刘 媛，王鸯鸯，杨 威

（1.中国环境保护产业协会，北京 100037；2.北京理工大学，北京 100081）

浅析挥发性有机废气治理技术

刘 媛1，王鸯鸯1，杨 威2

（1.中国环境保护产业协会，北京 100037；2.北京理工大学，北京 100081）

挥发性有机废气会对环境和人类产生严重危害，已成为我国环境保护工作的重点之一。本文阐述了挥发性有机物的来源及危害，并具体介绍了目前处理挥发性有机物的基本方法，如吸附法、吸收法、冷凝法、燃烧法、生物法等。

挥发性有机物;废气;治理技术

为解决日益严重的灰霾和光化学烟雾等区域性大气污染问题，减少对公众健康的影响，国务院办公厅于2010年5月转发了《关于推进大气污染联防联控工作改善区域空气质量的指导意见》（国办发〔2010〕33号）（以下简称“指导意见”）。“指导意见”强调，国内外的成功经验表明，解决区域大气污染问题，必须尽早采取区域联防联控措施，控制挥发性有机物、氮氧化物等重点污染物。目前，环境保护部正在根据“指导意见”要求制定《重点区域大气污染防治规划（2011-2015年）》，其中明确提出近期要全面展开重点区域的挥发性有机物污染防治工作，把挥发性有机物污染控制作为建设项目环境影响评价的重要内容。随着这些文件的颁布，挥发性有机物污染防治在环境管理中的重要性逐步凸显，引起了越来越广泛的社会关注。

1 挥发性有机物及其危害

挥发性有机物（Volatile Organic Compounds，VOCs）是对一大类物质的统称，通常是指沸点在50℃至260℃之间、室温下饱和蒸气压超过71Pa的有机物。由于VOCs种类繁多，导致挥发性有机废气的类型也多种多样、组成复杂。有机废气中经常碰到的VOCs有烃类（烷烃、烯烃和芳烃）、酮类、酯类、醇类、酚类、醛类、胺类、腈（氰）类等（见表1）。其中，工业排放量最大的物质为三苯类（苯、甲苯、二甲苯）和卤代烃类，三苯物质和卤代烃同时也是高毒性的物质。

表1 常见VOCs污染物分类

VOCs对环境的危害主要包括：

（1）大多数VOCs有毒、有恶臭，一部分VOCs有致癌性，如氯乙烯、苯、多环芳烃、甲醛等；

（2）多数VOCs易燃易爆，对生产企业存在不安全性；

（3）在阳光照射下，大气中的氮氧化合物、碳氢化合物与氧化剂发生光化学反应，生成光化学烟雾，产生的二次污染对人类健康造成更大的危害；

（4）卤烃类VOCs可破坏臭氧层，如氯氟碳化物（CFCs）；

（5）挥发性有机化合物中的芳香烃（如：二甲苯、甲苯等）及含氧碳氢化合物（如：乙醇、酮、酯等）由于挥发性较大，易扩散在大气中，严重污染环境和影响人体健康。

此外，VOCs的污染范围不仅仅局限在一个城市或国家内，随着它的扩散与迁移，可以引起包括酸雨、臭氧层破坏、大气变暖等全球环境问题，具有跨国性和全球性[1、2]。因此，VOCs被视为继粉尘之后的第二大类量大面广的大气污染物，VOCs的净化治理也逐步成为了大气污染治理中非常重要的一部分[3]。

2 VOCs的来源

大气中VOCs分为天然源和人为源。但通常人们关注的大气中VOCs主要来自人为污染源：即生产过程的排放。这些生产过程包括石化厂、炼油厂及在生产过程中大量使用有机溶剂的相关行业，如涂料生产、涂装、印刷、制药、皮革加工、树脂加工等。VOCs主要来源如表2所示。

表2 VOCs污染物主要来源

3 有机废气处理技术

为了有效控制及解决VOCs对人类和环境的影响，减少VOCs带来的损失，寻求有效的VOCs治理技术已迫在眉睫。造成大气复合污染的四大类物质包括SOx、NOx、VOCs和颗粒物。与SOx、NOx及颗粒物相比，VOCs的组成最为复杂，这就决定了对VOCs的治理不能采用单一的净化技术，需要根据污染物的性质和排放特点来选择不同的净化技术进行治理。

