浅谈VOCs常见治理工艺与现状

宋卓然

（江苏省苏州环境监测中心，江苏 苏州 215000）

1 前言

我国大气污染形势严峻，PM2.5浓度总体有所好转，每年都同比下降，2019年未达标地级城市PM2.5平均浓度为40 μg/m3，较2015年下降23.1%，但仍处于高位，同时O3浓度近几年急速上升，全国337个地级及以上城市臭氧浓度上升20.9%，其中O3首污且超标天数占总超标天数的比例达41.8%[1]。我国大气环境保护面临PM2.5和O3污染双重压力，尤其在京津冀及周边地区、长三角地区等经济发达地区。

挥发性有机物（VOCs）是PM2.5和O3的重要共同前体物，在紫外光照射和高温条件下，会发生快速的光化学链式反应，产生包括臭氧和过乙酰硝酸酯等具有刺激性和毒性的氧化剂、醛酮类含氧有机物以及细颗粒物，因此加强VOCs治理是控制O3和PM2.5污染的有效途径，同时也是帮助企业节约资源、提高效益的有力手段。

2 VOCs的定义及主要来源

VOCs是挥发性有机物英文名（Volatile Organic Compounds）的缩写，它是挥发性有机物的集合概念。目前不同机构和组织由于对管理和管控要求不同，因此对VOCs的定义也不尽相同。美国材料与试验协会（ASTM）将VOCs定义为所有能参加大气光化学反应的有机化合物。美国国家环保局定义则有所不同，他们将除一氧化碳、二氧化碳、碳酸、金属碳化物、金属碳酸盐外，任何能参加大气光化学反应的碳化合物认定为VOCs。我国对于VOCs的普遍定义是能参与大气光化学反应的有机化合物。

我国VOCs的主要来源分为人为源和天然源，人为源又分为工业源、生活源、移动源。据统计，工业源排放量占整个人为源的比重最大，高达55.5%[2]，其中重点行业（包括石化、化工、涂装等）的产污过程中VOCs排放量占整个工业源的60%以上，因此对重点行业的管控是VOCs管控的重要环节。生活源中VOCs主要来自餐饮业，随着现阶段城市餐饮业的迅速发展，餐饮也成为城市VOCs的重要来源之一，目前全国各个省份都在加紧制定餐饮油烟排放标准，对VOCs的排放进行管控，江苏省将于2021年下半年出台相应的餐饮标准。移动源排放指的是燃油汽车使用过程中的VOCs排放，燃油汽车在使用过程中不仅释放VOCs，还会释放出大量的氮氧化物，VOCs与氮氧化物在光照的作用下，会产生O3与细颗粒物，对大气产生污染，全国目前对于移动源的管理早在几年前就已经开始，比如国五标准上升到国六、大力扶持新能源汽车等。天然源指的是自然界植物的释放，森林和灌木林是天然源中最大的排放源。

VOCs的种类按化学结构可分为8类：烷烃类、芳香烃类、烯烃类、卤代烃类、酯类、醛类、酮类和其他化合物。常见的VOCs有苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、三氯乙烯、三氯甲烷等[3]。由于VOCs种类众多，结构复杂，因此各工业行业中VOCs处理技术也都不尽相同，下面将介绍一些常见的VOCs末端治理技术。

3 工业企业中VOCs治理常见工艺技术

3.1 低温等离子体技术

该技术适用于低浓度含VOCs废气和恶臭异味气体的处理，一般与其他技术组合使用，作为二级净化单元。该技术原理是通过施加外部电压，当施加电压达到气体临界的放电电压时气体会被击穿，大量电子、离子、原子和自由基被释放出来。放电过程中产生的重粒子比高能电子温度低，使整个系统处于较低的温度状态，在低温状态下产生的高能电子、自由基等有很强的反应活性，与污染物发生反应，使污染物分解，达到去除污染物的作用[4]。

局限性：这项技术适用于低浓度VOCs废气（一般宜低于300 mg/m3），对安全要求较高。且废气还需要进行过滤去除油雾等颗粒物，该技术属于新型技术，在使用中仍有较大的局限性。

3.2 吸附工艺技术

常用的吸附剂为活性炭，因其成本低、应用方便，目前被广泛应用于各行业的VOCs治理。

其工作原理见图1。

图1 吸附工艺原理图

目前市场上的活性炭种类很多，质量也参差不齐，不少地方生态环境部门要求选用颗粒状、柱状活性炭，碘值应大于800 mg/g，四氯化碳值不低于40-45%。很多地区的生态环境部门已经着手关注优质活性炭的应用，苏州市生态环境局印发了《谈天说炭——帮扶企业挥发性有机物治理之活性炭应用》宣传短片和宣传册，指导企业选用优质活性炭用于VOCs的治理。

