也会造成一定程度的污染。目前，直接燃烧法被应用于涂装和印刷等行业中；蓄热燃烧法就是采用陶瓷等蓄热体对VOC进行燃烧分解，其优点是热效率较高，缺点是装置成本很高，无法实现间断运转。一般被应用于印刷、化学成套设备生产等行业领域中；催化燃烧法是在燃烧过程中添加合适的催化剂，以降低VOC在氧化分解过程中所遇到的问题，能够实现低温燃烧，不会产生大量的二氧化氮，但是催化剂在使用过程中成本较高，该方法主要应用在印刷与化学成套设备生产等行业中。

4.2.2 非燃烧法

非燃烧法通常包括以下几种类型，分别是生物处理法、光催化剂法以及放电等离子体法。

首先，生物处理方法主要是利用微生物有效降解VOC废气当中的有毒有害成分，实现对废气的综合治理，此方法能够使具有降解作用的微生物附着在多孔介质的表面，利用填料将废气吸附于细孔内来完成生物降解，并产生二氧化碳、水和中性盐。这一处理技术主要是将微生物和营养基配制在吸收液体中，随后在有机物废气通过吸收液体之后，废气中的VOC就会被过滤和降解。生物处理方法的优点是设备十分简单，运行成本及能源消耗较低，缺点是氧化分解效率不高，需要定期添加适当的营养基，且所应用的设备占地面积较大，对水量、温度和气体流速等都有十分严格的要求，一般应用于石油化工行业的有机废气处理过程中。

其次是光催化法，该方法是利用紫外光辐射下的光催化剂所产生的强氧化能力来完成工业VOC的氧化分解，可分为复合光催化与UV光催化两种方式。其中，UV光催化法是采用对紫外光吸收效率较高且具有催化活性的TiO2作为光催化剂，随后在光催化作用下，将VOC废气降解为二氧化碳和水。然而，在实际的光催化作用下，反应效率会非常低，一旦催化剂失活就会导致反应过程生成能够产生二次污染的醛、酮等物质，这也是光催化法在工业生产领域应用较少的主要原因。而复合光催化就是针对含有苯和硫化物的VOC废气进行优良处理，在光催化剂的作用下，有效实现有机废气的无机化，整个光催化过程基本不会产生污染性的中间产物，在汽车尾气、工业VOC有机高分子处理过程中应用十分广泛。另外，带有TiO2催化剂的三维网还可以有效拦截VOC废气中的粉尘，并利用光催化剂将其中的有害化合物分解成无害物质，以有效改善大气环境的污染问题。

最后是放电等离子体方法，该方法能够利用高能电子辐射破坏VOC原有的结构，从而将其转化为容易回收且无毒无害的物质。

5 VOC技术应用的有效拓展措施

5.1 加大政策支持力度

从当前工业VOC处理工艺基础设施的建设情况看，其成果依然无法满足工业生产不断增长的需求，需要进一步的政策支持和资金支持，使企业能够顺利完成VOC设备的改造，从而实现VOC处理从基础设备投入到成熟运营的跨越。与此同时，还要大力支持VOC排放企业落实生产密闭化、连续化与自动化工艺的改造，确保VOC设备处理能力能够与企业产能保持同步。

5.2 严格落实监管责任

目前，工信部门编制出了重点行业挥发性有机物的削减计划，其主要目标就是要大力削减当前工业领域的VOC排放量，要求相关部门加大监管主体的责任，督促企业能够从根源上控制与削减VOC的排放，从而履行企业自身的环保节能责任。

6 结语

综上所述，伴随着国家环保综合治理力度的不断加大，工业改造过程中的VOC应用技术也将迎来一个全新的爆发期。VOC处理技术在市场开拓与技术创新改革的影响下，实现了环保效能的有效提升。对此，工业VOC排放企业可以通过加大基础设施建设的投入、约束废气排放行为，来实现企业经济效益和环保效益的统一。