挥发性有机物的典型治理方法及选择研究

王 坤

（徐州市邳州生态环境综合行政执法局，江苏 徐州 221300）

引言

随着人们环保意识的提高和我国环保法规的日益完善，我国环保部门和企业越来越重视挥发性有机物的治理，企业在实际应用中应综合考虑各种因素，选用多种治理技术，制定科学可行的治理方案。

1 挥发性有机物带来的环境污染问题

1.1 挥发性有机物的来源

挥发性有机物（VOCs）是一种能够在大气中参与光化学反应而生成有机化合物的挥发性物质，常见的挥发性有机物有烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃类等。人类长期暴露于挥发性有机物浓度较高的环境中，可能会造成咽喉疼痛、呼吸道疾病，甚至可能引发癌症。因此，近年来，我国环保部门高度重视挥发性有机物的污染治理工作[1]。

挥发性有机物的来源较为广泛，且成分较为复杂。其来源可分为两种：人为源和自然源。挥发性有机物的自然源主要来自植物的生长过程，研究发现，一些植物在生长过程中会向空气中释放某些挥发性有机物，例如，植物的光合作用会产生异戊二烯及其他碳氢化合物。挥发性有机物的人为源主要来自工业生产及人类生产生活。随着我国工业规模的扩大和社会的发展，如今来自人为源的挥发性有机物排放量占比越来越高，其中来自工业生产的挥发性有机物占比最高，涂装和印刷业、化学原料制造业、石油和天然气生产等行业是挥发性有机物的主要来源。

1.2 挥发性有机物带来的环境污染问题

挥发性有机物对大气环境造成了严重污染，目前，在空气中能够检测出的挥发性有机物有两千多种，其中有两百多种可能会对人体健康造成严重损害。在工业生产中，挥发性有机物通常通过废水、废气一起被排出，废气中的挥发性有机物经过紫外线照射后，会产生光化学反应生成臭氧，高浓度的臭氧不仅会造成植物叶片损伤、生长减缓等问题，还会危害人类健康，造成呼吸道系统、心血管疾病等。此外，挥发性有机物也是雾霾天气的前体物，在挥发性有机物的光化学反应中，大气中的二次气溶胶会在挥发性有机物的作用下生成颗粒状物质，这种颗粒状物质在大气环境中能够散射和折射阳光，而这些颗粒物聚集到一定浓度后，就会导致大气的透明度严重下降，形成我们常见的“雾霾”天气。最后，挥发性有机物本身也是一种有毒物质，人类长期接触挥发性有机物可能会造成咳嗽、气喘、呼吸急促等呼吸道症状，还可能对肺部产生刺激作用，增加呼吸道感染的风险。此外，丙酮、甲醛等挥发性有机物还可能导致头痛、眩晕、乏力等神经系统症状，严重者还会导致对神经系统、肝脏和肾脏的损伤，导致人体患上白血病、淋巴瘤、肺癌等癌症[2]。

此外，挥发性有机物还会对土壤环境、水环境等生态环境造成严重危害。挥发性有机物常常通过工业废水和其他废弃物的排放污染土壤环境。土壤环境中存在多种多样的化合物，而挥发性有机物具有挥发性和溶解性，容易渗透进入土壤深层环境中，从而造成土壤环境污染，影响土壤中微生物、植物和动物的生存，土壤中高浓度的挥发性有机物甚至还可能会造成对土壤生态系统的严重影响。挥发性有机物还会污染水环境，并通过雨水、水循环等途径扩散，造成地下水、表面水体的污染，对水生生物、饮用水源造成影响。一些挥发性有机物还可能在生物体内富集，通过食物链传递，最终影响人类的饮食安全。

1.3 挥发性有机物污染治理存在的问题

此前，我国环保部门对挥发性有机物污染的重视程度不高，近年来，由于雾霾天气和抽样污染频发，才提高了对挥发性有机物的重视。因此，我国针对挥发性有机物污染的治理起步较晚，在污染防治上面临较多的问题和困难。

首先，挥发性有机物污染的污染源种类多、范围分布广、排放量大，难以进行统一的、标准化的治理，需要逐个击破。挥发性有机物的来源涉及很多行业，且排放方式往往是无组织排放，这种分散性的污染源使得监管和治理工作十分复杂。其次，挥发性有机物的监测体系不够完善，日常监管也存在不足。挥发性有机物包含多种性质的有机物，由于其种类的多样性，往往需要采用多样化的方法进行监测，这就导致无法准确检测到重要特征污染物的定量，以致难以准确测定挥发性有机物的实际排放总量、难以评估环境污染等级。此外，监测挥发性有机物需要对多个行业进行监控，而一些地区监测体系的建设和运行较为落后，部分环保管理人员缺乏专业知识和技能，也缺少专业的检测设备或设施，且存在布点设置不合理、采样方法不规范、监测设备维护不及时、监管手段不灵活等问题，相关人员难以迅速发现和治理挥发性有机物污染。最后，企业规范管理和治理水平相对较低，许多中小企业未能按照相关制度实施规范化的管理，不按照标准进行挥发性有机物的排放，且由于治理成本等原因也不愿引入高效的治理设备和技术。相关企业对环境保护的认识和责任感有待提高[3]。

