挥发性有机物(VOCs)治理措施现状与发展趋势

冯正敢，姚 丽，洪嘉阳，温雨欣，李 会

(中国矿业大学 徐海学院，江苏 徐州 2210008)

1 引言

挥发性有机物(VOCs)一词在中国第一次被官方提及是在1994年10月由生态环境保护部发布的《广东环境数据报告》中，在此之后，有越来越多的专家学者对其进行研究。随着专家学者对挥发性有机物(VOCs)研究的逐步深入，他们逐渐发现挥发性有机物(VOCs)对人类健康及环境质量有着难以估量的危害。因此近几年来，关于防治挥发性有机物(VOCs)等气体污染物的方案、政策相继出台，其中《“十三五”关于挥发性有机物污染防治工作方案》(征求意见稿)、《“十三五”节能减排综合工作方案》等文件的提出，适时的减缓了挥发性有机物(VOCs)的污染进程，并对其提出了新的的排放与治理要求。面对这些排放与治理要求，大量针对挥发性有机物(VOCs)的处理方式被提出并投入实际生产过程中。

2 VOCs简介

2.1 定义

中华人民共和国生态环境部于2013年出台的《挥发性有机物(VOCs)污染防治技术政策》中提到，VOCs(volatile organic compounds)挥发性有机物，是指常温下饱和蒸汽压大于133.32 Pa、常压下沸点在50～260 ℃之间的有机化合物，或在常温常压下任何能挥发的有机固体或液体。

2.2 挥发性有机物(VOCs)的种类、来源及危害

挥发性有机物(VOCs)包括酸类、醛类、烃类、酮类、氨类等。挥发性有机物(VOCs)按其化学结构，可以分为：烷类、芳烃类、酯类、醛类和其他等，目前已鉴定出的有300多种。最常见的有苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、三氯乙烯、三氯甲烷、三氯乙烷、二异氰酸酯(TDI)、二异氰甲苯酯等。

其主要的来源有工业废气，汽车尾气，光化学烟雾，建筑、装饰材料，生活及办公用品等，这其中，工业生产的废气所携带的挥发性有机物(VOCs)危害性最大。当工业废气中苯蒸气浓度较高时，能够产生直接引发人体致死性的急性中毒现象；通过有机废气检测得到的多环芳烃有机物、有机氮化合物、芳香胺类化合物等都有较高的致癌率；苯酸类有机物进入人体后会直接导致细胞中的蛋白质凝固或者变形；腈类化合物和硝基苯，可直接入侵人体神经系统和呼吸系统，导致人体呼吸困难、窒息以及神经系统障碍，最终致人死亡[2]。除对人体构成损害之外，部分挥发性有机物(VOCs)废气排放入大气后，还会对臭氧层造成破坏，加剧温室效应，引发全球性气候灾害。

3 VOCs处理方式

3.1 传统处理方式

生产企业对于挥发性有机物(VOCs)污染的治理方法，根据处理产物是否含有挥发性有机物(VOCs)可以分为回收式与销毁式两类。回收式处理方法有吸附法、吸收法、冷凝技术、膜技术、水喷淋法等；销毁式处理方法有燃烧技术(直接燃烧、催化燃烧)、光催化法、生物降解法、等离子体技术等。

3.1.1 不同处理方式的原理及优缺点

(1)回收式处理方法。回收式方法脱除挥发性有机物(VOCs)的思路是利用挥发性有机物(VOCs)的物化性质，将挥发性有机物(VOCs)通过特有装置，使其各组分分离，继而起到净化的作用。具体方法及特点见表1。

(2)销毁式处理方法。销毁式方法是在一定技术手段和条件下，将挥发性有机物(VOCs)降解为无毒、无味的气体，是一类破坏性的方法。具体方法及特点见表2。

3.2 现行处理方式

3.2.1 综合处理技术

目前，各种关于挥发性有机物(VOCs)处理的传统方式均有着各种缺点或不足，总结起来主要有成本过高、处理局限性大、易产生二次污染等。面对现状，传统处理方式的改良必不可少，将多种传统处理方式进行组合，使组合后的综合处理技术能够应对各类工业生产中复杂的污染问题，例如吸附—催化氧化技术、吸附—蒸汽脱附—冷凝回收等组合工艺。这些综合处理技术具有极强的针对性和互补性，处理效果优于单一方法。

表1 不同处理方法的特点

表2 销毁式处理方法及特点

3.2.2 新兴技术

(1)生物法。生物法处理挥发性有机物(VOCs)的原理是在相应环境条件下驯化筛选出相应的微生物菌种，利用培养驯化的特定微生物菌种处理挥发性有机物(VOCs)，在处理过程中将污染物转化为二氧化碳、水等对环境无害的物质，从而净化挥发性有机物(VOCs)。

生物法与传统的有机废气处理方法相比，具有可在室温下操作、成本较低、净化效果好等优点，并且安全性较高，尤其在处理气量大、浓度低于3 mg/L的有机废气时更显其优越性。

