大气环境挥发性有机废气治理研究

王婉雪，刘思远，董泽林

[1.思立博（北京）环境技术有限公司，北京 101318；2.奥来国信（北京）检测技术有限责任公司，北京 101318]

随着我国现代化工业的不断发展，切实推动了我国经济的发展，但也造成了严重的空气污染，大气环境挥发性有机气体产生量急速增长。尽管我国针对这一现状制定了治理大气污染的相关措施，但由于受到各方面因素的影响，导致大气环境挥发性有机废气治理效果并不明显，大气环境质量不断下降。解决这一问题的根本途径是对大气环境挥发性有机废气治理技术进行不断优化和完善。

1 大气环境挥发性有机气体的特点

大气环境中挥发性有机气体主要指的是沸点在50～250℃之间的有机化合物，由于挥发性有机气体沸点不高，所以在一般温度下通常都以蒸汽的形式存在，由碳氢化合物、烃分子中的氢原子被卤素原子取代后的化合物以及氮烃等组成。大气环境中的挥发性有机气体对人类人体健康能够造成巨大伤害，严重可引发人体畸形生长，出现癌变。形成挥发性有机气体污染的重要原因是工业生产持续快速增长，生产规模的日益扩大。二十世纪四十年代，美国是第一个发现挥发性有机气体能够使大气环境变浑浊的国家，对植物的健康生长也会产生严重影响，导致植物出现大面积死亡，同时人类眼疾和呼吸道疾病患者人数大幅增加。目前，大气环境中的挥发性有机气体由企业厂区内燃料燃烧和生产工艺过程中产生的各种排入空气的含有污染物气体和汽车从排气管排出的废气组成，并在紫外线的作用下变成了致命毒气[1]。

2 大气环境中挥发性有机气体产生的危害

2.1 室内危害

室内危害主要体现在污染气体浓度严重超标，如果人们长期处于这样的室内环境中，就很容易引发头疼、恶性呕吐、四肢无力等不良症状，严重可导致人类记忆力快速下降、出现昏迷伴有抽搐、癫痫持续状态，同时还会对人体肝肾功能、神经系统等造成伤害。而大气环境中的大量污染气体遇光发生的一系列化学反应能够形成危害人类身体健康的物质，这些物质在人体内长期沉淀必将引发严重的病变，对人体身体健康造成严重危害，进而威胁到人类的生存和发展。

2.2 室外伤害

室外伤害指的是在大气环境中造成的污染，包括直接伤害和间接伤害。直接伤害指的是挥发性有机废气的毒性对人类身体健康带来巨大影响和导致植物出现大面积死亡现象。电正性较强的金属或非金属与硫形成的一类化合物和含负价氟的有机或无机化合物的含量是影响植物生长过程的重要因素，而持续向大气环境中排放挥发性有机废气是造成电正性较强的金属或非金属与硫形成的一类化合物和含负价氟的有机或无机化合物含量大幅上升的主要原因。污染物的浓度或总量超标不仅给植物生长过程带来了严重影响，还会使其发生病变或者出现大面积死亡。即便污染的浓度或总量较低也能够给植物带来慢性影响，最终发生病变，这也是现阶段影响我国农作物产量和农产品品质的因素之一。间接伤害指的是对气候环境带来的影响，间接危害已经在全球范围内发生，如全球气候变暖。挥发性有机废气含量的持续增加使大气混浊度逐渐提升，阳光无法直射造成地面接收的光照辐射直线下降，对动物和植物的成长和健康发育都产生了影响。另外，由于这一气体形成的微粒具有强烈的凝结水气作用，导致降水量逐年增大，影响了气候和环境的变化[2]。

3 大气环境中挥发性有机废气治理技术分析

研究发现，挥发性有机废气是严重威胁大气环境和人类健康的重要因素，挥发性有机废气不仅能够与氮氧化物，如一氧化二氮（N2O）、一氧化氮（NO）、二氧化氮（NO2）、三氧化二氮（N2O3）等光化作用，形成光化学烟雾，还是引发人类患癌，造成动植物出现畸形的重要原因。产生挥发性有机废气的产品种类有很多，而且数量也比较大，如油漆涂料、石油的开采和石油产品的制成等都是产生挥发性有机废气的主要来源，给空气质量管理带来了一定的难度，因此，必须对挥发性有机废气进行有效治理，并对其治理技术进行深入分析。

