VOCs末端治理方法浅析

VOCs种类繁多，来源广泛，成分也较为复杂，常见的有烃类、醇类、醚类、酯类等。加油站、喷涂、化工、制药、汽车制造等企业或使用有机溶剂的行业都会产生VOCs排放。即使排放相同物质，不同企业由于排放的风量和浓度不同，所采取的技术方法也不一样。

VOCs控制措施包括前段控制（环境影响评价、环境监理和清洁工艺）、过程控制（环境管理体系、清洁生产等）和末端治理，今天我们着重介绍一下末端治理技术。

VOCs的末端处理技术包含两类。

第一类是非破坏性方法，即采用物理方法将VOCs回收，包括冷凝法、吸附法、吸收法和燃烧法；

第二类是通过生化反应将VOCs氧化分解为无毒或低毒物质的破坏性方法，有生物法、膜技术、光催化降解和等离子技术。

在实际运用中，往往根据企业实际情况，将几种处理方式相结合，进一步提高处理效率。

1、冷凝回收法

在不同温度下，有机物质的饱和度不同，冷凝回收法便是利用有机物这一特点，通过降低或提高系统压力，把处于蒸汽环境中的有机物质通过冷凝方式提取出来。

优点：冷凝提取后，有机废气便可实现比较高的净化。主要适用于浓度高且温度比较低的VOCs废气治理。

缺点：但是操作难度比较大，在常温下不容易用冷却水来完成，需要给冷凝水降温，所以需要较多费用。

2、吸附法

吸附法主要适用于低浓度、高通量有机废气。

优点：吸附法工艺成熟，能量消耗小，处理效率高，可以彻底净化有害有机废气。

缺点：这种方法存在一定缺陷——设备体积比较庞大，工艺流程比较复杂，如果废气中有大量杂质，则容易导致工作人员中毒。

因此，采用吸附法处理废气的关键在于吸附剂。目前吸附剂大多使用活性炭，因为活性炭细孔结构比较好，吸附性比较强。此外，经过氧化铁或臭氧处理，活性炭的吸附性能将会更好，有机废气治理将会更加安全和有效。

3、液体吸收法

液体吸收法指的是通过吸收剂与有机废气接触，把有机废气中的有害分子转移到吸收剂中，从而实现分离有机废气的目的。

优点：有机废气转移到吸收剂中后，采用解析方法把吸收剂中有害分子去除掉，然后回收，实现吸收剂的重复使用和利用。

从作用原理的角度划分，此方法可分为化学方法和物理方法。物理方法是指利用物质之间相溶的原理，把水看作吸收剂，把有机废气中的有害分子去除掉。

缺点：对于不溶于水的废气，比如苯，则只能通过化学方法清除，也就是通过有机废气与溶剂发生化学反应，然后予以去除。

4、变压吸附分离与净化

变压吸附分离与净化技术是利用气体组分可吸附在固体材料上的特性，在有机废气与分离净化装置中，气体的压力会出现一定的变化，通过这种压力变化来处理有机废气。

该技术主要应用物理法，使用材料主要是沸石分子筛。在特定温度和压力下，沸石分子筛可以吸附有机废气中的有机成分，然后把剩余气体输送到下个环节中。在吸附有机废气后，吸附剂通过解吸工序转化，保持其再生能力，进而可再次投入使用，然后重复以上步骤工序，循环反复，直到有机废气得到净化。

该技术的主要优势有：能源消耗少、成本比较低、工序操作自动化及分离净化后混合物纯度比较高、环境污染小等。使用该技术对于回收和处理有一定价值的气体效果良好，市场发展前景广阔，成为未来有机废气处理技术的发展方向。

5、燃烧法

燃烧法是指直接和辅助燃烧有机气体（VOCs），或利用合适的催化剂加快VOCs的化学反应，最终达到降低有机物浓度，使其不再具有危害性的一种处理方法。

燃烧法对于浓度较低的有机废气处理效果比较好。

燃烧法分为两种，即直接火焰燃烧和催化燃烧。直接火焰燃烧对有机废气的热处理效率相对较高，一般情况下可达到99%。

而催化燃烧是在催化剂的作用下，加快有机废气的化学反应速度，比直接燃烧用时更少，是高浓度、小流量有机废气净化的首选技术。

6、生物处理法

生物法净化VOCs废气是近年发展起来的空气污染控制技术，它比传统工艺投资少，运行费用低，操作简单，应用范围广，是最有望替代燃烧法和吸附净化法的新技术。

生物处理方法处理有机废气，是利用微生物的生命活动将废气中的有害物质转变成简单的无机物（如二氧化碳和水）以及细胞物质等简单无机物，是一种无害的有机废气处理方式。

生物净化法主要工艺有生物洗涤塔，生物过滤床和生物滴滤床。

生物洗涤塔适宜于处理净化气量较小、浓度大、易溶且生物代谢速率较低的废气；对于气量大、浓度低的废气可采用生物过滤床；而对于负荷较高以及污染物降解后会生成酸性物质的则以生物滴滤床为好。

7、氧化法

对于有毒、有害，且不需要回收的VOCs，热氧化法是最适合的处理技术。

氧化法的基本原理是：

VOCs与O2发生氧化反应，生成CO2和H2O。

从化学反应方程式上看，该氧化反应和化学上的燃烧过程相类似，但由于VOCs浓度比较低，在化学反应中不会产生肉眼可见的火焰。

氧化法分为以下两种方法：

①催化氧化法。

目前催化氧化法使用的催化剂有两种，即贵金属催化剂和非贵金属催化剂。

贵金属催化剂主要包括Pt、Pd等，它们以细颗粒形式依附在催化剂载体上，而催化剂载体通常是金属或陶瓷蜂窝，或散装填料；非贵金属催化剂主要是由过渡元素金属氧化物，比如MnO2，与粘合剂按照一定比例混合制成的催化剂。为有效防止催化剂中毒后丧失催化活性，在处理前必须彻底清除可使催化剂中毒的物质，比如Pb、Zn和Hg等。如果有机废气中的催化剂毒物、遮盖质无法清除，则不可使用这种方法处理VOCs。

②热氧化法。

热氧化法分为三种：热力燃烧式、间壁式、蓄热式。

三种方法的主要区别在于热量回收方式。这三种方法均能与催化法结合，降低化学反应的反应温度。

在供氧充足条件下，氧化反应的反应程度——VOCs去除率——主要取决于“三T条件”：反应温度(Temperat)、时间(Time)、湍流混合情况(Turbulence)。这“三T条件”是相互联系的，在一定范围内，一个条件的改善可使另外两个条件降低。

氧化法主要处理设备包括热力燃烧式热氧化器、直燃式废气处理炉、催化式废气处理炉（RCO）、蓄热式废气处理炉（RTO）和回收式热力焚烧系统（TNV）。