浅析挥发性有机物（VOCs）的危害治理

刘春晖 高举成

摘 要：文章介绍VOCs治理的重要性，并对燃烧法、吸收（洗涤）法、冷凝法、吸咐法以及生物法等各种控制VOCs污染的方法进行较为详细介绍，以便于对挥发性有机物（VOCs）的治理方法上进行借鉴。

关键词：挥发性有机物;危害;治理方法;工艺

中图分类号：U472.9  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）15-183-03

Abstract： Abstract： This paper introduces the importance of VOCs treatment， and introduces various methods to control VOCs Pollution， such as combustion method， absorption （washing） method， condensation method， absorption method and biological method， so as to provide reference for VOCs treatment.

Keywords： Volatile organic compounds; Hazard; Treatment method; Process

CLC NO.：U472.9  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）15-183-03

前言

世界卫生组织将VOCs定义为：沸点在50℃到250℃的化合物，室温下饱和蒸汽压超过133.3Pa，在常温下以蒸汽形式存在于空气中的一类有机物质。常见的污染物质例如二氧化硫、二氧化氮等等，属于一次污染物质，而VOCs等臭氧挥发性有机物质属于二次污染，会对空气造成非常严重的危害。

1 VOCs治理的重要性

在VOCs的排放源方面有非常多的类别，大致分为自然源和人为源，自然源头主要包含野生动植物排放、湿地厌氧过程排放、森林大火排放;人为源头的排放主要是工业生产排放、生活排放等等，而后一种是造成VOCs排放的主要因素之一。

人为源头的VOCs排放主要分为移动源头：包含机动车、轮船、飞机等等，以及生活源头和工业生产源头。工业生产当中的表面喷涂、化工储存、石化、溶剂使用等等，都会造成不同种类的VOCs排放。这些VOCs大部分会排放到大气当中，在工业生产的治理当中，这部分危害集中治理是非常重要的。

2 VOCs的污染的控制方法

2.1 VOCs污染的燃烧法控制

采用燃烧法将蒸汽、烟尘或液体以及CO、NOx、HC有害气体转化为无害物质的过程称为燃烧法净化。采用燃烧法控制的特点有以下几个方面：

（1）只能适应高温下分解或者进行燃烧的有害物质。

（2）可以清除恶臭的气味。

（3）不能回收有用的物质。

（4）可以回收热量。

燃烧法工艺一般采用直接燃烧、催化燃烧和热力燃烧。

2.1.1 直接燃烧

直接燃烧也称为直接火焰燃烧，即直接将有害物质进行燃烧，以消除污染。假如可燃组分的浓度高于燃烧上限，可以加入一部分空气后再进行燃烧;假如可燃组分的浓度低于燃烧下限，可以加入一定数量的天然气、煤气等辅助燃料用来维持燃烧，以使燃烧比较顺利。采用直接燃烧的设备包括各类企业常见窑、燃烧炉或者通过某种辅助的装置将废气导入锅炉内部进行燃烧用来作为燃料气进行燃烧的设备等等。燃烧温度一般要控制在1100℃左右，燃烧最终产物为二氧化碳（CO2）、水（H2O）、氮气（N2）。直接燃烧法适于处理较高浓度废气但不适于处理低浓度废气。

2.1.2 催化燃烧法

催化燃烧法在实质上为完全催化氧化，也就是在催化剂作用下，可燃烧物质中的有害组分完全氧化为二氧化碳（CO2）和水（H2O）。这种方法已经成为净化碳氢化合物废气的有效手段之一。截止目前催化燃烧法已成功应用于炼焦、漆包线、金属印刷、油漆、绝缘材料、化工等多种行业。催化燃烧法常用催化剂包括贵金属Pt、Pd;稀土;以为Al2O3载体的催化剂，以金属为载体的催化剂。催化燃烧法的特点包括：

（1）对可燃组分浓度和热值限制较小;

（2）要求的燃烧温度相对比较低（大部分为300～450℃）辅助燃料消耗少;

（3）采用无火焰燃烧的方式，且安全性好，不会引起火灾;

（4）为使催化剂延长使用寿命，废气在相对清洁，不允许废气中含有雾滴和尘粒。

2.1.3 热力燃烧

热力燃烧多数情况下用于可燃有机物含量较低的废气进行净化处理，热力燃烧采用的工艺示意图如图1所示。热力燃烧需要燃烧天然气、煤气等常见类型燃料，把废气温度提高到热力燃烧所需要的温度，使其中的气态污染物进行氧化，分解为二氧化碳（CO2）、水（H2O）、氮气（N2）等。采用热力燃烧时燃烧需要的燃烧温度要比直接燃烧需要的温度低，一般在540～820℃即可进行。可燃组分含量相对比较低，本身不能进行燃烧。