目前，生物法处理挥发性有机物(VOCs)的工艺主要为生物过滤池、生物滴滤塔和生物洗涤塔[8]。这3 种处理工艺的特点具体细节如表3[4]。

(2)纳米技术。纳米材料由于结构上的特殊性和处于热力学上极不稳定的状态，导致了它具有小尺寸、表面与界面、量子尺寸、宏观量子隧道、介电限域等效应，这些效应使得纳米材料具有辐射、吸收、催化、吸附等奇特的性能，从而在许多方面有着广阔的应用前景[5]。其中前两种效应是纳米材料在VOCs 处理净化方面应用的主要依据。方法、原理及应用见表4。

表3 生物法的特点

表4 纳米技术应用方法举例

综上，综合处理系统以及新兴科技，在一定程度上弥补传统工艺的缺陷，改善了传统处理方式高成本、局限性大、易产生二次污染等的现象，但各类技术的应用还不够成熟完善，实际应用效果并没有完全发挥出理论上应达到的效果，因此需要各行业、企业在实际应用VOCs治理技术的过程中不断摸索各类治理技术的适用条件及运维方式，使各类治理技术尽可能完善成熟，达到最优的处理效果。

4 未来关于VOCs处理方式的展望

2018年9月30日，江苏省人民政府办公厅发布了《省政府关于印发江苏省打赢蓝天保卫战三年行动计划实施方案的通知》，第六章第二十四条提出:深化挥发性有机物(VOCs)治理专项行动。并做出具体要求，完善省重点行业挥发性有机物(VOCs)排放量核算与综合管理系统；建成能够统一管理挥发性有机物(VOCs)主要污染源排放、治理、监测、第三方治理单位等信息的综合平台。

结合《通知》的相关要求可知，挥发性有机物(VOCs)防治的最佳途径是从源头到末端的全程管控，即从源头遏制、过程控制、末端治理3个方面入手，并加强对行业内挥发性有机物(VOCs)排放的监控力度，最终实现《通知》中的相关目标。

4．1 源头遏制

采用无挥发性有机物(VOCs)的原材料进行生产，避免生产过程中挥发性有机物(VOCs)的产生，做到从源头进行控制，最终达到挥发性有机物(VOCs)排放与治理标准。例如《中共江苏省委 江苏省人民政府 关于印发<“两减六治三提升”专项行动方案>的通知》提出：强制使用水性涂料，全面使用低挥发性有机物(VOCs)含量的水性涂料、胶黏剂替代原有的有机溶剂、清洗剂、胶黏剂等。但该做法不仅会缩小原材料的选择范围，还将使生产成本大幅度提高。

4．2 过程控制

对现有的生产工艺进行改良。采用管道输送加料，提高加料过程的密闭性，减少溶剂的挥发量；生产过程采用自动化控制系统，确保生产设备除投料和采样外均保持密闭状态。针对现有生产过程中产生挥发性有机物(VOCs)的生产环节进行改良，在生产过程中减少挥发性有机物(VOCs)的排放量，从而达到挥发性有机物(VOCs)的排放与治理标准。但是，该做法将在一定程度上增加生产人员的工作量，提高生产成本。

4．3 开发新型治理技术

通过对环境污染治理的重视和挥发性有机物(VOCs)处理过程中的经验总结，近年来我国在废气治理技术上取得了新的突破和进展——生物分子转化法可以直接将废气中的有害物质运用生物分子进行转换，变废为宝，转变成可利用的无害物质。该做法不仅成本低廉，上手快，操作简单，而且适用范围和面积较大，是未来应重点扶持和推广的技术；将新型纳米材料与光催化分解法相结合，使苯系物迅速讲解，基本不产生二次污染，效率相比单一技术有明显提高，且纳米材料的取材和用料更加的环保和安全，是化学科技在挥发性有机物(VOCs)治理技术上取得的新进展和新突破。

4．4 整改无组织排放源

挥发性有机物(VOCs)排放源中有很大一部分为无组织排放源。将各类无组织排放的挥发性有机物(VOCs)废气采取收集措施进行有效收集，并经过末端治理后有组织的排放，也是挥发性有机物(VOCs)减排的一大方式。化工行业全面应用“泄漏检测与修复”(LDAR)技术，建立LDAR管理平台，定期调度企业LDAR实施情况。与此同时，要加强降尘量监测，并及时完善相关法律法规及标准体系，让执法者在执法过程中有法可依。

5 结语

本文通过对挥发性有机物的概念及其对环境的危害进行分析，进而对不同的处理方法在挥发性有机物(VOCs)治理中的应用进行了对比。结果表明，不同方法对VOCs的治理均存在相应的优势和劣势，想要做成一套高效低成本的处理系统，就必须博采众长，合理设计，多种处理方式进行组合，各种技术的组合工艺将是未来VOCs处理技术的主要发展方向。