3.1 吸附净化技术

此技术是一种比较成熟的化工单元反应，是总结各种化学工业生产过程得出的具有共同化学变化特点的基本过程，吸附净化技术被用于不同有机溶剂的回收，在印刷、印染、电子、喷漆及胶黏剂等生产行业中活性炭吸附法得到了广泛应用，经常用于对无色透明易挥发的二甲苯、能溶解脂肪、油漆等多种物质的四氯化碳等有机溶剂的回收。最近几年，由于环保政策要求越来越严格，吸附净化技术也得到了迅猛发展，新的吸附净化工艺和设备不断涌现，吸附净化技术的改进，如经过活化的含碳纤维和沸石的大力推广和广泛使用，在一定程度上增加了吸附净化技术的应用范围，提高了吸附净化技术的使用率，使吸附成为挥发性有机废气治理技术的首选方法。造成大气污染的废气及污染物主要来自工业污染和交通运输工具，如汽车、火车、飞机、轮船等产生的废气，工业生产企业在生产中通常以煤炭、石油等作为主要燃料和原料，为了对挥发性有机废气进行有效治理，工业生产企业在生产过程中可以采用吸附净化技术，利用吸附剂吸附大量的挥发性有机废气，这一技术不仅具有成本小、吸附强、工艺技术稳定的特点，还给企业带来了较大的经济效益和社会效益，对大气环境污染治理工作的顺利开展具有重要意义。但目前我国在采用吸附净化技术处理挥发性有机废气时，对低浓度的挥发性有机废气不能起到显著作用，因此，相关科研人员还应积极开发能够适应我国挥发性有机废气的处理方法。

3.2 催化燃烧废气处理技术

催化燃烧废气处理技术在催化剂的作用下使大气环境中的挥发性有机物在低温状态下（通常是200-400℃）进行氧化分解，起到净化处理的效果。催化燃烧废气处理技术被广泛应用在从事化学工业生产和开发的企业和单位、喷漆行业以及涂料、油墨、颜料及类似产品生产制造行业，这种技术方法具有能耗少、操作简单、安全、净化效率高等特点。现阶段，市面上出现了多种型号的设备可供不同企业进行选择。催化燃烧废气处理设备的主体结构由催化燃烧装置主机、锅炉引风机及电控柜组成。在早期生产过程中中，人们通常会采用氧化铝作为载体的能改变化学反应速度而本身又不参与反应的贵金属材料，但是由于贵金属催化剂价格较高，因此逐渐被市面上一些其他催化剂所替代，如我国具有丰富的稀土资源，利用稀土制造的新型材料，已广泛应用到许多领域，稀土在催化研究方面也取得了新的进展，如在纳米材料、石油裂化中都有重要的应用，应用前景非常广阔。使用催化燃烧处理技术处理废气时，由于在设备运行过程中，挥发性有机废气会在高温下与空气混合，极易引发爆炸。因此，在使用这一技术时，必须对配合比例进行严格控制，将其控制在爆炸范围下限。

3.3 冷凝处理技术

这一技术多用于高浓度挥发性有机物的回收。尤其适用于处理体积分数在1%以上的挥发性有机废气，从理论上而言，能够达到较高的净化程度。冷凝处理技术设备成本不高，净化效果较为明显。但由于工业废气成分比较复杂，需要维持不同的低温状态，具有一定的技术难度。因此，冷凝处理技术经常会与其他废气处理技术联合使用，以确保净化效果。冷凝处理技术主要适用于以下场合：①处理高浓度挥发性有机物，如气体组分单纯的气体；②将冷凝处理技术作为吸附净化或催化燃烧的预处理，降低后续操作负担；③处理含有水蒸气较多的高温气体。

3.4 生物处理技术

生物处理技术是一种新兴的治理大气污染技术，是利用微生物的代谢作用，在有氧或缺氧的条件下，使挥发性有机废气中有机污染物氧化分解，转化为稳定、无害物质的处理方法。部分微生物对挥发性有机废气中污染物具有一定的适应能力，利用微生物新陈代谢过程能够实现化合物的降解，生物处理技术具有安全性高，操作简便等特点，不会造成二次污染，同时不需要昂贵的特殊设备，经济性较高[3]。