3.3 燃烧技术

3.3.1 蓄热氧化技术（RTO)

原理：蓄热氧化技术，其实就是蓄热燃烧技术，将废气加热到较高温度（700 ℃），废气中的VOCs燃烧生成水和二氧化碳，再通过陶瓷蓄热体收集产生的热量，收集的热量再对后续进入的有机废气进行预热，提升温度所需要的燃料消耗。RTO技术又可分为两床、三床及旋转多种工艺[5]。

3.3.2 催化燃烧技术（CO）

催化燃烧技术指的是通过使用合适的催化剂，降低有机废气中VOCs的活化能，从而在加热到较低温度时就能使废气中的VOCs完全燃烧，分解成二氧化碳和水。通过催化剂可以大幅降低有机废气的起燃温度，使之进行无焰燃烧，并有效降低反应能耗以及氮氧化物的生成。

3.3.3 蓄热催化氧化技术（RCO）

这项技术是结合了RTO与CO两项技术的特点，利用催化剂，将有机废气加热到较低温度（300 ℃左右）即可反应生成二氧化碳和水，氧化产生的高温气体热量被保存在陶瓷蓄热体中，为后续进入的有机废气进行预热，从而达到降低能耗的作用。RCO与RTO相比，更为环保节能，在较低温度就能进行反应，且反应中不易产生二噁英等恶臭物质，但是投资成本较高。

3.4 生物净化技术

该技术主要是通过集气系统收集排放的臭气，再通过负压系统压送到洗涤-生物滤床除臭设备进行后续处理。洗涤的主要目的是除尘，调节气体的环境条件（温度、湿度、去除水中可溶性物质等），然后将气体输送到生物过滤床，通过滤床上的微生物进行定向分解。这种技术对硫化氢、含氮臭气、甲硫醇等治理效果较好，但是对很多其他种类的VOCs并不适用，具有局限性，仅使用于污水处理站、垃圾填埋场等行业。

3.5 光催化技术

光催化技术开始主要是利用二氧化钛光催化材料降解三氯乙烯，随着对光催化技术研究的深入，发现光催化技术对于烷烃、有机醇、芳香烃等多种VOCs有着很好的降解作用。目前该方法是利用二氧化钛在紫外光的催化下，使VOCs发生分解反应，生成二氧化碳和水。光催化技术处理效率受催化材料、反应时间、湿度及VOCs种类等的影响。因此光催化技术局限性较强，如果无可控技术，其产生的中间副产物会加大污染排放。

4 目前VOCs治理存在的问题

4.1 VOCs成分复杂、来源广泛

挥发性有机物是参与大气光化学反应的有机化合物总称。其所包含的物质种类多，目前已鉴定出来的有300多种，且它们来源广泛，纺织、喷涂、石化、机械工程等众多行业都涉及VOCs的排放。种类如此之多，来源如此之广，对我国VOCs的治理增加了不少阻碍。

4.2 治理工艺单一、低效

目前很多企业使用的末端治理设施单一低效，单纯的吸附或者低温等离子技术无法满足现有的VOCs废气治理，目前很多地方生态环境部门鼓励企业使用两种及两种以上组合治理技术或高效治理技术（催化燃烧、燃烧等）处理有机废气，逐步引导企业淘汰单一、低效有机废气末端治理设施。

4.3 VOCs管控起步较晚

2015年以前，对于VOCs的管控缺少国家出台的相应标准，直到2019年国家发布了《挥发性有机物无组织排放控制标准》（GB 37822-2019），这才对工业企业的VOCs提出了具体的管控要求，要求各工艺环节的无组织VOCs均需收集处理后再排放，并对VOCs的细节监控提出了更具体的管理要求。

4.4 VOCs监测网络尚未健全

目前各省的VOCs监控网络未健全，各省份的空气质量国省控站点只是常规的六参数监测，很少涉及VOCs。常用的监测手段为VOCs走航车定点巡航，这种手段效率低，无法覆盖全天24小时，成本高。监测是环境质量管理的千里眼，是精准治污的有效技术支撑。因此，VOCs的治理需要其监测网络健全与完善[6]。

5 结语

VOCs的治理工艺众多，现在政府部门对VOCs的管控也越来越细化，企业要根据自己企业的VOCs种类特征与排放量选择合适的治理工艺，以满足排放要求。

目前，全国各地对VOCs的管控取得了初步成效，但VOCs的治理仍然任重而道远，我们仍需要通过“源头治理”“过程控制”“末端治理”共同做好VOCs的管控，十四五期间空气环境质量已从单纯的颗粒物管控逐步转向PM2.5与O3协同管控，现阶段只有治理好VOCs，才能保证十四五蓝天保卫战取得圆满胜利。