2 挥发性有机物的典型治理方法

2.1 回收技术

2.1.1 吸附回收技术

吸附回收技术是通过吸附剂将挥发性有机物从废气中去除。通常采用活性炭、分子筛、沸石等作为吸附剂，其中活性炭具有较大比表面积和出色的吸附性能，是最为常用的吸附剂。工业企业通常需要采用固定床、移动床等吸附回收装置进行挥发性有机物的回收。这一装置的原理是：当工业废气与吸附剂接触时，挥发性有机物就可以被吸附到吸附剂的孔隙内，从而净化气体。这一吸附过程是一个物理过程，当吸附量饱和后，可以采用热解或蒸汽再生的方式将挥发性有机物释放并对吸附剂进行回收，吸附剂可以循环使用。

2.1.2 液体回收技术

液体回收技术是采用液体吸收剂将挥发性有机物从废气中溶解，这一技术采用柴油、煤油等有机溶剂来吸收挥发性有机物并进行转化。这一技术与吸附剂回收技术有一定的相似性，不过，该技术能够直接让挥发性有机物溶解到有机溶剂中，无需进行后续处理。这一技术的应用成本较低、无毒无害且吸收效率高，不会造成二次污染，因此该技术在挥发性有机物治理中的应用十分广泛。不过，这一技术的吸附容量有限，且需要气体中的挥发性有机物在一定浓度范围内和一定温度范围内才能起到较好的吸收效果，浓度过高或过低、温度过高或过低都会影响吸收效果[4]。

2.1.3 冷凝回收技术

冷凝回收技术利用挥发性有机物的物理性质，通过低温将挥发性有机物从废气中冷凝出来，形成液体或固体，从而实现气体净化。这一技术的主要原理是挥发性有机物会在不同的温度和压力状态下呈现出不同的状态，因此可以采用加压、低温的方式将挥发性有机物转换成液体或固体，并将其从空气中分离出来。这一技术的优势是设备成本较低、可操作性强、使用方便，对空气的净化效果非常好。不过，如果温度和气压调节不当，也会导致空气中的挥发性有机物无法完全冷凝。此外，部分挥发性较弱的挥发性有机物需要更低的冷凝温度和更高的气压，这也增加了设备的能耗。

2.1.4 膜分离回收技术

膜分离回收技术通常采用高分子膜材料对挥发性有机物进行分离。在空气中，挥发性有机物的分子直径要明显大于普通的气体分子直径，利用这一原理，我们可以采用膜分离技术将挥发性有机物分离出来。当空气通过高分子膜时，挥发性有机物选择性地被高分子膜所阻挡分离出来，而其他气体分子则可以顺利穿过高分子膜。膜分离技术能够高效、连续地进行挥发性有机物的回收，且设备运行能耗较低、安全性较高，在大气治理过程中几乎不会产生油气温度变化造成的安全隐患问题。

2.2 销毁技术

2.2.1 催化燃烧技术

催化燃烧技术是指通过催化剂提高挥发性有机物的燃烧和分解速率，并最终将其转化为无害的二氧化碳和水的方法，这种方法可以去除空气中90%以上的挥发性有机物。催化剂能够提高燃烧反应的反应速率，降低燃烧温度，同时还能减少氮氧化物的生成，防止燃烧过程中形成新的污染物。空气中挥发性有机物的浓度并不固定，因此有必要选取合适的催化剂，保证将挥发性有机物彻底去除。催化剂通常选择金属氧化物或其他催化剂，使有机物更容易被氧化，目前效果良好的催化剂主要是铂、钛等贵金属，因此这种方法的治理成本较高[5]。

2.2.2 空气高温焚烧技术

空气高温焚烧技术是将挥发性有机物在高温条件下通过焚烧反应进行高温分解，然后在烟气和空气混合物中进行燃烧。这种技术通常在高温炉内进行，通过确保足够的氧气供应，使挥发性有机物在高温条件下充分氧化。空气高温焚烧技术能够高效处理高浓度挥发性有机物废气，相比于其他方法治理成本也较低，但是该技术会产生二氧化硫、氮氧化物等二次污染物，因此在应用过程中需要严格控制二次污染。

2.2.3 生物处理技术

生物净化处理技术是一种利用微生物的新陈代谢过程将挥发性有机物降解为较为稳定和无害的产物的环保技术，这种技术适用于甲烷、甲醇等易降解的挥发性有机物。该技术通常包括生物滤池、生物塔、生物膜反应器等设备，挥发性有机物通过被附着在生物膜上的微生物吸收和分解，最终生成二氧化碳、水、微生物基质等无害产物。这一技术的优势是应用成本较低，且能够真正实现零污染废气处理，但是在工业废弃物处理中，这种技术的应用效率较低，难以大规模使用。