4 大气环境中挥发性有机废气治理现状

有机废气的来源十分广泛，在化工生产、机械加工等各项生产环节中都会产生有机废气，而这些有机废气在不同因素影响下就会直接挥发于空气中，对大气环境造成污染，给生态环境带来巨大危害，不仅影响了人们的生活质量和环境质量，还对人体健康造成了损害，增加了人们患癌的几率。由于挥发性有机废气对人体造成了过大的危害，因此，人们对挥发性有机废气的治理也越来越重视。世界各国都颁布了与挥发性有机废气治理相关的法规，制定了相应的政策，对有机废气的排放进行了限制，大气环境中挥发性有机废气的治理显然已成为全球性的问题。目前，我国在挥发性有机废气的治理过程中依旧采用的是传统的治理方法，而传统技术经常存在一定的局限性，使用范围也并不广泛，在治理大气环境中挥发性有机废气过程中并没有取得实质性进展。因此，针对当前的情况，我国对大气环境中挥发性有机废气的治理技术做出了深入的研究，并不断改造和创新治理技术，并在此基础上积极采纳世界上先进国家的技术理念和治理挥发性有机废气的方法，最终形成了一套独特的治理方法，有效改善了我国当前的环境[4]。

5 大气环境中挥发性有机废气污染的防治

5.1 源头控制和过程控制

石油化工行业是我国的支柱产业，主要是对原油、天然气进行加工、销售。以开采煤炭资源为主的煤炭加工行业是国家能源的主要来源之一，也是国家经济的重要支柱之一，而这两大行业也是工业生产过程中产生挥发性有机废气的主要来源。为了有效改善这一现状，可以鼓励相关企业不断推进技术创新，支持企业采用新技术、新工艺、新设备，对现有设施、工艺条件及生产技术等进行改造提升，加快产业升级，在生产过程中采用无毒、无害或者低毒、低害的原料，替代毒性大、危害严重的原料；采用能够达到国家或者地方规定的污染物排放标准和污染物排放总量控制指标的污染防治技术；采用资源利用率高、污染物产生量少的工艺和设备，替代资源利用率低、污染物产生量多的工艺和设备，以达到控制污染和节约资源的目的，在降低生产成本，增加企业效益的同时，尽量减轻和避免污染给大气环境带来的伤害。另外，选择将挥发性有机物作为生产原料的企业必须加强生产组件的检查工作，定期进行维护和保养，针对极易发生泄漏的生产设备生产和组件企业应做到检查和维护工作，从源头上防止由于挥发性有机废气泄漏对环境造成的影响[5]。

5.2 积极推进挥发性有机气体监测工作

各级生态环境部门进一步深化生态环境监管服务，提升生态环境管理水平是大幅提升挥发性有机废气排放管控质量的重要途径，通过监测产生挥发性有机废气的企业，能够有效避免企业在实际生产过程给大气环境带来的污染和影响，各级生态环境部门要围绕“质量”和“落实”两个方面开展监管，不断提上环境监管水平是现阶段提高大气质量的重要途径。而相关企业必须全面配合生态环境监管部门所开展的各项工作，积极落实相关政策，健全与完善挥发性有机废气处理管理制度，进而为企业生产设备和生产仪器的稳定运行提供基础保障。

5.3 应用与优化清洁生产技术

随着我国经济的快速发展，工业化和城市化突飞猛进，我国大气污染状况十分严重，大气环境中总悬浮颗粒物浓度普遍超标，二氧化硫污染保持在较高水平，因此，对大气污染进行治理迫在眉睫。一方面，应积极开展宣传工作，加大宣传力度，做好重点区域及重点排放挥发性有机废气企业宣传工作，向多种类型的工业企业传达减少挥发性有机废气排放量的好处起到了巨大作用。另一方面，科学制定相关政策，加快推进工业企业转型升级，坚持技术进步，加快清洁生产先进技术研发，深入扎实推进重点企业清洁生产工作，进一步提升清洁生产水平，为工业企业提供更多更优质的清洁生产设备。企业还应根据自身实际发展规划，积极组织科学技术人员有针对性地开展研发工作，争取获得关键技术的突破，进而在根本上降低挥发性有机废气的排放量[6]。

6 结束语

随着我国现代化工业的不断发展，许多工业产品的产量增长迅猛，使得我国空气污染情况也越来越严重。但在社会文明发展和进步下，人们对环境的重视程度日益加深。在未来发展中，我国必须坚持可持续发展的原则，加大生态环境保护治理力度，以提高环境质量为核心，积极宣传绿色环保知识，不断提高生态环境质量，集结多方力量，坚持走绿色发展、生态崛起之路，建设完善生态体系。同时，加大对大气环境中挥发性有机废气治理的投入力度，形成高效的治理方式。