挥发性有机物处理新技术的研究

曹灿

摘要：挥发性有机化合物与空气中的其他物质（如氮氧化物和碳氢化合物）发生光化学反应，造成二次污染物O3产生，导致大气臭氧污染。大多数挥发性有机化合物具有难闻的气味、毒性、致畸性和致癌性，尤其是苯、甲苯和芳烃。这些物质不仅会危害人体，还会危害农作物的生长。为了有效控制VOCs污染，监测是一个重要环节。做好VOCs监测工作，就能掌握其污染特点和实际情况，及时采取有针对性的措施。

关键词：挥发性有机物;处理;新技术

在空气中常常会有挥发性有机物（VOCs）伴随其中，挥发性有机物其实就是在空气中的化合物成分，这些化合物的沸点是在50℃到250℃之间，在常温的情况下，空气中的挥发物种类甚至多达几十种，这些挥发物中多会含有环芳烃成分，当空气中的挥发性有机物超过一定的数值会对人体带来伤害，致癌的可能性也会增加，挥发性有机物的源头其实就是两大类的组成，其一是自然因素，自然因素顾名思义就是指动植物、微生物;再则就是人为因素，主要就是日常人们生活中的是汽车尾气排放，还有工业生产中工业污染源排放。现在，我们生存的环境中空气中常常会有O3污染现象产生，这种现象出现的原因就是挥发性有机物所引起的。

1 挥发性有机物的定义

挥发性有机化合物（Volatile OrganicCompounds，以下简称VOCs）在全球范围内都没有一致的定义，目前，在各个种类的检测方式中人们对于目标化合物的检测也越来越重视。接下来将目前全球范围内针对挥发性有机物的定义方式进行分析：

例如，首先在世界卫生组织（WHO）的定义中认为：当某类有机物化合物大于标准大气压的时候，并且在室温以下以气态的状态保留于空气中、并且其沸点的范围50摄氏度到260摄氏度之间的化合物的总称视为挥发性有机物。其次是美国联邦环保署（EPA）、美国ASTMD3960-98标准等将挥发性有机物的定义是某种有机化合物能与大气光化合产生作用的称为挥发性有机物。最后现在我们国家对于挥发性有机物的定义是没有具体的准则，在我国环保部门公布的《十三五挥发性有机物污染防治工作方案》里对于挥发性有机物的定义延用了美国EPA的具体定义，挥发性有机物是根据能否与大气光化学产生反应的有机化合物，其中主要是成分中含有硫的有机化合物，例如烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃等、含氧有机物、挥发性卤代烃、甲硫醇、甲硫醚等，这些化合物都是形成臭氧（O3）污染的重要前体物。

2 VOCs分析仪选型、设计原则

由于VOCs是多种有机物的混合物，在线VOCs分析仪选型，首先需要考虑的因素是仪器对待测气体的响应系数应能满足监测要求。按照环保行业标准HJ733-2014《泄漏和敞开液面排放的挥发性有机物检测技术导则》对响应系数的定义：“指已知浓度的VOCs化合物的浓度值，与经相同浓度值的参考化合物校准的仪器读数的比值”。

现有数据表明，基于NDIR测量原理的VOCs分析仪，对于一般的碳氢化合物和含氧、含氯有机物的响应系数基本能达到较为理想的0.9～1.1这个范围;基于GC-FID原理的仪器也能满足一般碳氢化合物和含氯以及大多数含氯有机物的响应系数要求。

（1）如果在线VOCs分析仪的数据用于排放监测，测量数据需要上传至生态环境监测业务管理系统部分，需要选择满足当地环保部门要求的仪器。

（2）如果要求监测非甲烷总烃以外的特定挥发性有机物参数，如甲苯、二甲苯等单一成分，应选择能分离检测该化合物的气相色谱分析仪。

（3）用于企业内部VOCs回收和处理工艺的VOCs分析仪，根据工艺和成本控制要求选择需要的仪器。

（4）应用于危险区的在线VOCs分析仪，必须满足现场防爆区域的安全要求。当分析仪不能完全满足防爆要求时，应将分析仪安装在达到ⅡC级要求的正压通风的分析小屋里，保证安全运行。

