废气中VOCs污染物的不同处理工艺的探讨

废气中VOCs污染物的不同处理工艺的探讨

李媛媛

广东中山528414

摘要：挥发性有机化合物（VOCs）是大气污染的主要源头之一，VOCs是主要由石化废气、发电垃圾焚烧、汽车尾气排放等产生的，会对人体造成极大的危害，导致光化学烟雾和雾霾的产生。本文重点介绍了热破坏法、吸附法、冷凝回收法、活性炭吸附法、生物法等5种国内外常用的VOCs的处理技术。

关键词：工业有机废气；治理技术；废气治理；挥发性有机物

引言

在国家加强环境保护和环境治理下，全社会的环境意识和人民群众的参与程度明显提高，对我国环境保护规律性的认识不断深化。但在经济快速发展，重化工业迅猛增长的情况下，有机废气作为主要的污染物，一直是废气治理中的难题，有机废气威胁着自然环境和人类健康，严重影响着我国社会经济的可持续发展。本文主要分析了工业有机废气的处理技术与废气防治对策。

一、VOCs污染产生、排放情况

工业污染源VOCs排放涉及众多行业，具有排放强度高、浓度高、污染物种类多、持续时间长等特点，对当地空气质量影响显著。根据有关数据显示，除生物质燃烧外，建筑装饰、包装印刷和石化行业三个行业作为工业源中VOCs排放的主要来源，可以占到各行业总排放量的46%以上，而其中石化行业VOCs排放量约占VOCs人为源总排放量的19.5%，排放主要来自于密封设备的不严而导致的挥发性气体泄漏和转运过程中的挥发损失。

工业污染源排放的挥发性有机化合物种类繁多、成分复杂，各工业生产的典型挥发性有机化合物主要有苯、酯、醇、醛、酮等，基本上都有特殊气味和大多数有恶臭，有毒性、刺激和致癌作用，特别是苯、甲苯和甲醛会伤害人的肝脏、肾脏、大脑和神经系统，甚至会导致人体血液出问题，患上白血病等其他严重的疾病。当VOCs超过一定浓度时，在短时间内人们会感到头痛、恶心、呕吐、四肢乏力，如不及时离开现场，会感到以上症状加剧，严重时会抽搐、昏迷，导致记忆力减退。

VOCs除了自身的危害外，还会产生二次污染。在紫外线照射下，VOCs和NOx与城市和工业企业密集区域大气中的游离原子O、O3、OH发生反应，造成光化学烟雾污染，氧化性强。在特定条件下，VOCs还可以与大气中的颗粒物形成次生有机气溶胶（SOA）。SOA含有多种致癌、致畸和致突变的有机化合物，如多环芳烃（pahs）、多氯联苯（PCBS）等氯代有机化合物，也影响大气能见度，是大气光化学烟雾和霾的重要诱因。

二、工业有机废气处理技术

2.1热破坏法

热破坏方法是辅助、直接燃烧有机气体的方法，或使用催化剂加速有机物质的化学反应，实现降低有机物质浓度。该方法对低浓度废气有极好的效果，因此，在低浓度废气处理中得到了广泛的应用。热破坏方法分为直接火焰燃烧和催化燃烧。直接火焰燃烧时，有机物的热处理效率较高，基本达到99%。催化燃烧是有机化合物在催化床作用下加速的化学反应，它比直接燃烧所需时间短，但又离不开催化剂的作用。现在使用的大多数催化剂是金属和金属盐，尽管金属催化剂效果非常好，技术相对成熟，但价格昂贵，成本太高。因此，近年来，催化剂的开发主要集中在非贵金属催化剂上，同时取得了良好的效果。

2.2吸收法

气态污染物的处理方法中常用的是吸收方法。根据吸收过程，它可分为物理和化学吸收两种类型。只要是采用有机废气与液体吸收液的相容性原理来实现有机废气处理。通常是用液体物质、水、液体石油物质和表面活性剂的混合物作为吸收剂来吸收有机废气，并具有良好的强化效果。液体溶剂的吸附法可用于处理各种气态污染物。有用的产品经分析可回收利用，吸附剂可重复使用，经济效果好，吸附剂也无毒，不污染环境。

