张艳君

（上海格林曼环境技术有限公司上海200001）

挥发性有机化合物的控制技术

张艳君

（上海格林曼环境技术有限公司上海200001）

随着我国环境问题的日益突出和相关法律法规的逐步完善，挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds,VOCs)已经成为大气污染治理中的一项重要内容，对VOCs的控制技术和方法也提出更高的要求。VOCs从源头控制到末端处理，需环环把关，全过程控制。目前单一的传统处理技术已难以满足需求，而技术间的耦合和协同处理又展现出了新的活力。部分新技术的发展开辟了新的思路，但仍需不断的完善和提高。VOCs治理方法本身没有好坏之分，只要针对不同VOCs废气的特点，确定最合适的方法，就能取得好的处理效果。

挥发性有机物；控制政策；控制技术

1　引言

伴随国家工业的发展，各类环境问题日益突出，其中随着大家对雾霾现象的重视，VOCs的污染控制已经成为重点关注对象。我国在2015年新发布的《石油炼制工业污染物排放标准》《石油化学工业污染物排放标准》和《合成树脂工业污染物排放标准》中对挥发性有机物的定义为：参与大气光化学反应的有机化合物，或者根据规定的方法测量或核算的有机化合物。VOCs的种类繁多，成分复杂，是臭氧和二次有机颗粒物的重要前体物，部分组分还具有毒性、刺激性及致癌作用。

2　VOCs的控制政策

国家环保部近年来大力推进VOCs相关行业标准的制定（包括，石化、涂装、医药、印刷，农药等），其中炼油化学工业、石油化学工业及合成树脂工业排放控制标准已于2015年4月发布，其他行业标准也在加紧编制中。因VOCs种类多，来源广泛且分散，各地及重点行业正在进行VOCs源核查工作，VOCs管控的法规标准和采样监测等监督监控技术手段也正在研发中，如上海市已针对印刷、涂料油墨及其类似产品、汽车制造业（涂装）等重点VOCs排放行业制定了地方标准。目前对VOCs的控制和治理可分为三个目标阶段，第一个阶段为以末端治理为主，治理与预防相结合；第二阶段为以预防为主，预防与末端治理相结合；最终目标为逐步完成行业转型升级，提高行业清洁生产水平。

3　VOCs的控制技术

VOCs的控制路线为清洁生产路线，主要包括改进工艺，更换设备和防止泄漏为主的预防性措施，如泄漏检测与修复（LDAR）技术；另外是末端控制为主的技术路线，目前常用或已有实际应用的方法包括热力氧化法RTO、催化氧化法RCO、工业锅炉或加热器燃烧法、吸附法、冷凝法、生物法、吸收法、膜分离法等，其他正在开发的方法有光催化氧化法、等离子法等[1-3]。末端控制技术又可细分为回收技术和处理技术。以下章节对目前VOCs的主要回收和处理技术及其分别的适用性进行了简单介绍。需要说明的是，VOCs治理方法本身没有好坏之分，只要针对不同VOCs废气的特点，确定最合适的方法，就能取得好的处理效果。

3.1VOCs回收技术

3.1.1冷凝法

冷凝是利用污染物与载气二者沸点不同进行分离的方法，主要用于含高浓度有机蒸气和高沸点无机气体的净化回收或预处理[4]。该方法所需设备和操作条件都比较简单，所回收的VOC纯度比较高，其回收率与VOC初始浓度、沸点有关，VOC的初始浓度越大、沸点越高，回收率越高，一般情况下对有机物的净化回收率在30%～70%，当VOCs组分比较单一且具有回收价值时，用冷凝法回收VOCs有明显经济优势。冷凝在实际应用中常与其它浓缩工艺组合使用，例如冷凝法与压缩、吸附、吸收等过程联合使用，以吸收或吸附手段浓缩VOCs，然后以冷凝法回收有机物，从而达到经济且高回收率的目的。

3.1.2吸收法

液体吸收是利用气体溶解度的不同，通过废气与液体接触，使气态污染物转入液相。本质是浓缩过程，结合吸收液的解吸或精馏可分离回收有机物，如二甲基甲酰胺（DMF）的吸收回收。但对于非极性有机物通常无法采用水溶液进行吸收，需采用一些大分子的有机物（如柴油、白油等），但此方法会存在吸收剂排放和分离产品的纯度等问题。吸收法主要适于大气量和中等浓度的有机废气处理[5]。

3.1.3吸附法

吸附原理为让废气与多孔固体接触，其中的气态污染物分子被微孔表面捕集。吸附本质上也是一个富集浓缩过程。吸附与各种脱附技术组合后可实现连续可靠的净化和回收。常见的吸附剂有活性炭和疏水性沸石等[6-7]。