（5）在线VOCs分析仪，为了实现安全、准确、长时间连续可靠运行，需要配置粉尘过滤装置、除水装置、温度调节装置等附属设备。

（6）VOCs检测仪正规厂家都有完整的研发、生产设备，检测仪器出厂前须在校准仓完成校准，确保产品的准确性。并且电化学检测仪完成一次校准即可，不需要频繁校准。校准仓是一个特定环境的实验舱，在校准仓完成仪器的校准，校准仓的搭建动辄几十万，甚至上百万，一般企业是不会耗费这个费用的。

3 挥发性有机物处理新技术

3.1 膜分离回收

随着膜技术的成熟，膜分离也成为挥发性有机物回收处理中较为常见的一种技术形式。生物膜具有选择透过性，回收方式与上文的吸附回收类似，将吸附剂替换为生物膜，当含有挥发性有机物的空气经过生物膜时，挥发性有机物被拦截下来，并附着在生物膜的表面，达到了分离、回收的目的。膜分离回收是一种较为成熟的技术，早在20世纪40年代，美国已经开始使用这一技术回收挥发到空气中的汽油分子。之后隨着膜技术的发展，逐渐在芳香族化合物、含氧有机化合物的分离中得到了推广使用。根据空气中挥发性有机物浓度的不同，膜分离回收效果也有较大差异。在一些浓度较高的情况下，挥发性有机物的回收率可以达到90%以上。

3.2 生物分解

利用微生物活动可以将成分复杂的挥发性有机物，转化为比较简单的无机物，例如H2O、CO2等。生物降解的基本流程为：首先选择溶解度较强的溶剂，将待处理的废气通入溶剂中;当废气中的挥发性有机物溶于溶剂后，使溶剂缓慢地流过生物膜;在流动过程中，附着在生物膜上的微生物，会对挥发性有机物进行降解、转化。例如：某些微生物以挥发性有机物作为食物，经过消化后产生无毒无害的排泄物，从而降低了挥发性有机物的危害。影响生物分解挥发性有机物效果的因素主要有温度（影响微生物生命活动）、菌种（影响分解速率）等。生物分解技术的应用优势在于易于操作、不产生二次污染。但是缺点也比较明显，例如：温度过高或过低，都会影响微生物的活动，分解效果不稳定。

3.3 喷淋洗涤+催化氧化组合技术

部分挥发性有机物可溶于水，根据这一特性，可以设置一处喷淋室，让含有挥发性有机物的废气通过喷淋室。喷淋出来的水可以与废气充分接触，可以吸收其中的挥发性有机物。经过水洗处理后，将含有挥发性有机物的废水，倒入相应的反应装置中，在特定条件下，加入催化剂，发生催化氧化反应，将废水中的挥发性有机物转化为溶于水的无机物（如H2O、CO2等）。经过处理后的废水，还可以重新进入到喷淋系统中，循环利用。既可以降低处理成本，又符合当前提倡的绿色环保理念。

3.4 在线监测

与离线监测相比，在线监测能够反映污染物的动态变化。上海、天津等地相继发布了固定污染源挥发性有机物在线监测相关技术规范。2018年，生态环境部发布了《环境空气挥发性有机物气相色谱连续监测系统技术要求及检测方法》（HJ1010-2018），对在线监测系统提出了技术要求。在线监测系统采用采样泵进行自动循环采样，采集的样品进入分析单元进行富集、分离、定性和定量;最后，还有用于数据处理和监测数据传输的数据传输单元。该系统还包括一个可以校准和验证仪器的命令和控制单元，空气源单元提供用于分析的载气、燃料气和辅助燃料气。标准的发布可以更好地约束和引导制造商控制在线监测系统的技术，从而更好地确保监测数据的可靠性。

结论

综上所述，选择恰当的技术方法，能够以较低的成本、简单的设备，提高挥发性有机物的去除率，从而达到净化环境、保护生态的目的。现阶段，在使用冷凝回收、吸附回收、燃烧分解、生物分解等技术的基础上，采用多种方法的组合式技术，可以进一步提高处理效果，具有推广使用价值。

参考文献

[1]高寒，董艳春，周术元.贵金属催化剂催化燃烧挥发性有机物（VOCs）的研究进展[J].环境工程，2019（3）：136-141.