目前，可以将VOCs治理技术分为两大类：回收法和分解法（如下图所示[4-7]）。

VOCs治理技术示意图

3.1 吸附法

吸附法是利用各种固体吸附剂（如活性炭、活性碳纤维、分子筛等）对排放废气中的污染物进行吸附净化的方法。吸附法设备简单、适用范围广、净化效率高，是一种传统的废气治理技术，也是目前应用最广的治理技术。与其它方法相比，该方法具有处理效率高、吸附物质可回收、能耗低、工艺成熟、易于推广使用的优点，具有很好的环境和经济效益。缺点是处理设备庞大、流程复杂，当废气中有胶类物质或其它杂质时，吸附剂易失效，且失效后的吸附剂会造成一定的环境污染。

3.2 吸收法

吸收法是采用低挥发或不挥发液体为吸收剂，通过吸收装置利用废气中各种组分在吸收剂中的溶解度或化学反应特性的差异，使废气中的有害组分被吸收剂吸收，从而达到净化废气的目的。该方法适用于浓度较高、温度较低和压力较大情况下气相污染物的处理，在油气回收、漆雾净化等领域都有较广泛的应用。但该法存在后处理过程复杂以及二次污染等问题[8]，因而应用范围受到很大限制，目前应用较少。

3.3 冷凝法

冷凝法是利用物质在不同温度下具有不同饱和蒸气压的性质，采用降低系统温度或提高系统压力，使处于蒸气状态的污染物从废气中冷凝分离出来的过程。该方法适用于高浓度有机溶剂蒸气的净化，经过冷凝后的尾气仍然含有一定浓度的有机物，需进行二次低浓度尾气治理。冷凝法常用来回收VOCs中有价值的组分，实现资源化利用。在实际应用中，常将该方法与吸附法或焚烧法联合使用，以降低设备的运行条件和运行成本[9]。

3.4 膜分离技术

膜分离技术是利用天然或人工合成的膜材料来分离污染物的过程，是一种新型高效的分离方法，具有流程简单、能耗小、无二次污染等特点。20世纪80年代后，膜分离技术广泛应用于海水淡化、食品工业、生物化工及化学化工等领域的液相分离和VOCs的回收，还用于石油化工中乙烷蒸气、甲苯、二氯甲烷、氯乙烯等的分离与回收。可以回收的VOCs包括脂肪类和芳香族碳氢化合物、含氯溶剂、酮、醛、腈、醇、胺、酸等[10]。

3.5 燃烧法

燃烧法是利用有机气相污染物易燃烧的性质进行处理的一种方法。包括直接燃烧法和催化燃烧法。直接燃烧法是一种把可燃的有机气相污染物当作燃料来燃烧的方法，该方法适合处理高浓度有机气相污染物，燃烧温度控制在1100℃以上，去除效率达95%以上；催化燃烧法是一种利用类似热氧化的方式来处理有机气相污染物的方法，其净化有机物是用铂、钯等贵金属催化剂及过渡金属氧化物催化剂来代替火焰，操作温度较热氧化低一半，通常为250℃～500℃。

3.6 生物法

生物法是一种经济有效、环境友好的VOCs治理方法，主要适合于低浓度、大气量且宜生物降解的有机废气治理。其是利用微生物生命体的新陈代谢作用将污染物转化成无害简单的无机物和细胞质。由于具有处理成本低、无二次污染、绿色环保等诸多优点，近年来，在国内外得到了迅速发展。随着生物菌落和各种填料开发不断取得突破，生物法在今后将会成为有机废气治理的主要技术之一。

3.7 电晕法

电晕法处理VOCs的原理是通过陡峭、脉冲窄的高压电晕，在常温下获得非平衡态VOCs离子体，即产生大量的高能电子或高能电子激发产生的O、OH、N等活性粒子，并且还可以产生臭氧，各种活性粒子和臭氧会与VOCs发生化学反应，破坏VOCs分子中的C-C、C-O或C-H等化学键，由于O、OH基及臭氧具有强氧化能力，结果使C、H分解氧化产生CO2和H2O[11]。由于反应器长时间操作存在稳定性和催化效率降低等原因，该方法目前还未能实用化和商业化。

