曾人宽

（深圳市智盾环保科技有限公司，广东深圳 518300）

VOCs 是指常温下饱和蒸汽压大于70Pa，常压下沸点在260℃以下的全部有机化合物总称。主要包括烷类、芳烃类、酯类、醛类和其他等，以苯、甲苯、二甲苯、非甲烷总烃等为典型代表。VOCs 来源广泛，既包括自然源（如植被排放、森林火灾、野生动物排放和湿地厌氧过程等），也包括人为源（如工业源、交通运输源、农业生产源及生活源等），排放量比较大的工业源包括炼油厂、喷漆、汽车涂装、包装印刷等。VOCs 的危害分为直接危害和间接危害，直接危害是指VOCs直接与人体接触，刺激人体眼睛、呼吸管道及神经系统等，诱发众多疾病问题；间接危害是指VOCs 会参与光化学反应，形成二次污染物，从而增加烟雾和臭氧浓度，危害人体健康和农作物的生长。因此为改善大气环境质量，维护人民身体健康，VOCs 的排放治理已刻不容缓[1]。

1 单一VOCs治理技术

1.1 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特性，采用降温或提压的方式使废气中VOCs 气体量达到饱和，并冷凝成液体与废气分离，从而达到净化和回收有机物的目的。该方法比较适合处理浓度高、气体量小的有机废气，理论上冷凝法可达到比较高的净化程度，可使大多数的有机物得到回收利用。冷凝法分为表面冷凝和接触冷凝，在表面冷凝中，冷凝剂既不与蒸汽接触，也不与冷凝物接触。与表面冷凝相反，在接触冷凝中，则是通过直接向气体喷射冷却液的方法使VOCs 气体冷凝。对于企业来说，冷凝法的缺点就是运行成本比较高，但却是必不可少的技术。

1.2 吸收法

吸收法是比较常用的VOCs 废气末端治理技术之一。这种技术在吸收净化气态污染物的同时，还可以通过精馏或萃取回收有机物，以达到资源循环利用的目的。该法比较适合处理大气量，中低浓度的有机废气。对于吸收剂，它与被吸收组分有比较大的溶解性，同时如果需回收有用的VOCs 组分，则回收组分不得与其他组分互溶。采用低挥发或不挥发液体对VOCs 进行吸收，利用不同废气分子与吸收剂的溶解度差异进行分离，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。吸收法具有操作方便、占地面积少、投资少、运行费用低等优点，在喷漆、皮革、制药和化工等行业中广泛应用于有机废气的治理。

1.3 吸附法

吸附技术是利用吸附剂表面丰富的微孔结构与废气分子接触，通过物理吸附和化学吸附作用使废气组分附着在固体表面，以达到消除有害污染物的目的。吸附技术的净化效率在很大程度上取决于所选取吸附剂的特性。吸附剂基本上是多孔性固体材料，一般具有微孔结构丰富，吸附容量大和良好的机械强度等特点。目前使用最广泛的吸附剂是活性炭，具有比较大的比表面积，良好的选择性，足够的热稳定行及化学稳定性，对苯系物、酯类、氯代烃等有机物的吸附效果良好；并且活性炭的来源广泛，价格低廉，具有一定的脱附再生性能，可被多次循环使用，因此广泛应用于VOCs 的治理当中。吸附技术具有净化效率高、投资少、操作方便的优点，适用于较低浓度高通量的有机废气的净化。

1.4 催化燃烧法

催化燃烧法其实是完全的催化氧化，在催化剂的作用下，VOCs 分子可与空气中的氧气发生低温（350℃左右）氧化反应，常用催化剂有贵金属催化剂和非贵金属催化剂：Pt、Pd 等贵金属催化剂的活性好，寿命长，使用稳定，对于低浓度VOCs治理有着比较好的催化效果，而且反应温度低，安全性高；而对于非贵金属催化剂，因具有成本优势，也是当前的研究热点，但目前其催化效率比较低，应用受限。焦向东等[1]通过浸渍法制备的Pd-Pt-Ce/Al2O3催化剂，在催化氧化甲苯废气的实验中显示，适当的提高催化组分的负载量，可大大提高催化剂活性，当P、Pt 和Ce 质量分数分别为0.05%、0.005%和1%时，即使在低温条件下Pd-Pt-Ce/Al2O3催化剂处理甲苯时也显示出了比较高的净化效率。

1.5 光催化法

光催化技术是常温反应技术，可在室温条件下将VOCs氧化为无毒无害的物质，TiO2是光催化反应中应用比较广的催化剂，活性较高且无选择性。段波等[2]以甲醛、甲苯和苯为实验废气，通过风道式反应器来模拟环境舱实验系统，对光催化反应中各废气组分的降解性能和不同分子间的相互影响进行了研究分析。实验显示，光催化法对单组分VOC 具有良好的降解效果，在催化反应后的72min 内，废气组分的净化率可达到60%～75%；在双组分有机废气的光催化实验中，目标组分的转化率会受到另一组分的影响。光催化法处理VOCs具有效率高、应用范围广、反应条件温和等优点，适合处理小风量、低浓度的有机废气，对于臭气的处理效果也比较好。

1.6 生物法

生物法早期应用于臭气的治理，后来随着技术的逐渐成熟，在低浓度VOCs 的处理中应用越来越广，其原理是微生物利用有机污染物为碳源进行新陈代谢，将VOCs 分子分解成无毒无害的物质，从而实现污染物的分解净化，这一过程主要通过吸收、吸附、传质及生物降解等步骤来完成。该法具有安全高效、能耗低、不产生二次污染等优势。曹菁洋等以某石化污水站产生的VOCs 为研究对象，对生物滤池、生物滴滤和生物洗涤洗涤3种处理方式进行对比分析，实验显示，生物滴滤塔由于可以精确控制营养物的浓度与pH，对复杂工况的VOCs 废气净化表现良好的适应性和稳定性，处理效率可达到90%以上，有效地控制了VOCs 废气的排放[3]。