2.3冷凝回收法

所有物质在不同温度下都具有不同饱和蒸汽压的特性。冷凝回收法就是使处于蒸汽状态的污染物通过降低系统温度或增加系统压力，使有机污染物在废气中冷凝下来从而达到分离。冷凝可以通过在恒温下增加压力或在恒压下降低温度来实现，但在实际应用过程中一般采用第二种。虽然冷凝法可以使废气得到高程度的净化，但净化程度越高，冷凝温度就要越低，必要时还要增大压力，处理的难度和费用就会相应的增高。因此，在实际应用中，吸附、燃烧等净化手段与冷凝法一起使用，既回收有价值的产品又不会增加处理的费用。

2.4活性炭吸附法

活性炭吸附是目前处理废气中低浓度有机污染物的主要方法。活性炭具有很强的吸附能力，可以调节废气的吸附，使有机废气的浓度保持稳定。目前，颗粒活性炭，粉状活性炭，活性炭纤维等都是应用最广泛的处理有机废气的吸附剂。进行废气处理前，要相应地处理活性炭，以形成一定的形状，达到一定的强度。处理后，从活性炭结构中形成了许多肉眼看不到的小孔。该类吸附剂具有疏松多孔的性质，具有较高的比表面积和较大的孔容积，对VOCs的吸附能力较强，尤其对苯系物等大分子VOCs的脱除效果显著，但是对甲醛等小分子吸附性能较差。活性炭的表面官能团结构对活性炭吸附性能有重要影响，常常通过调节活性炭表面含氮、含氧等官能团的种类及数量来调整活性炭的表面酸碱性及孔结构从而改善其吸附VOCs的性能。利用分子间的相互作用力吸收有机废气中的气体分子，从而净化有机废气。

活性炭吸附过程由两部分组成。第一部分是吸附净化。是指有机废气由鼓风机输送到吸附装置中，并被吸附装置中的活性炭吸附已达到废气净化。第二是活化过程。由于活性炭吸附剂都具有一定的吸附能力，当吸附量达到饱和时，活性炭便失去吸附能力。为了恢复活性炭的吸附能力，必须将其转移到活化装置中，进行脱附再生。脱附再生是将含有催化剂的空气输送到吸附装置。将活性炭中的有机气体与活性炭分离，恢复活性炭的吸附能力。活性炭吸附是最早的应用最广泛的有机废气处理技术之一。该方法实用便捷，成本低，具有很好的应用前景。

2.5生物法

生物法是利用微生物、营养物和水组成的微生物吸收液处理废气中有机污染物，使其降解或转化为无害或低有害物质的过程。与常规处理法相比，生物法具有设备简单、运行费用低、较少形成二次污染等优点，尤其在处理低浓度、生物降解性好的气态污染物时更显其经济性。生物处理技术根据微生物的存在方式和添加水分、营养物质方式的不同，可分为生物洗涤法、生物过滤法和生物滴滤法三大类。

生物洗涤法是利用附着在反应器内填料上的微生物，在新陈代谢过程中将废气中的污染物降解为简单的无机物和微生物细胞质的过程，适用于吸收可溶性气体物质。生物洗涤法的反应设备多由洗涤塔和再生池组成，废气中的有机污染物和氧气通过风机和管道输送混入到从洗涤塔上层喷淋下来的生物洗涤溶液中，吸收了有机污染物的洗涤液会流入到含有微生物的的再生反应装置（活性污泥池）中，微生物会对有机污染物进行降解，从而达到净化废气和再生洗涤液的目的。因此为了维持池中生物分解作用，必须供给足够的溶氧、搅拌及营养盐，一般常使用曝气以达到供气及搅拌的目的。生物洗涤法中根据气液两相的接触方式可分为液相喷淋和气相鼓泡两种。一般情况下，如果气相阻力较大，可以采用喷淋法；相反，当液体阻力较大时，采用气泡法。在一般情况下，洗涤溶液主要是水，所以该方法不适用于难溶于水的挥发性有机物。

生物过滤法，是在VOCs废气进行预处理，使其具有一定的湿度后，进入过滤塔与滤料层表面的生物膜接触，从气相转移到生物层中的VOCs被膜内的微生物迅速降解和利用，转化为自身生物质、水、CO2和其他小分子物质。生物过滤法主要依靠微生物的作用来去除气体中的污染物，微生物的活性决定了反应器的性能。生物过滤法适用于种类广泛的VOCs废气处理，如短链烃类、单环芳烃、氯代烃、醇、醛、酮、羧酸以及含硫、氮的有机物，常用于喷涂行业、印刷、污水处理和畜禽养殖业等领域。该方法特点是操作简单，运行费用低、适用范围广，不产生二次污染，但反应条件不易控制，易堵塞、气体短流、沟流，占地多，且对进气负荷变化适应慢。