3.8 光催化法

光催化法主要是利用光催化剂（如TiO2）的光催化性，氧化吸附在催化剂表面的VOCs。利用特定波长的光（通常为紫外光）照射TiO2光催化剂，激发出“电子—空穴”（一种高能粒子）对，这种“电子—空穴”对与水、氧发生化学反应，产生具有极强氧化能力的自由基活性物质，将吸附在催化剂表面上的有机物氧化为CO2和H2O等无毒无害物质。环境中主要应用于废水净化处理，在有机废气污染物治理方面，由于其存在反应速率慢、光子效率低等缺点，应用还不广泛。

3.9 等离子体技术

等离子体技术是近年来发展起来的废气治理新技术，属低浓度VOCs治理的前沿技术。其方法是利用高能电子射线激活、电离、裂解废气中各组分，从而发生氧化等一系列复杂化学反应，将有害物转化为无害物或将有用的副产物加以回收。等离子体技术对于臭味的净化具有良好的效果，并且在橡胶废气、食品加工废气等的除臭中得到了应用。

4 结语

由于VOCs的种类繁多，性质各异，排放状况多样，因此对于VOCs处理方法的选择也不尽相同。需要充分了解不同治理技术的特点及其有效的使用范围，对于特定的含VOCs的废气的治理，要从技术上和经济上进行综合评估，以实现最佳的治理效果。

[1]李琳，刘俊新． 挥发性有机污染物与恶臭的生物处理技术及其工艺选择[J]． 环境污染治理技术与设备，2001，2（5）：41-47．

[2]Faisal I． Khan， Aloke Kr． Ghoshal． Review-Removal of volatile organic compounds from polluted air． J Loss Prevention in the Process Indurtries．2000， 13：527-545．

[3]魏在山．生物膜填料塔净化有机废气的工业应用研究[D]．昆明：昆明理工大学，2000．

[4]Devinny J S，Deshusses M A，Webster T S．Biofiltration for air pollution control．Boca Raton，1999．

[5]USEPA．EPA air pollution control cost manual． Sixth edition．EPA/452/B-02-001．2002．

[6]Khan F I．，Ghoshal A K．Removal of volatile organic compounds from polluted air．J．Loss Prevent．Proc．2000，13（6）：527-529．

[7]Engleman V S．Updates on choices of appropriate technology for control of VOC emissions．J．Metal Finishing，2000，98（6）：433-445．

[8]Spadavecchia J，Ciccarella G，Rella R．Optical characterization and analysis of the gas/surface adsorption phenomena on phthalocyanines thin films for gas sensing application． Sensors Actuat．B-Chem．，2005，106（1）：212-220．

[9]Parthasarathy G，El-Halwagi M M．Optimum mass integration strategies for condensation and allocation of multicomponent VOCs．Chem．Eng．Sci．，2000，55（5）：881-895．

[10]Wang C，Lin S，Chen C，Weng H．Performance of the supported copper oxidecatalysts for the catalytic incineration of aromatic hydrocarbons Chemosphere，2006，64（3）：503-509．

[11]Wang X，Koyama Y，Wada Y，Sasaki S，et al．A dye-sensitized solar cell using pheophytin-carotenoid adduct：Enhancement of photocurrent by electron and singlet-energy transfer and by suppression of singlet-triplet annihilation due to the presence of the carotenoid moiety．Chem．Phys．Lett．，2007，in Press．

Brief Discussion on Treatment Technology of Waste Volatile Organic Compounds

LIU Yuan1, WANG Yang-yang1, YANG Wei2
(1.China Association of Environmental Protection Industry, Beijing 100037;2.Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China)

Volatile organic compounds is one kind of waste gas causing harm to environment and the human body, and it has been concerned specially. This paper expounds the sources and hazards of volatile organic compounds, and the basic methods in treatment of VOCs, such as adsorbent method, absorption method, condensation method, combustion method and biological method, etc.

volatile organic compounds; waste gas; treatment technology

X701

A

1006-5377（2012）11-0040-04