摘要：现阶段工业生产过程中，产生挥发性有机气体的主要行业有石油炼制、石油化工、烤漆、印刷、医药中间体加工等。目前我国对工业挥发性有机化合物（VOCs）的排放愈发严格和规范，对要排放的废气进行处理，排入大气的VOCs含量符合限值要求。本文论述了VOCs废气终端处理的各种处理技术，从反应原理、优缺点等方面进行介绍，为污染物不同成分、不同风量、不同浓度情况下选择适合的工艺系统提供参考。

　　关键词：VOCs；吸附；催化燃烧

　　0引言

　　VOCs作为工业废气的主要组成部分，对大气环境和人体影响较大，同时因其来源及成分复杂，处理难度大。VOCs对环境的危害和对人体的毒害作用都是不容忽视的，其中对环境的危害主要体现在导致复合型污染、诱发灰霾、产生光化学烟雾、污染室内空气、影响动植物生长，对人体的毒害作用主要体现在损害呼吸系统、刺激皮肤、眼睛、致癌、致畸、致突变作用。

　　1 VOCs末端单一处理技术

　　VOCs末端治理技术众多[1]，可分为回收法和破坏法，回收法包括吸附法、吸收法、冷凝法和膜分离法；破坏法包括直接燃烧法、热力燃烧法、催化氧化、蓄热氧化法、生物降解法以及其组合技术。

　　1.1吸附法

　　吸附法是在气相中需要脱除的气相组分（挥发性有机废气）选择性地与吸附剂相结合，吸附饱和后，经过解吸过程再次回到气相中，经过解吸后的吸附剂可以重复使用。吸附法可以吸附气相中浓度很低的会飞行有机组分，解吸过程可大大提高浓度，因此可以从废气中去除溶剂蒸汽和最终经过分离来回收溶剂。吸附法通常分为物理吸附和化学吸附两类，其中物理吸附依据范德华力。无论挥发性有机气体在怎样的浓度情况下，在吸附剂没有达到饱和前，都能够使净化气体较为恒定地符合排放限值，因此，非常适合应用于如浓度稀释得极低的卤代烃废气及其他浓度低而又经常发生变化的场合。

　　常见的吸附剂应具有比较丰富的孔隙结构，比较大的比表面积，较好的化学性质和热稳定性。各种吸附剂及性能比较如表1所示。

　　吸附法通常用于对净化气质量要求比较高的场合。目前，工业吸附装置的类型主要有固定床吸附器、转子吸附器、流化床吸附器和移动床吸附器。由于固定床吸附器具有较大吸附剂体积和较长吸附循环周期等特点，即使当进入的吸附设备的挥发性有机废气浓度发生波动，仍然能保证安全操作，因此获得广泛应用。当吸附剂达到饱和时，必须用适当方式加以再生，避免产生穿透现象。因此，工业吸附器装置至少要两台，即当一台在吸附时，另一台进行解吸和再生。

　　吸附法适合于中等浓度的废气，具有净化效率高、吸附设备简单、容易实现自动化控制、吸附剂经脱附后可循环重复使用、有用组分可实现回收等优点。但存在一定缺点，主要是吸附容量低，一般只有40%左右，因此需定期更换吸附剂，存在二次污染问题；热空气再生时存在火灾风险。

　　1.2吸收法

　　吸收法一般采用喷淋塔，在操作过程中，需要分离的气体组分（吸收质）先与液相（吸收剂）相结合，采用两相逆向接触的填料塔。即气体从塔体下方沿切向进入喷淋塔，引风机抽取提供气体的流动动力，使其迅速充满下方进气段空间，进而均匀通过均流段上升至填料吸收段。在填料的表面上，气相中污染物与吸收液发生化学反应。在塔上部喷淋段，吸收液从均布的喷嘴中高速喷出，以水雾的形式形成无数细小雾滴与上升的气体充分混合接触，继续发生化学反应。吸收过程的关键参数是控制空塔流速和停留时间。塔体的顶部是除雾段，经过净化后的气体所夹带的吸收液雾滴在这里被拦截下来，最终气体从净化塔上端排入大气。