热力燃烧的必要条件包括停留时间、反应温度、湍流混合等。热力燃烧可以采用普通的燃烧炉，也可用专门的装置。专门装置称为热力燃烧炉，它的结构应该满足0.5s左右的接触时间和保证760℃以上温度。热力燃烧炉的主体结构包括燃烧室和燃烧器两个部分，燃烧器可以使辅助燃料燃烧生成高温燃气;燃烧室可以使高温燃气与旁通废气湍流混合达到反应温度，并使废气再其中的停留时间达到要求。

2.2 VOCs污染的吸收（洗涤）法控制

溶剂吸收法是采用低揮发或不挥发液体为吸收剂，利用废气中各种组分在吸收剂中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。

VOCs吸收工艺见图2所示相关内容，含VOCs的气体由吸收塔的底部进入吸收塔，在上升过程中与来自吸收塔塔顶的吸收剂逆流接触而被吸收净化，被净化后的气体由吸收塔的塔顶排出。吸收了VOCs的吸收剂通过吸收塔热交换器以后，进入气提塔顶部，在温度高于吸收温度或（和）压力低于吸收塔吸收压力时得以解吸，吸收剂再经过溶剂冷凝器冷凝后进入吸收塔进行循环使用。吸收技术是控制大气污染的重要手段之一，不仅能消除气态污染物，而且能将污染物转化为有用产品。

溶剂吸收法是早期使用的方法，此种吸收工藝相对比较老化，净化效率较低，目前已经较少采用，被较多的更先进的处理方法所替代。

2.3 VOCs污染的冷凝法控制

VOCs污染的冷凝法控制是利用挥发情有机物在不同温度以及不同压力下具有不同饱和蒸汽压的性质，可以采用提高系统压力、降低温度或者既提高压力又降低温度的方法，使处于蒸气状态的污染物冷凝并与废气分离。这种方法特别适用于处理废气体积分数在10-2以上的有机蒸气。

冷凝法在理论上可达到很高的净化程度，但是当体积分数低于10-6时，必须采取达标合格的冷却措施。冷凝法不适宜处理低浓度的有机气体，而常常作为其他净化高浓度废气的前处理工序，用来降低负荷，回收有机物。冷凝系统流程图如图3所示。

冷凝法处理工艺也存在较多的缺点，目前仅在少数的比较简单的处理工艺上所采用，随着技术的发展，会有许多更先进的方法出现。

2.4 VOCs污染的吸附法控制

吸附法是目前最广泛使用的VOCs回收法。它属于干法工艺，是通过具有较大比表面积的吸附剂对废气中所含的VOCs进行吸附，将净化后的气体排入大气。吸附法主要用于低浓度，高通量的VOCs处理。如图4所示，含挥发性有机物（VOCs）的气态混合物与多孔固体接触时，利用固体表面存在的未平衡的分子吸收力或化学键力，把混合气体中挥发性有机物（VOCs）组分吸附在固体表面，从而达到挥发性有机物（VOCs）与废气分离的目的。由于全过程的复杂性，费用也相对较高。

吸附操作石油化工、有机化工等生产部门已广泛应用，成为一种重要的操作单元，这种处理方法工艺上也存在诸多的落后，随着技术的发展，会有更先进的处理方式出现。

3 总结

综上所述，VOCs的治理是工业生产过程当中不可忽视的重要问题，在下一个阶段，只有对各行业的VOCs排放进行综合分析，摸清底细，才能够制定可行性政策。从本文的分析可知，研究VOCs污染与控制，有利于我们从问题的角度看待目前治理VOCs过程当中存在的不足，因而我们要加强系统性分析，探讨有效政策方法以及技术方法，从而提高VOCs治理的全面性与科学性。

VOCs的治理问题是摆在我们从事相关行业人的面前一个共有的问题，怎样进行这一方面的综合治理，是一个长久的课题。对于VOCs的治理，我们要采取综合治理、分别控制、层层落实、关头核验，只有这样，才能够将VOCs排放控制达到一个有效的控制。

参考文献

[1] 高少华.挥发性有机物的光学遥测技术发展与应用展望[J].专论与综述，2019，19（12）：1-5.

[2] 武宁，杨忠凯.挥发性有机物治理技术研究进展[J].现代化工， 2020， 40（2）：17-22.

[3] 仇开涛.浅析VOCs危害及治理技术[J].环境研究与监测，2019，32（4）：13-15.