2.2.4 光催化技术

光催化技术是一种利用光催化剂将有机污染物转化为无害物质的治理技术，在挥发性有机物的治理中，光催化技术被广泛应用。这种技术的反应原理是对催化剂发射一定波长的光照，在电子空穴的作用下，利用光催化剂将挥发性有机物的羟基、酰基和碳原子、氧原子联结在一起，从而形成二氧化碳、水和氧气等产物。光催化技术是一种绿色环保的污染物处理技术，目前通常采用催化速度快、化学性质稳定、应用成本较低的二氧化钛作为光催化剂，光催化剂技术材料的使用寿命较长，综合成本较低，但该技术设备难以实现自动化，处理效率较低，难以高效去除气体污染物。

2.2.5 低温等离子体技术

低温等离子体技术在低温下产生电子、离子等活性物质，通过电子与气体分子的碰撞反应，使挥发性有机物发生裂解、氧化等反应生成水和二氧化碳等小分子产物。这种技术的操作较为便捷，且应用成本较低，对挥发性有机物的去除效率也较高，能够保障气体达到国家规定的废气排放标准。然而，该技术需要提供电流，增加了能源消耗，且低温电离也可能对设备造成腐蚀。因此，这一技术想要在工业上实现大规模应用，相关人员应当考虑其经济适用性，并使用耐腐蚀的设备材质。

3 挥发性有机物典型治理技术的选择

企业在建设或优化挥发性有机物治理设施时，应综合考虑废气中挥发性有机物的种类、结构、浓度、排放量等因素，并结合企业实际生产的温度、湿度、气压等工况，在符合国家环保法规和排放标准的前提下，综合制定污染物治理方案。由于每种挥发性有机物的治理技术各有其优势和劣势，在工业处理中，单一技术难以达到高效、经济、符合国家标准的处理要求，因此，在实际应用中往往多种技术组合使用，从而发挥不同技术的优势，降低治理成本和能耗，提高处理效率。

基于各种挥发性有机物治理技术的原理，相关人员在治理过程中需要考虑以下原则。（1）对于低浓度、高风量的挥发性有机物废气，应当采用活性炭吸附、沸石转轮吸附等吸附回收技术，然后考虑挥发性有机物是否有回收价值并融合使用其他治理技术，可以选择冷凝、膜分离等技术进行回收，或选择燃烧、光催化、低温等离子体等技术进行销毁。（2）对于高浓度的挥发性有机物废气，应首先考虑采用吸附、冷凝、膜分离等方法，将有利用价值的有机物进行回收。对于回收后的废气再选择使用燃烧、光催化等销毁技术，使废气达到环保排放标准。（3）对于浓度适中、无需回收的挥发性有机物废气，可采用热氧化或催化氧化技术进行燃烧处理，此种方法可去除95%以上的挥发性有机物。（4）对于易溶于水的挥发性有机物，可选择采用成本低、效率高的水洗法处理。例如，一些化肥厂、甲醇生产工厂会产生含有甲醇的废气，石油化工厂会产生含有乙二醇的废气，这些废气都可以采用水洗法处理[6]。

在实际的工业废气处理过程中，吸附回收技术和催化燃烧技术是最为常用的挥发性有机物治理技术，其他技术由于存在处理效率低、能耗成本高等问题，尚未得到大范围应用。因此，企业可参考生态环境部发布的挥发性有机物治理相关政策性文件的指导建议建设污染治理设施。挥发性有机物治理优先选择吸附、冷凝等回收技术，难以回收的采用燃烧处理技术；油气回收可选用冷凝、膜分离等技术与吸附技术组合使用；含有有机卤素成分的挥发性有机物不宜采用燃烧方式处理；光催化、低温等离子体等处理技术治理效率较低，除非有除恶臭等需求，不宜采用此类方法；低浓度且需要除恶臭的废气可选用生物处理技术。吸附回收技术建议采用颗粒性活性炭作为吸附剂，且要注意即时进行解吸处理，解吸的气体要进行处理后达到环保标准再进行排放；催化燃烧技术应选用合适、足量的催化剂，并注意调整到合适的燃烧温度；对于工业园区或企业群，建议集中建设活性炭吸附、解吸处理设备。

目前，在实际应用中，企业常采用吸附—催化燃烧技术、冷凝—吸附回收技术、喷淋洗涤—催化氧化技术、低温等离子体—催化销毁技术等。吸附—催化燃烧技术是将废气通过吸附剂床，吸附剂饱和后解吸，再进行燃烧处理，这种方法处理效率高，应用范围较为广泛；冷凝—吸附回收技术是将废气首先通过冷凝器，将废气中的挥发性有机物冷凝成液体，然后通过吸附剂将残余的挥发性有机物吸收处理；喷淋洗涤—催化氧化技术是将废气或废液与水分子接触，然后在高温下进行催化氧化反应去除。

4 结语

挥发性有机物是一类重要的空气污染物，其排放对大气环境、生态环境和人类健康造成了严重威胁，近年来受到我国环保部门的重视。企业应综合考虑废气成分、工艺条件、国家环保法规等因素，制定科学可行的综合治理方案，达到高效、经济、环保的治理效果。