　　吸收法适合高水溶性挥发性有机化合物废气处理，可去除颗粒物，对酸性气体高效去除。具有技术成熟、工艺简单、投资少、运行费用低等优点。主要的缺点体现在耗水量较大，排放大量废水，造成污染转移；填料吸收塔易阻塞；存在设备腐蚀问题，常用于废气的预处理。

　　1.3冷凝法

　　根据物质在不同温度下具有不同的饱和蒸气压的性质，借助加压或降温的措施，使废气中有机组分的分压等于该温度下的饱和蒸气压，则有机组分冷凝成液体进而从气体中分离出来。在一定压力下，当气体的温度达到露点以下，即冷凝成液体，效果主要取决于VOCs的蒸汽压与温度的关系。该方法对高沸点的挥发性有机气体的净化效果较好，而对低沸点的则较差，一般可以实现部分冷凝。

　　冷凝法主要分为机械冷凝法和液氮冷凝法。前者的制冷通常最低达到-75℃,若需要更低的制冷温度则需要设置成多级重叠系统；为了满足日趋严格的排放标准，通常需要将制冷温度降低至-120℃以下。液氮冷凝法通过利用液氮对废气进行冷却冷凝，制冷温度可以降低至-180℃;液氮气化后产生的氮气不会污染环境，且可以回收利用于氮封或吹扫系统[2]。

　　冷凝法适用于高浓度、高沸点、单一组分有高回收价值的挥发性有机化合物处理，例如有机溶剂、油气等。通常挥发性有机化合物的体积分数≥0.5%时，才可使用冷凝处理工艺，其处理效率介于55%~90%；当挥发性有机化合物体积分数≥1%时，则回收效率可高达90%以上。具有回收率高等优点，缺点主要是单一冷凝要达标需要到很低的温度，能耗高。

　　1.4燃烧法（RTO/RCO）

　　燃烧法主要分为直接燃烧、蓄热式热力焚烧（re-generative thermal oxidizer，RTO）和蓄热催化燃烧（re-generative catalytic oxidizers，RCO）等。蓄热式热力焚烧法开工时先采用新鲜空气替代有机废气，借助燃烧器将蓄热室加热到一定温度，由于蓄热体具有极高的储热性能，通常采用具有良好耐高温性能的陶瓷材料，从一个冷的RTO加热到800~850℃,且要达到正常的温度分布，一般需要经过几天的时间。蓄热催化燃烧法是将低温催化氧化与蓄热技术相结合的一种有机废气处理设备，在蓄热设备的蓄热陶瓷层上布置一层催化剂，使进入设备的废气在200~400℃下进行催化燃烧分解成二氧化碳和水，从而达到净化废气的目的。

　　贵金属催化剂是催化燃烧的核心材料，对催化燃烧系统运行的稳定和处理效率至关重要，通常是由铂、钯、铑单独或混合组成。由于贵金属的稀缺性，其价格非常昂贵，实际使用过程中通常需要将贵金属均匀的负载在一定颗粒载体上进行使用。负载的成分又将其分为单组分和双组分贵金属催化剂，单组分包括银单载催化剂、钯单载催化剂和铑单载催化剂；双组分贵金属催化剂主要包括银铂双载催化剂和铂钯双载催化剂。

　　燃烧法具有去除效率高（95%~99%）、热回收效率高（>90%）、操作简单可靠，不需要经常更换媒介和使用寿命较长等优点。缺点主要有蓄热式热力焚烧法会产生NOx；不适合处理易自聚化合物（苯乙烯等），其会发生自聚现象，造成蓄热体堵塞，另外一次性投资费用较高。

　　1.5生物法

　　生物法包括生物过滤、生物洗涤和生物滴滤3种工艺，是微生物利用废气中的有机物完成其新陈代谢生命活动的同时，将污染物转化为无害的水、二氧化碳、其他无机盐类或微生物细胞物质，达到降解VOCs的目的。