2 常见的组合式VOCs治理技术

2.1 活性炭吸附+催化燃烧技术

活性炭吸附+催化燃烧技术是采用活性炭或分子筛等作为吸附剂对VOCs 进行吸附，当活性炭吸附饱和后，脱附系统开启，脱附的有机废气将会进入催化氧化炉进行氧化反应，以达到净化废气的目的，该组合工艺是结合了吸附法和催化燃烧的优点，比较适合大风量、低浓度废气的处理。活性炭吸附+催化燃烧技术是我国自主创新的VOCs 治理工艺，该技术对被处理废气的条件要求比较高，需做好预处理，避免粉尘影响活性炭和催化剂的处理效率。这种技术具有净化效率高、应用范围广、经济效益好等优点，在燃烧过程放出的热量可经过换热器用于脱附气体的加热，达到节能降耗的目的，由于该技术具有优良的特性，已广泛应用于VOCs 废气的处理。

2.2 冷凝+催化燃烧技术

冷凝+催化燃烧技术是先对废气中的水蒸气进行冷凝，然后将不凝气引到催化燃烧炉进行氧化反应，达到分离净化废气的目的。废气中会有部分VOCs 废气和水蒸气在经过冷凝器时一起冷凝为液体，它们与体系中小粒径液滴结合，形成体积更大的液滴沉降，没有被冷凝的VOCs 废气在风机作用下会进入催化燃烧系统，在加热的条件下进行充分的催化燃烧反应，实现有机废气的达标排放。冷凝+催化燃烧治理技术可以降低废气温度，有利于处理闪点比较低的VOCs 气体，同时也降低了催化设备的燃烧负荷，使处理系统的安全性得到了保证，但不足之处是系统的能耗将会增加，进而提高了运行成本，回收废液的处理也是需考虑的问题，因此该技术还有待改进和完善，未被广泛推广应用。

2.3 吸附+冷凝技术

吸附+冷凝技术是先通过降温方式将废气中的高浓度可凝组分冷凝成液体，而部分低浓度不凝废气通过活性炭的吸附进行净化处理。对于小风量、高浓度的废气，冷凝技术具有稳定、高效的净化效果，但对风量大、浓度低的废气处理能力有限，达不到预期的效果，与吸附法形成组合技术可以实现优势互补，扩大了该技术的应用范围。并且，废气经过冷凝器后，会除去部分杂质，可以避免粉尘颗粒物破坏活性炭微孔结构，提高了其吸附效率。同时，经过冷凝器的预处理可以有效降低废气温度，避免活性炭因高温引发自燃事故的发生。对多组分有机废气的处理，吸附+冷凝技术还处在研究阶段，因此为了保证治理系统的处理效率，还需针对废气的实际特征，选用合适的吸附剂和冷凝剂，并对设备结构进行优化设计，该组合技术才能达到良好的经济效益和环境效益。

2.4 吸附+光催化技术

吸附+光催化技术是指在吸附剂的表面负载一层光催化剂，通过紫外光的照射，有机废气在催化剂的作用下被分解为CO2、H2O 和无机小分子。这种组合技术比较适合低浓度废气的处理，首先通过活性炭表面丰富的微孔结构，将VOCs富集到光催化剂表面，提高VOCs 浓度，进而在紫外光和催化剂的作用下进行光催化反应，提高净化效率，此外，吸附剂也可以吸附没有反应完全的中间产物，避免二次污染。吸附+光催化组合技术优化了设备空间结构，大大降低了设备占地面积，而且光催化反应的条件温和、能耗低和操作简单，有着很好的应用前景。但该技术仍存在催化剂易失活、活性炭吸附容量有限等缺点，会造成设备浄化效率不稳定，为了使该技术实现工业化应用，还需进一步研究出具有优良特性的吸附材料和催化材料。

2.5 低温等离子体+光催化技术

低温等离子体+光催化技术是指在等离子体反应器中填充TiO2催化剂，当反应器产生的高能量粒子将有机污染物分解成小分子时，这些物质在催化剂的作用下进一步被氧化分解成无机小分子，以达到净化分离废气的目的。光催化剂与等离子体放电之间是相互影响的，催化剂可以改变等离子体放电的性质，使其放电产生氧化性更强的新活性物质；而等离子体放电会影响催化剂的化学组成、比表面积及催化结构，提高其催化活性，大大提升低温等离子体+光催化技术净化VOCs 的效率。该组合技术比较适合处理大风量、低浓度的有机废气，具有运行成本低、反应速率快、无二次污染等优点。

3 结论

随着人们越来越重视环保污染问题，VOCs 的排放标准日趋严格。而VOCs 废气成分复杂、浓度波动范围大，单一VOCs 末端治理技术容易受废气特征工况的影响，不能稳定达标排放。因此，随着治理技术的不断完善和改进，组合技术越来越受到人们的关注。每种有机废气末端治理技术都有自己的优势和局限性，在选择处理工艺时，需考虑技术、经济以及管理指标，最大限度地发挥每种治理技术的优势，取长补短，以达到企业投资最优化。并且在当前处理技术的基础上，对各技术所用到的材料和设备应不断改进和完善，开发治理效果好、投资小、无二次污染的新技术，以调动企业的积极性，做好大气污染的防治工作。