生物滴滤法，由塔底进入的废气，在循环喷淋液流动过程中与生物膜接触而被净化，净化后的气体由塔顶排出。循环喷淋液从填料层上方进入滤床，流经生物膜表面后在滤塔底部沉淀，上清液加入N、P、pH调节剂等循环使用，沉淀物排出系统。生物滴滤塔与生物过滤塔之间的最大区别是循环液从填料上方喷淋，设备中除产生传质过程外还存在着很强的生物降解作用。滴滤塔集废气的吸收与液相再生于一体，塔内增设了附着微生物的填料，为微生物的生长、有机物的降解提供了条件。生物滴滤池具有阻力小、孔隙率高、使用寿命长、反应条件易于控制、耐冲击等特点，越来越受到人们的重视。该方法依赖于生长在惰性载体上的微生物来处理污染物。由于载体的存在，微生物的生物量增加，气液接触效率高，可以达到高效去除的目的。同时，滤料层之间的缝隙较大，极少会出现堵塞填料层的情况，利于更多微生物的增长，从而可以处理更多的废气污染物，即使停止供应微生物所需养料很长一段时间，系统仍具有较高的污染物去除率。通过生物滴滤塔上方的喷淋装置可以控制填料层的不同湿度，而滴滤塔又不含生物质填料，其同时也可以把营养料和缓冲物质混入到喷淋溶液中的方式，创造最适合微生物活性的条件，因此，具有净化效率高，操作

弹性强，适用于处理相对高污染负荷的非亲水性VOCs污染物，也适用于加工卤代烃产生的酸性污染物降解过程。

三、工业有机废气防治对策

1、国家相关部门一方面应尽快从立法层面完善和细化环境保护的政策，并加大环境保护的宣传力度，提高人民的环保意识。另一方面也要完善有关环境检测和质量标准的制定，使得废气的排放监测能够规范，执行的要求能够清晰。

2、政府及相关监管部门应严格监督和加强对工业废气污染的监管、落实监管制度，发现问题，定期检查和通报。根据企业的具体情况，指导企业处理设施的整改。绝不能为了发展经济，而牺牲环境。对在控制废气污染方面做得到位的企业应进行相关的税收优惠或财政补贴。

3、环境保护部门应定期组织工厂的环保活动，使工人和管理员了解任意排放工业废气的后果。企业应定期组织员工学习相关的环境保护政策和要求，提高管理者和工人的环境意识，清楚控制工业废气污染的必要性。

4、国家应加大对废气污染物治理设备和技术研发的投入，进一步优化目前常用废气治理技术和设备，开发新的治理技术和设备，提高废气的处理效率和降低企业的处理成本，从而减低废气排放所带来的危害。

结束语

目前，除上述VOCs控制技术外，各行业也在积极开发更适合本行业的控制技术，已经形成了一系列实用的VOCs废气处理技术。但由于工业废气中挥发性有机化合物的种类、性质和排放条件各不相同，而且综合性工厂的大规模形成，在很多情况下，单一技术的使用往往难以满足废气处理的要求，利用不同的处理技术优势，采用组合处理工艺不仅能满足排放标准的要求，还能降低运行成本。

因此，在今后的工作中，我们需要充分了解不同处理技术的特点及其有效应用范围，从技术和经济的角度对不同VOCs废气进行进一步的综合评价和分析，研发智能型的处理设备，以达到最佳的处理效果。

参考文献：

[1]易灵.有机废气治理技术的研究进展.四川环境，2011

[2]张正怡.浅谈化工行业有机废气处理技术.科技信息，2012

[3]卞光明.有机废气处理方法探讨.资源节约与环保，2014

[4]张旭东.工业有机废气污染治理技术及其进展探讨.环境研究与监测，2005

[5]吴祖良，谢德援，陆豪等.挥发性有机物处理新技术的研究.环境工程，2012

[6]席劲瑛，武俊良，胡洪营等.工业VOCs气体处理技术应用状况调查分析.中国环境科学，2015

[7]吕阳，吕炳南，刘京等.生物技术在挥发性有机化合物处理中的应用研究.环境保护科学，2008

[8]张云，李彦锋.环境中VOCs的污染现状及处理技术研究进展.化工环保，2009