　　按照气体中所含有机组分的不同，或多或少要有各种菌种参与降解反应，例如放线菌、真菌等。这些微生物均被水膜所包围，因此有机物必须溶解于水后，才能被微生物所捕获进而降解。如果有机化合物中含有杂原子，例如氮、氯或硫等无机杂质，则净化程度要根据其在水中的溶解度和可降解性而确定。微生物可以生存的条件是pH值约5~8，温度50~60℃,盐浓度较低，以及可以提供足够的营养物质和微量元素（氮、磷、钾）等。提高温度可加快微生物降解速度，但温度的升高同时降低废气中有机组分在水中的溶解度，因此，温度升高受到一定限制。

　　影响生物降解挥发性有机气体的因素有多种，各种影响因素说明如表2所示。

　　2 VOCs末端组合处理技术

　　2.1沸石分子筛吸附浓缩转轮+CO

　　沸石分子筛浓缩转轮+CO是将吸附浓缩单元和催化焚烧单元相互结合起来的一种处理方法。中、大风量的挥发性有机气体经分子筛吸附净化并脱附后转换成小风量、高浓度的有机废气，浓缩倍数一般为5~30倍，经过浓缩后的废气进入CO装置进行热氧化处理，产生的高温气体经过换热后作为再生空气使用，达到节能效果。

　　沸石转轮可实现吸附-脱附-冷凝连续运转，由耐热、耐腐蚀及耐磨性高的密封材料将沸石转轮分隔为三部分即1个大扇形和2个小扇形部分，大扇形部分为吸附区、可吸附有机物，2个小扇形分别为冷却区和高温脱附区。转轮在调速马达的驱动下以3~8 r/min的速度缓慢回转[4]。吸附、再生、冷却三个区分别与处理空气、冷却空气、再生空气风道相连接。各区的分隔板与吸附转轮之间、吸附转轮的圆周与壳体之间均装有耐腐蚀、耐高温的氟橡胶密封材料。

　　2.2吸附+脱附+冷凝

　　此处理方法是一种适合于处理低浓度有机废气，且废气中有机成分单一且有回收价值的组合方法。活性炭吸附达到吸附饱和或接近饱和时，要对其进行脱附，脱附的方式有很多种。利用活性炭吸附挥发性有机气体多采用低压水蒸气脱附的方法，蒸汽的温度一般在120℃左右，经过水蒸气脱附的活性炭层（一般指颗粒活性炭）要经过热空气干燥再生，以恢复其吸附活性。采用蒸汽脱附时应考虑吸附质的性质，有些挥发性有机气体被活性炭吸附后用水蒸气脱附困难，则应考虑其他脱附方法如热空气、热氮气等。几种VOCs组合处理方法的比较如表3所示。

　　3结论

　　综上所述，吸附法通常净化效率很高，应用场合可达到99%，且回收的溶剂可再次利用，但不是所有的VOCs都适合用吸附法，用于再生的蒸汽或其他热量的来源也是个问题，若无再生系统，则必然会增加额外的废物处理[5]。吸收法目前主要用于废气的预处理，如去除漆雾、大分子高沸点的有机物、去除酸性或碱性气体等。生物法的处理效率可以达到40%，但该方法对废气的进气流量、浓度、温度、pH值、湿度等因素较为敏感，如突然发生变化会导致微生物无法适应进而影响处理效果。冷凝法的处理效率比其他方法低，应用高于1%，适合于高浓度且具有回收价值的挥发性有机气体，如油气回收[3]。对于处理中等浓度的VOCs，当无回收价值时，一般采用燃烧法技术进行治理。

　　参考文献

　　[1]李康婷，姚庆宋，黄慧.挥发性有机化合物（VOCs）末端治理技术研究[J].绿色环保建材，2017（7）：120.

　　[2]国家环境保护局.石油化学工业废气治理[M].北京：中国环境科学出版社，1996.

　　[3]尹树孟，张卫华，张红星.吸附法油气回收技术改进探讨与发展趋势[J].安全、健康和环境，2015，15（4）：16-20.

　　[4]黄海凤，戎文娟，顾勇义，等.ZSM-5沸石分子筛吸附-脱附VOCs的性能研究[J].环境科学学报，2014，34（12）：3144-3151.

　　[5]陆震维.有机废气的净化技术[M].北京：化学工业出版社，2011.