吸附剂吸附VOCs的效果除与吸附剂本身性质有关外,还与VOCs的种类、浓度、特点以及操作系统的温度和压力有关。通常吸附剂对VOCs的吸附能力随着气体分子量的增加而提高，低分压气体比高分压的气体更易吸附。吸附法主要适用于中低浓度和高通量VOCs的回收，它具有高去除效率、低能耗和工艺成熟等优点。缺点是吸附剂的容量较小，吸附剂消耗大，设备庞大，费用较高。

3.1.4膜分离

膜分离基本原理是根据混合气体中各组分在压力的推动下透过膜的传递速率不同，从而达到分离目的。它与传统的冷凝和吸附法相比，具有高效、节能、易操作、不产生二次污染且可回收有机溶剂等优点。膜分离法的运转费用与物流流速成正比，与浓度关系不大，适合于处理较高浓度的VOCs。并且大多数间歇过程的温度、压力、流量和VOCs浓度都会随时间的变化而变化，故要求回收设备有较强的适应性，而膜分离系统能满足此要求[8]。目前，能够采用膜系统处理回收的挥发性有机物有氯烃类(如氯乙烯、三氯乙烯、四氯乙烯)、氟里昂类和烯烃类(如乙烯、丁烯；烃类及苯)等。由于有机蒸汽分子与高分子膜有很强的交互作用，所以要求用于分离挥发性有机物的膜材料对于有机蒸汽需具有一定的耐受性，以防在使用过程中因有机蒸汽的溶胀而致使膜的性能下降。

3.2VOCs处理技术

3.2.1燃烧法

燃烧法可分为直接燃烧和催化燃烧。直接燃烧是把VOCs中可燃的有机物组分当作燃料在气流中直接燃烧，温度一般在1100℃左右。该方法只适用于处理有机物组分燃烧时热值较高的VOCs，因为只有燃烧时释放的热量能够弥补向环境中的散失的热量时，才能维持燃烧区的温度，维持燃烧的过程，否则需要消耗大量的辅助燃料，提高处理成本。催化燃烧是以Pt、Pd、CuO和NiO等作为催化剂，在较低的温度下(150℃～600℃)使VOCs中的有机物可燃组分氧化分解成CO2和H2O。催化剂的存在使VOCs在燃烧时比直接燃烧法需要更少的停留时间和更低的温度[9]。但由于VOCs中含较多杂质，易引起催化剂中毒，而且催化剂常只针对特定类型的化合物起作用，因此催化燃烧的应用在一定程度上受制。

3.2.2低温等离子体净化

等离子净化技术系利用高能电子射线激活、电离、裂解工业废气中各组分，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有用的副产物并加以回收的方法。低温等离子体(Non-Thermal Plasma，NTP)化学活性高，反应速度快[10]，对高、低浓度的有机物均有良好的去除效果。在NTP中加入催化剂，可进一步降低能耗，不仅大大减少了单采用NTP技术造成的二次污染问题，同时克服了单一催化法的去除效率低、污染物浓度受限制的问题。低温等离子体净化技术具有工艺简单、适用性强、易于操作和能耗低等优点，已成为VOCs废气处理的前沿技术。这种方法主要适合低负荷的应用场合，同时需考虑采取措施，防止出现因氧化不完全形成的中间产物外排造成二次污染。

3.2.3微生物净化

微生物净化气态污染物主要是利用微生物的生命活动将废气中的污染物转化为CO2、H2O和细胞物质等。它与废水生物处理工艺最大的区别在于气态污染物首先要经历由气相转移到液相或固相表面液膜中的传质过程，然后才能在液相或固相表面被微生物吸收降解。微生物净化工艺可分为生物过滤、生物洗涤和生物滴虑等，其中生物过滤法适合于处理亨利系数＜10、浓度＜l000mg/m3的废气。滴虑法则适宜处理亨利系数＜1、浓度＜500mg/m3的废气，同时对可能产生酸性代谢产物的VOCs也有具有良好的去除效果[11]。生物洗涤法适合于处理较低浓度的可溶性有机废气，如乙醇、乙醚等，对难溶性的VOCs处理效果不佳。

4　结论与展望

VOCs的控制与生产工艺、操作管理、气体收集和净化工艺等环节密切相关，需要全过程进行控制。现有VOCs排放源在清洁生产方面仍有较大潜力，但由于涉及到工艺装备和管理水平的升级，工作难度较大。在末端控制方面，由于企业排放的废气特征复杂，单一的处理方法难以有效降解VOCs，因此传统技术间的耦合和新技术的提高，将是VOCs控制的一个发展方向。

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张艳君（1987—），女，硕士，工程师，主要从事环境影响评价工作。